Wymiana ciepła: Różnice pomiędzy wersjami

Z Encyklopedia pneumatyki
(Ogarnięcie prawidłowego zapisu jednostek.)
m (Ogarnięcie prawidłowego zapisu jednostek.)
 
Linia 25: Linia 25:
 
* <math>\alpha</math> - współczynnik przejmowania ciepła po danej stronie ściany <math>[\frac{W}{m} \times K]</math>,
 
* <math>\alpha</math> - współczynnik przejmowania ciepła po danej stronie ściany <math>[\frac{W}{m} \times K]</math>,
 
* <math>d</math> - grubość <math>[m]</math>,
 
* <math>d</math> - grubość <math>[m]</math>,
* <math>\gamma</math> - współczynnik przewodzenia ciepła dla ściany <math>\frac{W}{m} \times K]</math>,
+
* <math>\gamma</math> - współczynnik przewodzenia ciepła dla ściany <math>[\frac{W}{m} \times K]</math>,
 
* <math>k</math> = współczynnik przenikania ciepła <math>[\frac{W}{m^2} \times K]</math>.
 
* <math>k</math> = współczynnik przenikania ciepła <math>[\frac{W}{m^2} \times K]</math>.
  

Aktualna wersja na dzień 07:37, 2 kwi 2014

Każda różnica temperatur w obrębie danego ciała lub między dwoma różnymi ciałami prowadzi do wymiany ciepła. W ten sposób zachowana zostaje równowaga termiczna. Wymiana ciepła może odbywać się na trzy różne sposoby: poprzez przewodzenie, konwekcję lub promieniowanie. W rzeczywistości wymiana ciepła odbywa się na te trzy sposoby jednocześnie.

Przewodnictwo ma miejsce między ciałami stałymi lub między cienkimi warstwami cieczy lub gazu. Poruszające się molekuły przekazują energię kinetyczną do sąsiednich molekuł.

Konwekcja może odbywać się jako konwekcja swobodna przy ruchu naturalnym mającym miejsce w danym środowisku lub jako konwekcja wymuszona gdzie ruch spowodowany jest na przykład przez pompę albo wentylator. Wymuszona konwekcja powoduje dużo bardziej intensywną wymianę ciepła.

Wszystkie ciała przy temperaturze powyżej 0°K emitują promieniowanie cieplne. Jeżeli promieniowanie natrafi na ciało to część energii jest absorbowana i zamieniona na ciepło. Ta część która nie została zaabsorbowana przenika przez ciało lub zostaje odbita. Tylko ciała doskonale czarne mogą teoretycznie absorbować całą energię promieniowania. W rzeczywistości wymiana ciepła jest sumą wymian ciepła zachodzących w procesie przewodnictwa, konwekcji i promieniowania. Ogólną zależność pokazuje poniższy wzór:

$ q = k \times A \times \Delta T \times t $

gdzie:

  • $ q $ - ilość ciepła $ [J] $
  • $ k $ - całkowity współczynnik przenikania ciepła $ [\frac{W}{m^2} \times K] $
  • $ A $ - powierzchnia $ [m^2] $
  • $ \Delta T $ - różnica temperatur
  • $ t $ - czas $ [s] $
Przebieg przemiany termicznej w wymienniku ciepła przeciwprądowym i współprądowym.

Wymiana ciepła często ma miejsce między dwoma ciałami przedzielonymi ścianą. Współczynnik przenikania ciepła zależny jest od współczynnika przejmowania ciepła po danej stronie ściany i współczynnika przewodzenia ciepła ściany. W przypadku czystej, płaskiej ściany zachodzi poniższa zależność:

$ {1 \over k} = {1 \over \alpha_1} + {d \over \gamma} + {1 \over \alpha_2} $

gdzie:

  • $ \alpha $ - współczynnik przejmowania ciepła po danej stronie ściany $ [\frac{W}{m} \times K] $,
  • $ d $ - grubość $ [m] $,
  • $ \gamma $ - współczynnik przewodzenia ciepła dla ściany $ [\frac{W}{m} \times K] $,
  • $ k $ = współczynnik przenikania ciepła $ [\frac{W}{m^2} \times K] $.

Ilość przekazanego ciepła na przykład w wymienniku ciepła jest w każdym przekroju zależna od różnicy temperatury w danym przekroju współczynnika przenikania ciepła. Do całej powierzchni przez którą następuje wymiana ciepła stosuje się poniższy wzór:

$ Q = k \times A \times \nu_m $

gdzie:

  • $ Q $ - przekazana ilość ciepła $ [W] $,
  • $ k $ - współczynnik przenikania ciepła $ [\frac{W}{m^2} \times K] $,
  • $ A $ - powierzchnia przez którą następuje wymiana ciepła $ [m^2] $,
  • $ \nu_m $ - średnia logarytmiczna różnicy temperatur $ [K] $.

Średnia logarytmiczna różnicy temperatur jest określana jako stosunek różnicy temperatur panujących w wymienniku ciepła zgodnie ze wzorem:

$ \nu_m = { {\nu_1 - \nu_2} \over { ln \nu_1 - ln \nu_2 } } $

gdzie:

  • $ \nu_m $ - średnia logarytmiczna różnicy temperatur [K],
  • $ \nu $ - różnica temperatur [K] zgodnie z rysunkiem powyżej.

Bibliografia