Тепломассообмен в элементах судовой энергетики

Виды теплообмена        
Теплообмен – это сложный процесс. Однако ради простоты изучения принято различать три элементарных вида теплообмена. 
1) Теплопроводность или кондукция (conduction – проводник) определяется тепловым движением микрочастиц тела (молекул, атомов, ионов, электронов и т.д.). Пример с нагревом стержня с одной стороны. За счет чего нагревается холодный конец стержня? Здесь происходит обмен энергией путём столкновений. В металлах за счет движения свободных электронов и ионов решетки. В твердых диэлектриках и жидкостях – за счет переноса упругих звуковых волн, т.е. движения фононов. В газах – за счет диффузии молекул.
Теплопроводность характерна в основном для твёрдых, реже жидких тел.
В 1807году Фурье выдвинул гипотезу, что тепловой поток теплопроводностью пропорционален температурному градиенту, т.е. что Q~∆T/∆Х.
2) Конвекция – это процесс передачи тепла из одной части пространства в другую перемещающимися макроскопическими объёмами жидкости или газа. Название произошло от английского "convection", что означает перемешивание. В зависимости от причины, вызывающей движение различают:
Свободная (естественная) конвекция происходит за счёт разности плотностей Dr неравномерно нагретой среды, обусловленной согласно определению 2 разностью температур Dt. (Примеры свободной конвекции – отопление помещения, песок на летнем пляже (можно видеть марево – движение воздуха от нагретого песка), пламя свечи (возле приоткрытой двери вверху и внизу ведет себя по-разному), жидкий металл внутри кокилей, стале- и чугуноразливочных ковшей.
Вынужденная конвекция – когда движение среды осуществляется принудительно нагнетателями (насосами, вентиляторами и т.д.). Вынужденная конвекция, как правило, гораздо интенсивней чем свободная. Примеры: течение воды внутри батарей центрального отопления; эксгаустеры в аглоцехах, дымососы, вентиляторы и т.д.
Конвективный теплообмен между жидкостью или газом и поверхностью твёрдого тела называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей. : Тепловой поток при конвекции определяется законом Ньютона-Рихмана, основным законом теплоотдачи или Q= a(tж-tст.)×F, Вт,
где a - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2К; F – поверхность теплообмена, м2; tж и tст - температура жидкости вдали от стенки и поверхности стенки, оС.
Если теплопроводность и конвекция требуют наличия непосредственного контакта между теплообменивающимися телами, то для 3го "кита" – излучения
это необязательно. Оно может передаваться через вакуум, т.е. в отсутствии какой-либо среды.
3) Излучение или лучистый теплообмен – это процесс преобразования тепла в лучистую, электромагнитную форму энергии и передачи её в окружающее пространство.
Или по-другому: "Любое тело, имеющее абсолютную температуру выше 0оК способно и вынуждено превращать часть своей внутренней энергии в тепловые лучи, которые попадая на окружающие предметы частично поглощаются, частично отражаются и частично проходят сквозь тело. Примеры: теплообмен между солнцем и Землей, лампы накаливания, сильно разогретые тела.
Тепловой поток при излучении определяется законом Стефана Больцмана Q=s(T4 пов-T4ос)×F, Вт, где Тп и То.с.,– температура поверхности и окружающей среды, оК;

2.Температурное поле, температурный градиент, тепловой поток;
Температурным полем называется совокупность значений температуры во всех точках тела в данный момент времени. Температурное поле может изменяться во времени и в пространстве. В зависимости от изменения во времени оно может быть стационарным и нестационарным, т.е. не изменяющимся и изменяющимся. В пространстве температурное поле характеризуется понятием однородности. Если температура в различных точках тела имеет одинаковое значение, то температурное поле называется однородным, а при наличии разности температур оно называется неоднородным. Степень неоднородности температурного поля количественно характеризуется градиентом температуры.