Лит.:Кичигин М. А., Костенко Г. Н., Теплообменные аппараты и выпарные установки, М.- Л., 1955; Кэйс В. М., Лондон А. Л., Компактные теплообменники, пер. с англ., 2 изд., М., 1967; Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической технологии, 9 изд., М., 1973.
И. Н. Розетауз.
Конструкции рекуперативных теплообменников: а - змеевиковый; б - типа «труба в трубе»; в - кожухотрубный; г - трубчатый воздухонагреватель; д - пластинчатый.
Теплообразование
Теплообразова'ние(физиологическое), то же, что .
Теплоозёрск
Теплоозёрск,посёлок городского типа в Облученском районе Еврейской автономной области Хабаровского края РСФСР. Расположен на р. Вира (приток Амура). Ж.-д. станция (Тёплое Озеро) на Транссибирской магистрали. Цементный и рыбоводный заводы. Вечерний индустриальный техникум.
Теплоотдача (в технике)
Теплоотда'чав технике, между поверхностью твёрдого тела и соприкасающейся с ней средой - (жидкостью, газом и т. д.). Т. происходит , , .Различают Т. при свободном и вынужденном движении теплоносителя, а также при изменении его агрегатного состояния. Интенсивность Т. характеризуется коэффициентом Т. - количеством теплоты, переданным в единицу времени через единицу поверхности при разности температур между поверхностью и средой - теплоносителем в 1 К. Т. можно рассматривать как часть более общего процесса .См. также .
Теплоотдача (в физиологии)
Теплоотда'чав физиологии, переход теплоты, освобождаемой в процессах жизнедеятельности, из организма в окружающую среду. Осуществляется излучением, испарением, проведением (конвекцией). Т. часто называется физической терморегуляцией. У человека в оптимальных условиях (см. ) около 50% освобождаемой в организме теплоты рассеивается во внешней среде вследствие излучения, около 25% - в результате испарения воды с поверхности кожи и слизистых оболочек и 25% - за счёт конвекции. Задержка Т. может привести к повышению и .Угроза перегревания возникает при резком повышении (мышечная работа) и температуры окружающей среды (высокая влажность воздуха и влагонепроницаемая одежда). Усиленной Т. способствуют физиологическая реакция увеличения кожного кровотока, повышение температуры кожи и испарение пота. Когда температура среды приближается к температуре поверхности тела (около 34 °С), единственным средством Т. остаётся испарение воды в виде или у непотеющих животных. У человека отделение пота может достигать 2 л/чи позволяет организму сохранять нормальную температуру тела в течение определённого времени даже при очень высокой температуре среды. См. также .
К. П. Иванов.
Теплопеленгация
Теплопеленга'ция,определение направления на объекты по их собственному ;вид пассивной .Осуществляется с помощью теплопеленгаторов (или теплопеленгационных систем). В состав теплопеленгатора обычно входят (см. рис. ): оптическая система, улавливающая тепловое (инфракрасное) излучение и концентрирующая его на (ПИ); система ,осуществляющая изменение положения оси оптической системы по определённому закону, т. е. обеспечивающая «просмотр» оптической системой воздушного, космического или наземного (водного) пространства; усилитель электрических сигналов, поступающих от ПИ; индикаторный блок, на управляющий электрод электроннолучевой трубки которого подаётся усиленный сигнал. Изменение положения оси оптической системы и движение луча на трубке индикатора осуществляются синхронно, по одному и тому же закону. В момент попадания излучения от объекта на ПИ на экране индикатора высвечивается пятно, по положению которого, используя разметку, нанесённую на экран, определяют угловые координаты пеленгуемого объекта.
Теплопеленгаторы обладают более высокой (по сравнению с радиопеленгаторами, работающими на более длинных волнах) точностью пеленгации, повышенной помехозащищенностью и скрытностью действия (вследствие пассивного характера Т.). Недостаток теплопеленгаторов - их ограниченное применение в сложных метеорологических условиях (дождь, снег, облачность и т. п.) из-за сильного поглощения теплового излучения. Кроме того, Т., в отличие от ,не может быть использована (из-за отсутствия активного облучателя) для определения расстояния до объекта. Т. с успехом применяется в морской, воздушной и космической навигации, в военном деле для обнаружения самолётов, судов, танков и т. п. объектов по излучению выхлопных газов их двигателей, а также для снятия тепловых карт местности.
Лит.:Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., Основы инфракрасной техники, М., 1974; Левитин И. Б., Инфракрасная техника, Л., 1973.
И. Ф. Усольцев.
Схема теплопеленгатора: 1 - приёмник теплового излучения; 2 - оптическая система, улавливающая излучение; 3 - блок управления системы сканирования; 4 - приводы системы сканирования; 5 - усилитель электрических сигналов; 6 - датчики положения оптической системы; 7 - индикаторный блок.
Теплопередача
Теплопереда'ча, между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними. Т. включает в себя от более горячей жидкости к стенке, встенке, теплоотдачу от стенки к более холодной подвижной среде. Интенсивность передачи теплоты при Т. характеризуется коэффициентом Т. k,численно равным количеству теплоты, которое передаётся через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между жидкостями в 1 К; размерность k- вт/( м 2ЧК) [ ккал/м 2Ч°С)]. Величина R,обратная коэффициенту Т., называется полным термическим сопротивлением Т. Например, Rоднослойной стенки
,
где a 1и a 2- коэффициенты теплоотдачи от горячей жидкости к поверхности стенки и от поверхности стенки к холодной жидкости; d- толщина стенки; l- коэффициент теплопроводности. В большинстве встречающихся на практике случаев коэффициент Т. определяется опытным путём. При этом полученные результаты обрабатываются методами .См. также .
Лит.:Гребер Г., Эрк С., Григулль У., Основы учения о теплообмене, пер. с нем., М., 1958; Шорин С. Н., Теплопередача, 2 изд., М., 1964; Михеев М. А., Михеева И. М., Основы теплопередачи, 2 изд., М., 1973.
И. Н. Розенгауз.
Теплопроводности уравнение
Теплопрово'дности уравне'ние, с частными производными параболического типа, описывающее процесс распространения теплоты в сплошной среде (газе, жидкости или твёрдом теле); основное уравнение математической теории .Т. у. выражает тепловой баланс для малого элемента объёма среды с учётом поступления теплоты от источников и тепловых потерь через поверхность элементарного объёма вследствие теплопроводности. Для изотропной неоднородной среды Т. у. имеет вид:
,
где r- плотность среды; c v-теплоёмкость среды при постоянном объёме; t- время; х, у, z- координаты; Т = Т( х, у, z, t) - температура, которая вычисляется при помощи Т. у.; l- коэффициент теплопроводности; F = F( x, y, z, t) - заданная плотность тепловых источников. Величины r, C v, lзависят от координат и, вообще говоря, от температуры. Для анизотропной среды Т. у. вместо lсодержит теплопроводности l ir ,где i, k =1, 2, 3.
В случае изотропной однородной среды Т. у. принимает вид:
,
где D T- , a 2= l/(r c v) - коэффициент температуропроводности; f = F/( rc v) .В стационарном состоянии, когда температура не меняется со временем, Т. у. переходит в D Т= f/ a 2= F/l или, при отсутствии источников теплоты, в D Т= 0. Основными задачами для Т. у. является и смешанная краевая задача (см. ) .
Первые исследования Т. у. принадлежат Ж. (1822) и С. (1835). Важные результаты в исследовании Т. у. были получены И. Г. ,А. Н. ,С. Л. .
Лит.:Карслоу Г. С., Теория теплопроводности, пер. с англ., М.- Л., 1947: Владимиров В. С., Уравнения математической физики, М., 1967; Тихонов А. Н., Самарский А. А., Уравнения математической физики, 3 изд., М., 1966.
Д. Н. Зубарев.
Теплопроводность
Теплопрово'дность,один из видов переноса теплоты (энергии теплового движения микрочастиц) от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. При Т. перенос энергии в теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией. Если относительное изменение температуры Тна расстоянии средней частиц lмало, то выполняется основной закон Т. (закон Фурье): плотность qпропорциональна температуры grad T,то есть
, (1)
где l - коэффициент Т., или просто Т., не зависит от grad T[l зависит от агрегатного состояния вещества (см. табл. ), его атомно-молекулярного строения, температуры и давления, состава (в случае смеси или раствора) и т. д.].
Значения коэффициента теплопроводности l для некоторых газов, жидкостей и твёрдых тел при атмосферном давлении
| Вещество | t,° C | l, вт/( мЧК) |
| Газы Водород Гелий Кислород Азот Воздух Металлы Серебро Медь Железо Олово Свинец Жидкости Ртуть Вода Ацетон Этиловый спирт Бензол Минералы и материалы Хлорид натрия Турмалин Стекло Дерево Асбест | 0 0 0 -3 4 0 0 0 0 0 0 20 16 20 22,5 0 0 18 18 18 | 0,1655 0,1411 0,0239 0,0237 0,0226 429 403 86,5 68,2 35,6 7,82 0,599 0,190 0,167 0,158 6,9 4,6 0,4-1 0,16-0,25 0,12 |
Отклонения от закона Фурье могут появиться при очень больших значениях grad T(например, в сильных ) ,при (для жидкого гелия Не II) и при высоких температурах порядка десятков и сотен тысяч градусов, когда в газах перенос энергии осуществляется не только в результате межатомных столкновений, но в основном за счёт излучения (лучистая Т.). В разреженных газах, когда lсравнимо с расстоянием Lмежду стенками, ограничивающими объём газа, молекулы чаще сталкиваются со стенками, чем между собой. При этом нарушается условие применимости закона Фурье и само понятие локальной температуры газа теряет смысл. В этом случае рассматривают не процесс Т. в газе, а теплообмен между телами, находящимися в газовой среде. Процесс переноса теплоты -Т. - в сплошной среде описывается .
Для
,состоящего из твёрдых сферических молекул диаметром
d,согласно
,справедливо следующее выражение для
\(при
):
, (2)
где r - плотность газа,
c
v
-теплоёмкость единицы массы газа при постоянном объёме
V,
- средняя скорость движения молекул. Поскольку
Jпропорциональна 1
/р,а r ~
р(
р- давление газа), то Т. такого газа не зависит от давления. Кроме того, коэффициент Т. l и вязкости m связаны соотношением:
. В случае газа, состоящего из многоатомных молекул, существенный вклад в l дают внутренние степени свободы молекул, что учитывает соотношение:
,
где g = ср/c v , ср- теплоёмкость при постоянном давлении. В коэффициент Т. - довольно сложная функция температуры и давления, причём с ростом Ти рзначение lвозрастает. Для газовых смесей lможет быть как больше, так и меньше коэффициента Т. компонентов смеси, то есть Т. - нелинейная функция состава.
В плотных газах и жидкостях среднее расстояние между молекулами сравнимо с размерами самих молекул, а кинетическая энергия движения молекул того же порядка, что и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. В связи с этим перенос энергии столкновениями происходит значительно интенсивнее, чем в разреженных газах, и скорость передачи энергии молекул от горячих изотермических слоев жидкости к более холодным близка к скорости распространения малых возмущений давления, равной скорости звука, т. е.
,где
u
s - скорость звука в жидкости,
-среднее расстояние между молекулами. Эта формула лучше всего выполняется для одноатомных жидкостей. Как правило, l жидкостей убывает с ростом
Ти слабо возрастает с ростом
р.Т. твёрдых тел имеет различную природу в зависимости от типа твёрдого тела. В
,не имеющих свободных электрических зарядов, перенос энергии теплового движения осуществляется
- квазичастицами, квантами упругих колебаний атомов кристалла (см.
,
)
.У твёрдых диэлектриков
,где
с- теплоёмкость диэлектрика, совпадающая с теплоёмкостью газа фононов,
- средняя скорость движения фононов, приблизительно равная скорости звука,
- средняя длина свободного пробега фононов. Существование определённого конечного значения
l- следствие рассеяния фононов на фононах, на дефектах кристаллической решётки (в частности, на границах кристаллитов и на границе образца). Температурная зависимость л. определяется зависимостью от температуры
си
l. При высоких температурах (
T>> Q
D
,где Q
D-
) главным механизмом, ограничивающим
l, служит фонон-фононное рассеяние, связанное с ангармонизмом колебаний атомов кристалла. фонон-фононный механизм теплосопротивления (1/l - коэффициент теплосопротивления) возможен только благодаря процессам переброса (см.
)
,в результате которых происходит торможение потока фононов. Чем
Твыше, тем с большей вероятностью осуществляются процессы переброса, а
lуменьшается: при
T>> Q
D
l~ 1
/Tи, следовательно, l ~ 1/
T, так как с в этих условиях слабо зависит от
Т. С уменьшением
Т(при
T<< Q
D
) и, как правило, ограничивается размерами образца (
R)
.Теплоёмкость при
T<< Q
Dубывает
~ Т
3благодаря чему l при понижении температуры проходит через максимум. Температура, при которой l имеет максимум, определяется из равенства
l(
T) »
R.
Т .металлов определяется движением и взаимодействием носителей тока - электронов проводимости. В общем случае для металла коэффициент Т. равен сумме решёточной фононной l реши электронной l эсоставляющих: l= l э+ l реш, причём при обычных температурах, как правило, l э³ l реш. В процессе теплопроводности каждый электрон переносит при наличии градиента температуры энергию kT,благодаря чему отношение электронной части коэффициента Т. l э ,к электрической проводимости sв широком интервале температур пропорционально температуре ( ) :
, (3)
где k- , е- заряд электрона. В связи с тем, что у большинства металлов l решЈ l э, в законе Видемана - Франца можно с хорошей точностью заменить l эна l. Обнаруженные отклонения от равенства (3) нашли своё объяснение в неупругости столкновений электронов. У полуметаллов Bi и Sb l решсравнима с l э, что связано у них с малостью числа свободных электронов.
Явление переноса теплоты в сложнее, чем в диэлектриках и металлах, во-первых, в связи с тем, что для них существенны обе составляющие Т. ( l эи l реш), а, во-вторых, в связи со значительным влиянием на коэффициент Т. примесей, процессов биполярной диффузии, переноса и др. факторов.
Влияние давления на lтвёрдых тел с хорошей точностью выражается линейной зависимостью lот р,причём у многих металлов и минералов lрастет с ростом р.
Лит.:Лыков А. В., Теория теплопроводности, М., 1967; Рейф Ф., Статистическая физика, пер. с англ., М., 1972 (Берклеевский курс физики, т. 5); Робертс Дж., Теплота и термодинамика, пер. с англ., М.-Л., 1950; Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей, пер. с англ., М., 1961; 3айман Дж., Принципы теории твердого тела, пер. с англ., М., 1966; Киттель Ч., Элементарная физика твердого тела, пер. с англ., М., 1965; Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, 2 изд., М., 1966.
С. П. Малышенко.
Теплопродукция
Теплопроду'кция,теплообразование, выработка теплоты в организме в результате энергетических превращений в живых клетках; связана с непрерывно совершающимся биохимическим синтезом белков и др. органических соединений, с осмотической работой (перенос ионов против градиента концентраций), с механической работой мышц (сердечная мышца, гладкие мышцы различных органов, скелетная мускулатура). Даже при полном мышечном покое такая работа в сумме достаточно велика, и человек среднего веса и возраста при оптимальной температуре среды (см. ) освобождает около 1 ккал(4,19 кдж) на кгмассы тела в 1 ч(см. ) .В покое около 50% всей теплоты образуется в органах брюшной полости (главным образом в печени), по 20% в скелетных мышцах и центральной нервной системе и около 10% при работе органов дыхания и кровообращения. Т. называется также химической терморегуляцией.
У Т. на единицу массы тела увеличивается по мере уменьшения его размеров. У мыши, например, Т. на единицу массы тела больше, чем у человека, в 8-10 раз (о Т. у разных животных и человека см. табл. 1 и 2 в ст. ) .Резко увеличивается Т. при мышечной работе, достигая 10-кратной от уровня покоя. На 10-20% возрастает Т. в первые часы после приёма пищи (специфически динамическое действие пищи). Кроме того, у человека и гомойотермных животных Т. усиливается при охлаждении. Эта защитная реакция основана на особой сократительной активности скелетных мышц (холодовая мышечная дрожь и терморегуляционный мышечный тонус). Если процессы Т. преобладают над процессами теплоотдачи, наступает .См. также , . .
Лит.:Проссер Л., Браун Ф., Сравнительная физиология животных, пер. с англ., М., 1967; Иванов К. П., Биоэнергетика и температурный гомеостазис, Л., 1972; Hammel Н., Regulation of internal body temperature, «Annual Review of Physiology», 1968, v. 30; Lehninger A. L., Bioenergetics, N. Y., 1965.
К. П. Иванов.
Теплорегуляция
Теплорегуля'ция(физиологическое), то же, что .
Теплород
Теплоро'д,гипотетическая тепловая материя (невесомая жидкость), присутствием которой в телах в 18 - начале 19 вв. пытались объяснять наблюдаемые тепловые явления (нагрев тел, теплообмен, тепловое расширение, тепловое равновесие и т. п.). Для этого Т. пришлось приписать необычные свойства: невесомость, наибольшую по сравнению с др. веществами упругость, способность проникать в мельчайшие поры тел и расширять их. В 18 в. для объяснения физических и химических свойств веществ наряду с Т. рассматривали и др. невесомые жидкости ( и др.). Лишь в начале 19 в. было окончательно доказано, что тепловые явления обусловлены хаотическим движением атомов и молекул (см. ) .Особую роль в опровержении теории Т. сыграли опыты Б. (1798) и Г. (1799), доказавших, что нагрев тел может быть осуществлен за счёт механической работы (см. ) .
Теплоснабжение
Теплоснабже'ние,снабжение теплом жилых, общественных и промышленных зданий (сооружений) для обеспечения коммунально-бытовых ( , , ) и технологических нужд потребителей. Различают местное и централизованное Т. Система местного Т. обслуживает одно или несколько зданий, система централизованного - жилой или промышленный район. В СССР наибольшее значение приобрело централизованное Т. (в связи с этим термин «Т.» чаще всего употребляется применительно к системам централизованного Т.). Его основные преимущества перед местным Т. - значительное снижение расхода топлива и эксплуатационных затрат (например, за счёт автоматизации и повышения их кпд); возможность использования низкосортного топлива; уменьшение степени загрязнения и улучшение санитарного состояния населённых мест.
Система централизованного Т. включает источник тепла, и теплопотребляющие установки, присоединяемые к сети через .Источниками тепла при централизованном Т. могут быть (ТЭЦ), осуществляющие комбинированную выработку электрической и тепловой энергии (см. ) ;котельные установки большой мощности, вырабатывающие только тепловую энергию; устройства для утилизации тепловых отходов промышленности; установки для использования тепла геотермальных источников. В системах местного Т. источниками тепла служат печи, водогрейные котлы, водонагреватели (в том числе солнечные) и т. п. Теплоносителями в системах централизованного Т. обычно являются вода с температурой до 150 °С и пар под давлением 0,7-1,6 Мн/м 2(7-16 ат) .Вода служит в основном для покрытия коммунально-бытовых, а пар - технологических нагрузок. Выбор температуры и давления в системах Т. определяется требованиями потребителей и экономическими соображениями. С увеличением дальности транспортирования тепла возрастает экономически оправданное повышение параметров теплоносителя. Расстояние, на которое транспортируется тепло в современных системах централизованного Т., достигает нескольких десятков км.Затраты условного топлива на единицу отпущенного потребителю тепла определяются в основном кпд источника Т. Развитие систем Т. характеризуется повышением мощности источника тепла и единичных мощностей установленного оборудования. Тепловые мощности современных ТЭЦ достигают 2-4 Ткал/ч,районных котельных 300-500 Гкал/ч.В некоторых системах Т. осуществляется совместная работа нескольких источников тепла на общие тепловые сети, что повышает надёжность, манёвренность и экономичность Т.
По схемам присоединения установок отопления различают зависимые и независимые системы Т. В зависимых системах теплоноситель из тепловой сети поступает непосредственно в отопительные установки потребителей, в независимых - в промежуточный теплообменник, установленный в тепловом пункте, где он нагревает вторичный теплоноситель, циркулирующий в местной установке потребителя. В независимых системах установки потребителей гидравлически изолированы от тепловой сети. Такие системы применяются преимущественно в крупных городах - в целях повышения надёжности Т., а также в тех случаях, когда режим давления в тепловой сети недопустим для тепло-потребляющих установок по условиям их прочности или же когда статическое давление, создаваемое последними, неприемлемо для тепловой сети (таковы, например, системы отопления высотных зданий).
В зависимости от схемы присоединения установок горячего водоснабжения различают закрытые и открытые системы Т. В закрытых системах на горячее водоснабжение поступает вода из водопровода, нагретая до требуемой температуры (обычно 0 °С) водой из тепловой сети в теплообменниках, установленных в тепловых пунктах. В открытых системах вода подаётся непосредственно из тепловой сети (непосредственный водоразбор). Утечка воды из-за неплотностей в системе, а также её расход на водоразбор компенсируются дополнительной подачей соответствующего количества воды в тепловую сеть. Для предотвращения коррозии и образования накипи на внутренней поверхности трубопровода вода, подаваемая в тепловую сеть, проходит и деаэрацию (см. ) .В открытых системах вода должна также удовлетворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Выбор системы определяется в основном наличием достаточного кол-ва воды питьевого качества, её коррозионными и накипеобразующими свойствами. В СССР получили распространение системы обоих типов.
По числу трубопроводов, используемых для переноса теплоносителя, различают одно-, двух- и многотрубные системы Т. Однотрубные системы применяют в тех случаях, когда теплоноситель полностью используется потребителями и обратно не возвращается (например, в паровых системах без возврата конденсата и в открытых водяных системах, где вся поступающая от источника вода разбирается на горячее водоснабжение потребителей). В двухтрубных системах теплоноситель полностью или частично возвращается к источнику тепла, где он подогревается и восполняется. Многотрубные системы устраивают при необходимости выделения отдельных видов тепловой нагрузки (например, горячего водоснабжения), что упрощает регулирование отпуска тепла, режим эксплуатации и способы присоединения потребителей к тепловым сетям. В СССР преимущественное распространение получили двухтрубные системы Т.