Механизмы теплопередачи

Различают три механизма теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность (кондукция) - способ передачи теплоты за счет взаимодействия микрочастиц тела (атомов, молекул, ионов, электронов) в переменном поле температур. Теплопроводность имеет место в твердых, жидких и газообразных телах. В вакууме теплопроводность отсутствует.

Конвекция - способ передачи теплоты за счет перемещения макрообъемов текучей среды из области с одной температурой в область с другой температурой. В вакууме конвекция теплоты невозможна.

Тепловое излучение (радиационный теплообмен) - способ передачи теплоты за счет распространения электромагнитных волн в определенном диапазоне частот. Все тела с температурой выше 0 К обладают собственным тепловым излучением. Лучистая энергия может передаваться и в вакууме.

В природе и в технических устройствах, как правило, все три способа передачи теплоты происходят одновременно. Такой теплообмен называется сложным теплообменом.

Передачу теплоты совместно теплопроводностью и конвекцией называют конвективным теплообменом.

В природе и технике наиболее часто встречаются следующие два варианта сложного теплообмена: теплоотдача и теплопередача.

Теплоотдача - процесс теплообмена между непроницаемой твёрдой стенкой и окружающей текучей средой.

Теплопередача - передача теплоты от одной текучей среды к другой текучей среде через непроницаемую твёрдую стенку.

Схема процесса теплоотдачи

T_w - температура стенки, T_f - температура текучей среды, δ_q - толщина теплового пограничного слоя

Количество теплоты, проходящее через заданную и нормальную к направлению распространения теплоты поверхность в единицу времени принято называть тепловой поток (обозначают Q):

, Вт

где n₀ - единичный вектор, τ - время, с.

При стационарном режиме теплообмена тепловой поток не изменяется во времени и его рассчитывают по формуле:

, Вт