21

Тепловые и массобменные процессы

1. Общие сведения о тепловых процессах

Большинство технологических процессов производства строительных материалов связано с использованием тепла. Многие технологические и эксплуатационные свойства строительных материалов в значительной степени от рационального выбора режима тепловой обработки при их изготовлении и соответствующего теплового оборудования. Эти же показатели определяют экономические показатели технологии.

Обмен теплом между телами (физическими средами) происходит самопроизвольно в направлении от более нагретого к менее нагретому.

Поверхность тела, которая отдает или воспринимает тепло, называется поверхностью теплообмена. Поверхность теплообмена является одной из основных характеристик тепловых установок.

В технике для переноса тепла от теплоотдающей поверхности к тепловоспринимающей обычно служат жидкие или газообразные среды. По отношению к теплоотдающей поверхности такую среду называют хладоагентом, а по отношению к тепловоспринимающей – теплоносителем.

1. Классификация тепловых процессов

Различают три основных формы теплообмена – теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

Теплопроводность – это перенос тепла вследствие беспорядочного движения микрочастиц (атомов, молекул) непосредственно соприкасающихся друг с другом.

Тепло распространяется по всему телу со скоростью, зависящей от свойств тела и разности температур между отдельными его участками. В твердых телах теплопроводность является основным видом распространения тепла.

Конвекцией называется перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.

Перенос тепла возможен в условиях естественной (свободной) конвекции, обусловленной разностью плотностей в различных точках объема жидкости (газа), или в условиях вынужденной конвекции при принудительном движении всего объема жидкости (газа).

Практически чистого конвективного переноса тепла не бывает. Поскольку движущаяся часть жидкости (газа) находится в соприкосновении с менее нагретой, то конвективный перенос тепла всегда сопровождается теплопроводностью. Такой совместный перенос тепла называется конвективным теплообменом.

Тепловое излучение – перенос энергии с помощью электромагнитных волн инфракрасной части спектра.

Чаще всего на практике теплообмен происходит между потоком жидкости или газа и поверхностью твердого тела, он называется конвективной теплоотдачей. Теплообмен между двумя средами через разделительную стенку называют теплопередачей.

В действительности при теплообмене имеют место все три способа передачи тепла в совокупности. При этом один из способов может быть преобладающим. Изучение процесса теплообмена представляет собой сложную задачу и основывается на закономерностях «чистых» способов распространения тепла.

Тепловыми процессами называются такие технологические процессы, в которых материал нагревается или охлаждается, а скорость их протекания определяется скоростью подвода или отвода тепла.

К тепловым процессам относятся:

• нагревание – процесс повышения температуры материала путем подвода тепла;

• охлаждение – процесс понижения температуры материала путем отвода тепла;

• испарение – процесс перевода жидкости в парообразное состояние путем подвода тепла;

• конденсация – процесс перевода пара в жидкое состояние путем отвода тепла.