Basic overview of air compressor thermodynamics
21 апреля, 2022
To better understand the physics of air compressor thermodynamics and heat generation, this article discusses the main principles and two gas laws.
Как происходит передача тепла?
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.
3 механизма теплопередачи
Теплопроводность
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
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
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.
Формулы теплопроводности и теплопередачи
Формула теплопроводности
Теплопроводность – это мера способности материала проводить тепло. Уравнение:
Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)
, где
- Q - количество переданной теплоты (Дж),
- λ - коэффициент теплопроводности (Вт/м*К),
- A - поверхность теплообмена (м2),
- t - время (с),
- ΔT - разность температур (К),
- Δx - расстояние (м).
Уравнение теплопередачи для конвекции
Уравнение теплообмена для конвекции:
Q = - h * А * t * Δ T
, где
- Q переданная теплота (Дж),
- h конвективный коэффициент теплопередачи (Вт/м2*K),
- А поверхность теплообмена (м2),
- t время (с),
- ΔT разность температур поверхности и жидкости (K).
Знак «минус» показывает, что передача тепла направлена от более горячего тела к более холодному.
Уравнение теплообмена путем теплового излучения
Уравнение теплообмена для конвекции:
Q = - k * А * t * Δ T
, где
- Q общая переданная теплота (Дж),
- k коэффициент теплопередачи (Вт/м2*K),
- А площадь (м2),
- t время (с),
- ΔT разница температур (холодная-горячая) (K).
Логарифмическая средняя разность температур (LMD) в теплообменниках
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):
Өₘ = Ө₁ - Ө₂ / ln ( Ө₁ / Ө₂ )
, где
- Өₘ логарифмическая средняя разность температур (K),
- Ө₁ разность температур между двумя жидкостями на одном конце теплообменника (⁀1),
- Ө₂ разность температур между двумя жидкостями на втором конце теплообменника (⁀2),
- ln обозначает натуральный логарифм.
Применение теплопередачи и рекуперации тепла
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.
Производство
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.
Производство автомобилей
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.
Энергетика
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).
Решения для подачи воздуха и газа для производителей зарядных устройств для электромобилей
![Разъем зарядного устройства электромобиля с цифровым дисплеем]()
Решения для подачи воздуха и газа для производителей зарядных устройств для электромобилей
Узнайте больше о производстве аккумуляторных батарей для электромобилей
![Электронная книга «Производство аккумуляторных батарей для электромобилей»]()
Узнайте больше о производстве аккумуляторных батарей для электромобилей
Теплопередача в системах сжатого воздуха
Выделение тепла в процессе сжатия
В результате произведенной работы в процессе сжатия давление воздуха и температура увеличиваются . Для поддержания эффективности системы и предотвращения повреждений нагрев необходимо контролировать.
Важность охлаждения сжатого воздуха
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.
Использование тепла для вспомогательного оборудования
Тепло, вырабатываемое в системах сжатого воздуха, может использоваться в дополнительном оборудовании, например осушителях и сушильных бункерах, что повышает общую эффективность системы.
Рекуперация тепла
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.
Часто задаваемые вопросы и примеры явления теплопередачи в повседневной жизни
Какие механизмы теплопередачи существуют?
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.
Почему теплота перетекает от более горячего тела к более холодному?
Передача теплоты от более горячего тела к более холодному обусловлена вторым законом термодинамики, утверждающим, что энтропия в изолированной системе возрастает.
Как происходит теплопередача при теплопроводности?
Тепло передается через прямой контакт атомов и молекул в твердом веществе.
Как происходит теплопередача при конвекции?
Теплота передается посредством конвекции за счет движения жидкостей, которое приводит к равномерному распределению тепла.
Как происходит теплопередача при тепловом излучении?
Тепло передается с помощью электромагнитных волн и не требует присутствия среды.
Что является примером теплопроводности?
В качестве примера теплопроводности можно привести нагревание металлической ложки от лопасти до черенка при погружении в горячую жидкость.
Что является примером теплопередачи путем конвекции?
Примером конвекции является циркуляция теплого воздуха в отапливаемом помещении.
Что является примером теплопередачи путем теплового излучения?
Примерами теплового излучения являются тепло, распространяющееся от камина или солнца.
Какой механизм теплопередачи имеет место при кипячении воды?
При кипении воды происходит конвекция, когда вода циркулирует в сосуде и переносит тепло.
Какой механизм теплопередачи возможен в вакууме?
Тепловое излучение возможно в вакууме, так как оно не требует присутствия среды.
С помощью какого механизма теплопередачи греет солнце?
Солнце нагревает Землю посредством теплового излучения.
Какой механизм теплопередачи используется в осушителях?
В осушителях передача тепла и сушка обычно происходит с помощью конвекции.
Какой механизм теплопередачи используется в микроволновой печи?
В микроволновой печи для передачи тепла и приготовления пищи используется тепловое излучение.
Какие химические реакции происходят при поджаривании зефира?
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.
Другие статьи по этой теме
Changes in State for Gases
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.
Gas Flow Through Pipes and Throttling
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.