Теплопередача – это фундаментальное для термодинамики явление, понимание которого необходимо для анализа различных промышленных процессов и систем сжатого воздуха.
В дополнение к нашему введению в термодинамику в этой статье мы познакомим вас с тремя основными способами передачи тепла: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением, а также их значением в разных областях применения.
Существует три механизма передачи тепла:
Теплопроводность
Конвекция
Тепловое излучение
В реальных ситуациях передача тепла происходит всеми тремя путями одновременно, но в разной степени.
Тепло всегда передается от более горячего тела к более холодному. Это фундаментальный принцип термодинамики, согласно которому тепло перетекает из области более высокой температуры в область более низкой.
Теплопроводность – это передача тепла через твердый материал. Она происходит, когда молекулы и атомы вещества колеблются и взаимодействуют с соседними молекулами и атомами. Этот процесс имеет определяющее значение во многих областях промышленности, где материалы должны эффективно проводить тепло.
Пример теплопроводности: если прикоснуться к металлическому стержню, нагретому с одного конца, тепло передается по стержню вашей руке.
Конвекция – это процесс передачи тепла за счет движения жидкостей или газов. Этот механизм используется в тех системах, где для равномерного распределения тепла необходимо движение жидкости или газа.
Пример конвекции: кипячение воды. Тепло, выделяемое плитой, приводит к снижению плотности и воды в нижней части сосуда, в результате чего нагретая вода поднимается, а холодная вода опускается.
Тепловое излучение – это передача тепла с помощью электромагнитных волн. В отличие от теплопроводности и конвекции, излучение не требует среды и может распространяться в вакууме.
Пример излучения: солнечное тепло, нагревающее ваше лицо, или огонь, поджаривающий зефир. Энергия солнца проходит через пустой космос и нагревает предметы на Земле.
Теплопроводность – это мера способности материала проводить тепло. Уравнение:
, где
Уравнение теплообмена для конвекции:
, где
Знак «минус» показывает, что передача тепла направлена от более горячего тела к более холодному.
Уравнение теплообмена для конвекции:
, где
Передача тепла в каждой точке теплообменника зависит от преобладающей разности температур и общего коэффициента теплопередачи. Для ее расчета необходимо использовать логарифмическую среднюю разность температур Өm вместо линейной арифметической разности ΔT.
Формула логарифмической средней разности температур (LMTD):
, где
Теплообмен и рекуперация тепла играют важную роль в различных отраслях промышленности, включая производство, автомобилестроение и энергетику. Если теплопередача означает движение тепла, рекуперация тепла фокусируется на захвате и повторном использовании отработанного тепла.
В производстве эффективный теплообмен имеет критическое значение для штамповки металла, литья пластика и химического производства. Правильное управление температурными режимами обеспечивает высокое качество продукции и снижает энергопотребление. С другой стороны, системы рекуперации тепла позволяют накапливать и повторно использовать отработанное тепло в других производственных процессах, например, для предварительного нагрева сырья или для отопления помещений.
В автомобильной промышленности теплопередача имеет решающее значение в процессах охлаждения двигателя, климат-контроля и работы аккумуляторной батареи электромобиля. Эффективные тепловые системы повышают производительность и долговечность автомобиля, эффективно отводя тепло от критически важных компонентов. В то же время системы рекуперации тепла способны улавливать тепло, выделяемое двигателями и системами выпуска отработавших газов, и использовать его для повышения топливной эффективности или в качестве источника энергии для дополнительных систем автомобиля.
В энергетическом секторе теплопередача является ключевым фактором производства электроэнергии, будь то с помощью традиционного ископаемого топлива или энергии из возобновляемых источников, в частности, энергии солнца и ветра. Эффективные системы теплообмена обеспечивают максимальную выходную мощность и снижают количество отходов. С другой стороны, рекуперация тепла включает в себя захват тепла, выделяющегося при генерации электроэнергии, и его использование для других целей, в частности, в районных системах теплоснабжения или в комбинированных системах тепло- и энергоснабжения (CHP).
В результате произведенной работы в процессе сжатия давление воздуха и температура увеличиваются . Для поддержания эффективности системы и предотвращения повреждений нагрев необходимо контролировать.
Неконтролируемый нагрев в системах сжатого воздуха может привести к повреждению оборудования, снижению эффективности и выпадению конденсата. Охлаждение сжатого воздуха имеет решающее значение для предотвращения этих проблем.
Тепло, вырабатываемое в системах сжатого воздуха, может использоваться в дополнительном оборудовании, например осушителях и сушильных бункерах, что повышает общую эффективность системы.
Рекуперация тепла включает процессы накопления и повторного использования отработанного тепла, образующегося при сжатии воздуха. Этот процесс позволяет снизить энергопотребление и эксплуатационные расходы, а также способствовать достижению целей устойчивого развития за счет минимизации потерь энергии.
Преимущества рекуперации тепла:
Снижение энергопотребления: использование отработанного тепла снижает зависимость от внешних источников тепла.
Снижение эксплуатационных расходов: экономия энергии приводит к снижению эксплуатационных расходов.
В этом видеоролике мы рассмотрим рекуперацию тепла, образующегося при работе компрессора. Знаете ли вы, что значительная часть электрической энергии, потребляемой компрессорами, превращается в тепло и теряется?
С помощью систем рекуперации энергии мы можем повторно использовать это избыточное тепло для отопления, сушки или нагрева горячей воды, в частности, для снабжения душевых, мытья бутылок или темперирования шоколада.
Хотите узнать больше о возможностях рекуперации энергии для вашего бизнеса? Понимание механизмов передачи тепла имеет определяющее значение для их применения в различных отраслях промышленности, включая системы сжатого воздуха. Эффективный термоменеджмент и повторное использование тепла позволяет предприятиям повысить свою эффективность и сократить расходы. Узнайте больше из нашей электронной книги.
Для получения дополнительной информации о рекуперации тепла и других энергоэффективных решениях посетите нашу страницу, посвященную рекуперации тепла.
Существует три механизма теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Теплопроводность подразумевает передачу тепла через прямой контакт между телами, как это происходит при нагреве металлического стержня с одного конца и распространении тепла по всей длине.
Передача теплоты от более горячего тела к более холодному обусловлена вторым законом термодинамики, утверждающим, что энтропия в изолированной системе возрастает.
Тепло передается через прямой контакт атомов и молекул в твердом веществе.
Теплота передается посредством конвекции за счет движения жидкостей, которое приводит к равномерному распределению тепла.
Тепло передается с помощью электромагнитных волн и не требует присутствия среды.
В качестве примера теплопроводности можно привести нагревание металлической ложки от лопасти до черенка при погружении в горячую жидкость.
Примером конвекции является циркуляция теплого воздуха в отапливаемом помещении.
Примерами теплового излучения являются тепло, распространяющееся от камина или солнца.
При кипении воды происходит конвекция, когда вода циркулирует в сосуде и переносит тепло.
Тепловое излучение возможно в вакууме, так как оно не требует присутствия среды.
Солнце нагревает Землю посредством теплового излучения.
В осушителях передача тепла и сушка обычно происходит с помощью конвекции.
В микроволновой печи для передачи тепла и приготовления пищи используется тепловое излучение.
При поджаривании зефира перенос тепла через тепловое излучение приводит к химическим изменениям. Сахар карамелизируется, происходит реакция Майяра с образованием молекул воды, которые испаряются и оставляют углерод, что приводит к потемнению и образованию хрустящей корочки. Такое сочетание химических реакций придает поджаренному зефиру особенный вкус и текстуру.
21 апреля, 2022
Чтобы лучше понять физику термодинамических и тепловых процессов, протекающих в воздушных компрессорах, мы рассмотрим в этой статье основные принципы и два газовых закона.
18 февраля, 2022
To understand the workings of compressed air, a basic introduction to physics can come a long way. Learn more about thermodynamics and how they are vital in understanding how air compressors work.
4 августа, 2022
To understand the workings of compressed air, a basic introduction to physics can come a long way. Learn more about thermodynamics and how they are vital in understanding how air compressors work.
