Embed Size (px)
Citation preview
11
W1056
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
�� OpOpóór cieplnyr cieplny
�� Przewodzenie ciepPrzewodzenie ciepłłaa
�� KonwekcjaKonwekcja
�� PromieniowaniePromieniowanie
�� Ekranowanie ciepEkranowanie ciepłłaa
22
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Warunkiem przepWarunkiem przepłływu ciepywu ciepłła mia mięędzy dzy dwoma odwoma ośśrodkami jest rrodkami jest róóŜŜnica nica temperaturtemperatur
�� CiepCiepłło przepo przepłływa z oywa z ośśrodka o rodka o temperaturze wytemperaturze wyŜŜszej do oszej do ośśrodka o rodka o temperaturze nitemperaturze niŜŜszejszej
�� PrzepPrzepłływ ciepyw ciepłła ustaje wa ustaje wóówczas, gdy wczas, gdy nastnastęępuje wyrpuje wyróównanie temperatur obu wnanie temperatur obu oośśrodkrodkóów w
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
33
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
IloIlośćść wymienianego ciepwymienianego ciepłąłą zalezaleŜŜy od:y od:
�� rróóŜŜnicy temperatur minicy temperatur mięędzy odzy ośśrodkami rodkami ∆∆TT[K] lub [[K] lub [00C]C]
�� pola powierzchni wymiany cieppola powierzchni wymiany ciepłła S [ma S [m22]]
�� czasu trwania wymiany ciepczasu trwania wymiany ciepłła a ττ [s][s]
�� wspwspóółłczynnika charakteryzujczynnika charakteryzująącego dany cego dany proces wymiany ciepproces wymiany ciepłłaa
Wymiana ciepWymiana ciepłłaaw10
44
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
NatNatęŜęŜenie strumienia ciepenie strumienia ciepłłaa
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
=••
=22 m
kW
sm
kJ
S
τ
w10
55
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
NatNatęŜęŜenie strumienia ciepenie strumienia ciepłła q zalea q zaleŜŜy od ry od róóŜŜnicy temperatur i nicy temperatur i wspwspóółłczynnika charakterystycznego dla danego procesu, ktczynnika charakterystycznego dla danego procesu, któóry mory moŜŜe e bybyćć wyrawyraŜŜony jako:ony jako:
-- opopóór cieplnyr cieplnyRR
-- wspwspóółłczynnik przepczynnik przepłływu (przejmowania,ywu (przejmowania,przewodzenia itp.) ciepprzewodzenia itp.) ciepłłaa
αα
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
•W
Km2
• Km
W2
w10
66
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
R
tq
tq
∆=
∆•= α
w10
77
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
R
tSQ
tSQ
∆••=
∆•••=τ
τα
w10
88
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� JeJeśśli podczas przepli podczas przepłływu ciepywu ciepłła nie a nie zmienia sizmienia sięę rróóŜŜnica temperatur, to nie nica temperatur, to nie zmienia sizmienia sięę taktakŜŜe iloe ilośćść wymienianego wymienianego ciepciepłłaa
�� Proces taki nazywamy procesem Proces taki nazywamy procesem ustalonej wymiany ciepustalonej wymiany ciepłłaa
Wymiana ciepWymiana ciepłłaaw10
99
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� JeJeśśli podczas przepli podczas przepłływu ciepywu ciepłła zmienia a zmienia sisięę rróóŜŜnica temperatur, to zmienia sinica temperatur, to zmienia sięętaktakŜŜe iloe ilośćść wymienianego ciepwymienianego ciepłłaa
�� Proces taki nazywamy procesem Proces taki nazywamy procesem nieustalonej wymiany ciepnieustalonej wymiany ciepłła. a.
Wymiana ciepWymiana ciepłłaaw10
1010
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Sposoby wymiany ciepSposoby wymiany ciepłła moa moŜŜna podzielina podzielićć na na trzy elementarne rodzaje:trzy elementarne rodzaje:
�� przewodzenie przewodzenie –– wymiana ciepwymiana ciepłła nasta nastęępuje puje bez przemieszczania sibez przemieszczania sięę czcząąstek wzglstek wzglęędem dem siebie siebie
�� konwekcja konwekcja –– wymiana ciepwymiana ciepłła nasta nastęępuje w puje w wyniku mieszania siwyniku mieszania sięę czcząąstekstek
�� promieniowanie promieniowanie –– wymiana ciepwymiana ciepłła nasta nastęępuje puje za poza pośśrednictwem fal elektromagnetycznych rednictwem fal elektromagnetycznych
Wymiana ciepWymiana ciepłłaaw10
1111
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
1212
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Przewodzenie dotyczy czPrzewodzenie dotyczy cząąstek stek bezpobezpośśredni stykajredni stykająących sicych sięę ze ze sobsobąą
�� Jest dominujJest dominująącym procesem cym procesem wymiany ciepwymiany ciepłła w ciaa w ciałłach staach stałłych i ych i nie mieszajnie mieszająących sicych sięę cieczach i cieczach i gazach gazach
Wymiana ciepWymiana ciepłłaaw10
1313
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
�� Konwekcja (unoszenie) moKonwekcja (unoszenie) moŜŜliwa liwa jest wjest wóówczas, gdy czwczas, gdy cząąstki mogstki mogąąsisięę przemieszczaprzemieszczaćć wzglwzglęędem dem siebie, co ma miejsce w cieczach i siebie, co ma miejsce w cieczach i gazachgazach
�� Z konwekcjZ konwekcjąą mamy do czynienia mamy do czynienia podczas przeppodczas przepłływu cieczy lub gazu ywu cieczy lub gazu
Wymiana ciepWymiana ciepłłaaw10
1414
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
PrzepPrzepłływ ciepyw ciepłła przez a przez śściankciankęę ppłłaskaskąą
δ
tt1 t2
q
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
1515
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
λδ=
∆=
R
R
tq
Opór cieplny ścianki jest proporcjonalny do grubości ścianki δ i odwrotnie proporcjonalny do współczynnika przewodzenia ciepła
• Km
Wλ
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
1616
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
rw rz r
dr
T
Tw1
Tw2
1717
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
dr
dTrq
rql
lrSS
dx
dTq
l
l
••••−=
•••==
•••=
=−=
πλ
π
π
λ
2
2
2
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
1818
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
∫∫ •••−=•
•••−=•
••••−=
2
1
2
2
2
w
w
z
w
T
T
r
r
l
l
l
dTr
drq
dTr
drq
dr
dTrq
πλ
πλ
πλ
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
1919
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
( )
( )21
12
ln
2
2ln
ww
w
zl
www
zl
TT
r
rq
TTr
rq
−•••=
−•••−=•
λπ
πλ
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
2020
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
WspWspóółłczynnik przewodzenia ciepczynnik przewodzenia ciepłła a λλ
�� -- srebrosrebro
�� (najlepszy przewodnik ciep(najlepszy przewodnik ciepłła)a) 418418
�� -- materiamateriałły ceramiczney ceramiczne
�� (beton, ceg(beton, cegłła, szka, szkłło)o) ~ 1~ 1
�� -- wodawoda 0,6 0,6 ÷÷ 0,70,7
�� -- powietrzepowietrze 0,03 0,03 ÷÷ 0,080,08
2121
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
w
t1 t2 t
Warstwa przyścienna
2222
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
2323
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
RozkRozkłład temperatur i prad temperatur i pręędkodkośści pci płłynu przy konwekcji ynu przy konwekcji swobodnej na pswobodnej na płłaskiej, pionowej rozgrzanej paskiej, pionowej rozgrzanej płłycie.ycie.
Tw
x
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
2424
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
PrzepPrzepłływ ciepyw ciepłła przez warstwa przez warstwęę przyprzyśściennciennąąppłłynu zaleynu zaleŜŜy od wy od włłasnoasnośści pci płłynu, ynu, parametrparametróów ruchu pw ruchu płłynu, gruboynu, grubośści warstwy ci warstwy przyprzyśściennej pciennej płłynu i zjawisk fizycznych ynu i zjawisk fizycznych wystwystęępujpująących w pcych w płłynie ynie
tq ∆•= α
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
2525
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
WspWspóółłczynnik przejmowania (wnikania) czynnik przejmowania (wnikania) ciepciepłła wyznaczany jest doa wyznaczany jest dośświadczalnie i wiadczalnie i zmienia sizmienia sięę w bardzo szerokich granicach:w bardzo szerokich granicach:
�� -- gazygazy 0,1 0,1 ÷÷ 500500
�� -- cieczeciecze 500 500 ÷÷ 70007000
�� -- ciecze wrzciecze wrząącece 2000 2000 ÷÷ 10.00010.000
�� -- pary skraplanepary skraplane 6000 6000 ÷÷ 70.00070.000
2626
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
2727
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
2828
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
2929
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
3030
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
Promieniowanie fal elektromagnetycznych Promieniowanie fal elektromagnetycznych jest promieniowaniem termicznym. Wynika jest promieniowaniem termicznym. Wynika ono z drgaono z drgańń termicznych cztermicznych cząąstek i dotyczy stek i dotyczy wszystkich ciawszystkich ciałł o temperaturze wyo temperaturze wyŜŜszej od szej od 0[K], niezale0[K], niezaleŜŜnie od stanu skupienia. Dla nie od stanu skupienia. Dla temperatur nie przekraczajtemperatur nie przekraczająących 600 [cych 600 [00C] C] promieniowanie termiczne jest promieniowanie termiczne jest promieniowaniem podczerwonypromieniowaniem podczerwony
((λλ =0,8 =0,8 ÷÷ 400 [400 [µµmm]) ])
3131
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
3232
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
3333
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
Promieniowanie ciaPromieniowanie ciałł stastałłych i cieczy ych i cieczy nastnastęępuje przez ich powierzchnipuje przez ich powierzchnięę, a , a promieniowanie gazpromieniowanie gazóów wystw wystęępuje w puje w cacałłej objej objęętotośści. Gazy symetryczne (Oci. Gazy symetryczne (O22, , NN22, H, H22) s) sąą przepuszczalne dla przepuszczalne dla promieniowania elektromagnetycznegopromieniowania elektromagnetycznegoGazy niesymetryczne (COGazy niesymetryczne (CO22, H, H22O) O) pochpochłłaniajaniająą w szczegw szczegóólnolnośści ci promieniowanie podczerwone promieniowanie podczerwone
3434
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Promieniowanie elektromagnetyczne Promieniowanie elektromagnetyczne padajpadająące na powierzchnice na powierzchnięę ciaciałła moa moŜŜe bye byćć::
�� pochpochłłonionięęte (absorpcyjnote (absorpcyjnośćść A)A)
�� odbite (refleksyjnoodbite (refleksyjnośćść R)R)
�� przepuszczone ( przepuszczalnoprzepuszczone ( przepuszczalnośćść P)P)
1=++ PRA
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
3535
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
Przyjmuje siPrzyjmuje sięę, , ŜŜe wie więększokszośćść ciaciałł stastałłych i ych i cieczy jest nieprzepuszczalna dla cieczy jest nieprzepuszczalna dla promieniowania cieplnego (P = 0)promieniowania cieplnego (P = 0)
RozrRozróóŜŜniamy nastniamy nastęępujpująące modele ciace modele ciałł::
-- ciaciałło doskonale czarne A = 1; R = 0o doskonale czarne A = 1; R = 0
-- ciaciałło doskonale biao doskonale białłe A = 0; R = 1e A = 0; R = 1
-- ciaciałło doskonale szare A > 0; R > 0;o doskonale szare A > 0; R > 0;
A + R = 1A + R = 1
3636
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
•=2
4
100 m
WTCe cc
•=
4267,5
Km
WCc
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
3737
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
Promieniowanie dowolnego ciaPromieniowanie dowolnego ciałła jest a jest iloczynem emisyjnoiloczynem emisyjnośści ci εε tego ciatego ciałła i a i promieniowania ciapromieniowania ciałła doskonale a doskonale czarnego w danej temperaturzeczarnego w danej temperaturze
4
100
••=•= TCee cc εε
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
3838
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
ciało doskonale czarne
ciało doskonale szare
ecc R·ecc e=έ·ecs
A·ecc
3939
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
CsCc
CsCcCcCc
CpCc
CsCcCcCcp
CcCcCc
eeA
eeReReA
ee
eeReeRe
eReAe
•=••+•=•+•
=
•+•=+•=•+•=
εε
ε
4040
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
212121 εε
ε
>⇒>⇒>⇓
=⇒=⇒=
CC
CsCcSC
eeTT
AeeTT
4141
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
T
δ
Tf2
Tw2Tw1
Tf1
4242
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
111
12
222
11122212
α
λ
α
RqTT
RqTT
RqTT
TTTTTTTT
fw
ww
wf
fwwwwfff
•=−•=−
•=−
−+−+−=−
4343
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
( )
R
TTq
RRRR
RRRqTT
RqRqRqTT
ff
ff
ff
12
12
1212
2212
−=
++=
++•=−
•+•+•=−
αλα
αλα
αλα
4444
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na Tkq ƥ=12
111
αλδ
α++=
k
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
4545
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
z
w
z
wl
lll
r
r
r
rR
R
TTkq
•••+
+•••
+•••
=
∆=∆•=
πα
λππα
2
1
ln2
1
2
1
2
1
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
4646
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
↑↑⇒↑⇒
↓↓⇒↑⇒
↑↑⇒∆∩=
−=∆
QSr
Qqr
rrconstr
rrr
z
lz
zw
wz
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
4747
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
zz
ww
l
w
rr
rr
R
constrconst
constconst
•••+•
••
+•••
−•••
=
====
παλπ
λππα
λαα
2
1ln
2
1
ln2
1
2
1
2
1
21
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
4848
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
22
22
2
02
1
2
1
2
1ln
2
1
zz
zzz
l
zz
z
l
rr
rrr
R
rr
r
R
•=•
=•••
−•••
=
′
•••+
′
•••
=
αλπαλπδ
δπαλπδ
δ
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
4949
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
↑↑⇒⇒≤∩<
=•=
=
Qddddd
dd
r
zkrzkrw
krz
z
2
2
2
αλ
αλ
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
5050
w10
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
na
a1 e2
e1 a2T1
T2
Q
−
••=
•−•=−=
4
1
4
2
12
12
100100
TTCq
eeq
eeq
c
cc
ε
εε
Wymiana ciepWymiana ciepłłaa
5151
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
( ) ( ) ( )
( )441
42
12
12
12
2
112
21
221212
41
42
22
2
TTT
TTTTT
TTTT
TTTTTTTT
∆>−
∆••+•=+
∆+•=++•+•−=−
5252
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
�� ZakZakłładamy, adamy, ŜŜe promieniowanie zalee promieniowanie zaleŜŜy od y od czwartej potczwartej potęęgi rgi róóŜŜnicy temperatur (nicy temperatur (∆∆TT44) , a ) , a konwekcja zalekonwekcja zaleŜŜy od pierwszej poty od pierwszej potęęgi gi rróóŜŜnicy temperatur (nicy temperatur (∆∆TT))
�� Dla maDla małłych rych róóŜŜnic temperatur konwekcja nic temperatur konwekcja momoŜŜe dawae dawaćć wiwięększe natksze natęŜęŜenia strumienia enia strumienia ciepciepłłaa
�� Dla duDla duŜŜych rych róóŜŜnic temperatur nic temperatur promieniowanie jest dominujpromieniowanie jest dominująącym cym sposobem wymiany ciepsposobem wymiany ciepłła a
5353
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
w
konwekcja
konwekcja
konwekcja + promieniowanie
konwekcja + promieniowanie
5454
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
T2
T1
Te
e2 ee
ee e1
5555
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
1212
12
12
11
22
2
1
2 →
→→
→
→
•=−=
−=−=⇒=
−=−=
qee
e
eeee
qqconstT
eeq
eeq
e
ee
eee
ee
ee
5656
Ter
mod
ynam
ika
tech
nicz
naWymiana ciepWymiana ciepłłaa
w10
�� KaKaŜŜdy ekran zmniejsza dy ekran zmniejsza wymianwymianęę ciepciepłła przez a przez promieniowanie o popromieniowanie o połłowowęę
�� GruboGrubośćść ekranu nie wpekranu nie wpłływa na ywa na efekt ekranowania. efekt ekranowania.
