Цеплаперадача, абумоўленая перападамі тэмператур: Прыкладання і адрозненні ў інжынернай тэрмадынамікі і цеплаперадачы

У мириадах светаў, дзе мы жывем, пастаянна адбываюцца розныя працэсы, адным з фізічных працэсаў, найбольш цесна звязаных з выжываннем чалавека, з'яўляецца перадача цеплавой энергіі. Ад цэнтральнага кандыцыянавання паветра ў сучасных будынках да фарміравання натуральных з'яў надвор'я, такіх як мароз, дождж і снег, ад праблем цеплааховы касмічных апаратаў, якія вяртаюцца ў атмасферу, да эфектыўнага астуджэння электронных прылад, ад сезонных змяненняў у вопратцы людзей да захоўвання прадуктаў харчавання ў замарожаным выглядзе - усё гэта цесна звязана з працэсам цеплаперадачы.

Даследаванні цеплаперадачы - гэта дысцыпліна, якая даследуе законы перадачы цяпла ці энергіі, выкліканыя перападамі тэмператур. Другі закон тэрмадынамікі абвяшчае: усюды, дзе ёсць розніца тэмператур, цяпло натуральным чынам перадаецца ад аб'екта з больш высокай тэмпературай да аб'екта з больш нізкай тэмпературай. Гэта цяпло перадаецца часта называюць цеплавой энергіяй.

Перапады тэмператур існуюць паўсюль у прыродзе і розных галінах вытворчых тэхналогій, што робіць цеплаперадачу вельмі распаўсюджаным фізічным з'явай. Напрыклад, вятры ў прыродзе выклікаюцца розніцай тэмператур паміж двума месцамі, прымушаючы паветра перацякаць з вобласці з больш высокай тэмпературай у вобласць з больш нізкай тэмпературай, на фарміраванне ветру дадаткова ўплывае кручэнне Зямлі. Акіянскія плыні і тайфуны таксама выкліканыя перападамі тэмператур, якія прыводзяць да руху вады ці паветра. У прамысловай вытворчасці выкарыстанне награвальных трубак з вугляроднага валакна для нагрэву прадуктаў таксама ўключае перадачу цяпла ад награвальных трубак да нагрэтым матэрыялу, што з'яўляецца яшчэ адным працэсам цеплаперадачы.

Так званыя законы цеплаперадачы ў першую чаргу суадносяць колькасць цяпла, якая перадаецца ў адзінку часу, з адпаведнай розніцай тэмператур ўнутры аб'екта. Суадносіны першага ўзроўню, што адлюстроўвае гэты закон, становіцца раўнаннем хуткасці цеплаперадачы. У наступных артыкулах я буду абмяркоўваць з вамі ўраўненні хуткасцяў трох асноўных рэжымаў цеплаперадачы пры пэўных спрошчаных умовах. Больш глыбокі ўзровень вывучэння заключаецца ў знаходжанні размеркавання тэмпературы ў розных кропках аб'екта пры розных умовах.

Даследаванні цеплаперадачы і інжынерная тэрмадынаміка з'яўляюцца прадметамі, звязанымі з цеплавымі з'явамі. У сектары інжынернага адукацыі Кітая гэтыя два курсу ў сукупнасці называюцца курсамі цеплатэхнікі. Фундаментальнае адрозненне паміж гэтымі двума абласцямі навукі можна растлумачыць наступным чынам: інжынерная тэрмадынаміка вывучае сістэмы, якія знаходзяцца ў раўнавазе, дзе няма розніцы тэмператур або ціскаў, тады як цеплаабмен вывучае з дакладнасцю да наадварот, законы цеплаперадачы, звязаныя з розніцай тэмператур. Напрыклад, разгледзім працэс астуджэння сталёвага злітка з 1000°C у алейнай ванне да 100°C. Тэрмадынаміка вывучае цяпло, теряемое на кілаграм сталёвага злітка ў працэсе ахладжэння, і цяпло, паглынаецца алейнай лазняй, але тэрмадынаміка не можа сказаць нам, колькі часу патрабуецца для дасягнення раўнавагі ў гэтай тэмпературнай сістэме. Гэта час залежыць ад тэмпературы алейнай ванны, руху алею, фізічных уласцівасцяў алею і г. д., Якія як раз і з'яўляюцца прадметам вывучэння цеплаперадачы.

Акрамя таго, з-за згаданага вышэй фундаментальнага адрозненні існуе адрозненне ў фізічных параметрах, якія выкарыстоўваюцца ў тэрмадынамікі і цеплаперадачы: у тэрмадынаміцы фізічныя велічыні не ўключаюць час, тады як у цеплаперадачы асноўныя фізічныя велічыні выяўляюцца ў часе, г. зн. цеплаперадача больш звязаная з тым, колькі цеплавой энергіі можа быць перададзена за адзінку часу. З іншага боку, даследаванні цеплаперадачы цесна звязаныя з інжынернай термодинамикой: пры аналізе любога працэсу цеплаперадачы неабходна выкарыстоўваць Першы закон тэрмадынамікі, то ёсць закон захавання энергіі. Першы закон тэрмадынамікі можа прымяняцца як да закрытым, так і да адкрытых сістэмах, прычым кожны тып сістэм мае як устойлівае, так і нестационарное стану. З пункту гледжання цеплаперадачы, так званы стацыянарны працэс - гэта працэс, пры якім тэмпература ў кожнай кропцы сістэмы не змяняецца з часам, тады як пры нестационарном працэсе тэмпература ў кожнай кропцы змяняецца з часам.

У будучых абмеркаваннях цеплаправоднасці ў цвёрдых целах мы будзем выкарыстоўваць Першы закон тэрмадынамікі для закрытых сістэм, у той час як вывучэнне канвектыўныя цеплаабмену патрабуе выкарыстання адкрытых сістэм. Больш таго, калі цеплавая энергія перадаецца ад адной асяроддзя да іншай, прынцып энергазберажэння таксама павінен прымяняцца на мяжы падзелу двух асяроддзяў, такі як згаданы працэс астуджэння сталёвага злітка ў алейнай ванне, на мяжы падзелу цвёрдага рэчыва і вадкасці, незалежна ад таго, ці з'яўляецца працэс цеплаперадачы ўстойлівым ці няўстойлівым, мы лічым, што цяпло, якая перадаецца ад цвёрдага рэчыва да вадкасці, і цяпло, паглынаецца вадкасцю ад цвёрдага рэчыва, роўныя ў любы момант часу. Паняцці энергетычнага балансу і цеплавога балансу, якія згадваюцца ў фізіцы сярэдняй школы, на самай справе з'яўляюцца простымі тэрмінамі для абазначэння Першага закону тэрмадынамікі.

For advanced and efficient heating solutions using награвальныя трубкі з вугляроднага валакна that harness the principles of heat transfer, consider Global Quartz Tube, a leader in thermal technology. Visit our Вэб-сайт або звяжыцеся з намі па электроннай пошце па адрасе contact@globalquartztube.com for more information.