ПЕРЕНОС ЭНЕРГИИ Теплопроводность и механизм переноса энергии

Необходимо сделать ряд предварительных замечаний по поводу физических механизмов переноса энергии, массы и импульса. Эти замечания помогут читателю более отчетливо уяснить концепцию теплопроводности, диффузии, конвекции и излучения. [c.70]

Довольно часто значительный интерес в приложениях может представлять взаимодействие между двумя течениями по обеим сторонам тонкой стенки. Такого рода сопряженный теплообмен в системе жидкость — жидкость рассматривался в работах [86, 87] для случая естественной конвекции на одной стороне стенки и вынужденной конвекции — на другой. Оба течения связывались между собой посредством условий непрерывности температур и тепловых потоков на стенке, что приводило к существенному усложнению получаемых численных рещений. Описываемый случай представляет собой взаимодействие двух процессов конвекции с различными пространственными распределениями коэффициентов теплоотдачи конвекцией на обеих поверхностях тонкой стенки. При переносе тепла конвекцией и теплопроводностью граничное условие для температуры на поверхности раздела также является результатом взаимодействия на поверхности раздела распределенных процессов в обеих областях. Это обстоятельство существенно усложняет анализ вследствие эллиптического характера механизмов переноса энергии теплопроводностью. Был проведен ряд исследований такого взаимодействия между вынужденной конвекцией в каналах и теплопроводностью стенок (см. обзорную работу [80]). Аналогич- [c.478]

Совместный (комбинированный) перенос теплоты с участием трех механизмов переноса энергии, т.е. теплопроводности, конвекции и излучения, называют сложным теплообменом. [c.180]

Различают два механизма переноса энергии 1) молекулярный и 2) конвективный. По первому механизму передача энергии осуществляется в результате соударений микрочастиц (электронов, ионов, молекул и т. д.), т. е. путем молекулярной теплопроводности. При этом изменяется кинетическая энергия микрочастиц. Скорость молекулярного переноса зависит от физических свойств среды. По второму механизму энергия переносится макроскопическими количествами движущейся жидкости. Скорость конвективного переноса энергии тоже является функцией свойств среды, но основную роль при этом играют условия движения. Вывод уравнения, описывающего перенос энергии в движущейся среде, аналогичен выводу уравнений движения, и сводится к составлению энергетического баланса для элементарного объема жидкости [c.60]

По механизму переноса энергии различают три способа распространения теплоты — теплопроводность, конвективный перенос и излучение. Теплопроводность — перенос энергии микрочастицами (молекулами, ионами, электронами) за счет их теплового движения. Конвективный перенос теплоты обусловлен массовым движением материи — теплота переносится движущейся средой. Такой способ передачи теплоты характерен для подвижных сред (жидкостей и газов). Тепловое излучение — перенос энергии в форме электромагнитных колебаний, поглощаемых телом. [c.276]

Зависимость теплопроводности от температуры более сложна, так как коэффициент теплопроводности является суммой трех составляющих, меняющихся с температурой по разным законам. При низких температурах процесс теплопроводности обусловлен переносом энергии только нейтральными атомами. С ростом температуры эта составляющая коэффициента теплопроводности играет все меньшую роль, так как основная доля тепла переносится электронами. Существенную роль при высоких температурах играет и еще один механизм переноса энергии в направлении уменьшения температуры. Если температура газа изменяется от точки к точке, то изменяется и равновесный состав газа. Это приводит к градиенту концентрации электронов и ионов и их диффузии в сторону понижения температуры, что должно вызвать нарушение локального равновесия. Если плазма тем не менее остается равновесной, то поступающие за счет диффузии электроны и ионы должны рекомбинировать. При этом выделяется энергия, затраченная на ионизацию в зоне с более высокой температурой, т. е. существует перенос энергии [c.75]

Однако наряду с аналогией между молекулярными механизмами переноса тепла и вещества имеется и серьезное различие. Оно связано со следующим обстоятельством. Для переноса вещества от одной точки к другой диффундирующие молекулы непременно должны переместиться между этими точками. Для переноса же тепловой энергии не обязательно непосредственное перемещение быстрой молекулы среди медленных . Тепловая энергия может передаваться от молекулы к молекуле и таким образом переноситься эстафетой . Глубина сходства между этими механизмами зависит от среды, в которой идет перенос. В газе интенсивности теплопроводности и диффузии — величины одного поряда, что выражается соотношением [c.91]

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ и МЕХАНИЗМ ПЕРЕНОСА ЭНЕРГИИ [c.227]

Обычно в каждом единичном процессе приходится иметь дело с явлениями, проходящими по разному механизму. Перенос массы может осуществляться диффузией и конвекцией, теплообмен — теплопроводностью, конвекцией и излучением химическое превращение проходит обычно через промежуточные стадии, нередко также с различными механизмами, а стехиометрическое уравнение представляет собой баланс многих частных реакций и выражает суммарно конечный результат Того, что происходит в системе. В гетерогенных системах реакция осуществляется на границе раздела фаз, ей сопутствует перенос исходных веществ из реагирующих систем в зону реакции и продуктов с поверхности контакта в глубь фаз (диффузия и конвекция). Одновременно происходит теплообмен, при котором тепловая энергия подводится в систему или отводится от нее. Все эти явления могут быть последовательными и параллельными. [c.348]

Механизм переноса тепла теплопроводностью зависит от агрегатного состояния тела. В жидкостях и твердых телах — диэлектриках — передача тепла осуществляется в результате обмена энергией теплового движения атомов и молекул между соседними частицами. В металлах теплоперенос осуществляется главным образом в результате диффузии свободных электронов. В газах теплопроводность обусловлена как обменом энергией при соударении молекул и атомов, так и их диффузией. [c.149]

Предположение о том, что электроны в металле свободно перемещаются и в отсутствие электрического поля, подтверждается рядом экспериментальных фактов. Так, обнаруживается универсальная связь между электропроводностью и теплопроводностью металлов. Теплопроводность металлов значительно выше, чем теплопроводность изоляторов найдено, что отношение электропроводности и теплопроводности, по крайней мере при средних температурах, является универсальной функцией температуры и не зависит от природы металла (закон Видемана — Франца). Это указывает на общность механизма обоих процессов перенос тепла, как и перенос электричества, осуществляется за счет движения свободных электронов следовательно, свободные электроны в металле имеются и в отсутствие электрического поля. Факт существования в металлах свободно перемещающихся электронов подтверждается также явлением термоэлектронной эмиссии (испускание электронов нагретыми металлами). Следует отметить, что распределение скоростей электронов в металле, как показывает опыт, является максвелловым. Таким образом, наличие в металлах электронного газа можно считать экспериментально подтвержденным. Предположив, что электронный газ в металле обладает свойствами классического идеального газа, Друде дал теоретическое истолкование наблюдаемой на опыте зависимости между теплопроводностью и электропроводностью. Был объяснен ряд термоэлектрических явлений. Правда, возникли расхождения между теоретическими и экспериментальными значениями теплоемкости металлов. Согласно классическому закону равнораспределения энергии электронный газ должен давать вклад в теплоемкость металла, равный 3/2 Я а а 1 моль свободных электронов (если металл одновалентный, это вклад на 1 моль вещества). Однако экспериментально установлено, что вклад электронов в теплоемкость практически равен нулю. Это противоречие нашло объяснение наос- [c.183]

В уравнении движения (2.2.12) первый член в правой части характеризует влияние естественной конвекции в поле гравитации. В уравнении энергии (2.2.14) представляет собой суммарную плотность теплового потока, обусловленную молекулярным механизмом переноса (теплопроводностью и переносом энтальпии I диффузионными потоками), / — диффузионный массовый поток, и — внутренняя энергия. [c.34]

Явление теплопроводности состоит в том, что перенос теплоты происходит путем непосредственного соприкосновения между микрочастицами (молекулами, атомами, электронами) - от частиц с большей энергией к частицам с меньшей энергией, т.е. процесс переноса теплоты теплопроводностью протекает по молекулярному механизму. В подвижных средах (жидкость, газ) при турбулентном режиме движения потока молекулярный механизм переноса теплоты, т. е. теплопроводность, имеет существенное значение в тонких, пограничных с твердой стенкой слоях. При ламинарном движении потока или в неподвижной жидкости теплопроводность может быть основным видом переноса теплоты. Поскольку теплопроводность-явление молекулярное, то на скорость процесса переноса теплоты теплопроводностью существенное влияние оказывают структура и свойства вещества (например, для подвижных сред - вязкость, плотность и др.). В твердых телах, например в диэлектриках, перенос энергии осуществляется фононами, в металлах - электронами. [c.263]

Диссипативная структура — это особое состояние сильно неравновесной системы. В таких системах происходит интенсивный перенос энергии, сопровождающийся ее потерями. Это может быть перенос теплоты от нагретого тела к холодному через слой жидкости или передача механической энергии одного движущегося тела другому через слой жидкости или самой жидкой среде. Это может быть также химическая реакция или передача энергии переменного поля частицам феррита и т. д. Течение этих процессов может принимать своеобразный, регулярный характер. Предпочтительность регулярного течения процесса обусловлена тем, что при прочих равных условиях (например разности температур) скорость переноса энергии увеличивается за счет включения дополнительных механизмов переноса. Классический пример диссипативной структуры — регулярные ячейки конвективных потоков среды при теплопередаче, если нагретое тело расположено внизу, а холодное — вверху. В этом случае теплопередача интенсифицируется за счет конвективного переноса теплоты в дополнение к нормальной теплопередаче неподвижной теплопроводной средой. Обычные волны на поверхности воды служат другим примером диссипативной структуры. Здесь, наряду с пространственной регулярностью возмущений поверхности, возникает и регулярность изменения состояния поверхности во времени. Пример чисто временной регулярности дают некоторые колебательные химические реакции. Внешне периодичность реакции может проявлять себя в том, что цвет раствора периодически с частотой несколько раз в минуту изменяется, например, с красного на синий и обратно. Такие колебания продолжаются до окончания реакции, длящейся десятки минут. [c.680]

Молекулярный перенос массы и энергии происходит вследствие беспорядочного теплового движения микрочастиц. Перенос массы по такому механизму называется диффузией, а энергии — теплопроводностью. Макроскопические количества массы и энергии переносятся лишь при наличии движущей силы, т. е. при отклонении системы от состояния равновесия. Как было показано выше, условием материального равновесия фазы является постоянство состава, а условием теплового равновесия — постоянство температуры во всем объеме фазы. [c.50]

Величина Ох = ЦР выражает количество движения, переносимое через единицу поверхности Р в единицу времени в направлении перпендикулярном движению жидкости, т. е. поток количества движения. Этот поток создается соударяющимися молекулами и подобен потоку энергии, обусловленному молекулярным механизмом переноса, т. е. теплопроводностью. [c.56]

Необходимо отметить, что вязкость различных жидкостей при температуре окружающей среды колеблется в очень щироких пределах от 10 до пз [17], тогда как теплопроводность органических жидкостей изменяется (в зависимости от рода жидкости) не более чем в 5 раз. Из этого можно сделать вывод, что механизмы переноса количества движения и энергии различны. [c.413]

Скорость поглощения тепла пропорциональна поверхности теплопередачи и разности температур между источником тепла и льдом. Величина К зависит от способа передачи тепла. Если в процессе сушки обеспечен хороший контакт между материалом и поверхностью теплопередачи, то кинетика переноса будет определяться механизмом теплопроводности. При плохом контакте передача тепла будет осуществляться, главным образом, радиацией. Этот способ переноса тепла является основным при применении специальных источников лучистой энергии. В тех случаях, когда в кинетике теплопередачи преобладает теплопроводность, коэффициент К колеблется в пределах 3—11 вт/ м- град). При радиа- [c.605]

В этом случае Я — значение теплопроводности для одноатомной молекулы, не включающее составляющих, основанных на механизмах переноса внутренней энергии. [c.447]

Механизм переноса тепла на молекулярном уровне — теплопроводность. Это перенос тепловой энергии за счет теплового движения молек>л (в случае металла—электронов). [c.91]

Поток тепловой энергии может проникать внутрь выделенного слоя и, наоборот, покидать его посредством молекулярного механизма, описываемого законом теплопроводности Фурье. Перенос тепловой энергии через слой может осуществляться также и вследствие движения сплошной среды жидкости или газа как целого. В последнем случае принято говорить, что тепловая энергия переносится посредством конвекции. Поступление энергии в выделенный объем движущейся среды и отвод из него энергии в результате конвективного переноса называют соответственно увеличением и уменьшением энтальпии в рассматриваемом объеме. Наконец, тепловая энергия может генерироваться внутри слоя при протекании различных необратимых диссипативных процессов например, за счет выделения джоулева тепла в проводниках электрического тока, при замедлении нейтронов и осколков ядер, освобождаемых в процессе деления ядерного горючего, за счет диссипации механической энергии (вязкая диссипация), а также при превращении химической энергии в тепловую. [c.243]

Различают два способа переноса энергии молекулярный и конвективный. При молекулярном способе передача энергии осуществляется в результате соударений частиц путем молекулярной теплопроводности. По второму механизму энергия переносится элементами движущейся жидкости. Скорость конвективного переноса энергии определяется свойствами среды и гидродинамического режима работы технологического аппарата. Из энергетического баланса для элементарного объема жидкости йУ = (1х йу йг можно получить уравнение переноса энергии в движущейся среде [c.84]

Теплопроводность связана с передачей тепла посредством движения и столкновения атомов и молекул, из которых состоит вещество. Она аналогична процессу диффузии, при котором с помощью подобного же механизма происходит передача материала. Конвекция является переносом тепла посредством движения больших агрегатов молекул, т. е., в сущности, подобна процессу смешения. Очевидно, что теплопередача путем конвекции может происходить только в жидкостях и газах, тогда как теплопроводность является основным видом теплопередачи в твердых телах. В жидкостях и газах, наряду с конвекцией, наблюдается также и теплопроводность, однако первая является значительно более быстрым процессом и обычно полностью маскирует второй процесс. И теплопроводность и конвекция требуют материальной среды и не могут происходить в полном вакууме. Этим подчеркивается основное различие между этими двумя процессами и процессом излучения, который лучше всего происходит в пустоте. Точный процесс, которым осуществляется передача энергии излучением через пустое пространство, еще не установлен, но для нашей цели будет удобно считать его происходящим посредством волнового движения в чисто гипотетической среде (эфире). Считается, что внутренняя энергия вещества передается волновому движению эфира это движение распространяется во всех направлениях, и когда волна сталкивается с веществом, энергия может передаваться, отражаться или поглощаться. При поглощении она может увеличить внутреннюю энергию тела тремя способами 1) вызвав химическую реакцию, [c.418]

Уместно отметить, что для продуктов сгорания, рассматриваемых в третьем томе Справочника топлив, влияние вращательной релаксации относительно невелико (см. том I, гл. Vni). Для большинства случаев вклад вращательной энергии в коэффициент теплопроводности может учитываться на основе диффузионного механизма переноса. [c.35]

Составляющую теплопроводности Я", учитывающую перенос энергии внутренних степеней свободы, можно оценить в предположении упругих столкновений между молекулами и диффузионного механизма переноса тепла внутренних степеней свободы. Расчетное вы- [c.24]

При наличии диссоциации уже нельзя считать, что входящее в выражение числа Прандтля Рг = хс /Х отношение х/Х не зависит от температуры и давления. Равновесно диссоциированный газ представляет собой смесь диссоциированных и недиссоциированных молекул так что, несмотря на общность механизма молекулярного переноса количества движения (вязкость) и кинетической энергии (теплопроводность), отношение соот- [c.406]

Тепловая энергия, выделившаяся в устройстве в результате действия того или иного механизма тепловыделения (например, одного из рассмотренных в предыдущем разделе), в дальнейшем самопроизвольно переносится в сторону убывания температуры. Перенос этот осуществляется в соответствии с законами теплопередачи, которая является очень сложным процессом, вследствие чего при изучении этот процесс разбивается на три элементарных способа переноса тепла - теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. [c.195]

Исследования теплофиаических свойств жидкостей являются составной частью работы, посвященной выяснению характера теплового движения в этих средах. Теплоемкость вещества отражает распределение энергии по степеням свободы, теплопроводность - механизм переноса энергии тепловым движением. Знание закономерностей поведения теплоемкости и теплопроводности необходимо и для развития методов прогнозирования теплофиаических свойств. [c.4]

Турбулентное течение в отличие от ламинарного неупорядочено. Линии тока, если их вообще удается различить, хаотично переплетаются. Скорость движения изотермического турбулентного потока практически постоянна по поперечному сечению канала. К механизму теплопроводности добавляется перенос энергии поперек основного потока турбулентными вихрями. [c.27]

Учитывая большое разнообразие видов переноса в процессах тепломассообмена (перенос энергии, количества движения, вещества, энергии турбулентных вихрей) и само разнообразие механизмов переноса энергии (электромагнитное излучение, конвекция, теплопроводность, контактная теплопередача), для выработки единых подходов и упрощения построения математических моделей целесообразно применить положения обобщенного термодинамического подхода, в общих чертах сформулированного в работах Б. Н. Петрова [5.31]. Для обьектов с сосредоточенными параметрами развитие этого метода проведено в работах В. Б. Яковлева [5.32]. Применительно к объектам с распределенными параметрами принципы обобщенного термодинамического подхода сформулированы В. Г. Лисиенко [5.22]. При таком подходе удается найти общность в написании основных уравнений для моделей различных видов переноса вещества и энергии, основываясь на известном принципе аналогии. Тем самым существенно облегчается и ускоряется процедура поиска технологии и структуры математических моделей самых различных процессов, и особенно создаются предпосылки для создания одного из самых современных методов расчета процессов тепломассообмена — динамического зонально-узлового метода (ДЗУ-метода), в котором органически сочетается детализированное моделирование в динамике всех видов теплопереноса с синхронным расчетом газодинамики процессов (см. п. 5.5). [c.411]

Ранее (в гл. 5) рассматривались пропессы переноса тепла в неметаллических твердых телах, где единственным механизмом теплопроводности является перенос энергии фононами. В металлах к этому добавляется электронный механизм, причем его вклад при нормальных температурах становится определяюгцим. Однако в классическом представлении расчет электронного вклада в теплопроводность совергненно аналогичен ранее сделанному для фононов (п. 5.2.3), поэтому окончательный результат для коэффипиента электронной теплопроводности можно получить, используя соотношение (5.86), где величину решеточной теплоемкости следует заменить на электронную теплоемкость, скорость звука — на среднюю скорость теплового движения электронов и, наконеп, длину свободного пробега фононов — на длину свободного пробега электронов [c.188]

При фильтрации однофазного флюида есть два механизма переноса теплоты, конвективный (т.е. как поток внутренней энергии puvv вместе с движущейся жидкостью) и за счет теплопроводности (кондукщш) q , связанной с неравномерностью распределения температуры в среде. Для определения обычно используется закон Фурье [c.317]

Кроме того, теплопроводность смеси С2Н2 — воздух при температурах 293,2 и 338,2 °К проявляет положительное отклонение от линейного закона 1[168]. Такое поведение теплопроводности ряда смесей можно объяснить следующим образом. Если более тяжелые молекулы переносят часть своей энергии с помощью механизма диффузии, то скорость взаимной диффузии молекул возрастает по сравнению со скоростью самодиффузии молекул более тяжелой компоненты. Этот диффузионный вклад в теплопроводность смеси компенсирует отрицательное отклонение теплопроводности смеси от линейного закона, обусловленное переносом энергии соударениями молекул, при условии, что более легкие молекулы обладают малой энергией, переносимой механизмом диффузии, или вооб- [c.295]

В литературе приводятся данные по z ot при температуре —300° К. На основе этих данных по формуле (2.11) нами были оценены величины и в дальнейшем для расчетов z otiT) использовалась формула (2.11). В таблице 2.15 представлены числа zf и z ot при Г = 300°К с соответствующими ссылками на литературу. Уместно отметить, что для продуктов сгорания рассматриваемых во втором томе Справочника топлив влияние вращательной релаксации относительно невелико (см. том, гл. VI11). Для большинства случаев вклад вращательной энергии в коэффициент теплопроводности может учитываться па основе диффузионного механизма переноса. [c.23]

Кондуктивное охлаждение. В кондуктивных системах охлаждения явление теплопроводности используется как основной механизм переноса тепловой энергии от источников к теплоприемни-кам, расположенным на периферии прибора. [c.117]

Two Коэффициент теплопроводности зтдчостей Механизм распространения теплотЫ в капельных жидкостях можно представить как перенос энергии путем нестройных упругих колебаний. Такое теоретическое-представление о механизме передачи теплоты в жидкостях, выдвинутое А. С. Предводителевым [Л. 155], было использовано Н. Б. Варгафтиком [Л. 20] для описания опытных данных по теплопроводности различных жидкостей. Для большинства жидкостей теория нашла хорошее подтверждение. На основании этой теории была получена формула для коэффициента теплопроводности следующего вида [c.14]

Влияние излучения на форму фронта кристаллизации. Перенос энергии излучением оказывает влияние не только на распределение температуры в объеме кристалла, но и на форму поверхности раздела фаз. Известно, что при выращивании тонких лент сапфира часто наблюдают сильно втянутый в расплав фронт кристаллизации. Объяснить такую фрому фазовой границы на основе молекулярной теплопроводности не представляется возможным, и необходимо привлекать механизм радиационно-кондуктивного теплообмена. Согласно работе [197], коэффициент поглощения сапфира в твердой фазе при температурах, близких к 1 о,Р8 венА =0.3- 0.5 см .Следовательно, для тонких пластин k d 1 и кристалл вблизи фронта можно считать абсолютно прозрачным. Коэффициент поглощения расплава для сапфира практически неизвестен. Однако в [197] имеется указание, что при переходе из твердой фазы в жидкую он возрастает скачком в 20—30 раз и, следовательно, может достигать величины A x=6-f-l5 см . При этом kid оказывается порядка единицы и необходимо учитывать поглощение и излучение света в расплаве. [c.103]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология