17 - 19

2.3.4. Načini prijenosa topline

Toplina prelazi sa tijela više na tijelo niže temperature na tri načina: provođenjem (kondukcijom), strujanjem (konvekcijom) i zračenjem (radijacijom).

▶ Provođenje (kondukcija)

Ovim se načinom toplina provodi intermolekularno, s više na nižu temperaturu tijela. Kroz jednoslojnu ravnu stijenku, ko, toplinski tok prenesen provođenjem računa se prema sljedećoj jednadžbi:

Slika 1-16 prijenos toplinskog toka  Ф od tekućine A na tekućinu B

 

Vlažne tvari imaju veću toplinsku provodljivost od suhih tvari.

Vrijednost toplinskih provodljivosti pojedinih materijala prikazuje tablica 1-6.

Tablica 1-6 Toplinska provodljivost λ, različitih tvari.

▶ Strujanje (konvekcija)

Slika 1-16 prijenos toplinskog toka  Ф od tekućine A na tekućinu B

Konvekcija se odnosi na oblik prijenosa topline u kojem se toplinski prijelaz događa unutar tekućine.

Zagrijane čestice tekućine miješaju se s hladnim česticama te na taj način izmjenjuju toplinu.

U praksi nas najviše zanima konvektivni prijenos topline s tekućine na krutu stijenki ili obrnuto.

gdje je:

α … W/m2K - koeficijent prijenosa topline

Oba načina prijenosa topline istovremeno postoje kod grijaćih tijela:

  • PROVOĐENJEM (kondukcijom) toplina se prenosi s jedne strane stijenke na drugu stranu stijenke  (t1 → t2).
  • STRUJANJEM (konvekcijom) toplina se prenosi s tekućine A, na stijenku (t1)  i
  • STRUJANJEM (konvekcijom) toplina se prenosi s tekućine sa stijenke (t2) na tekućinu B.

U praksi se rijetko susreće prijenos topline sao na jedan način, uvjek do prijenosa dolazi najmanje na dva načina.

Prijenos topline između dviju tekućina, koje su razdvojene jednoslojnom ravnom stijenkom, nazivamo prolazom topline:

Uvrštavanjem koeficijenta k, jednadžba za prolaz topline poprima sljedeći oblik:

▶ Zračenje (radijacija)

Zračenje predstavlja mehanizam prijenosa u kojem se toplina prenosi bez fizičkog kontakta između dva tijela.

Svako toplo tijelo emitira energiju u obliku elektromagnetskih valova. Tako dozračna energija na neko drugo tijelo može biti:

  • apsorbirana
  • reflektirana
  • propuštena kroz tijelo

Udio:

  • apsorbirane energije označava se faktorom a,

  • reflektirane energije faktorom r,

  • propuštene energije faktorom d.

Upijanje i reflektiranje sunčevog dozračnog zračenja na površinama različitih boja.

  • Sve bijele površine su nepropusne za toplinsko zračenje pa je d = 0

  • Sve zrcalne površine reflektiraju toplinsko zračenje pa je r = 1, d = 0 i a = 0

  • Sve mat crno obojene površine upijaju toplinsko zračenje pa je a = 1, r = 0 i d =0.

Dva kruta tijela koja nisu u dodiru prenose toplinu konvekcijom i zračenjem !

Dva tijela koja su u dodiru prenose toplinu samo kondukcijom !

  • zračenjem - od vatre, plamena na stijenku ogrjevne površine kotla

  • strujanjem (konvekcijom) - strujanjem plinova izgaranja uz stjenku ogrjevne površine i strujanjem vode s druge strane stijenke ogrjevne površine

  • kondukcijom - kroz stijenke ložišta.

Neke praktične vrijednosti koeficijenta prijenosa topline konvekcijom α