Prenos toplote zaradi temperaturnih razlik: Vloge in razlike v inženirski termodinamiki in prenosu toplote: temperaturne razlike: uporaba in razlike v inženirski termodinamiki in prenosu toplote.

V neštetih svetovih, v katerih živimo, nenehno potekajo različni procesi, eden od fizikalnih procesov, ki so najtesneje povezani s človeškim preživetjem, pa je prenos toplotne energije. Od centralne klimatizacije v sodobnih stavbah do nastanka naravnih vremenskih pojavov, kot so zmrzal, dež in sneg, od izzivov toplotne zaščite vesoljskih plovil, ki vstopajo v ozračje, do učinkovitega hlajenja elektronskih naprav, od sezonskih sprememb v oblačenju ljudi do zamrznjenega skladiščenja človeške hrane - vsi ti procesi so tesno povezani s prenosom toplote.

Študij prenosa toplote je disciplina, ki raziskuje zakonitosti prenosa toplote ali energije zaradi temperaturnih razlik. Drugi zakon termodinamike pravi: kjerkoli obstaja temperaturna razlika, toplota naravno prehaja s predmeta z višjo temperaturo na predmet z nižjo temperaturo. Ta prenesena toplota se pogosto imenuje toplotna energija.

Temperaturne razlike obstajajo povsod v naravi in na različnih področjih proizvodne tehnologije, zato je prenos toplote zelo pogost fizikalni pojav. Vetrovi v naravi so na primer posledica temperaturnih razlik med dvema krajema, zaradi katerih zrak teče z območja z višjo temperaturo na območje z nižjo temperaturo, na kar dodatno vpliva vrtenje Zemlje in tako nastane veter. Tudi morski tokovi in tajfuni so posledica temperaturnih razlik, ki povzročajo gibanje vode ali zraka. V industrijski proizvodnji uporaba grelnih cevi iz ogljikovih vlaken za segrevanje izdelkov vključuje tudi prenos toplote z grelnih cevi na segrevan material, kar je še en postopek prenosa toplote.

Tako imenovani zakoni prenosa toplote povezujejo količino toplote, ki se prenese v časovni enoti, z ustrezno temperaturno razliko znotraj predmeta. Prvostopenjska zveza, ki odraža ta zakon, je enačba hitrosti prenosa toplote. V naslednjih člankih bom z vami razpravljal o hitrostnih enačbah treh osnovnih načinov prenosa toplote pri določenih poenostavljenih pogojih. Globlja raven preučevanja je iskanje porazdelitve temperature v različnih točkah znotraj predmeta pod različnimi pogoji.

Študij prenosa toplote in inženirska termodinamika sta disciplini, povezani s toplotnimi pojavi. V kitajskem inženirskem izobraževalnem sektorju se ta dva predmeta skupaj imenujeta predmeta toplotnega inženirstva. Temeljno razliko med tema dvema znanstvenima področjema lahko razložimo na naslednji način: Inženirska termodinamika preučuje sisteme v ravnovesju, kjer ni temperaturnih ali tlačnih razlik, medtem ko prenos toplote preučuje ravno nasprotno, zakone o prenosu toplote, ki vključujejo temperaturne razlike. Na primer, poglejmo postopek ohlajanja jeklenega ingota s 1000 °C v oljni kopeli na 100 °C. Termodinamika preučuje toploto, ki se izgubi na kilogram jeklenega ingota med tem postopkom ohlajanja, in toploto, ki jo absorbira oljna kopel, vendar nam termodinamika ne more povedati, koliko časa traja, da ta temperaturni sistem doseže ravnovesje. Ta čas je odvisen od temperature oljne kopeli, gibanja olja, fizikalnih lastnosti olja itd.

Poleg tega se zaradi zgoraj omenjene temeljne razlike razlikujejo fizikalni parametri, ki se uporabljajo v termodinamiki in prenosu toplote: v termodinamiki fizikalne količine ne vključujejo časa, medtem ko so pri prenosu toplote glavne fizikalne količine izražene v času, tj. prenos toplote se bolj ukvarja s tem, koliko toplotne energije se lahko prenese na enoto časa. Po drugi strani pa so študije prenosa toplote tesno povezane z inženirsko termodinamiko: pri analizi vsakega procesa prenosa toplote je treba uporabiti prvi zakon termodinamike, tj. zakon o ohranitvi energije. Prvi zakon termodinamike se lahko uporablja tako v zaprtih kot odprtih sistemih, pri čemer ima vsaka vrsta sistema ustaljena in nestalna stanja. Z vidika prenosa toplote je tako imenovani proces v ustaljenem stanju tisti, pri katerem se temperatura v vsaki točki sistema s časom ne spreminja, medtem ko se pri procesu v nestalnem stanju temperature v vsaki točki s časom spreminjajo.

V prihodnjih razpravah o prenosu toplote v trdnih snoveh bomo prvi zakon termodinamike uporabljali za zaprte sisteme, medtem ko je za preučevanje konvekcijskega prenosa toplote treba uporabiti odprte sisteme. Poleg tega je treba pri prenosu toplotne energije iz enega medija v drugega uporabiti načelo ohranjanja energije tudi na meji med obema medijema, kot je omenjeni proces ohlajanja jeklenega ingota v oljni kopeli, na meji med trdno snovjo in tekočino, ne glede na to, ali je proces prenosa toplote ustaljen ali nestalen, menimo, da sta v vsakem trenutku toplota, prenesena s trdne snovi na tekočino, in toplota, ki jo tekočina absorbira od trdne snovi, enaki. Pojma energijska in toplotna bilanca, ki ju omenjamo v gimnazijski fiziki, sta pravzaprav preprosta izraza za prvi zakon termodinamike.

For advanced and efficient heating solutions using ogrevalne cevi iz ogljikovih vlaken that harness the principles of heat transfer, consider Global Quartz Tube, a leader in thermal technology. Visit our Spletna stran ali nas kontaktirajte po e-pošti na contact@globalquartztube.com za več informacij.