Mga uri ng heat transfer: heat transfer coefficient

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Anumang materyal na katawan ay may katangian tulad ng init, na maaaring tumaas at bumaba. Ang init ay hindi isang materyal na sangkap: bilang bahagi ng panloob na enerhiya ng isang sangkap, ito ay lumitaw bilang isang resulta ng paggalaw at pakikipag-ugnayan ng mga molekula. Dahil ang init ng iba't ibang mga sangkap ay maaaring magkaiba, mayroong isang proseso ng paglilipat ng init mula sa isang mas mainit na sangkap patungo sa isang sangkap na may mas kaunting init. Ang prosesong ito ay tinatawag na heat transfer. Isasaalang-alang namin ang mga pangunahing uri ng paglipat ng init at ang mga mekanismo ng pagkilos ng mga ito sa artikulong ito.

Pagpapasiya ng paglipat ng init

Heat transfer, o ang proseso ng paglipat ng temperatura, ay maaaring mangyari sa loob ng matter at mula sa isang substance patungo sa isa pa. Kasabay nito, ang intensity ng paglipat ng init ay higit na nakasalalay sa mga pisikal na katangian ng bagay, ang temperatura ng mga sangkap (kung maraming mga sangkap ang lumahok sa paglipat ng init) at ang mga batas ng pisika. Ang paglipat ng init ay isang proseso na palaging nagpapatuloy nang unilateral. Ang pangunahing prinsipyo ng paglipat ng init ay ang pinakamainit na katawan ay palaging nagbibigay ng init sa isang bagay na may mas mababang temperatura. Halimbawa, kapag namamalantsa ng mga damit, isang mainit na plantsanagbibigay init sa pantalon, at hindi vice versa. Ang paglipat ng init ay isang kababalaghang nakasalalay sa oras na nagpapakilala sa hindi maibabalik na pamamahagi ng init sa kalawakan.

Mga mekanismo ng paglipat ng init

Ang mga mekanismo ng thermal interaction ng mga substance ay maaaring magkaroon ng iba't ibang anyo. May tatlong uri ng paglipat ng init sa kalikasan:

1. Ang Thermal conductivity ay isang mekanismo ng intermolecular heat transfer mula sa isang bahagi ng katawan patungo sa isa pa o sa ibang bagay. Nakabatay ang property sa inhomogeneity ng temperatura sa mga substance na isinasaalang-alang.
2. Convection - pagpapalitan ng init sa pagitan ng fluid media (likido, hangin).
3. Ang pagkilos ng radiation ay ang paglipat ng init mula sa pinainit at pinainit na mga katawan (pinagmulan) dahil sa kanilang enerhiya sa anyo ng mga electromagnetic wave na may pare-parehong spectrum.

Isaalang-alang natin ang mga nakalistang uri ng heat transfer nang mas detalyado.

Thermal conductivity

Kadalasan, ang thermal conductivity ay sinusunod sa mga solido. Kung, sa ilalim ng impluwensya ng anumang mga kadahilanan, ang mga lugar na may iba't ibang mga temperatura ay lilitaw sa parehong sangkap, kung gayon ang thermal energy mula sa isang mas mainit na lugar ay lilipat sa isang malamig. Sa ilang mga kaso, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring makita kahit na biswal. Halimbawa, kung kukuha tayo ng metal rod, sabihin nating, isang karayom, at painitin ito sa apoy, pagkatapos ng ilang oras ay makikita natin kung paano inililipat ang thermal energy sa pamamagitan ng karayom, na bumubuo ng isang glow sa isang tiyak na lugar. Kasabay nito, sa isang lugar kung saan ang temperatura ay mas mataas, ang glow ay mas maliwanag at, sa kabaligtaran, kung saan ang t ay mas mababa, ito ay mas madilim. Maaari ding obserbahan ang heat conduction sa pagitan ng dalawang katawan (isang tabo ng mainit na tsaa at isang kamay)

Ang intensity ng heat flux transfer ay depende sa maraming salik, ang ratio nito ay ipinahayag ng French mathematician na si Fourier. Pangunahing kasama sa mga salik na ito ang gradient ng temperatura (ang ratio ng pagkakaiba ng temperatura sa mga dulo ng baras sa distansya mula sa isang dulo hanggang sa kabilang dulo), ang cross-sectional area ng katawan, at ang thermal conductivity coefficient (ito ay naiiba para sa lahat ng mga sangkap, ngunit ang pinakamataas ay sinusunod sa mga metal). Ang pinaka makabuluhang koepisyent ng thermal conductivity ay sinusunod sa tanso at aluminyo. Hindi nakakagulat na ang dalawang metal na ito ay mas madalas na ginagamit sa paggawa ng mga de-koryenteng wire. Kasunod ng batas ng Fourier, ang heat flux ay maaaring dagdagan o bawasan sa pamamagitan ng pagpapalit ng isa sa mga parameter na ito.

Mga uri ng convection ng heat transfer

Convection, na pangunahing katangian ng mga gas at likido, ay may dalawang bahagi: intermolecular thermal conductivity at paggalaw (distribution) ng medium. Ang mekanismo ng pagkilos ng kombeksyon ay nangyayari tulad ng sumusunod: na may pagtaas sa temperatura ng isang likidong sangkap, ang mga molekula nito ay nagsisimulang gumalaw nang mas aktibo, at sa kawalan ng mga spatial na paghihigpit, ang dami ng sangkap ay tumataas. Ang kahihinatnan ng prosesong ito ay ang pagbaba sa density ng substance at ang paggalaw nito paitaas. Ang isang kapansin-pansing halimbawa ng convection ay ang paggalaw ng hangin na pinainit ng radiator mula sa baterya patungo sa kisame.

Pagkaiba sa pagitan ng libre at sapilitang convective na mga uri ng heat transfer. Ang paglipat ng init at paggalaw ng masa sa libreng uri ay nangyayari dahil sa heterogeneity ng sangkap, iyon ay, ang mainit na likido ay tumataas sa itaas ng malamig na natural.paraan nang hindi naiimpluwensyahan ng mga panlabas na puwersa (hal. pagpainit ng silid na may sentral na pag-init). Sa sapilitang convection, ang paggalaw ng masa ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na puwersa, halimbawa, paghahalo ng tsaa gamit ang isang kutsara.

Radiant heat transfer

Ang radiant o radiative heat transfer ay maaaring mangyari nang walang kontak sa ibang bagay o substance, samakatuwid ito ay posible kahit sa isang walang hangin na espasyo (vacuum). Ang radiative heat transfer ay likas sa lahat ng mga katawan sa mas malaki o mas maliit na lawak at nagpapakita ng sarili sa anyo ng mga electromagnetic wave na may tuluy-tuloy na spectrum. Ang pangunahing halimbawa nito ay ang araw. Ang mekanismo ng pagkilos ay ang mga sumusunod: ang katawan ay patuloy na naglalabas ng isang tiyak na halaga ng init sa espasyo na nakapalibot dito. Kapag ang enerhiyang ito ay tumama sa isa pang bagay o sangkap, ang bahagi nito ay nasisipsip, ang pangalawang bahagi ay dumadaan, at ang ikatlong bahagi ay makikita sa kapaligiran. Ang anumang bagay ay parehong maaaring magpalabas ng init at sumipsip, habang ang mga maitim na sangkap ay nakakakuha ng mas maraming init kaysa sa magaan.

Pinagsamang mekanismo ng paglipat ng init

Sa kalikasan, ang mga uri ng proseso ng paglipat ng init ay bihirang matagpuan nang hiwalay. Mas madalas silang makitang magkasama. Sa thermodynamics, ang mga kumbinasyong ito ay mayroon ding mga pangalan, halimbawa, ang thermal conductivity + convection ay convective heat transfer, at ang thermal conductivity + thermal radiation ay tinatawag na radiative-conductive heat transfer. Bilang karagdagan, may mga pinagsama-samang uri ng paglipat ng init gaya ng:

• Pag-alis ng init -ang paggalaw ng thermal energy sa pagitan ng gas o likido at solid.
• Ang paglipat ng init ay ang paglipat ng t mula sa isang bagay patungo sa isa pa sa pamamagitan ng mekanikal na balakid.
• Nabubuo ang convective-radiant heat transfer sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng convection at thermal radiation.

Mga uri ng paglipat ng init sa kalikasan (mga halimbawa)

Ang paglipat ng init sa kalikasan ay may malaking papel at hindi limitado sa pag-init ng globo sa pamamagitan ng sinag ng araw. Ang malawak na convection currents, gaya ng paggalaw ng mga masa ng hangin, ay higit na tumutukoy sa lagay ng panahon sa ating planeta.

Ang thermal conductivity ng core ng Earth ay humahantong sa paglitaw ng mga geyser at pagsabog ng mga batong bulkan. Ito ay ilan lamang sa mga halimbawa ng paglipat ng init sa isang pandaigdigang saklaw. Magkasama, bumubuo sila ng mga uri ng convective heat transfer at radiative-conductive na mga uri ng heat transfer na kinakailangan upang mapanatili ang buhay sa ating planeta.

Ang paggamit ng heat transfer sa mga aktibidad na antropolohiya

Ang init ay isang mahalagang bahagi ng halos lahat ng proseso ng produksyon. Mahirap sabihin kung anong uri ng heat exchange ang ginagamit ng tao higit sa lahat sa pambansang ekonomiya. Malamang sabay sabay silang tatlo. Ang mga proseso ng heat transfer ay ginagamit upang tunawin ang mga metal, na gumagawa ng malawak na hanay ng mga produkto mula sa pang-araw-araw na mga item hanggang sa spacecraft.

Napakahalaga para sa sibilisasyon ang mga thermal unit na may kakayahang gawing kapaki-pakinabang na kapangyarihan ang thermal energy. Amongmaaari silang tawaging gasolina, diesel, compressor, turbine units. Para sa kanilang trabaho, gumagamit sila ng iba't ibang uri ng heat transfer.