- Загальні відомості
- Коефіцієнт тепловіддачі для різних матеріалів
- застосування
- теплообмінники
- Кріоконсервація
- В будівництві
Випарний теплообмінник віконного кондиціонера зроблений з алюмінію, із застосуванням мідних трубок.
Загальні відомості
Коефіцієнт тепловіддачі для різних матеріалів
застосування
теплообмінники
Кріоконсервація
В будівництві
Загальні відомості
Якщо температура двох тіл відрізняється, тепло передається від теплого до більш холодного тіла. Якщо всередині тіла або речовини різні температури, то відбувається той же процес. Такий обмін теплом описаний в другому законі термодинаміки і називається теплопередачей. Коефіцієнт тепловіддачі являє інтенсивність процесу теплопередачі для певного матеріалу. Цей коефіцієнт впливає на загальну теплопередачу тіла або речовини. В системі СІ коефіцієнт тепловіддачі вимірюють у ватах на квадратний метр коливань, або Вт / (м • К). Іноді він вимірюється в рівноцінних одиницях, ВАТ на квадратний метр градус Цельсія, або Вт / (м² • ° C).
Зміна агрегатного стану речовини: під впливом тепла лід тане і перетворюється з твердого стану в рідке.
Зазвичай така теплопередача відбувається при зміні агрегатного стану речовини, наприклад при переході рідини в газ. Зміна агрегатного стану речовини називається фазовим переходом. Для того, щоб цей процес відбувся, необхідно тепло. Так, наприклад, якщо навколишня температура досить висока, то лід тане і перетворюється у воду, а вода випаровується і стає газом. У цьому випадку тепло з навколишнього середовища, наприклад, теплове випромінювання вогню, передається льоду або воді. Теплова енергія передається молекулам речовини і змушує їх коливатися або рухатися швидше. Якщо ця енергія досить велика і вони рухаються досить швидко, агрегатний стан речовини змінюється. Коефіцієнт тепловіддачі часто обчислюють саме в цьому контексті теплопередачі.
Експеримент, який демонструє конвекцію. Маленький флакон з пофарбованої гарячою водою опустили в склянку з холодною водою. Молекули гарячої води піднімаються вгору і забарвлюють воду, наочно ілюструючи конвекційне рух гарячої води.
Теплопередача також відбувається під час конвекції всередині рідини або газу. Конвекція - це рух маси теплих молекул речовини в більш холодну частину цієї речовини. Деякі приклади конвекції - рух гарячої води в каструлі вгору від дна, під яким знаходиться нагрівальний елемент. Гаряча вода витісняє холодну, і холодна опускається вниз, де нагрівається від дна каструлі, і знову піднімається вгору. Таким чином поступово нагрівається вся вода в каструлі. В невагомості вода таким чином не перемішується, тому для повного нагріву її доводиться перемішувати автоматично або вручну.
Надування повітряної кулі. Повітря в оболонці повітряної кулі швидко остигає, тому газові пальники під оболонкою регулярно нагрівають повітря в кулі. Фотографія розміщена з дозволу автора.
Нагрівання повітря в кімнаті від радіатора опалення відбувається схожим чином. Гаряче повітря рухається вгору від радіатора, витісняючи холодне повітря вниз. Цей холодне повітря нагрівається від радіатора, і знову піднімається вгору.
Завдяки цьому руху гарячого повітря вгору, у пожежних і рятувальників зазвичай є можливість проникнути під час пожежі в палаючий будинок і врятувати людей всередині. Вони можуть просуватися в кімнаті по підлозі, де повітря не настільки гарячий, в порівнянні з повітрям під стелею. Якби гаряче повітря опускався вниз, то пожежним було б набагато важче працювати.
Для того щоб підняти вгору повітряна куля, його оболонка повинна бути наповнена гарячим повітрям. Так як оболонка зроблена з нейлонової тканини, яка добре проводить тепло, то повітря в кулі швидко остигає. Цю проблему можна було б вирішити за допомогою хорошої теплоізоляції оболонки, але це збільшить об'єм кулі в складеному вигляді, і його буде важче перевозити. Наприклад, для перевезення знадобиться вже не легковий, а вантажний автомобіль. У зв'язку з цим ціни на польоти збільшаться, і цілком ймовірно, що багато людей не зможуть собі цього дозволити і в результаті польоти стануть невигідними для їх організаторів. Тому теплоізоляцію оболонки кулі не виконують.
Коефіцієнт тепловіддачі для різних матеріалів
Теплообмін в матеріалах з високим коефіцієнтом тепловіддачі відбувається більш інтенсивно, ніж в матеріалах з низьким коефіцієнтом. Величина коефіцієнта залежить від властивостей матеріалу, його температури, площі, яка передає тепло, і від інших умов.
Віконний кондиціонер - хороший приклад пристрою, в якому встановлені дуже ефективні теплообмінники. При охолодженні вони використовують процес зміни агрегатного стану речовини. Коли рідина перетвориться в газ, вона споживає велику кількість тепла, і забирає це тепло з кімнати, таким чином охолоджуючи її.
Коефіцієнт тепловіддачі залежить також від кількості нашарувань, нальоту і осадових матеріалів на поверхні - зазвичай зовні і всередині труб теплообмінників. Це може бути або просто забрудненням, у випадку з нальотом, або обростанням - при біологічному обростання об'єкта мікроорганізмами або молюсками. Наліт зазвичай утворюється через корозію, або коли розчинений у рідині осад осідає на поверхні теплообмінників. Іноді ці домішки в рідині обумовлені її забрудненням, а іноді вони є частиною рідини, наприклад, це можуть бути розчинені у воді солі.
Частини теплообмінника, які повинні добре або, навпаки, погано проводити тепло, зроблені з матеріалів, які зазвичай підбирають по їх теплопровідності. У деяких випадках теплопровідність - не найголовніший критерій, за яким вибирають ці матеріали. Іноді ціна і легкість виготовлення деталей з того чи іншого матеріалу відіграють велику роль у виборі. Так, наприклад, незважаючи на те, що у алюмінію більш низька теплопровідність, ніж у міді, радіатори в автомобілях зараз в основному виготовляють з алюмінію, завдяки його низькій ціні. Так було не завжди - раніше радіатори робили з міді, і зараз такі радіатори досі можна замовити у деяких виробників.
Конденсаційний теплообмінник віконного кондиціонера. Конденсатор прохолоджується вентилятором, і при цьому газоподібний холодоагент всередині конденсується і перетворюється в рідину. Теплообмін в цьому випадку відбувається з навколишнім середовищем, в яку і виділяється тепло з приміщення.
Крім ціни, незручність у використанні міді ще і в тому, що вироби з неї важче, ніж вироби з алюмінію. Це має значення, наприклад, для гоночних автомобілів. При прийнятті рішення про те, з чого робити радіатор, варто зважити всі переваги алюмінію і міді, а не ґрунтуватися тільки на їх теплопровідності.
застосування
Іноді буває корисно визначити загальний коефіцієнт тепловіддачі для вироби, і протестувати як вибір інших матеріалів впливає на цей показник. Наприклад, іноді має сенс перевірити, з якого матеріалу вийде труба з більш ефективної теплопровідністю, і де буде вище коефіцієнт тепловіддачі - у труби зі сталі або з міді. Також, іноді необхідно перевірити як впливає на коефіцієнт тепловіддачі циркулює в трубі газоподібна або рідка середу.
теплообмінники
Теплообмінники - це пристрої, які здійснюють тепловий обмін між двома матеріалами. Для них важливий високий коефіцієнт теплопередачі. Типові приклади теплообмінників - обігрівачі та радіатори, наприклад, в автомобілях і кондиціонерах. До речі, усталена назва радіаторів опалення - батарея пов'язано з тим, що радіатори традиційної конструкції виконувалися з декількох однотипних елементів. Форма теплообмінників впливає на їх властивості. Форми бувають найрізноманітніші, наприклад це може бути ряд пластин або система труб. Радіатор опалення -приклад якраз такого теплообмінника. Він складається з вигнутою кілька разів труби, і іноді конструкція також включає насос. Навколишнє повітря нагрівається поточної по трубах гарячою водою або, в деяких випадках, паром. Пар в трубах використовувати легше і, на відміну від води, для нього не потрібен насос. До того ж, парові радіатори більш надійні в багатоповерхових будинках, але втрати тепла при їх використанні значно більше, ніж в радіаторах з водою.
Радіатори зазвичай прикріплюють до стіни або влаштовують в конструкції підлоги. В останньому випадку таке опалення називається покриттям панельним опаленням, або просто теплою підлогою. З ним втрати тепла набагато нижче, але його установка часто дорожче, і його нелегко встановити у вже побудованому будинку. Такий вид опалення широко використовується в Центральній і Північній Європі і в деяких країнах Азії, наприклад, в Кореї. У Північній Америці в зв'язку з поширеністю легких каркасних індивідуальних житлових будинків, що опалюються і охолоджуваних відповідно гарячим або холодним циркулює в повітроводах повітрям, цей вид опалення непопулярний.
Зазвичай під опалювальні труби встановлюють ізоляцію, щоб зменшити тепловтрати. Весь будинок також повинен бути добре ізольований. Зверху на шар теплоізоляційного матеріалу укладають бетон або стяжку. В опаленні підлоги в основному використовують воду, а не пар. Іноді замість води використовують антифриз, щоб взимку щоб уникнути замерзання води в трубах її не треба було зливати, якщо будинок не опалюється. Систему підлогового панельного опалення можна також використовувати і для охолодження приміщень влітку, якщо подавати по трубах холодну воду замість гарячої.
Настінні радіатори опалення зручні тим, що їх можна використовувати в будинку з будь-яким підлогою. Підлогове опалення, навпаки, працює тільки з певними видами покриття. Наприклад, деякі види дерев'яної підлоги або вінілового покриття погано сумісні з покриттям опаленням. Ідеальне покриття - керамічна плитка або кам'яну підлогу, хоча випускають ряд дерев'яних і вінілових покриттів, які можна ефективно і безпечно використовувати з покриттям опаленням.
Вважається, що теплі підлоги економічні і втрати тепла з ними невеликі, так як тепле повітря піднімається від підлоги вгору, і температура води в нагрівачі, при якій комфортно перебувати в кімнаті, може бути нижче, ніж, наприклад, температура води в радіаторі опалення. Висока температура статі також сприяє знищенню мікробів, кліщів, цвілі, і так далі, роблячи будинок чистішим. Незважаючи на всі переваги, у такого опалення є один великий недолік - порівняно з іншими видами опалення потрібно набагато більше часу, щоб прогріти холодний будинок з покриттям опаленням.
Точка кипіння рідкого азоту (77 K або -196 ° C, або -321 ° F) - температура, яку найчастіше використовують для кріоконсервації тканин
Кріоконсервація
Коефіцієнт тепловіддачі - важлива величина в медицині, особливо в кріоконсервації - в галузі збереження клітин людей і тварин. Під час цього процесу важливо уникнути утворення льоду, щоб не пошкодити мембрани клітин під час заморозки. Вчені, що займаються кріоконсервації клітин і тканин, постійно шукають нові способи заморожування з високою теплопередачей, щоб забезпечити швидке заморожування без утворення льоду всередині клітин і в міжклітинному просторі. Для цього експериментують з використанням різної середовища для заморожування і різними процесами заморожування, наприклад, застосовуючи суміш рідкого і твердого охолоджувача. При вітрифікації, один із способів кріоконсервації, рідини перетворять в аморфний лід. Це напіврідкий лід, що не кристалізується і може змінювати свою форму набагато легше, ніж звичайний лід. Завдяки цим властивостям він не завдає клітинам механічні пошкодження. Кріоконсервація представляє особливий інтерес в галузі збереження яйцеклітин, сперми, і ембріонів, які потім використовують для запліднення in vitro.
Коефіцієнт тепловіддачі використовують також в при теплотехнічних розрахунках в електротехніці. Електронні компоненти й прилади зазвичай сильно нагріваються під час роботи, але, знаючи загальний коефіцієнт тепловіддачі системи і самих електронних компонентів окремо, а також пристроїв, призначених для їх охолодження, можна визначити яким чином найкраще охолоджувати ці елементи й прилади. Дуже важливо правильно виконати тепловий розрахунок, інакше пристрої можуть перегрітися і вийти з ладу.
В будівництві
У цій будівлі пекарні використовують для ізоляції жовті гіпсокартонні панелі, покриті скловолокном. З правого боку будівлі ці панелі покриті пінопластом. Швидше за все, після цього вони будуть пофарбовані під камінь.
Будівництво каркасного будинку в Міссіссога, Онтаріо, Канада
У будівництві в багатьох випадках важливо зменшити теплопередачу між внутрішніми приміщеннями будівлі і навколишнім середовищем. Будівельні матеріали часто вибирають, грунтуючись на цій необхідності, і великою популярністю користуються ізолюючі матеріали, які погано проводять тепло. Раніше для ізоляції використовували натуральні матеріали, наприклад камінь. Зараз широкого поширення набули штучні матеріали, такі як покритий скловолокном гіпсокартон. Особливо часто їх використовують в каркасних будинках, популярних в Північній Америці і Скандинавських країнах.
Гіпсокартонні панелі часто облицьовують пінопластом. Під панелями зазвичай поміщають додаткову ізоляцію, наприклад скловату або мінеральну вату. Теплоізоляційні властивості стін такої конструкції краще, ніж виконаних з каменю, тому такі стіни добре ізолюють приміщення. У той же час, жарким літом каркасні будинки необхідно охолоджувати, в той час як в будинках з каменю влітку комфортно навіть без кондиціонера, так як потрібно набагато більше часу, щоб їх нагріти або охолодити, в порівнянні з каркасними будинками. В результаті кам'яні будинки добре тримають середньодобову температуру. З іншого боку, в тому, що каркасні будинки швидко нагріваються і охолоджуються, є свої переваги для господарів - в такі будинки приємно повертатися після довгої відсутності в холодну або, навпаки, в жарку погоду, так як їх можна швидко прогріти або охолодити.
Будівництво фанерного ганку каркасного будинку
Виробництво каркасних будинків з пристроєм стін з гіпсокартону і аналогічних матеріалів дуже дешево і вигідно для будівельників і власників. Невелика вага, в порівнянні з будинками з каменю, також допомагає запобігти ряд проблем, наприклад осідання грунту під будинком і, відповідно, осідання самого будинку. З іншого боку, такі будинки менш надійні в сильний ураган в порівнянні з важкими будинками з каменю; при урагані каркас будинку, а також теплоізоляція легко пошкоджуються.
Те ж фанерне ганок після обробки виглядає як оштукатурена кам'яна кладка
література
Автор статті: Kateryna Yuri
Ви маєте труднощі в перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові вам допомогти. Опублікуйте питання в TCTerms і протягом декількох хвилин ви отримаєте відповідь.
