Jeder materielle Körper hat eine Eigenschaft wie Wärme, die zunehmen und abnehmen kann. Wärme ist kein materieller Stoff: Als Teil der inneren Energie eines Stoffes entsteht sie durch die Bewegung und Wechselwirkung von Molekülen. Da die Wärme verschiedener Stoffe unterschiedlich sein kann, findet ein Prozess statt, bei dem Wärme von einem heißeren Stoff auf einen Stoff mit weniger Wärme übertragen wird. Dieser Vorgang wird als Wärmeübertragung bezeichnet. Wir werden in diesem Artikel die Grundlagen und Mechanismen ihrer Wirkung betrachten.

Definition von Wärmeübertragung

Wärmeübertragung bzw. der Prozess der Temperaturübertragung kann sowohl innerhalb von Materie als auch von einem Stoff auf einen anderen erfolgen. Dabei hängt die Intensität der Wärmeübertragung maßgeblich von den physikalischen Eigenschaften der Materie, der Temperatur von Stoffen (sofern mehrere Stoffe an der Wärmeübertragung beteiligt sind) und den Gesetzen der Physik ab. Wärmeübertragung ist ein Prozess, der immer einseitig abläuft. Das Hauptprinzip der Wärmeübertragung besteht darin, dass der heißeste Körper immer Wärme an einen Gegenstand mit niedrigerer Temperatur abgibt. Beispielsweise gibt ein heißes Bügeleisen beim Bügeln von Kleidung Wärme an die Hose ab und nicht umgekehrt. Wärmeübertragung ist ein zeitabhängiges Phänomen, das die irreversible Wärmeverteilung im Raum charakterisiert.

Mechanismen der Wärmeübertragung

Die Mechanismen der thermischen Wechselwirkung von Stoffen können unterschiedliche Formen annehmen. In der Natur gibt es drei Arten der Wärmeübertragung:

1. Wärmeleitfähigkeit ist ein Mechanismus der intermolekularen Wärmeübertragung von einem Körperteil auf einen anderen oder auf ein anderes Objekt. Die Eigenschaft beruht auf der Inhomogenität der Temperatur in den betrachteten Stoffen.
2. Konvektion – Wärmeaustausch zwischen flüssigen Medien (Flüssigkeit, Luft).
3. Strahlungseinwirkung ist die Übertragung von Wärme von Körpern (Quellen), die aufgrund ihrer Energie erhitzt und erhitzt werden, in Form elektromagnetischer Wellen mit konstantem Spektrum.

Betrachten wir die aufgeführten Arten der Wärmeübertragung genauer.

Wärmeleitfähigkeit

Am häufigsten wird Wärmeleitfähigkeit in Feststoffen beobachtet. Wenn unter dem Einfluss irgendwelcher Faktoren in derselben Substanz Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen auftreten, wird die Wärmeenergie von einem heißeren Bereich auf einen kalten übertragen. In manchen Fällen kann dieses Phänomen sogar visuell beobachtet werden. Wenn wir zum Beispiel einen Metallstab, beispielsweise eine Nadel, nehmen und ihn in Flammen erhitzen, werden wir nach einiger Zeit sehen, wie Wärmeenergie durch die Nadel übertragen wird und in einem bestimmten Bereich ein Leuchten entsteht. Gleichzeitig ist das Leuchten an einem Ort, an dem die Temperatur höher ist, heller und umgekehrt, wo t niedriger ist, ist es dunkler. Wärmeleitfähigkeit kann auch zwischen zwei Körpern (einer Tasse heißen Tees und einer Hand) beobachtet werden.

Die Intensität der Wärmeübertragung hängt von vielen Faktoren ab, deren Verhältnis der französische Mathematiker Fourier aufgedeckt hat. Zu diesen Faktoren gehören in erster Linie der Temperaturgradient (das Verhältnis der Temperaturdifferenz an den Enden des Stabes zum Abstand von einem Ende zum anderen), die Querschnittsfläche des Körpers und der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient (er ist). ist bei allen Stoffen unterschiedlich, am höchsten wird jedoch bei Metallen beobachtet. Der bedeutendste Wärmeleitfähigkeitskoeffizient wird bei Kupfer und Aluminium beobachtet. Es ist nicht verwunderlich, dass diese beiden Metalle häufiger bei der Herstellung von Elektrodrähten verwendet werden. Nach dem Fourier-Gesetz kann der Wärmefluss durch Änderung eines dieser Parameter erhöht oder verringert werden.

Konvektionsarten der Wärmeübertragung

Die Konvektion, die vor allem für Gase und Flüssigkeiten charakteristisch ist, besteht aus zwei Komponenten: der intermolekularen Wärmeleitung und der Bewegung (Ausbreitung) des Mediums. Der Wirkungsmechanismus der Konvektion ist wie folgt: Mit steigender Temperatur eines flüssigen Stoffes beginnen sich seine Moleküle aktiver zu bewegen und ohne räumliche Einschränkungen nimmt das Volumen des Stoffes zu. Die Folge dieses Prozesses ist eine Abnahme der Dichte des Stoffes und seine Aufwärtsbewegung. Ein markantes Beispiel für Konvektion ist die Bewegung der von einem Heizkörper erwärmten Luft von einer Batterie zur Decke.

Es gibt freie und erzwungene konvektive Arten der Wärmeübertragung. Wärmeübertragung und Massenbewegung im freien Typ erfolgen aufgrund der Heterogenität des Stoffes, d. h. die heiße Flüssigkeit steigt auf natürliche Weise über die kalte, ohne Einfluss äußerer Kräfte (z. B. Erwärmung eines Raumes durch Zentralheizung) . Bei der erzwungenen Konvektion erfolgt die Bewegung der Masse unter Einwirkung äußerer Kräfte, beispielsweise durch Rühren von Tee mit einem Löffel.

Strahlungswärmeübertragung

Strahlungs- oder Strahlungswärmeübertragung kann ohne Kontakt mit einem anderen Objekt oder Stoff erfolgen, daher ist auch bei Strahlungswärmeübertragung mehr oder weniger allen Körpern inhärent und manifestiert sich in Form elektromagnetischer Wellen mit kontinuierlichem Spektrum. Ein Paradebeispiel hierfür ist die Sonne. Der Wirkmechanismus ist folgender: Der Körper strahlt kontinuierlich eine bestimmte Wärmemenge in den ihn umgebenden Raum ab. Wenn diese Energie auf ein anderes Objekt oder eine andere Substanz trifft, wird ein Teil davon absorbiert, der zweite Teil geht hindurch und der dritte Teil wird in die Umgebung reflektiert. Jeder Gegenstand kann sowohl Wärme abstrahlen als auch absorbieren, während dunkle Substanzen mehr Wärme absorbieren können als helle.

Kombinierte Wärmeübertragungsmechanismen

In der Natur kommen Arten von Wärmeübertragungsprozessen selten einzeln vor. Viel häufiger sind sie zusammen zu sehen. In der Thermodynamik haben diese Kombinationen sogar Namen, zum Beispiel ist Wärmeleitfähigkeit + Konvektion konvektive Wärmeübertragung und Wärmeleitfähigkeit + Wärmestrahlung heißt strahlungsleitende Wärmeübertragung. Darüber hinaus gibt es kombinierte Arten der Wärmeübertragung wie:

• Unter Wärmeübertragung versteht man die Bewegung thermischer Energie zwischen einem Gas oder einer Flüssigkeit und einem Feststoff.
• Unter Wärmeübertragung versteht man die Übertragung von Wärme von einer Materie auf eine andere durch ein mechanisches Hindernis.
• Die konvektive Strahlungswärmeübertragung entsteht durch die Kombination von Konvektion und Wärmestrahlung.

Arten der Wärmeübertragung in der Natur (Beispiele)

Die Wärmeübertragung in der Natur spielt eine große Rolle und beschränkt sich nicht nur auf die Erwärmung des Globus durch die Sonnenstrahlen. Umfangreiche Konvektionsströmungen, etwa die Bewegung von Luftmassen, bestimmen maßgeblich das Wetter auf unserem Planeten.

Die Wärmeleitfähigkeit des Erdkerns führt zur Entstehung von Geysiren und zum Ausbruch von Vulkangestein. Im globalen Maßstab ist das nur ein kleiner Teil. Zusammen bilden sie die Arten der konvektiven Wärmeübertragung und die strahlungsleitenden Arten der Wärmeübertragung, die für die Erhaltung des Lebens auf unserem Planeten notwendig sind.

Die Nutzung der Wärmeübertragung bei anthropologischen Aktivitäten

Wärme ist ein wichtiger Bestandteil fast aller industriellen Prozesse. Es ist schwer zu sagen, welche Art des Wärmeaustauschs der Mensch in der Volkswirtschaft am meisten nutzt. Wahrscheinlich alle drei gleichzeitig. Durch Wärmeübertragungsprozesse werden Metalle geschmolzen und daraus eine Vielzahl von Gütern hergestellt, von Alltagsgegenständen bis hin zu Raumschiffen.

Wärmeanlagen, die Wärmeenergie in nutzbare Energie umwandeln können, sind für die Zivilisation äußerst wichtig. Darunter sind Benzin-, Diesel-, Kompressor- und Turbineneinheiten. Für ihre Arbeit nutzen sie verschiedene Arten der Wärmeübertragung.

Grundlagen der Theorie der Wärmeübertragung.

Wärmeübertragung- eine Wissenschaft, die die Wärmeübertragung zwischen Körpern und die Temperaturverteilung in Körpern untersucht.

Die wichtigsten Formen der Wärmeübertragung:

1. Wärmeleitfähigkeit.

2. Konvektive Wärmeübertragung.

3. Strahlungswärmeübertragung.

Unter Wärmeleitfähigkeit versteht man den Vorgang der Wärmeübertragung durch direkten Kontakt von Körpern oder einzelnen Körperteilen mit unterschiedlichen Temperaturen. In diesem Fall erfolgt der Wärmeübertragungsprozess aufgrund der Übertragung der Mikrobewegungsenergie einiger Partikel auf andere.

In reiner Form wird Wärmeleitfähigkeit in Festkörpern sowie in stationären Gasen und Flüssigkeiten beobachtet, wenn in ihnen keine Konvektion herrscht.

Wärmefluss , .

Fouriersches Gesetz: Der Wärmefluss ist proportional zum Temperatur- und Flächengradienten, d. h. .

Wärmestromdichte , .

Wärmeleitfähigkeitskoeffizient – ​​die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit durch eine Einheitsoberfläche und eine Einheitswanddicke bei einem Temperaturabfall von einem Grad fließt.

Konvektive Wärmeübertragung- der Prozess der Wärmeübertragung, der im Raum (im Volumen) aufgrund der Bewegung von Makropartikeln stattfindet.

Dabei kommt es zu einem Zusammenwirken von Konvektion (Bewegung) und Wärmeübertragung durch Wärmeleitung.

Newtons Gleichung: , wobei die Dicke der Grenzschicht ist, in der die Wärmeübertragung aufgrund der Wärmeleitung erfolgt; - Koeffizient der konvektiven Wärmeübertragung, .

Strahlungswärmeübertragung- Die Wärmeübertragung erfolgt im Weltraum aufgrund der Energie elektromagnetischer Wellen.

Stefan-Boltzmanns Gesetz: , wo ist die Intensität der Strahlung eines absolut schwarzen Körpers.

Newton-Richmann-Gleichung: , wobei der Strahlungswärmeübertragungskoeffizient ist.

Wärmeleitfähigkeit.

Temperaturfeld- eine Reihe von Temperaturwerten an einzelnen Körperpunkten in Abhängigkeit von Zeit und Raumkoordinaten.

Mathematische Notation eines instationären dreidimensionalen Temperaturfeldes: . Mathematische Notation eines stationären dreidimensionalen Feldes: . Dieses Feld heißt stationär, weil .

Isotherme Oberfläche ist der Ort der Punkte mit der gleichen Temperatur.

Isotherme ist der Schnittpunkt einer isothermen Fläche mit einer senkrechten Ebene.

Eine isotherme Fläche schließt sich entweder innerhalb des Körpers oder bricht an dessen Grenze ab.

Temperaturgefälle ist ein Vektor, der entlang der Normalen zur isothermen Oberfläche in Richtung steigender Temperatur gerichtet ist und numerisch gleich der Grenze des Verhältnisses der Temperaturänderung zum Abstand zwischen Isothermen entlang der Normalen ist ( 0 S/m)

Fourier-Gesetz:

Wärmefluss: , .

Wärmestromdichte: , , .

Aufgaben der Theorie der Wärmeleitung:

1. Finden Sie ein instationäres dreidimensionales Temperaturfeld.

2. Ermitteln Sie den Wärmestrom und die Wärmestromdichte, , .

Frage Nr. 32

Differentialgleichung der Wärmeleitung.

Konventionen:

1. Thermophysikalische Eigenschaften des Systems: , , .

2. Mikropartikel des Körpers sind bewegungslos.

3. Interne Wärmequellen werden gleichmäßig im Körper verteilt.

Wo ist der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient, der die Temperaturänderungsrate an jedem Punkt des Körpers charakterisiert?

ist die Wärmekapazität des Körpers; ist die Dichte des Körpers; ist die Massenwärmefreisetzungsdichte, wm/m 3; - Temperatur; ist der Laplace-Operator.

(für Polarkoordinaten , , ), .

Einzigartigkeitsbedingungen– mathematische Beschreibung der Besonderheiten des betrachteten Prozesses.

Wenn wir die Gleichung lösen, erhalten wir eine allgemeine Lösung, die uns zusammen mit den Eindeutigkeitsbedingungen spezielle Lösungen liefert.

Bedingte Einzigartigkeit:

1. Geometrische Bedingungen:

A. Körperform:

ich. Flacher Körper.

ii. Zylindrischer Körper.

iii. kugelförmiger Körper.

B. Begrenzter Körper.

C. Unbegrenzter Körper.

2. Körperliche Voraussetzungen:

A. Die Art der Änderung der physikalischen Parameter:

ich. Die Art der Änderung.

ii. Die Art der Änderung.

iii. Die Art der Änderung.

iv. Die Art der Änderung.

3. Ausgangsbedingungen (vorübergehend):

4. Randbedingungen:

A. Randbedingungen erster Art – das Gesetz der Temperaturänderung an der Körpergrenze:

B. Randbedingungen des zweiten Körpers – das Gesetz der Änderung des Temperaturflusses in der Körperwand:

C. Randbedingungen dritter Art:

ich. Das Gesetz der Änderung der Umgebungstemperatur.

ii. Das Gesetz, nach dem der Körper Wärme mit der Umgebung austauscht.

D. Randbedingungen der vierten Art, .

Frage Nr. 33

1. Flache Wand.

Gegeben: , , .

Finden: , , .

Lösung:

Gemeinsame Entscheidung: .

Randbedingungen: .

Wärmewiderstand einer flachen Wand - .

Das Verhältnis wird als Wärmeleitfähigkeit der Wand bezeichnet.

Frage Nr. 34

Betrachten Sie die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung flache dreischichtige Wand(Abb. 2b) unter folgenden Bedingungen: Wandschichtdicke , , ;

Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Materialien bzw. , , ; Der Kontakt zwischen den Wänden ist ideal und die Temperatur an der Grenze benachbarter Schichten ist gleich. Die Wärmeübertragung erfolgt unter stationären Bedingungen – die Wärmestromdichte hat über alle Wandschichten den gleichen Wert ( q=idem). Unter diesen Bedingungen:

Aus dieser Reihe von Gleichheiten wollen wir den Temperaturunterschied (Temperaturabfall über die Wandschichten) herausgreifen.

Addiert man den linken und rechten Teil der Temperaturdifferenzgleichungen, erhält man links die Temperaturänderung in der Wand, rechts das Produkt der Wärmestromdichte Q und Gesamtwärmewiderstand

Somit erhalten wir für die Wärmestromdichte bei der Wärmeübertragung durch Wärmeleitfähigkeit durch eine flache dreischichtige Wand den folgenden Ausdruck:

Im Allgemeinen gilt für eine Wand bestehend aus n - Schichten, dieser Ausdruck wird wie folgt geschrieben:

Wo R ist der gesamte Wärmewiderstand der mehrschichtigen Wand.

Frage Nr. 35

Die Wärmemenge, die eine Flüssigkeit an eine feste Wand abgibt oder die die Flüssigkeit von der Wand wahrnimmt, wird durch die Newton-Richmann-Gleichung bestimmt

und die Wärmestromdichte ist wie folgt

wobei α der Koeffizient ist, der die Bedingungen des Wärmeaustauschs zwischen der Flüssigkeit und der Oberfläche des Feststoffs charakterisiert, genannt Hitzeübertragungskoeffizient, W/(m 2 °C); - Temperaturunterschied, 0 С.

Gemäß Formel (61) ist der Wärmeübergangskoeffizient in seiner physikalischen Bedeutung die Wärmestromdichte ( Q) auf der Körperoberfläche, bezeichnet den Temperaturunterschied zwischen der Körperoberfläche und der Umgebung. Der Wärmeübergangskoeffizient ist numerisch gleich der Wärmestromdichte bei einer Temperaturdifferenz von eins.

Der Wärmeübergangskoeffizient hängt von vielen Faktoren ab. Im allgemeinsten Fall ist es eine Funktion der Form und Größe des Körpers, der Art der Flüssigkeitsbewegung, der physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit, der Position im Raum und des Zustands der Wärmeaustauschfläche sowie anderer Größen. Der Prozess der Wärmeübertragung verläuft je nach Art der Flüssigkeitsbewegung unterschiedlich.

Frage Nr. 36

Strahlungswärmeübertragung.

Feststoffe strahlen und absorbieren Energie im gesamten Wellenlängenbereich durch die Oberflächenschicht. Die Intensität der Strahlung hängt nur von der Temperatur ab. Flüssigkeiten verhalten sich ähnlich. Gase strahlen und absorbieren in ihrem gesamten Volumen Energie in einem begrenzten Wellenlängenbereich. Die Emissionsintensität von Gasen hängt von der Temperatur, der Schichtdicke und dem Partialdruck der Komponenten ab.

Strahlungsenergie ist die vom Körper im gesamten Wellenlängenbereich abgegebene Energie, .

Strahlungsintensität ist die Energiemenge, die von einer Einheitsoberfläche abgestrahlt wird.

Strahlungsenergie kann durch die Formel ermittelt werden: .

Gesetz der Energieeinsparung: .

Wo ist der Reflexionskoeffizient, ist der Absorptionskoeffizient, ist der Transparenzkoeffizient.

Wenn also, dann heißt der Körper absolut weiß.

Wenn das heißt, dann heißt der Körper absolut schwarz.

Man nennt die Dichte der Integralstrahlung, bezogen auf den betrachteten Wellenlängenbereich spektrale Intensität der Strahlung(W/m3):

Winkelintensität: .

Spektrale Winkelintensität: .

Plancksches Gesetz ermittelt die Abhängigkeit der Strahlungsintensität eines schwarzen Körpers E 0λ aus der Wellenlänge λ und Temperatur T

Stefan-Boltzmann-Gesetz: .

Schwärzungsgrad: .

Kirchhoffs Gesetz ist so formuliert: Das Verhältnis der Dichte der hemisphärischen Integralstrahlung zum Absorptionsvermögen ist für alle Körper gleicher Temperatur gleich und entspricht der Dichte der integralen Hemisphärischen Strahlung eines vollständig schwarzen Körpers bei gleicher Temperatur: , wobei der Absorptionskoeffizient ist.

Die Wärmemenge, die in einem der beiden Körper verbleibt:

Wiensches Verschiebungsgesetz sagt - die Wellenlänge, die dem Maximalwert der Strahlungsintensität entspricht (E 0λ =max), ist umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur Abb.11

Frage Nr. 37

Wärmeübertragung durch Strahlung zwischen Festkörpern.

Basierend auf den Strahlungsgesetzen erhält man die Berechnungsgleichung für die Strahlungswärmeübertragung zwischen einem Körper 1 beliebiger Form und der ihn bedeckenden Oberfläche eines anderen, größeren Körpers 2 (Abb. 14)

Wo F 1.2 ist der durch Strahlung von Körper 1 zu Körper 2 übertragene Wärmefluss, W;

ε 1.2 ist der reduzierte Emissionsgrad der Körper 1 und 2, bestimmt aus dem Ausdruck

F1 Und F2 sind die Oberflächen der Körper 1 und 2, m2; T 1 und T 2- absolute Temperatur der Oberflächen der Körper 1 und 2, K.

Man spricht in einem solchen Fall auch von Wärmeübertragung durch Strahlung zwischen dem Körper und seiner Hülle; Der innere Körper ist immer Körper 1.

Ein Sonderfall der betrachteten Wärmeübertragung ist die Wärmeübertragung zwischen zwei parallelen, unbegrenzten Wänden (Abb. 15). Wann F 1 = F 2 = F, wird die Berechnungsgleichung für die Wärmeübertragung durch Strahlung verwendet und der reduzierte Emissionsgrad aus dem Ausdruck bestimmt

Gleichung (2.57) kann verwendet werden, um den Strahlungswärmeaustausch zwischen zwei Körpern beliebiger Form und ihrer beliebigen Position zu berechnen, nur um in jedem Einzelfall den reduzierten Emissionsgrad und die Oberfläche zu bestimmen (z. B ε 1.2 Und F 1.2) haben ihre eigenen Berechnungsausdrücke.

Frage Nr. 38

Wärmeübertragung durch flache Einschicht- und Mehrschichtschichten

flache Wand

Wärmegleichung: .

Randbedingungen erster Art: .

Randbedingungen dritter Art: , .

In dieser Reihe von Gleichungen bestimmt die erste Gleichung die Wärmemenge, die durch Konvektion (und Strahlung) vom heißen Kühlmittel an die Wand übertragen wird; die zweite Gleichung ist die gleiche Wärmemenge, die durch Wärmeleitfähigkeit durch die Wand übertragen wird; Die dritte Gleichung ist die Übertragung der gleichen Wärmemenge, die durch Konvektion (und Strahlung) von der Wand auf das kalte Kühlmittel übertragen wird.

Aus dieser Reihe von Gleichheiten wollen wir den Temperaturunterschied herausgreifen

Durch Addition des linken und rechten Teils der Gleichungen, die den Temperaturunterschied charakterisieren, und unter Berücksichtigung dessen erhalten wir den Ausdruck für den endgültigen Temperaturunterschied

Wo ist der Wärmewiderstand einer flachen Wand ( m 2 0 С\Bm)

Daraus folgt der Ausdruck für die Wärmestromdichte und den Wärmestrom (Wärmeübertragungsgleichung einer flachen Wand)

Wo Q ist die Wärmestromdichte ( W/m2);

Q ist der Wärmefluss ( W);

k=1/R- Wärmedurchgangskoeffizient einer flachen Wand (W / m 2 ºС)

wo ist der thermische Widerstand der Wärmeübertragung einer flachen Wand (m 2 ºС / W);

; - Wärmewiderstände der Wärmeübertragung von der Seite des heißen Kühlmittels, Wärmeleitfähigkeit der flachen Wand bzw. Wärmewiderstände der Wärmeübertragung von der Seite des kalten Kühlmittels.

Die Temperatur der Innen- und Außenfläche der Wand wird aus folgenden Überlegungen ermittelt:

daher haben wir

Im Falle einer mehrschichtigen Wand

Frage Nr. 39

Wärmeübertragung- Wärmeübertragung von einem Träger auf einen anderen durch eine feste Oberfläche, die sie trennt.

Stationärer Prozess- ein Prozess, bei dem sich die Temperaturen der Medien nicht ändern, d. h. .

Instationärer Prozess- ein Prozess, bei dem sich die Temperaturen der Medien ändern, d. h. .

Bei gekrümmten Wänden wird der Wärmeübergangskoeffizient normalerweise nach der gleichen Gleichung bestimmt wie bei einer flachen Wand. In diesem Fall wird bei gekrümmten Wänden die berechnete Wärmeübertragungsfläche aus dem Ausdruck bestimmt

Das Wasseräquivalent der Wärmeübertragungsfläche.

Für zylindrische Wände: .

Linearer Wärmeübergangskoeffizient: .

Wärmedurchgangskoeffizient für Innenwand: .

Wärmedurchgangskoeffizient für Außenwand: .

Frage Nr. 40-41

Klassifizierung von Wärmetauschern.

1. Nach Art der Aktion:

A. Oberflächengeräte – Geräte, bei denen die Wärmeübertragung in Gegenwart einer festen Oberfläche erfolgt.

ich. Regenerative Geräte sind Oberflächengeräte, bei denen eine feste Oberfläche abwechselnd von heißen und kalten Kühlmitteln umspült wird. Diese Geräte werden dort eingesetzt, wo die Wärmeträger hohe Temperaturen aufweisen oder wenn die Wärmeträger nicht sauber sind.

ii. Rekuperativgeräte sind Oberflächengeräte, bei denen eine feste Oberfläche durch Trennflächen kontinuierlich mit heißen und warmen Wärmeträgern umspült wird.

1. Rohrbündelwärmetauscher.

2. Geräte vom Typ „Rohr in Rohr“:

A. Einflutige Geräte vom Typ „Rohr in Rohr“.

B. Mehrstromgeräte vom Typ „Rohr in Rohr“.

B. Geräte vom Mischtyp - Geräte, bei denen eine direkte Mischung von heißen und kalten Wärmeträgern erfolgt.

Schema der Vorrichtung vom Typ „Rohr in Rohr“:

Geräte dieser Art haben einen einfachen Aufbau und hohe Durchflussraten. Um jedoch große Kapazitäten des Geräts zu erhalten, ist es notwendig, eine große Anzahl von Strukturelementen zu installieren, und das Gerät selbst nimmt viel Platz ein.

Schema des Apparates vom Rohrbündeltyp:

In solchen Geräten ist es möglich, Direktströmung, Gegenströmung, Querströmung, U-förmige symmetrische und andere Strömungen zu erzeugen.

Wärmebilanz des Wärmetauschers: , wobei der Wirkungsgradkoeffizient des Wärmeapparats ist, .

1. (hydraulischer Widerstand ist gering), dann , , , bei .

2. Kondensator.

3. Verdampfer.

Die Leistung des thermischen Apparats (Grosgof-Gleichung): , wobei die durchschnittliche Temperaturdifferenz ist.

Für Vorwärtsfluss: , .

Für Gegenstrom: , .

Wo und sind die Wasseräquivalente der Wärmeaustauschfläche.

Für jedes Schema kann es nach zwei Methoden bestimmt werden:

1. Klassische Technik: , wo - Koeffizient abhängig von der Art und den Eigenschaften des warmen Geräts, wird aus den Funktionsgraphen bestimmt und .

2. Belokons Methode. Gegenstromindex:

Für Vorwärtsfluss.

Für Gegenstrom.

Für eine U-förmige symmetrische Schaltung.

Für jedes Schema beträgt der durchschnittliche Temperaturunterschied: .

Frage Nr. 42

Es gibt zwei Arten von Berechnungen für thermische Geräte:

1. Berechnung erster Art (konstruktiv). Bekannt: , , , , , , , . Aufgabe: Auswahl bzw. Auslegung eines Wärmetauschers ( , ). und - Kondensationstemperatur.

1. Dampfkompressionskältemaschinen, bei denen das Arbeitsmedium Dampf ist und der Arbeitsprozess im Kompressor stattfindet.

2. Luftkühler, bei denen das Arbeitsmedium Luft ist.

3. Absorptionskühlschränke, bei denen Dämpfe von wässrigen Lösungen absorbiert werden.

4. Dampfstrahl-Kältemaschinen mit Injektoren als Aktor.

Arbeitsablauf der Dampfkompressions-Kühleinheit:

1-2 - adiabatische Kompression; 4-5 - Drosselvorgang.

Schema einer Dampfkompressionskälteanlage:

Solche Anlagen arbeiten im folgenden Temperaturbereich: .

8. Dampfstrahl-Kältemaschinen mit Injektoren als Aktor.

WÄRMEAUSTAUSCH

WÄRMEAUSTAUSCH(Wärmeenergieübertragung), der Prozess der Wärmeübertragung von einem Objekt auf ein anderes. Die Übertragung erfolgt während der Zeit, in der zwei oder mehr Körper unterschiedlicher Temperatur in thermischem Kontakt stehen. Es gibt drei Arten der Wärmeübertragung: WÄRMEKONVENTION, KONVEKTION und STRAHLUNG. Bei der Wärmeleitung erfolgt die Übertragung von Wärme von Molekül zu Molekül im Körper, beispielsweise wenn ein Eisenstab ins Feuer gesteckt wird. Bei der Konvektion wird Wärme durch die Zirkulation einer Flüssigkeit oder eines Gases übertragen, wie beim Sieden. Bei der Strahlung wird Wärme in Form elektromagnetischer Wellen übertragen, ähnlich wie Sonnenlicht. Wärmeaustauschprozesse sind ein integraler Bestandteil vieler Produktionsprozesse, bei denen Wärmeenergie von einer Quelle auf eine andere übertragen wird, ohne sie zu kombinieren. Das einfachste Beispiel für die Wärmeübertragung ist die Nutzung der Wärmeübertragung, wenn ein Rohrsystem mit einer entwickelten Außenfläche und einer im Inneren fließenden heißen Flüssigkeit in einen Behälter eingetaucht wird, durch den eine andere kalte Flüssigkeit fließt, und durch die Wärmeübertragung entsteht Wärme von heißer in kalte Flüssigkeit überführt.

Beim Erhitzen einer Pfanne können drei Arten der Wärmeübertragung beobachtet werden: (A) Leitung durch die Metallwände der Pfanne (1), konvektive Bewegung der Flüssigkeit (2) und Strahlung von der Wärmequelle, die auf die Pfanne übertragen wird (3) . Theoretisch ändert ein gut isolierter Wärmeleiter, dessen eines Ende in Eis und das andere in kochendes Wasser gelegt wird, die Temperatur entlang seiner Länge (B) linear, wie eine gerade Linie in einem Diagramm. Die Temperaturänderungscharakteristik eines schlecht isolierten Leiters wird durch eine geschwungene gepunktete Linie dargestellt. Thermos(C) enthält ein Vakuum (4) zwischen den Wänden, um Wärmeleitung und Konvektion zu verhindern, und versilberte Wände, um Wärmeverluste durch Strahlung zu vermeiden.

Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch.

Synonyme:

Sehen Sie, was „WÄRMEAUSTAUSCH“ in anderen Wörterbüchern ist:

Wärmeübertragung ... Rechtschreibwörterbuch

Spontaner irreversibler Prozess der Wärmeübertragung aufgrund des Temperaturgradienten. Im Allgemeinen kann die Wärmeübertragung auch durch die Inhomogenität der Felder anderer physikalischer Systeme verursacht werden. Werte, z.B. Konzentrationsgradient (siehe DUFOUR-EFFEKT). Unterscheiden… … Physische Enzyklopädie

Die Wärmeübertragung ist neben der Arbeit in der Thermodynamik eine der Arten des Energieaustauschs eines thermodynamischen Systems (eines physischen Körpers) mit umgebenden Körpern, der durch Prozesse der Wärmeleitung, Konvektion oder Strahlung erfolgt und nicht von ... begleitet wird. . Moderne Enzyklopädie

Ein spontaner irreversibler Prozess der Wärmeübertragung von stärker erhitzten Körpern (oder Körperteilen) auf weniger erhitzte (im Allgemeinen kann die Wärmeübertragung auch durch die Inhomogenität von Feldern anderer physikalischer Größen, beispielsweise Konzentrationsunterschiede, verursacht werden M. ... ... Großes enzyklopädisches Wörterbuch

Wärmeübertragung, Wärmeübertragung, Wärmeübertragung Wörterbuch der russischen Synonyme. Wärmeaustausch n., Anzahl der Synonyme: 4 Austausch (55) ... Synonymwörterbuch

WÄRMEAUSTAUSCH- ein spontaner irreversibler Prozess der Verteilung der Wärmeenergie von stärker erhitzten Körpern oder Körperteilen auf weniger erhitzte, ohne Arbeit zu leisten. Es gibt folgende Arten von T.: (siehe), Wärmeleitfähigkeit (siehe) und Wärmeübertragung durch Strahlung ... ... Große Polytechnische Enzyklopädie

WÄRMETAUSCHER, Ehemann. (Spezialist.). Der Prozess der irreversiblen Wärmeübertragung von heißeren Körpern auf kühlere. Regulierung des Wärmeaustauschs. | adj. Wärmetauscher, oh, oh. Erklärendes Wörterbuch von Ozhegov. S.I. Ozhegov, N. Yu. Shvedova. 1949 1992 ... Erklärendes Wörterbuch von Ozhegov

Wärmeaustausch- Spontaner irreversibler Wärmeübertragungsprozess aufgrund eines Temperaturgradienten [Terminologisches Wörterbuch für das Bauwesen in 12 Sprachen (VNIIIS Gosstroy der UdSSR)] Themen Thermodynamik EN Wärmeaustauschintercambio térmico DE… … Handbuch für technische Übersetzer

Wärmeaustausch- - spontaner Prozess der Wärmeübertragung von stärker erhitzten Betonteilen zu weniger erhitzten. [Terminologisches Wörterbuch für Beton und Stahlbeton. Bundesstaatliches Einheitsunternehmen „Forschungszentrum“ Bau „NIIZHB“ ihnen. A. A. Gvozdeva, Moskau, 2007, 110 Seiten] Überschrift ... ... Enzyklopädie der Begriffe, Definitionen und Erklärungen von Baustoffen

Wärmeaustausch- spontane irreversible Wärmeübertragung im Raum mit einem ungleichmäßigen Temperaturfeld, gekennzeichnet durch einen Temperaturgradienten. Die Wärmeübertragung erfolgt von stärker erhitzten Körpern zu weniger erhitzten und ist durch einen Vektor gekennzeichnet ... ... Enzyklopädisches Wörterbuch der Metallurgie

Bücher

• Wärmeübertragung in einphasigen Medien und bei Phasenumwandlungen. Lehrbuch, V. V. Yagov, Der Inhalt des Lehrbuchs entspricht dem Programm der Disziplin „Wärme- und Stoffübertragung“, das Studierenden der Fachrichtung Thermophysik im Rahmen der Ausbildungsrichtung „140700“ vorgelesen wird. ... Kategorie: Thermodynamik und statistische Physik Herausgeber: MPEI,
• Wärmeübertragung und thermische Prüfung von Materialien und Strukturen der Luft- und Raumfahrttechnik unter Strahlungserwärmung, Viktor Eliseev. Die Monographie widmet sich den Problemen der Wärmeübertragung und thermischen Prüfung von Materialien und Strukturen der Luft- und Raumfahrttechnik unter Verwendung hochintensiver Strahlungsquellen. Die Ergebnisse werden präsentiert... Kategorie: Bildungsliteratur Herausgeber:

Methoden der Wärmeübertragung – Wärme wird immer von Körpern, die heißer sind, auf weniger heiße Körper übertragen. Die Methoden der Wärmeübertragung von einem festen Körper (Wand) auf eine ihn umströmende Flüssigkeit oder ein Gas werden als Wärmeübertragung bezeichnet. Die Methoden der Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes, durch eine Trennwand (Wand) getrenntes Medium werden als Wärmeübertragung bezeichnet. Es gibt drei Arten der Wärmeübertragung: Leitung, Konvektion und Strahlung (Strahlung).

Wärmeleitfähigkeit ist der Prozess der Wärmeausbreitung in einem Körper (einem) durch die Übertragung kinetischer Energie von stärker erhitzten Molekülen auf weniger erhitzte Moleküle, die miteinander in Kontakt stehen. In ihrer reinen Form findet die Wärmeleitfähigkeit in Festkörpern in sehr dünnen, bewegungslosen Flüssigkeits- und Gasschichten statt.

Wärmeübertragungsmethoden breiten sich durch die Wände des Kessels aus. Die Wärmeleitfähigkeit verschiedener Stoffe ist unterschiedlich. Metalle sind gute Wärmeleiter. Die Wärmeleitfähigkeit von Luft ist sehr gering. Schwach leitende poröse Körper, Asbest, Filz und Ruß.

Konvektion ist die Übertragung von Wärme aufgrund der Bewegung molarer Volumina des Mediums. Normalerweise erfolgt die konvektive Methode der Wärmeübertragung zusammen mit der Wärmeleitfähigkeit und erfolgt als Ergebnis der freien oder erzwungenen Bewegung molarer Flüssigkeits- oder Gasvolumina (natürliche oder erzwungene Konvektion). Natürliche Konvektion verteilt die Wärme von Öfen, Heizgeräten, beim Erhitzen von Wasser in Dampfkesseln, beim Kühlen von Kesselauskleidungen und anderen Heizgeräten. Die freie Bewegung von Flüssigkeiten oder Gasen beruht auf der unterschiedlichen Dichte erhitzter und kalter Partikel des Mediums. Beispielsweise erwärmt sich die Luft in der Nähe der Ofenoberfläche, wird leichter, steigt auf und an ihrer Stelle tritt schwerere, kältere Luft ein. Dadurch entsteht eine Luftzirkulation im Raum, die Wärme überträgt.

Zu den Wärmeübertragungsmethoden gehört Konvektion. Erzwungene Konvektion entsteht, wenn Wärme von der Innenwand des Kessels auf das Wasser übertragen wird, das sich unter der Wirkung der Pumpe bewegt.

Strahlung (Strahlung) ist die Übertragung von Wärme von einem Körper auf einen anderen mittels elektromagnetischer Wellen durch ein für Wärmestrahlung transparentes Medium. Dieser Prozess der Wärmeübertragung geht mit der Umwandlung von Wärmeenergie in Strahlungsenergie und umgekehrt von Strahlungsenergie in Wärmeenergie einher. Strahlung überträgt Wärme von der Flamme des brennenden Brennstoffs auf die Oberfläche von Gusseisenabschnitten oder Stahlrohren des Kessels. Strahlung ist die effizienteste Art der Wärmeübertragung, insbesondere wenn der strahlende Körper eine hohe Temperatur hat und die Strahlen von ihm senkrecht auf die erhitzte Oberfläche gerichtet sind.

Das Konzept der Wärmeübertragung. Die drei oben besprochenen Arten der Wärmeübertragung sind in reiner Form sehr selten. In den meisten Fällen wird eine Art von einer anderen begleitet. Ein Beispiel hierfür ist die Wärmeübertragung von gasförmigen Verbrennungsprodukten an die Wand eines Warmwasserkessels (Abb. 7). Links steht seine Oberfläche in Kontakt mit heißen gasförmigen Verbrennungsprodukten und hat eine Temperatur t 1, rechts wird sie von Wasser umspült und hat eine Temperatur t 2. Die Temperatur in der Wand nimmt in Richtung der x-Achse ab.

Reis. 7. Wärmeübertragung von gasförmigen Verbrennungsprodukten an die Kesselwand.

Dabei wird die Wärme vom Gas auf die Wand gleichzeitig durch Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung übertragen (Strahlungswärmeübertragung). Die gleichzeitige Übertragung von Wärme durch Konvektion, Leitung und Strahlung wird als komplexe Wärmeübertragung bezeichnet.

Das Ergebnis der gleichzeitigen Wirkung einzelner Elementarphänomene wird einem von ihnen zugeschrieben, das als das Hauptphänomen gilt. Bei der Wärmeübertragung in der Brennkammer von den Rauchgasen auf die äußere Heizfläche des Kessels spielt also die Strahlung (Strahlung), auch direkter Rückstoß genannt, eine dominierende Rolle, wobei neben ihr auch Konvektion und Wärmeleitfähigkeit beteiligt sind die Übertragung von Wärme.

Methoden zur Wärmeübertragung von der äußeren Heizfläche zur inneren durch eine Rußschicht, eine Metallwand und eine Zunderschicht erfolgen ausschließlich durch Wärmeleitung. Von der inneren Heizfläche des Kessels schließlich wird die Wärme nur durch Konvektion an das Wasser übertragen. In den Gaskanälen des Kessels ist der Wärmeaustausch zwischen der Wand des Abschnitts und den ihn waschenden Gasen ebenfalls das Ergebnis der kombinierten Wirkung von Konvektion, Wärmeleitfähigkeit und Strahlung. Als Hauptphänomen wird jedoch die Konvektion angenommen.

Das quantitative Merkmal der Wärmeübertragung von einem Kühlmittel auf ein anderes durch die sie trennende Wand ist der Wärmeübertragungskoeffizient K. Bei einer flachen Wand ist der Koeffizient K die pro Zeiteinheit übertragene Wärmemenge: von einer Flüssigkeit zur anderen über einen Fläche von 1 m 2 mit einem Temperaturunterschied zwischen ihnen von einem Grad. - wird durch die Formel bestimmt:

K \u003d (1 / α 1 + δ 3 / λ 3 + δ st / λ st + δ n / λ n + 1 / α 2) -1

wobei α 1 der Wärmeübertragungskoeffizient von Gasen zur Wand der Heizfläche ist, W / (m 2 × Grad); δ 3 - Dicke der Asche- oder Rußablagerungen (die sogenannte äußere Verschmutzung), m; δ st - Wandstärke von Abschnitten oder Rohren, m; δ n - Zunderdicke (die sogenannte innere Verschmutzung), m; λ 3 , λ st, λ in - die entsprechenden Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Asche oder Ruß, Wänden und Zunder, W / (m × Grad); α 2 -. Wärmeübergangskoeffizient von der Wand zum Wasser / W / (m 2 × Grad).

Gemäß dem obigen Beispiel einer komplexen Wärmeübertragung (siehe Abb. 7) ist der gesamte Wärmeübertragungskoeffizient bzw. von Gasen zur Kesselwand gleich:

α 1 \u003d α k + α l

wo α zu und α l - Koeffizienten, Wärmeübertragung durch Konvektion und Strahlung.

Der Kehrwert des Wärmeübergangskoeffizienten wird als thermischer Widerstand gegen Wärmeübertragung bezeichnet. Für diesen Fall:

R = 1 / K = 1 / α 1 + δ 3 / λ 3 + δ st / λ st + δ n / λ n + 1 / α 2

Verschiedene Stoffe haben unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten.

Wärmeleitfähigkeitskoeffizient K – die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit der Heizfläche bei einem Temperaturunterschied von 1 Grad und einer Wandstärke von 1 m übertragen wird. Bei Verwendung von systemfremden Einheiten (kcal pro Stunde), Die Dimension des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten beträgt kcal × m / (m 2 × h × Grad), im SI-System - W / (m × Grad).

Die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten verschiedener Materialien, die am häufigsten in Heizungs- und Kesselanlagen vorkommen, sind unten angegeben: W / (m × Grad).

Die durch die Wand übertragene Wärmemenge Q wird durch die Formel bestimmt:

wobei K der Wärmeübergangskoeffizient W / (mg × Grad) ist; ∆t ist der durchschnittliche Temperaturunterschied zwischen dem Heiz- und dem erhitzten Medium oder der durchschnittliche logarithmische Temperaturunterschied, Grad; H ist die Heizfläche, m 2 .

Die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz ∆t wird durch die Formel bestimmt:

∆t = ∆t - ∆t m /2,31 g (∆t 0 /∆t m)

wobei ∆t g und ∆t m die größten und kleinsten Temperaturunterschiede zwischen Heiz- und Heizmedium sind.

Reis. 8. Die Art der Temperaturänderung von Arbeitsflüssigkeiten bei

a - Vorwärtsfluss; b - Gegenstrom.

Der Charakter der Temperaturänderung der Arbeitsflüssigkeiten ist in Abb. dargestellt. 8. Fließen die Heiz- und erwärmten Flüssigkeiten im Wärmetauscher in die gleiche Richtung, so nennt man ein solches Strömungsmuster Vorwärtsströmung (siehe Abb. 8, a) und in der entgegengesetzten Richtung - Gegenströmung (siehe Abb. 8, b). ).

Für eine Flächeneinheit der Wärmeübertragungsfläche ist der spezifische Fluss, bezeichnet mit q, gleich:

Aus den obigen Formeln ist ersichtlich, dass die übertragene Wärmemenge umso größer ist, je größer die Heizfläche H und je größer die mittlere Temperaturdifferenz bzw. Temperaturdifferenz und der Wärmeübergangskoeffizient K sind. Das Vorhandensein von Kesselstein, Asche oder Ruß weist darauf hin Die Kesselwand verringert den Wärmeübergangskoeffizienten erheblich (siehe Beispiel unten).

Ausschlaggebend für die Wärmeübertragung durch Strahlung ist die Temperatur des strahlenden Körpers und der Grad seiner Schwärze. Um die Wärmeübertragung durch Strahlung zu intensivieren, ist es daher notwendig, die Temperatur des Strahlungskörpers durch Erhöhung der Oberflächenrauheit zu erhöhen.

Die Wärmeübertragung durch Konvektion hängt ab von: der Bewegungsgeschwindigkeit der Gase, dem Temperaturunterschied zwischen Heiz- und Heizmedium, der Art der Gasströmung um die Heizfläche – längs oder quer, der Art der Oberfläche – glatt oder gerippt. Die wichtigsten Möglichkeiten zur Intensivierung der Wärmeübertragung durch Konvektion sind: Erhöhung der Geschwindigkeit von Gasen, deren Verwirbelung in Gaskanälen, Vergrößerung der Heizfläche durch Rippenbildung, Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen Heiz- und Heizmedium sowie Gegenstromwäsche .

Beispiel. Berücksichtigen Sie anhand der Daten in diesem Abschnitt die Auswirkung von Kesselstein und Ruß auf die Wärmeübertragung in einem Kessel. Wir akzeptieren die Wandstärke des gusseisernen Kesselabschnitts δ 1 \u003d 8 mm und die darauf abgelagerte Zunderschicht mit einer Dicke von δ 2 \u003d 2 mm und die Rußschicht δ 3 \u003d 1 Gmm. Die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der Wand λ 1 , Zunder λ 2 bzw. Ruß λ 3 werden mit 54 angenommen; 0,1 und 0,05 kcal / (m × h × Grad) (√62,7; 0,116 und 0,058 W / (m 2 × K). Werte der Wärmeübertragungskoeffizienten: von Gasen zur Wand α 1 = 20 kcal / ( m 2 × Grad); von der Wand zum Wasser α 2 = 1000 kcal / (m 2 × h × Grad). Die Temperatur der Gase wird gleich t Gas = 800 ° C, Wasser t = 95 ° C angenommen .

Wir führen Berechnungen für saubere und verschmutzte Wände eines Gusskessels durch.

A. Die Kesselwand ist sauber.

Finden Sie den Wärmeübergangskoeffizienten:

K \u003d (l / α 1 + δ / λ + l / α 2) -1 \u003d (1/20 + 0,008 / 54 + 1/1000) -1 \u003d 1 / 0,0512 \u003d 19,5 kcal / (m 2 × h × Grad) = 22,6 W / (m 2 × Grad) und Wärmefluss durch die Wand.

q \u003d K∆t \u003d 19,5 (800-95) \u003d 13700 kcal / (m 2 × h) \u003d 15850 W / (m 2).

Bestimmen wir die Temperatur der Außenfläche der Wand des Gusseisenabschnitts anhand der Formel

q \u003d α 1 (t Gas - t st) -1 q \u003d α 1 t Gas - α 1 t st; α i t st = α 1 t Gas

t st \u003d t gas - q / α 1 \u003d 800 - 13700/20 \u003d 115 ° С.

Aus der Berechnung ist ersichtlich, dass sich bei einer sauberen Kesselwand die Temperatur kaum von der Temperatur des Wassers im Kessel unterscheidet.

B. Kesselwand verschmutzt.

Wenn wir die gesamte Berechnung wiederholen, finden wir:

K \u003d (l / α 1 + δ 1 / λ 1 + δ 2 / λ 2 + δ 3 / λ 3 + 1 / α 2) -1 \u003d (1/20 + 0,008 / 54 + 0,002 / 0,1 (+ 0,001 / 0,05+ 1 = 1000) -1 = (0,0912) -1 = 11 kcal / (m 2 × h × 1 × Hagel) = 12,7 W / (m 2 × Hagel)

q \u003d 11 (800 - 95) \u003d 7750 kcal / (m 2 × h) \u003d 8960 W / (m 2), t st \u003d 800 - 7750/20 \u003d 412 ° C.

Aus der Berechnung geht hervor, dass die Ablagerung von Ruß unerwünscht ist, da er aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit die Wärmeübertragung von den Rauchgasen auf die Kesselwände erschwert. Dies führt zu einem übermäßigen Brennstoffverbrauch und einer Verringerung der Dampf- oder Warmwasserproduktion der Kessel.

Kalkablagerungen mit geringer Wärmeleitfähigkeit reduzieren die Wärmeübertragung von der Kesselwand auf das Wasser erheblich, wodurch die Wände stark überhitzt werden und in einigen Fällen; platzen, was zu Kesselausfällen führen kann.

Beim Vergleich der Berechnungsergebnisse sehen wir, dass sich die Wärmeübertragung durch die kontaminierte Wand fast halbiert hat, die Wandtemperatur des Gusseisenabschnitts während der Zunderung auf gefährliche Grenzen angestiegen ist, abhängig von der Festigkeit des Metalls, was dazu führen kann Abschnittsbruch. Dieses Beispiel zeigt deutlich die Notwendigkeit einer regelmäßigen Reinigung des Kessels sowohl von Kalk als auch von Ruß oder Asche.

Anweisung

Unter Wärmeleitfähigkeit versteht man die Übertragung von Wärme von stärker erhitzten Teilen eines Stoffes auf weniger erhitzte Teile, was zu einem Temperaturausgleich des Stoffes führt. Moleküle einer Substanz mit mehr Energie übertragen diese auf Moleküle mit weniger Energie. Die Wärmeleitfähigkeit bezieht sich auf das Fourier-Gesetz, das die Beziehung zwischen dem Temperaturgradienten im Medium und der Wärmestromdichte darstellt. Der Gradient ist ein Vektor, der die Richtung angibt, in der sich das Skalarfeld ändert. Abweichungen von diesem Gesetz können bei sehr starken Stoßwellen (große Gradientenwerte), bei sehr niedrigen Temperaturen und in verdünnten Gasen auftreten, wenn die Moleküle eines Stoffes häufiger mit den Gefäßwänden als untereinander kollidieren. Bei verdünnten Gasen wird der Wärmeübertragungsprozess nicht als Wärmeübertragung, sondern als Wärmeübertragung zwischen Körpern in einem gasförmigen Medium betrachtet.

Dies ist nach der kinetischen Theorie die Übertragung von Wärme in Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen. Der Kern der kinetischen Theorie besteht darin, dass alle Körper (Materialien) aus Atomen und Molekülen bestehen, die sich in ständiger Bewegung befinden. Basierend auf dieser Theorie ist Konvektion die Übertragung von Wärme zwischen Stoffen auf molekularer Ebene, sofern die Körper unter dem Einfluss der Schwerkraft stehen und ungleichmäßig erhitzt werden. Eine erhitzte Substanz bewegt sich unter der Wirkung der Schwerkraft relativ zu einer weniger erhitzten Substanz in die entgegengesetzte Richtung zur Schwerkraft. Die wärmeren Stoffe steigen auf und die kälteren Stoffe sinken. Eine Abschwächung des Konvektionseffekts wird bei hoher Wärmeleitfähigkeit und einem viskosen Medium beobachtet, und auch der Ionisierungsgrad und das Magnetfeld beeinflussen die Konvektion in ionisierten Gasen stark.

Wärmestrahlung. Ein Stoff erzeugt aufgrund seiner inneren Energie elektromagnetische Strahlung mit einem kontinuierlichen Spektrum, die zwischen Stoffen übertragen werden kann. Die Lage des Maximums seines Spektrums hängt davon ab, wie heiß die Substanz ist. Je höher die Temperatur, desto mehr Energie gibt der Stoff ab und desto mehr Wärme kann übertragen werden.

Die Wärmeübertragung kann durch eine dünne Trennwand oder Wand zwischen Körpern erfolgen, von einer wärmeren Substanz auf eine weniger warme. Eine stärker erhitzte Substanz überträgt einen Teil der Wärme an die Wand, woraufhin der Wärmeübertragungsprozess in der Wand stattfindet und die Wärme von der Wand an eine weniger erhitzte Substanz übertragen wird. Die Intensität der übertragenen Wärmemenge hängt direkt vom Wärmeübergangskoeffizienten ab, der als die Wärmemenge definiert ist, die pro Zeiteinheit bei einem Temperaturunterschied zwischen Stoffen von 1 Kelvin durch die Flächeneinheit der Trennwand übertragen wird.