ТЕПЛООБМЕН

ТЕПЛООБМЕН, самопроизвольный необратимый перенос теплоты (точнее, энергии в форме теплоты) между телами или участками внутри тела с разл. т-рой. В соответствии со вторым началом термодинамики теплота переносится в направлении меньшего значения т-ры. В общем случае перенос теплоты может вызываться также неоднородностью полей иных физ. величин, напр. градиентом концентраций (т. наз. диффузионный термоэффект). Теплообмен существен во мн. процессах нагревания, охлаждения, конденсации, кипения, выпаривания, кристаллизации, плавления и оказывает значит. влияние на массообменные (абсорбция, дистилляция, ректификация, сушка и др.) и хим. "процессы.

Движущиеся среды, участвующие в теплообмене и интенсифицирующие его, наз. теплоносителями (обычно капельные жидкости, газы и пары, реже-сыпучие материалы). Известны два осн. способа проведения тепловых процессов: путем теплоотдачи и теплопередачей. Теплоотдача-теплообмен между пов-стью раздела фаз (чаще твердой пов-стью) и теплоносителем. Теплопередача-теплообмен между двумя теплоносителями или иными средами через разделяющую их твердую стенку либо межфазную пов-сть.

Механизмы переноса теплоты. Различают три разных механизма распространения теплоты: теплопроводность, конвективный и лучистый перенос.

Теплопроводность-перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимод. микрочастиц (атомов, молекул, ионов и др.). В чистом виде теплопроводность может встречаться в твердых телах, не имеющих внутр. пор и в неподвижных слоях жидкостей, газов или паров. Кол-во переносимой теплопроводностью энергии, определяемое как плотн. теплового потока qт[Вт/(м2 · К) ], пропорционально градиенту т-ры (закон Фурье):

qт= -lgrad T,

где l-коэф. теплопроводности в-ва, характеризующий его способность проводить теплоту, Вт/(м·К); знак минус указывает направление переноса теплоты в сторону снижения т-ры.

Закон Фурье получен в рамках модели идеального газа, при этом для газов и паров l пропорционален длине своб. пробега молекул и средней скорости их теплового движения. Для жидкостей и твердых тел указанный закон является феноменологическим, а значения l находятся экспериментально. Наим. l имеют газы и пары [0,01-0,15 Вт/(м·К)], наиб, l-металлы (10-500); теплоизоляц. материалы и жидкости-0,03-3. С повышением т-ры теплопроводность жидкостей, за исключением воды, уменьшается, а для всех др. тел увеличивается.