Тепловые процессы

Автоклавирование – см. Автоклавная обработка

Автоклавная обработка – гидротермальная обработка материалов в автоклаве в среде насыщенного водяного пара при температуре выше 100^оС и давлении выше атмосферного. А.о. осуществляется с целью ускорения процесса твердения вяжущих или проведения синтеза искусственного камня из малоактивного или инертного в обычных условиях сырья.

Агломерация – термический способ окускования мелких сыпучих материалов путем сжигания мелкодисперсного топлива, равномерно распределенного в шихте и непрерывного продува ее воздухом. Используется в металлургии и строительном материаловедении. Окускование при А. происходит, главным образом, в результате образования жидких легкоплавких химических соединений, связывающих при остывании отдельные зерна в куски.

Гидротермальная обработка – влажностнаяобработка материала в условиях повышенных температуры (выше 100º С) и давления (выше 0, 1МПа). См. автоклавная обработка.

Закалка – вид термич. обработки материалов получаемых из расплавов (нагрев, а затем быстрое охлаждение) с целью придания высоких прочностных характеристик, несвойственных им при нормальном охлаждении. Такое упрочнение объясняется тем, что при резком охлаждении вследствие высокого коэф. термич. расширения, в материале возникает сложное напряжённое состояние: центральные слои ещё растянуты, но по мере охлаждения стремятся сжаться, чему противодействуют уже затвердевшие поверхностные слои. В результате материал сокращается в объёме, уплотняется и упрочняется.

Запарка – стадия введения пара в пропарочную камеру (автоклав) и прогрева материала до изотермической выдержки.

Лучистый теплообмен (радиационный теплообмен, лучистый перенос) – перенос энергии от одного тела к другому (а также между частями одного и того же тела), обусловленный процессами испускания, распространения, рассеяния и поглощения эл.-магн. излучения. Каждый из этих процессов имеет определённые закономерности. Так в условиях равновесного теплового излучения испускание и поглощение подчиняются з-нам Планка, Стефана – Больцмана и Кирхгоффа. Рассеяние и поглощение в общем случае определяются св-ми в-ва (составом, темп-рой, плотностью). Л.т. отличается от др. видов теплообмена тем, что он может протекать в отсутствии материальной среды, разделяющей поверхности теплообмена, т.к. эл.-магн. излучение распространяется и вакууме. Механизм л.т. характеризуется двойным взаимным превращением тепловой энергии в лучистую на поверхности тела, излучающее теплоту и лучистую энергию в тепловую на поверхности тела, поглощающее теплоту. См. также теплообмен излучением.

.

Кондукция – см. теплопроводность.

Конвекция (от лат. convection – принесение, доставка) перенос теплоты в жидких, газообразных и сыпучих средах потоками в-ва. Естественная (свободная) конвекция возникает в поле силы тяжести при неравномерном нагреве (снизу) текучих или сыпучих веществ. Нагретое в-во под действием архимедовой силы F_А= Δ ρ gV (Δ ρ – разность плотности нагретого в-ва и окружающей среды, V – его объём, g – ускорение свободного падения) перемещается относительно менее нагретого в-ва в направлении, противоположном направлению силы тяжести. Интенсивность К. зависит от разности темп-р между слоями, теплопроводности и вязкости среды. При вынужденной К. перемещение в-ва происходит гл.обр. с помощью насоса, мешалки и др. устройств.

Нагрев – нестационарный тепловой процесс, который сопровождается изменением тепового состояния тела (повышение энтальпии и энтропии); начальная стадия какого-либо режима тепловой обработки изделия.

).

Охлаждение – теплообменный процесс, с направленной или самопроизвольной потерей телом тепловой энергии; – заключительная стадия к.-л. режима тепловой обработки изделий.

Пар – газообразное состояние вещества в условиях, когда газовая фаза может находиться в равновесии с жидкой (тведой) фазой того вещества. Для многих физических задач понятия " пар" и " газ" эквивалентны.

Пар водяной – вода в газообразном состоянии; образуется в процессе испарения воды при подводе к ней тепла в паровых котлах и других тепло-массобменных аппаратах; водяной пар относится к реальным газам, т.к. произведение его давления и уд. объёма при Т=соnst не является постоянной величиной;

Пар водяной перегретый - состояние водяного пара, характеризующееся давлением и температурой.

Пар водяной насыщенный – состояние водяного пара, характеризующееся давлением (или температурой) и степенью сухости

Пар глухой – водянойпар передающий теплоту через стенку теплообменного аппарата.

Пар насыщенный сухой – водяной пар, находящийся в термодинамическом равновесии с водой. При атмосферном давлении уд. объём сухого насыщенного водяного пара примерно в 1600 раз больше чем у воды.

Пар насыщенный влажный – водяной пар, содержащий капельки воды.

Пар острый – водяной пар находящийся непосредственно в нагреваемой им среде.

Паросодержание (степень сухости)– отношение массы сухого насыщенного пара к массе влажного насыщенного пара.

Перегрев – нагрев жидкости выше её точки кипения (при данном давлении) или нагрев тв. кристаллич. тела выше темп-ры его фазового перехода из одной модификации в другую.

Перегретый пар – пар, имеющий темп-ру выше темп-ры насыщения при том же давлении. П.п. является рабочим агентом в тепловых двигателя, турбинах и пр.

Переохлаждение – охлаждение в-ва ниже темп-ры его равновесного перехода в др. агрегатное состояние Т_ф.п. или в др. кристаллич. модификацию (см. Полиморфизм). Фазовые переходы, связанные с отдачей теплоты (конденсация, кристаллизация, полиморфные превращения) на нач. стадии требуют, как правило, нек-рого П., содейстующего возникновению зародышей новой фазы – мельчайших капель или кристалликов. В условиях, когда процессы возникновения и роста зародышей новой фазы протекают замедленно (перекристаллизация в тв. фазе, кристаллизации очень вязкой жидкости, напр. стекла и др.) глубоким П. можно получить устойчивую фазу (в метастабильном состоянии) со структурой, характерной для более высоких темп-р. На этом основаны, напр. закалка сталей и получение стекла.

Пропаривание – процесстепловлажностной и гидротермальной обработки насыщенным водяным паром в пропарочной камере или автоклаве с целью интенсификации твердения гидравлических вяжущих материалов.

Серое тело – тело, у к-рого коэффициент поглощения меньше единицы и не зависит от длины волны излучения и абс. температуры. Тепловое излучение С.т. одинаково по спектральному составу с излучением абсолютно чёрного тела, имеющего ту же температуру, но отличается от него энергетической светимостью.Спектральная степень черноты С.т. не зависит от длины волны (частоты). В области видимого света к С.т. близки уголь, сажа, платиновая чернь.

Спекание – процесс превращения сыпучих или вязкопластичных материалов при повышенных температурах в камневидное состояние с зернистой или монолитизированной структурой. Различают жидкостное и твёрдофазное спекание. Напр. спекание глин, металлических порошков, спекание при агломерации и коксовании. С. – тепломассообменый процесс.

Степень черноты – энергетическая характеристика излучающего тела ε, равная отношению потока собственного излучения тела к к потоку излучения абсолютно чёрного тела при той же температуре; степень черноты ε зависит от природы материала, его окраски и темп-ры, а также от состояния его поверхности; значения ε всегда меньше единицы и колеблется от ~0, 055 (алюминий при ~20 º C) до 0, 95 (резина твёрдая при ~20º С).

.

Температуропроводность – (коэффициент температуропроводности a) не является физическим свойством вещества или материала. Этот параметр характеризует распространение температуры в материале в нестационарных тепловых процессах. Он фактически является мерой теплоинерционных свойств вещества.Численно а равен отношению теплопроводности l к произведению удельной теплоемкости с (при Р=const) на плотность r и выражается в м^² /с.:

а = l с·r

Тепловая обработка – сновная технологическая операция, связанная с прогревом полуфабриката и ускорением процесса структурообразования.

Тепловой поток – количество теплоты, проходящее в единицу времени в направлении падения температуры: Φ =dQ/dτ, (Вт) или (кал/с).

Теплового потока поверхностная плотность q – поток Φ, приходящийся на единицу площади сечения S, перпендикулярного к направлению потока. Определяется как отношение теплового потока к площади поперечного сечения потока: q = dΦ /dS, (Вт/м²) или (Вт/см²).

Теплообмен – самопроизвольный, необратимый процесс переноса теплоты, обусловленный градиентом темп-ры. Различают след. виды Т.: теплопроводность (кондукция), конвекция, лучистый теплообмен, теплообмен при фазовых превращениях. Во многогих случаях, напр. при исследовании процессов сушки, диффузии и др., Т. рассматривается совместно с массообменом.

Теплообмен излучением – характеризуется двойным взаимным превращением тепловой энергии в лучистую энергию на поверхности тела, излучающее теплоту и лучистую энергию в тепловую на поверхности тела, поглощающее теплоту. Поток излучения, падающий на тело, можно разделить на три составные части: одна часть R отражается телом, другая А поглощается, третья D проходит через него. Общий поток может быть представлен суммой слагаемых в долях единицы: 1= R+A+D. Если тело поглощает всю падающую на него лучистую энергию, его называют абсолютно чёрным. Если тело отражает всю падающую на него лучистую энергию, его называют абсолютно белым или зеркальным. Тело, способное пропускать всю падающую на него лучистую энергию называют абсолютно прозрачным. В действительности реальные тела обладают в той или иной степенью всеми указанными свойствами. Тела способные поглощать и отражать падающий на них поток излучений, называют серыми.

).

Теплообмен теплопроводностью – перенос тепловой энергии осуществляется непосредственно от частиц, обладающих большей энергией к частицам с меньшей энергией и приводит к выравниванию температуры тела. Взаимодействие частиц происходит в результате непосредственного сталкивания их, при перемещении или колебании. Когда такие условия переноса тепловой энергии выполняются, и такой вид переноса является доминирующим, то соблюдается закон Фурье, согласно которому вектор плотности теплового потока q пропорционален и противоположен по направлению градиенту температуры Т (grad T):

q = - l grad T,

где l - коэффициент теплопроводности (или просто теплопроводность), который не зависит от grad T, а зависит от агрегатного состояния вещества, его атомно-молекулярного строения, состава, температуры, давления и т.д.

Теплоотдача – теплообмен между поверхностью тв.тела и соприкасающейся с ней средой – теплоносителем (жидкостью, газом), Т. осуществляется конвекцией, теплопроводностью, лучистым теплообменом. Различают Т. при свободном и вынужденном движении теплоносителя, а также при изменении его агрегатного состояния. Интенсивность Т. характеризуется коэфф. Т. α – количеством теплоты, переданным в ед. времени через ед. поверхности при разности темп-р между поврхностью и средой-теплоносителем в 1 К. Т. можно рассматривать как часть более общего процесса теплопередачи.

Теплопередача – наука о процессах распространения тепла. Законы теплопередачи лежит в основе тепловых процессов – нагревания, охлаждения, конденсации паров, выпаривания – и имеют большое значение для проведения массообменных (процессы сушки, перегонки и др.), а также химических процессов, протекающих с подводом или отводом тепла. Различают три приципиально различных элементарных способа распространения: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

– теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их тв.стенку или через поверхность раздела между ними. Т. включает в себя теплоотдачу от более горячей среды (жидкость или газ) к стенке, теплопроводность в стенке и теплоотдачу от стенки к более холодной подвижной среде. Интенсивность передачи теплоты характериуется коэффициентом теплопередачи k, численно равным кол-ву теплоты, к-рое передаётся через ед. площади поверхности стенки в ед. времени при разности темп-р между теплоносителями 1К. Коэфф. K зависи от температурного напора Δ Т и теплового потока dQ через элемент поверхности раздела dS: k=dQ/(Δ ТdS). Величина R=1/k наз. полным термическим сопротивлением Т. Напр. для однослойной стенки R=1/α _ + δ /λ + 1/α ₂, где α _{ı и} α ₂ – коэфф. теплотдачи от горячей среды к поверхности стенки и от поверхности стенки к холодной среде; δ – толщина стенки; λ – коэфф. теплопроводности.

Теплота – форма беспорядочного (теплового) движения образующих тело ч-ц (молекул, атомов, эл-нов, фотонов и др.). Мерой Т. служит количество теплоты Q, т.е. количество энергии, получаемое или отдаваемое системой при теплообмене. Согласно первому началу термодинамики, теплота подводимая к системе, может идти на увеличение внутренней энергии Δ U ситемы и на совершение работы А по преодолению внешних сил: Q=Δ U+А

Теплота фазового превращения – количество тепловой энергии, необходимое для перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое (дж/кг), (дж/моль), (дж/м³).

Теплота сгорания топлива – количество теплоты, к-рое при сгорании может дать определённое количество вещества (дж/кг), (дж/моль), (дж/м³).