Šilumos perdavimas dėl temperatūros skirtumų: Termodinamikos ir šilumos perdavimo metodai: taikymas ir skirtumai inžinerinėje termodinamikoje ir šilumos perdavime.

Daugybėje pasaulių, kuriuose gyvename, nuolat vyksta įvairūs procesai, o vienas iš fizikinių procesų, glaudžiausiai susijusių su žmogaus išgyvenimu, yra šilumos energijos perdavimas. Nuo centrinio oro kondicionavimo šiuolaikiniuose pastatuose iki natūralių oro reiškinių, tokių kaip šaltis, lietus ir sniegas, susidarymo, nuo į atmosferą grįžtančių erdvėlaivių šiluminės apsaugos iššūkių iki efektyvaus elektroninių prietaisų aušinimo, nuo žmonių drabužių sezoninių pokyčių iki žmonių maisto produktų laikymo šaldytuve - visi šie procesai glaudžiai susiję su šilumos perdavimu.

Šilumos perdavimo tyrimai - tai disciplina, tirianti šilumos ar energijos perdavimo, kurį lemia temperatūrų skirtumai, dėsnius. Antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad ten, kur yra temperatūrų skirtumas, šiluma natūraliai pereina iš aukštesnės temperatūros objekto į žemesnės temperatūros objektą. Ši perduodama šiluma dažnai vadinama šilumine energija.

Gamtoje ir įvairiose gamybos technologijų srityse visur egzistuoja temperatūrų skirtumai, todėl šilumos perdavimas yra labai paplitęs fizikinis reiškinys. Pavyzdžiui, vėjai gamtoje kyla dėl temperatūrų skirtumų tarp dviejų vietų, todėl oras iš aukštesnės temperatūros vietovės plūsta į žemesnės temperatūros vietovę, o dėl Žemės sukimosi susidaro vėjas. Vandenynų sroves ir taifūnus taip pat sukelia temperatūrų skirtumai, dėl kurių juda vanduo arba oras. Pramoninėje gamyboje naudojant anglies pluošto šildymo vamzdelius gaminiams šildyti, šiluma iš šildymo vamzdelių taip pat perduodama šildomai medžiagai, o tai yra dar vienas šilumos perdavimo procesas.

Vadinamieji šilumos perdavimo dėsniai pirmiausia sieja šilumos kiekį, perduodamą per laiko vienetą, su atitinkamu temperatūros skirtumu objekte. Šį dėsnį atspindintis pirmojo lygmens santykis tampa šilumos perdavimo greičio lygtimi. Vėlesniuose straipsniuose kartu su jumis aptarsiu trijų pagrindinių šilumos perdavimo būdų greičio lygtis tam tikromis supaprastintomis sąlygomis. Gilesnis tyrimo lygmuo - rasti temperatūros pasiskirstymą įvairiuose objekto taškuose skirtingomis sąlygomis.

Šilumos perdavimo tyrimai ir inžinerinė termodinamika - tai disciplinos, susijusios su šiluminiais reiškiniais. Kinijos inžinerinio švietimo sektoriuje šie du kursai bendrai vadinami šilumos inžinerijos kursais. Esminį šių dviejų mokslo sričių skirtumą galima paaiškinti taip: Inžinerinė termodinamika tiria sistemas, esančias pusiausvyroje, kai nėra temperatūros ar slėgio skirtumų, o šilumos perdavimas tiria priešingai - šilumos perdavimo dėsnius, susijusius su temperatūros skirtumais. Pavyzdžiui, panagrinėkime plieno luito aušinimo nuo 1000 °C temperatūros alyvos vonioje iki 100 °C procesą. Termodinamika tiria šilumos nuostolius, tenkančius vienam plieno luito kilogramui per šį aušinimo procesą, ir šilumą, kurią sugeria alyvos vonia, tačiau termodinamika negali pasakyti, per kiek laiko ši temperatūros sistema pasiekia pusiausvyrą. Šis laikas priklauso nuo alyvos vonelės temperatūros, alyvos judėjimo, alyvos fizikinių savybių ir t. t. Būtent šias savybes tiria šilumos perdavimas.

Be to, dėl minėto esminio skirtumo skiriasi termodinamikoje ir šilumos perdavime naudojami fizikiniai parametrai: termodinamikoje fizikiniai dydžiai neapima laiko, o šilumos perdavime pagrindiniai fizikiniai dydžiai yra išreikšti laiku, t. y. šilumos perdavime daugiau dėmesio skiriama tam, kiek šilumos energijos galima perduoti per laiko vienetą. Kita vertus, šilumos perdavimo tyrimai glaudžiai susiję su inžinerine termodinamika: analizuojant bet kokį šilumos perdavimo procesą būtina vadovautis pirmuoju termodinamikos dėsniu, t. y. energijos išsaugojimo dėsniu. Pirmąjį termodinamikos dėsnį galima taikyti tiek uždarosioms, tiek atvirosioms sistemoms, o kiekvieno tipo sistemoms būdingos tiek tolygios, tiek netolygios būsenos. Šilumos perdavimo požiūriu vadinamasis pastovios būsenos procesas yra toks, kai temperatūra kiekviename sistemos taške laikui bėgant nesikeičia, o nepastovios būsenos procese temperatūra kiekviename taške laikui bėgant kinta.

Ateityje aptardami šilumos laidumą kietuosiuose kūnuose, pirmąjį termodinamikos dėsnį taikysime uždaroms sistemoms, o konvekcinio šilumos perdavimo tyrimui reikia naudoti atviras sistemas. Be to, kai šilumos energija pereina iš vienos terpės į kitą, energijos išsaugojimo principas turi būti taikomas ir dviejų terpių sandūroje, pavyzdžiui, minėtas plieno luito aušinimo procesas alyvos vonioje, kietojo kūno ir skysčio sandūroje, nepriklausomai nuo to, ar šilumos perdavimo procesas yra tolygus, ar netolygus, manome, kad šiluma, perduodama iš kietojo kūno į skystį, ir šiluma, kurią skystis sugeria iš kietojo kūno, bet kuriuo metu yra lygios. Vidurinėje mokykloje fizikoje minimos energijos balanso ir šilumos balanso sąvokos iš tikrųjų yra paprastos pirmojo termodinamikos dėsnio sąvokos.

Pažangūs ir efektyvūs šildymo sprendimai naudojant anglies pluošto šildymo vamzdžiai kurie naudoja šilumos perdavimo principus, apsvarstykite "Global Quartz Tube", šilumos technologijų lyderį. Apsilankykite mūsų Interneto svetainė arba susisiekite su mumis el contact@globalquartztube.com daugiau informacijos.