Теплопередача

Моделирование тепловой конвекции в мантии Земли . Цвета варьируются от красного и зеленого до синего с понижением температуры. Горячий, менее плотный нижний пограничный слой направляет шлейфы горячего материала вверх, а холодный материал сверху движется вниз.

Теплопередача — это дисциплина теплотехники , которая занимается производством, использованием, преобразованием и обменом тепловой энергии ( тепла ) между физическими системами. Перенос тепла подразделяется на различные механизмы, такие как теплопроводность , тепловая конвекция , тепловое излучение и передача энергии посредством фазовых переходов . Инженеры также учитывают перенос массы различных химических веществ (перенос массы в форме адвекции), холодный или горячий, для достижения теплопередачи. Хотя эти механизмы имеют разные характеристики, они часто возникают одновременно в одной и той же системе.

Теплопроводность, также называемая диффузией, представляет собой прямой микроскопический обмен кинетической энергией частиц (например, молекул) или квазичастиц (например, волн решетки) через границу между двумя системами. Когда объект имеет температуру, отличную от температуры другого тела или его окружения, тепло течет так, что тело и окружающая среда достигают одинаковой температуры, и в этот момент они находятся в тепловом равновесии . Такая самопроизвольная передача тепла всегда происходит из области с высокой температурой в другую область с более низкой температурой, как описано во втором законе термодинамики .

Тепловая конвекция возникает, когда объемный поток жидкости (газа или жидкости) переносит тепло через жидкость. Все конвективные процессы также частично переносят тепло за счет диффузии. Поток жидкости может быть вызван внешними процессами или иногда (в гравитационных полях) силами плавучести, возникающими, когда тепловая энергия расширяет жидкость (например, в шлейфе огня), влияя таким образом на ее собственный перенос. Последний процесс часто называют «естественной конвекцией». Первый процесс часто называют «вынужденной конвекцией». В этом случае жидкость принудительно течет с помощью насоса, вентилятора или других механических средств.

Тепловое излучение происходит через вакуум или любую прозрачную среду ( твердую , жидкую или газообразную ). Это передача энергии посредством фотонов или электромагнитных волн, подчиняющаяся тем же законам. ^[1]

Обзор

Интенсивность длинноволнового теплового излучения Земли от облаков, атмосферы и поверхности.

Теплопередача – это обмен энергией между материалами (твердое тело/жидкость/газ) в результате разницы температур. Термодинамическая свободная энергия — это объем работы, которую может выполнить термодинамическая система. Энтальпия — это термодинамический потенциал , обозначаемый буквой «H», который представляет собой сумму внутренней энергии системы (U) плюс произведение давления (P) и объема (V). Джоуль — это единица измерения энергии , работы или количества тепла. ^[2]

Теплопередача — это функция процесса (или функция пути), в отличие от функций состояния ; следовательно, количество тепла, передаваемого в термодинамическом процессе , который изменяет состояние системы, зависит от того, как происходит этот процесс, а не только от чистой разницы между начальным и конечным состояниями процесса.

Термодинамическая и механическая теплопередача рассчитывается с помощью коэффициента теплопередачи , пропорциональности между тепловым потоком и термодинамической движущей силой потока тепла. Тепловой поток — это количественное векторное представление теплового потока через поверхность. ^[3]

В инженерном контексте термин « тепло» воспринимается как синоним тепловой энергии. Это использование берет свое начало в исторической интерпретации тепла как жидкости ( теплородности ), которая может передаваться по различным причинам ^[4] и которая также распространена в языке мирян и в повседневной жизни.

Уравнения переноса тепловой энергии ( закон Фурье ), механического импульса ( закон Ньютона для жидкостей ) и переноса массы ( законы диффузии Фика ) аналогичны, ^[5]^[6] и аналогии между этими тремя процессами переноса были разработаны для облегчения предсказание перехода от одного к другому. ^[6]

Тепловая инженерия занимается производством, использованием, преобразованием, хранением и обменом теплопередачи. Таким образом, теплообмен задействован практически во всех секторах экономики. ^[7] Теплопередача подразделяется на различные механизмы, такие как теплопроводность , тепловая конвекция , тепловое излучение и передача энергии посредством фазовых переходов .

Механизмы

Четыре фундаментальных способа теплопередачи, проиллюстрированные на примере костра.

Основными способами теплопередачи являются:

Адвекция: Адвекция — это механизм транспортировки жидкости из одного места в другое, который зависит от движения и импульса этой жидкости.
Проводимость или диффузия: Передача энергии между объектами, находящимися в физическом контакте. Теплопроводность — это свойство материала проводить тепло, которое оценивается в первую очередь с точки зрения закона теплопроводности Фурье .
Конвекция: Передача энергии между объектом и окружающей его средой благодаря движению жидкости. Средняя температура является эталоном для оценки свойств, связанных с конвективной теплопередачей.
Радиация: Передача энергии путем излучения электромагнитного излучения .

Адвекция

При переносе материи энергия, включая тепловую, перемещается путем физического переноса горячего или холодного объекта из одного места в другое. ^[8] Это может быть так же просто, как налить горячую воду в бутылку и нагреть постель или переместить айсберг в меняющихся океанских течениях. Практический пример – теплогидравлика . Это можно описать формулой:

\phi _{q}=v\rho c_{p}\Delta T

$\phi _{q}$ – тепловой поток (Вт/м ² ),
$\rho$ плотность (кг/м ³ ),
$c_{p}$ – теплоемкость при постоянном давлении (Дж/кг·К),
$\Delta T$ - разница температур (К),
$v$ — скорость (м/с).

проводимость

В микроскопическом масштабе теплопроводность происходит, когда горячие, быстро движущиеся или вибрирующие атомы и молекулы взаимодействуют с соседними атомами и молекулами, передавая часть своей энергии (тепла) этим соседним частицам. Другими словами, тепло передается за счет проводимости, когда соседние атомы колеблются друг против друга или когда электроны перемещаются от одного атома к другому. Проводимость является наиболее важным средством теплопередачи внутри твердого тела или между твердыми объектами, находящимися в тепловом контакте . Жидкости, особенно газы, обладают меньшей проводимостью. Тепловая контактная проводимость - это исследование теплопроводности между контактирующими твердыми телами. ^[9] Процесс передачи тепла из одного места в другое без движения частиц называется проводимостью, например, при помещении руки на холодный стакан с водой — тепло передается от теплой кожи к холодному стеклу, но если если руку держать на расстоянии нескольких дюймов от стекла, то проводимость будет незначительной, поскольку воздух является плохим проводником тепла. Стационарная проводимость — это идеализированная модель проводимости, которая возникает, когда разница температур, вызывающая проводимость, постоянна, так что через некоторое время пространственное распределение температур в проводящем объекте больше не меняется (см. закон Фурье ). ^[10] При установившейся проводимости количество тепла, поступающего в секцию, равно количеству тепла, выходящего наружу, поскольку изменение температуры (мера тепловой энергии) равно нулю. ^[9] Примером стационарной проводимости является поток тепла через стены теплого дома в холодный день: внутри дома поддерживается высокая температура, а снаружи температура остается низкой, поэтому передача тепла в единицу времени остается около постоянной скорости, определяемой изоляцией в стене, а пространственное распределение температуры в стенах будет примерно постоянным во времени.

Переходная проводимость (см. Уравнение теплопроводности ) возникает, когда температура внутри объекта изменяется в зависимости от времени. Анализ переходных систем более сложен, и аналитические решения уравнения теплопроводности действительны только для идеализированных модельных систем. Практическое применение обычно исследуется с использованием численных методов, методов аппроксимации или эмпирических исследований. ^[9]

Конвекция

Поток жидкости может быть вызван внешними процессами или иногда (в гравитационных полях) силами плавучести, возникающими, когда тепловая энергия расширяет жидкость (например, в шлейфе огня), влияя таким образом на ее собственный перенос. Последний процесс часто называют «естественной конвекцией». Все конвективные процессы также частично переносят тепло за счет диффузии. Другая форма конвекции – вынужденная конвекция. В этом случае жидкость принудительно течет с помощью насоса, вентилятора или других механических средств.

Конвективная теплопередача , или просто конвекция, — это передача тепла из одного места в другое посредством движения жидкостей , процесс, который по сути представляет собой передачу тепла посредством массопереноса . Объемное движение жидкости усиливает теплообмен во многих физических ситуациях, например, между твердой поверхностью и жидкостью. ^[11] Конвекция обычно является доминирующей формой теплопередачи в жидкостях и газах. Хотя конвекцию иногда называют третьим методом теплопередачи, она обычно используется для описания комбинированного эффекта теплопроводности внутри жидкости (диффузии) и теплопередачи за счет потока объемной жидкости. ^[12] Процесс переноса потоком жидкости известен как адвекция, но чистая адвекция — это термин, который обычно ассоциируется только с массопереносом в жидкостях, например, с адвекцией гальки в реке. В случае теплопередачи в жидкостях, где перенос тепла путем адвекции в жидкости всегда сопровождается переносом тепла путем диффузии (также известной как теплопроводность), под процессом тепловой конвекции понимают сумму переноса тепла путем адвекции и теплопередачи. диффузия/проводимость.

Свободная, или естественная, конвекция возникает, когда объемные движения жидкости (потоки и течения) вызываются силами плавучести, возникающими в результате изменений плотности из-за изменений температуры в жидкости. Вынужденная конвекция — это термин, используемый, когда потоки и течения в жидкости вызываются внешними средствами, такими как вентиляторы, мешалки и насосы, создавая искусственно индуцированный конвекционный ток. ^[13]

Конвекционное охлаждение

Конвективное охлаждение иногда называют законом охлаждения Ньютона :

Скорость потери тепла телом пропорциональна разнице температур между телом и окружающей средой .

Однако по определению справедливость закона охлаждения Ньютона требует, чтобы скорость потерь тепла из-за конвекции была линейной функцией («пропорциональной») разности температур, которая обеспечивает теплообмен, а при конвективном охлаждении это иногда не так. . В общем случае конвекция не зависит линейно от градиентов температуры , а в некоторых случаях является сильно нелинейной. В этих случаях закон Ньютона не применяется.

Конвекция против проводимости

В теле жидкости, которое нагревается снизу контейнера, можно считать, что проводимость и конвекция конкурируют за доминирование. Если теплопроводность слишком велика, жидкость, движущаяся вниз за счет конвекции, нагревается за счет проводимости настолько быстро, что ее движение вниз будет остановлено из-за ее плавучести , в то время как жидкость, движущаяся вверх за счет конвекции, охлаждается за счет проводимости так быстро, что ее движущая плавучесть уменьшится. С другой стороны, если теплопроводность очень низкая, может образоваться большой градиент температуры и конвекция может быть очень сильной.

Число Рэлея ( ) является произведением чисел Грасгофа ( ) и Прандтля ( ). Это мера, определяющая относительную силу проводимости и конвекции. ^[14] $\mathrm {Ra}$ $\mathrm {Gr}$ $\mathrm {Pr}$

\mathrm {Ra} =\mathrm {Gr} \cdot \mathrm {Pr} = {\frac {g\Delta \rho L^{3}}{\mu \alpha }}={\frac {g \beta \Delta TL^{3}}{\nu \alpha }}

g – ускорение свободного падения,
ρ — плотность, представляющая собой разницу плотностей между нижним и верхним концами, $\Delta \rho$
μ — динамическая вязкость ,
α – коэффициент температуропроводности ,
β - объемное тепловое расширение (иногда обозначается в других местах как α ),
Т – температура,
ν — кинематическая вязкость ,
L – характерная длина.

Число Рэлея можно понимать как отношение скорости передачи тепла конвекцией к скорости передачи тепла путем проводимости; или, что то же самое, соотношение между соответствующими временными масштабами (т.е. временной масштаб проводимости, разделенный на временной масштаб конвекции) с точностью до числового коэффициента. Это можно увидеть следующим образом, где все расчеты сводятся к числовым коэффициентам в зависимости от геометрии системы.

Выталкивающая сила, вызывающая конвекцию, примерно равна , поэтому соответствующее давление примерно равно . В установившемся состоянии это компенсируется напряжением сдвига из-за вязкости и, следовательно, примерно равно , где V - типичная скорость жидкости из-за конвекции и порядок ее временного масштаба. ^[15] С другой стороны, время проведения составляет порядка . $g\Delta \rho L^{3}$ $g\Delta \rho L$ $\mu V/L=\mu /T_ {\text{conv}}$ $T_{\text{conv}}$ $T_{\text{cond}}=L^{2}/\alpha$

Конвекция возникает, когда число Рэлея превышает 1000–2000.

Радиация

Радиационная теплопередача — это передача энергии посредством теплового излучения , т. е. электромагнитных волн . ^[1] Это происходит в вакууме или любой прозрачной среде ( твердой , жидкой или газовой ). ^[16] Тепловое излучение излучается всеми объектами при температуре выше абсолютного нуля из-за случайных движений атомов и молекул в веществе. Поскольку эти атомы и молекулы состоят из заряженных частиц ( протонов и электронов ), их движение приводит к излучению электромагнитного излучения , которое уносит энергию. Излучение обычно важно только в инженерных приложениях для очень горячих объектов или объектов с большой разницей температур.

Когда объекты и расстояния, разделяющие их, имеют большие размеры и по сравнению с длиной волны теплового излучения, скорость передачи лучистой энергии лучше всего описывается уравнением Стефана-Больцмана . Для объекта в вакууме уравнение имеет вид:

\phi _{q} = \epsilon \sigma T^{4}.

Для переноса излучения между двумя объектами уравнение выглядит следующим образом:

\phi _{q} = \epsilon \sigma F(T_{a}^{4}-T_{b}^{4}),

$\phi _{q}$ это тепловой поток ,
$\epsilon$ – излучательная способность (единица для черного тела ),
${\ displaystyle \ сигма }$ – постоянная Стефана–Больцмана ,
$F$ - коэффициент обзора между двумя поверхностями a и b, ^[17] и
$T_{a}$ и — абсолютные температуры (в кельвинах или градусах Рэнкина ) для двух объектов. $T_{b}$

Предел черного тела, установленный уравнением Стефана-Больцмана, может быть превышен, когда объекты, обменивающиеся тепловым излучением, или расстояния, разделяющие их, сопоставимы по масштабу или меньше, чем доминирующая тепловая длина волны . Исследование этих случаев называется ближнепольной радиационной теплопередачей .

Солнечное излучение или солнечную радиацию можно использовать для получения тепла и электроэнергии. ^[18] В отличие от кондуктивных и конвективных форм теплопередачи, тепловое излучение, приходящее под узким углом, т.е. исходящее от источника, значительно меньшего, чем расстояние до него, может быть сконцентрировано в небольшом пятне с помощью отражающих зеркал, что используется для концентрации солнечной энергии. поколение или горящее стекло . ^[19] Например, солнечный свет, отраженный от зеркал, нагревает солнечную электростанцию PS10 , и в течение дня она может нагревать воду до 285 °C (545 °F). ^[20]

Достижимая температура на мишени ограничена температурой горячего источника излучения. (Закон Т ⁴ позволяет подниматься обратному потоку излучения обратно к источнику.) Горячее Солнце (на его поверхности) с температурой около 4000 К позволяет грубо достичь температуры 3000 К (или 3000 °C, что составляет около 3273 К) при небольшой зонд в фокусе большого вогнутого концентрирующего зеркала солнечной печи Мон-Луи во Франции. ^[21]

Фаза перехода

Фазовый переход или фазовое изменение происходит в термодинамической системе из одной фазы или состояния вещества в другое путем теплопередачи. Примерами фазового перехода являются таяние льда или кипение воды. Уравнение Мейсона объясняет рост капли воды, основываясь на влиянии переноса тепла на испарение и конденсацию.

Фазовые переходы затрагивают четыре фундаментальных состояния материи :

Твердое вещество – осаждение, замораживание и превращение твердого вещества в твердое.
Жидкость – Конденсация и плавление/плавление .
Газ – Кипение/испарение, рекомбинация / деионизация и сублимация .
Плазма – ионизация .

Кипение

Точка кипения вещества — это температура, при которой давление пара жидкости равно давлению вокруг жидкости ^[23]^[24] и жидкость испаряется , что приводит к резкому изменению объема пара.

В закрытой системе температура насыщения и точка кипения означают одно и то же. Температура насыщения — это температура соответствующего давления насыщения, при которой жидкость переходит в паровую фазу. Можно сказать, что жидкость насыщена тепловой энергией. Любое добавление тепловой энергии приводит к фазовому переходу.

При стандартном атмосферном давлении и низких температурах кипения не происходит и скорость теплопередачи контролируется обычными однофазными механизмами. По мере повышения температуры поверхности происходит локальное кипение, и пузырьки пара зарождаются, прорастают в окружающую более холодную жидкость и схлопываются. Это пузырьковое кипение при переохлаждении , которое является очень эффективным механизмом теплопередачи. При высоких скоростях образования пузырьков пузырьки начинают мешать, и тепловой поток больше не увеличивается быстро с ростом температуры поверхности (это отклонение от пузырькового кипения , или ДНБ).

При подобных стандартном атмосферном давлении и высоких температурах достигается гидродинамически более спокойный режим пленочного кипения . Тепловые потоки через стабильные слои пара невелики, но медленно растут с температурой. Любой видимый контакт жидкости с поверхностью, вероятно, приводит к чрезвычайно быстрому зарождению слоя свежего пара («спонтанному зародышеобразованию »). При еще более высоких температурах достигается максимум теплового потока ( критический тепловой поток или CHF).

Эффект Лейденфроста демонстрирует, как пузырьковое кипение замедляет передачу тепла из-за пузырьков газа на поверхности нагревателя. Как уже упоминалось, теплопроводность газовой фазы намного ниже, чем теплопроводность жидкой фазы, поэтому в результате получается своего рода «газовый тепловой барьер ».

Конденсат

Конденсация происходит, когда пар охлаждается и переходит в жидкость. При конденсации скрытая теплота испарения должна высвобождаться. Количество тепла такое же, как и поглощенное при испарении при том же давлении жидкости. ^[25]

Существует несколько видов конденсата:

Однородный конденсат, как при образовании тумана.
Конденсация при прямом контакте с переохлажденной жидкостью.
Конденсат при прямом контакте с охлаждающей стенкой теплообменника. Это наиболее распространенный режим, используемый в промышленности:
- Пленочная конденсация – это образование пленки жидкости на переохлажденной поверхности, которая обычно возникает, когда жидкость смачивает поверхность.
- Капельная конденсация – это когда капли жидкости образуются на переохлажденной поверхности и обычно возникает, когда жидкость не смачивает поверхность.
Капельную конденсацию трудно поддерживать надежно; поэтому промышленное оборудование обычно проектируется для работы в режиме пленочной конденсации.

плавление

Плавление — термический процесс, в результате которого происходит фазовый переход вещества из твердого состояния в жидкость . Внутренняя энергия вещества увеличивается, обычно за счет тепла или давления, что приводит к повышению его температуры до точки плавления , при которой упорядоченность ионных или молекулярных образований в твердом теле нарушается до менее упорядоченного состояния, и твердое тело разжижается. Расплавленные вещества обычно имеют пониженную вязкость при повышении температуры; Исключением из этого правила является элемент сера , вязкость которого увеличивается до некоторой степени из-за полимеризации , а затем уменьшается с более высокими температурами в расплавленном состоянии. ^[26]

Подходы к моделированию

Теплообмен можно моделировать различными способами.

Уравнение теплопроводности

Уравнение теплопроводности — это важное дифференциальное уравнение в частных производных , которое описывает распределение тепла (или изменение температуры) в данной области с течением времени. В некоторых случаях доступны точные решения уравнения; ^[27] в других случаях уравнение должно быть решено численно с использованием вычислительных методов , таких как модели на основе DEM для тепловых/реагирующих систем твердых частиц (как критически рассмотрено Пэном и др. ^[28] ).

Сосредоточенный системный анализ

Анализ сосредоточенной системы часто сводит сложность уравнений к одному линейному дифференциальному уравнению первого порядка, и в этом случае нагрев и охлаждение описываются простым экспоненциальным решением, часто называемым законом охлаждения Ньютона .

Системный анализ с помощью модели сосредоточенной емкости является распространенным приближением переходной проводимости, которое можно использовать, когда теплопроводность внутри объекта намного быстрее, чем теплопроводность через границу объекта. Это метод аппроксимации, который сводит один аспект переходной системы проводимости — внутри объекта — к эквивалентной стационарной системе. То есть метод предполагает, что температура внутри объекта полностью однородна, хотя ее значение может меняться во времени.

В этом методе рассчитывается отношение сопротивления кондуктивной теплопередаче внутри объекта к сопротивлению конвективной теплопередаче через границу объекта, известное как число Био . Для малых чисел Био можно использовать приближение пространственно однородной температуры внутри объекта : можно предположить, что переданное в объект тепло успевает равномерно распределиться за счет меньшего сопротивления этому по сравнению с сопротивлением тепло, попадающее в объект. ^[29]

Климатические модели

Климатические модели изучают лучистую передачу тепла , используя количественные методы для моделирования взаимодействия атмосферы, океанов, поверхности суши и льда. ^[30]

Инженерное дело

Теплопередача имеет широкое применение в функционировании многочисленных устройств и систем. Принципы теплопередачи могут использоваться для сохранения, повышения или понижения температуры в самых разных обстоятельствах. ^[31] Методы теплопередачи используются во многих дисциплинах, таких как автомобилестроение , управление температурным режимом электронных устройств и систем , климат-контроль , изоляция , обработка материалов , химическое машиностроение и проектирование электростанций .

Изоляция, излучение и сопротивление

Теплоизоляторы — это материалы, специально разработанные для уменьшения потока тепла за счет ограничения проводимости, конвекции или того и другого. Термическое сопротивление — это тепловое свойство и измерение, с помощью которого объект или материал сопротивляется тепловому потоку (тепло в единицу времени или термическое сопротивление) и разнице температур.

Излучение или спектральное излучение являются мерой количества излучения, которое проходит или испускается. Лучистые барьеры — это материалы, которые отражают излучение и, следовательно, уменьшают поток тепла от источников излучения. Хорошие изоляторы не обязательно являются хорошими лучистыми барьерами, и наоборот. Металл, например, является отличным отражателем и плохим изолятором.

Эффективность лучистого барьера определяется его отражательной способностью , которая представляет собой долю отраженного излучения. Материал с высокой отражательной способностью (на данной длине волны) имеет низкую излучательную способность (на той же длине волны), и наоборот. На любой конкретной длине волны отражательная способность=1 – излучательная способность. Идеальный лучистый барьер должен иметь коэффициент отражения 1 и, следовательно, отражать 100 процентов поступающего излучения. Чтобы приблизиться к этому идеалу, вакуумные колбы или сосуды Дьюара посеребрены . В космическом вакууме спутники используют многослойную изоляцию , состоящую из множества слоев алюминизированного (блестящего) майлара , позволяющего значительно снизить радиационную теплопередачу и контролировать температуру спутника. ^[32]

Устройства

Тепловой двигатель — это система, осуществляющая преобразование потока тепловой энергии (тепла) в механическую энергию для совершения механической работы . ^[33]^[34]

Термопара — это устройство для измерения температуры и широко используемый тип датчика температуры для измерения и контроля, а также может использоваться для преобразования тепла в электроэнергию.

Термоэлектрический охладитель — это полупроводниковое электронное устройство, которое перекачивает (переносит) тепло от одной стороны устройства к другой при прохождении через него электрического тока. Он основан на эффекте Пельтье .

Термический диод или термовыпрямитель — это устройство, которое заставляет тепло течь преимущественно в одном направлении.

Теплообменники

Теплообменник используется для более эффективной теплопередачи или для рассеивания тепла . Теплообменники широко используются в холодильном оборудовании , кондиционировании воздуха , отоплении помещений , производстве электроэнергии и химической обработке. Одним из распространенных примеров теплообменника является радиатор автомобиля, в котором горячая охлаждающая жидкость охлаждается потоком воздуха над поверхностью радиатора. ^[35]^[36]

Распространенные типы потоков теплообменников включают параллельный поток, противоток и перекрестный поток. В параллельном потоке обе жидкости движутся в одном направлении, передавая тепло; при встречном потоке жидкости движутся в противоположных направлениях; а в поперечном потоке жидкости движутся под прямым углом друг к другу. Распространенные типы теплообменников включают кожухотрубные , двухтрубные , экструдированные оребренные трубы, трубы со спиральными оребрениями, U-образные трубы и многослойные пластинчатые теплообменники. Каждый тип имеет определенные преимущества и недостатки по сравнению с другими типами. ^{[ нужны дальнейшие объяснения ]}

Радиатор — это компонент, который передает тепло , генерируемое внутри твердого материала, в жидкую среду, такую как воздух или жидкость. Примерами радиаторов являются теплообменники, используемые в системах охлаждения и кондиционирования воздуха, или радиатор в автомобиле. Тепловая трубка — это еще одно устройство теплопередачи, которое сочетает в себе теплопроводность и фазовый переход для эффективной передачи тепла между двумя твердыми границами раздела.

Приложения

Архитектура

Эффективное использование энергии – это цель снижения количества энергии, необходимой для отопления или охлаждения. В архитектуре конденсат и воздушные потоки могут нанести косметический или структурный ущерб. Энергоаудит может помочь оценить выполнение рекомендуемых корректирующих процедур. Например, улучшение изоляции, герметизация структурных протечек или установка энергоэффективных окон и дверей. ^[37]

Умный счетчик – это устройство, которое периодически записывает потребление электроэнергии .
Коэффициент теплопередачи — это скорость передачи тепла через конструкцию, деленная на разницу температур по всей конструкции. Выражается в ваттах на квадратный метр на кельвин, или Вт/(м ² К). Хорошо изолированные части здания имеют низкий коэффициент теплопередачи, тогда как плохо изолированные части здания имеют высокий коэффициент теплопередачи.
Термостат – это устройство для контроля и регулирования температуры.

Климатическая инженерия

Пример применения в климатической инженерии включает создание биоугля в процессе пиролиза . Таким образом, хранение парниковых газов в углероде снижает мощность радиационного воздействия в атмосфере, вызывая увеличение количества длинноволнового ( инфракрасного ) излучения в космосе.

Климатическая инженерия состоит из удаления углекислого газа и управления солнечной радиацией . Поскольку количество углекислого газа определяет радиационный баланс земной атмосферы, для уменьшения радиационного воздействия можно применять методы удаления углекислого газа . Управление солнечной радиацией – это попытка поглощать меньше солнечной радиации, чтобы компенсировать воздействие парниковых газов .

Альтернативный метод — пассивное дневное радиационное охлаждение , которое усиливает земной поток тепла в космическое пространство через инфракрасное окно (8–13 мкм). ^[38]^[39] Вместо того, чтобы просто блокировать солнечное излучение, этот метод увеличивает теплопередачу исходящего длинноволнового инфракрасного (LWIR) теплового излучения с чрезвычайно низкой температурой космического пространства (~ 2,7 К ) для снижения температуры окружающей среды, не требуя при этом нулевых затрат энергии. ^[40]^[41]

Парниковый эффект

Парниковый эффект — это процесс, при котором тепловое излучение поверхности планеты поглощается атмосферными парниковыми газами и облаками и повторно излучается во всех направлениях, что приводит к уменьшению количества теплового излучения, достигающего космоса, по сравнению с тем, которое могло бы достичь космоса. при отсутствии поглощающих материалов. Это уменьшение исходящей радиации приводит к повышению температуры поверхности и тропосферы до тех пор, пока скорость исходящей радиации снова не сравняется со скоростью поступления тепла от Солнца. ^[43]

Теплообмен в организме человека

Принципы теплопередачи в технических системах можно применить к телу человека, чтобы определить, как тело передает тепло. Тепло вырабатывается в организме в результате непрерывного метаболизма питательных веществ, которые обеспечивают энергию для систем организма. ^[44] Человеческое тело должно поддерживать постоянную внутреннюю температуру, чтобы поддерживать здоровые функции организма. Поэтому избыточное тепло необходимо отводить от тела, чтобы оно не перегревалось. Когда человек занимается повышенным уровнем физической активности, организму требуется дополнительное топливо, которое увеличивает скорость обмена веществ и скорость выработки тепла. Затем организм должен использовать дополнительные методы для удаления дополнительного тепла, чтобы поддерживать внутреннюю температуру на здоровом уровне.

Передача тепла конвекцией осуществляется за счет движения жидкостей по поверхности тела. Эта конвективная жидкость может быть жидкостью или газом. При передаче тепла от внешней поверхности тела механизм конвекции зависит от площади поверхности тела, скорости воздуха и градиента температуры между поверхностью кожи и окружающим воздухом. ^[45] Нормальная температура тела составляет примерно 37 °C. Теплопередача происходит легче, когда температура окружающей среды значительно ниже нормальной температуры тела. Эта концепция объясняет, почему человек чувствует холод, когда на нем недостаточно укрытия, когда он находится в холодной среде. Одежду можно рассматривать как изолятор, обеспечивающий тепловое сопротивление тепловому потоку через закрытую часть тела. ^[46] Из-за этого термического сопротивления температура на поверхности одежды становится меньше, чем температура на поверхности кожи. Этот меньший температурный градиент между температурой поверхности и температурой окружающей среды приведет к более низкой скорости теплопередачи, чем если бы кожа не была покрыта.

Чтобы гарантировать, что одна часть тела не будет значительно горячее другой, тепло должно распределяться равномерно по тканям тела. Кровь, текущая по кровеносным сосудам, действует как конвективная жидкость и помогает предотвратить накопление избыточного тепла внутри тканей тела. Этот поток крови по сосудам можно смоделировать как поток трубопроводов в инженерной системе. Тепло, переносимое кровью, определяется температурой окружающей ткани, диаметром кровеносного сосуда, толщиной жидкости , скоростью потока и коэффициентом теплоотдачи крови. Скорость, диаметр кровеносных сосудов и толщина жидкости могут быть связаны с числом Рейнольдса — безразмерным числом, используемым в механике жидкостей для характеристики потока жидкостей.

Скрытая потеря тепла, также известная как потеря тепла за счет испарения, составляет большую часть потерь тепла организмом. Когда внутренняя температура тела повышается, организм запускает работу потовых желез в коже, чтобы доставить дополнительную влагу на поверхность кожи. Затем жидкость превращается в пар, который отводит тепло от поверхности тела. ^[47] Скорость потерь тепла при испарении напрямую связана с давлением пара на поверхности кожи и количеством влаги, присутствующей на коже. ^[45] Следовательно, максимальная теплопередача будет происходить, когда кожа полностью влажная. Организм постоянно теряет воду за счет испарения, но наиболее значительная потеря тепла происходит в периоды повышенной физической активности.

Методы охлаждения

Охлаждение испарением

Испарительное охлаждение происходит, когда водяной пар добавляется в окружающий воздух. Энергия, необходимая для испарения воды, берется из воздуха в виде явного тепла и преобразуется в скрытое тепло, при этом энтальпия воздуха остается постоянной . Скрытое тепло описывает количество тепла, необходимое для испарения жидкости; это тепло исходит от самой жидкости, окружающего газа и поверхностей. Чем больше разница между двумя температурами, тем больше эффект испарительного охлаждения. При одинаковых температурах суммарного испарения воды в воздухе не происходит; таким образом, охлаждающий эффект отсутствует.

Лазерное охлаждение

В квантовой физике лазерное охлаждение используется для достижения температур, близких к абсолютному нулю (-273,15 ° C, -459,67 ° F) атомных и молекулярных образцов, чтобы наблюдать уникальные квантовые эффекты , которые могут возникнуть только на этом уровне тепла.

Доплеровское охлаждение — наиболее распространенный метод лазерного охлаждения.
Симпатическое охлаждение — это процесс, при котором частицы одного типа охлаждают частицы другого типа. Обычно атомарные ионы, которые можно непосредственно охладить лазером, используются для охлаждения близлежащих ионов или атомов. Этот метод позволяет охлаждать ионы и атомы, которые невозможно охладить напрямую лазером. ^[48]

Магнитное охлаждение

Магнитно-испарительное охлаждение — это процесс снижения температуры группы атомов после предварительного охлаждения такими методами, как лазерное охлаждение. Магнитное охлаждение охлаждает до температуры ниже 0,3К за счет использования магнитокалорического эффекта .

Радиационное охлаждение

Радиационное охлаждение — это процесс, при котором тело теряет тепло за счет излучения. Исходящая энергия является важным фактором в энергетическом балансе Земли . В случае системы Земля-атмосфера это относится к процессу, посредством которого испускается длинноволновое (инфракрасное) излучение, чтобы сбалансировать поглощение коротковолновой (видимой) энергии Солнца. Термосфера (верхняя часть атмосферы) охлаждается в космос в основном за счет инфракрасной энергии, излучаемой углекислым газом (CO ₂ ) на длине волны 15 мкм и оксидом азота (NO) на длине волны 5,3 мкм. ^[49] Конвективный перенос тепла и испарительный перенос скрытого тепла удаляют тепло с поверхности и перераспределяют его в атмосфере.

Хранение тепловой энергии

Хранение тепловой энергии включает в себя технологии сбора и хранения энергии для последующего использования. Его можно использовать для балансировки энергопотребления в дневное и ночное время. Термальный резервуар может поддерживаться при температуре выше или ниже температуры окружающей среды. Приложения включают отопление помещений, бытовые или технологические системы горячего водоснабжения, а также выработку электроэнергии.

История

Закон охлаждения Ньютона

В 1701 году Исаак Ньютон анонимно опубликовал в « Philosophical Transactions» статью, в которой отметил (в современных терминах), что скорость изменения температуры тела пропорциональна разнице температур ( graduum Caloris , «градусы тепла») между телом и его окружением. . ^[50] Фраза «изменение температуры» позже была заменена на «потеря тепла», и эта зависимость получила название закона охлаждения Ньютона. В общем случае закон справедлив лишь в том случае, если разность температур невелика и механизм теплопередачи остается прежним.

Теплопроводность

В теплопроводности закон справедлив только в том случае, если теплопроводность более нагретого тела не зависит от температуры. Теплопроводность большинства материалов слабо зависит от температуры, поэтому в целом закон справедлив.

Тепловая конвекция

При конвективной теплопередаче закон справедлив для принудительного охлаждения воздухом или перекачиваемой жидкостью, когда свойства жидкости не сильно изменяются с температурой, но он справедлив лишь приблизительно для конвекции, вызванной плавучестью, когда скорость потока увеличивается с ростом температуры. разница температур.

Тепловая радиация

В случае теплопередачи тепловым излучением закон охлаждения Ньютона справедлив лишь при очень малых перепадах температур.

Теплопроводность разных металлов

В письме Бенджамину Франклину в 1780 году британский учёный голландского происхождения Ян Ингенхауз рассказывает об эксперименте, который позволил ему ранжировать семь различных металлов в зависимости от их теплопроводности: ^[51]

Вы помните, что дали мне проволоку из пяти металлов, протянутую через одно и то же отверстие, а именно? один из золота, другой из серебра, меди, стали и железа. Я предоставил сюда два других, а именно. один из олова, другой из свинца. Эти семь проволок я закрепил в деревянную рамку на равном расстоянии одна от другой... Я окунул семь проволок в этот расплавленный воск на глубину, равную деревянной рамке... Вынув их, они покрылись слоем воска. ... Когда я обнаружил, что эта корка была примерно одинаковой толщины на всех проводах, я поместил их все в застекленный глиняный сосуд, полный оливкового масла, нагретого до нескольких градусов при кипении, следя за тем, чтобы каждый провод был погружен одинаково далеко в масле, как и другие... Теперь, поскольку все они были погружены в одно и то же время в одно и то же масло, из этого следует, что проволока, на которой воск был расплавлен выше всего, была лучшей проводник тепла. ... Серебро проводило тепло далеко лучше всех других металлов, рядом с ним шла медь, затем золото, олово, железо, сталь, Свинец.

Эксперименты Бенджамина Томпсона по теплопередаче

В 1784–1798 годах в Баварии жил британский физик Бенджамин Томпсон (граф Румфорд) , занимавшийся реорганизацией баварской армии для курфюрста Чарльза Теодора , среди других официальных и благотворительных обязанностей. Курфюрст предоставил Томпсону доступ к помещениям Избирательной академии наук в Мангейме . За годы работы в Мангейме, а затем в Мюнхене Томпсон сделал большое количество открытий и изобретений, связанных с теплом.

Эксперименты по проводимости

«Новые эксперименты с теплом»

В 1785 году Томпсон выполнил серию экспериментов по теплопроводности, которые он очень подробно описывает в статье «Новые эксперименты по теплу» в журнале «Philosophical Transactions» 1786 года. ^[52]^[53] Тот факт, что хорошие электрические проводники часто также являются хорошими проводниками тепла и наоборот, должно быть, было хорошо известно в то время, поскольку Томпсон упоминает об этом вскользь. ^[54] Его намерением было измерить относительную проводимость ртути, воды, влажного воздуха, «обычного воздуха» (сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении), сухого воздуха различной разреженности и « торричелловского вакуума ».

Из поразительной аналогии между электрической жидкостью и теплотой в отношении их проводников и непроводников (найдя, что тела вообще, являющиеся проводниками электрической жидкости, также являются хорошими проводниками тепла и, наоборот, что электрические тела или те, которые являются плохими проводниками электрической жидкости, также являются плохими проводниками тепла), я был вынужден вообразить, что торричеллиев вакуум, который, как известно, обеспечивает столь легкий проход для электрической жидкости, также предоставил бы готовый доступ к электрической жидкости. переход на тепло.

Для этих экспериментов Томпсон использовал термометр внутри большой закрытой стеклянной трубки. В описанных обстоятельствах тепло могло — без ведома Томпсона — передаваться скорее посредством излучения , чем посредством проводимости . ^[55] Таковы были его результаты.

После экспериментов Томпсон с удивлением заметил, что вакуум был значительно худшим проводником тепла, чем воздух, «который сам по себе считается одним из худших» ^[56] , но разница между обычным воздухом и разреженным воздухом была лишь очень небольшой. ^[57] Он также отметил большую разницу между сухим воздухом и влажным воздухом, ^[58] и огромную пользу, которую это дает. ^[59]

Я не могу не заметить, с какой бесконечной мудростью и добротой Божественное Провидение, по-видимому, охранило нас от пагубных последствий чрезмерной жары и холода в атмосфере; ибо если бы было возможно, чтобы воздух был одинаково влажным во время сурового холода зимы... как это иногда бывает летом, его проводящая сила и, следовательно, его кажущаяся холодность... стали бы совершенно невыносимыми; но, к счастью для нас, его способность удерживать воду в растворе уменьшается, а вместе с этим и его способность отнимать у нас наше животное тепло.

Всякий знает, как неприятна очень умеренная степень холода, когда воздух очень влажный; Отсюда становится очевидным, почему термометр не всегда является точной мерой кажущегося или ощутимого тепла атмосферы. Если простуды... вызваны тем, что наши тела лишаются животного тепла, то причина ясна, почему эти расстройства преобладают больше всего во время холодных осенних дождей и после того, как весной разойдутся морозы. Также ясно, [почему] ... жить в сырых домах очень опасно; и почему так губителен вечерний воздух летом... и почему не так губителен в сильные зимние морозы.

Температура против явного тепла

В заключение Томпсон делает несколько комментариев о важной разнице между температурой и явным теплом .

Ощущение горячего или холодного зависит не целиком от температуры тела, вызывающего в нас эти ощущения... а от количества тепла, которое оно способно сообщить нам или получить от нас... и это зависит в значительной степени от проводящей способности рассматриваемых тел. Ощущение горячего — это проникновение тепла в наши тела; выход холода... Это еще одно доказательство того, что термометр не может быть справедливой мерой ощутимого тепла... или, скорее, что прикосновение не дает нам точного указания... реальных температур.

Возникновение термина «конвекция».

В 1830-х годах в «Бриджуотерских трактатах» термин «конвекция» засвидетельствован в научном смысле. В трактате VIII Уильяма Праута , в книге по химии , говорится: ^[60]

Уильям Праут
Камин с решеткой и дымоходом
Это движение тепла происходит тремя способами, что очень хорошо иллюстрирует обычный камин. Если, например, мы поместим термометр непосредственно перед огнем, он вскоре начнет подниматься, указывая на повышение температуры. В этом случае тепло проникло через пространство между огнем и термометром в результате процесса, называемого излучением . Если мы поместим второй термометр в контакт с какой-либо частью решетки и вдали от прямого воздействия огня, мы обнаружим, что этот термометр также указывает на повышение температуры; но здесь тепло должно было пройти через металл решетки за счет так называемой проводимости . Наконец, третий термометр, помещенный в дымоход, вдали от прямого воздействия огня, также укажет на значительное повышение температуры; в этом случае часть воздуха, проходя через огонь и рядом с ним, нагревалась и поднимала дымоход до температуры, полученной от огня. В настоящее время в нашем языке нет единого термина, обозначающего этот третий способ распространения тепла; но мы осмеливаемся предложить для этой цели термин конвекция , [в сноске: [лат. Convectio , перенос или транспортировка], который не только выражает основной факт, но также очень хорошо согласуется с двумя другими терминами.

Позже, в том же трактате VIII, в книге по метеорологии , понятие конвекции применяется и к «процессу передачи тепла через воду».

Смотрите также

Цитаты

^ аб Геанкоплис, Кристи Джон (2003). Транспортные процессы и принципы разделения (4-е изд.). Прентис Холл. ISBN 0-13-101367-Х.
↑ Абедин, инженер Зайн ул (9 августа 2023 г.). «Каковы основные понятия инженерной термодинамики?» . Проверено 20 ноября 2023 г.
^ "Бакалавр химического машиностроения". Технологический институт Нью-Джерси, факультет химической инженерии. Архивировано из оригинала 10 декабря 2010 года . Проверено 9 апреля 2011 г.
^ Линхард, Джон Х. IV; Линхард, Джон Х.В. (2019). Учебник по теплопередаче (5-е изд.). Минеола, Нью-Йорк: Dover Pub. п. 3.
^ Велти, Джеймс Р.; Уикс, Чарльз Э.; Уилсон, Роберт Эллиотт (1976). Основы импульса, тепла и массопереноса (2-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-471-93354-0. ОСЛК 2213384.
^ Аб Фагри, Амир; Чжан, Ювэнь; Хауэлл, Джон (2010). Расширенный тепло- и массообмен . Колумбия, Миссури: Global Digital Press. ISBN 978-0-9842760-0-4.
^ Тейлор, РА (2012). «Социально-экономические последствия исследований теплопередачи». Международные сообщения в области тепломассообмена . 39 (10): 1467–1473. doi :10.1016/j.icheatmasstransfer.2012.09.007.
^ «Массовый трансфер». Тепловые жидкости: Педия . Центр тепловых жидкостей.
^ abc Эбботт, Дж. М.; Смит, ХК; Ван Несс, ММ (2005). Введение в термодинамику химической инженерии (7-е изд.). Бостон, Монреаль: МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-310445-0.
^ «Теплопроводность». Тепловые жидкости: Педия . Центр тепловых жидкостей.
^ Ченгель, Юнус (2003). Теплопередача: практический подход (2-е изд.). Бостон: МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-245893-0.
^ «Конвективный теплообмен». Тепловые жидкости: Педия . Центр тепловых жидкостей.
^ «Конвекция — теплопередача». Инженеры Эджа . Проверено 20 апреля 2009 г.
^ Incropera, Фрэнк П.; и другие. (2012). Основы тепломассообмена (7-е изд.). Уайли. п. 603. ИСБН 978-0-470-64615-1.
^ Вэй, Тао; Чжан, Мэнци (декабрь 2020 г.). «Неустойчивые конденсирующиеся слои жидкости Рэлея – Тейлора с нелинейными эффектами межфазной конвекции и диффузии пара». Журнал механики жидкости . 904 . Бибкод : 2020JFM...904A...1W. дои : 10.1017/jfm.2020.572. ISSN 0022-1120. S2CID 225136577.
^ «Радиация». Тепловые жидкости: Педия . Центр тепловых жидкостей.
^ Хауэлл, Джон Р.; Менгук, депутат; Сигел, Роберт (2015). Тепловая радиационная теплопередача . Тейлор и Фрэнсис.
^ Модзири, А (2013). «Спектральное расщепление луча для эффективного преобразования солнечной энергии — обзор». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 28 : 654–663. дои : 10.1016/j.rser.2013.08.026.
^ Тейлор, Роберт А.; Фелан, Патрик Э.; Отаникар, Тодд П.; Уокер, Чад А.; Нгуен, Моника; Тримбл, Стивен; Прашер, Рави (март 2011 г.). «Применимость наножидкостей в солнечных коллекторах с высоким потоком». Журнал возобновляемой и устойчивой энергетики . 3 (2): 023104. дои : 10.1063/1.3571565.
^ «Солнечные тепловые электростанции - Управление энергетической информации США (EIA)» . www.eia.gov . Проверено 28 января 2022 г.
↑ Меган Крауз: Эта гигантская солнечная печь может плавить сталь. Manufacturing.net, 28 июля 2016 г., получено 14 апреля 2019 г.
^ См. «Вспышки в небе: гамма-всплески Земли, вызванные молнией».
^ Дэвид.Э. Гольдберг (1988). 3000 решенных задач по химии (1-е изд.). МакГроу-Хилл. Раздел 17.43, стр. 321. ISBN 0-07-023684-4.
^ Луи Теодор, Р. Райан Дюпон и Кумар Ганесан (редакторы) (1999). Предотвращение загрязнения: подход к управлению отходами в 21 веке . ЦРК Пресс. Раздел 27, стр. 15. ISBN 1-56670-495-2. {{cite book}}: |author=имеет общее имя ( справка )
^ Тро, Нивалдо (2008). Химия: молекулярный подход . Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси: Прентис-Холл. п. 479. Когда вещество конденсируется из газа в жидкость, участвует такое же количество тепла, но тепло излучается, а не поглощается.
^ К. Майкл Хоган (2011) Сера , Энциклопедия Земли, ред. А. Йоргенсен и К. Дж. Кливленд, Национальный совет по науке и окружающей среде, Вашингтон, округ Колумбия
^ Вендл, MC (2012). Теоретические основы кондуктивности и конвекционной теплопередачи. Фонд Венделя.
^ Пэн, З.; Дорудчи, Э.; Мохтадери, Б. (2020). «Моделирование теплопередачи с помощью метода дискретных элементов (DEM) тепловых процессов: разработка теории и модели». Прогресс в области энергетики и науки о горении . 79, 100847: 100847. doi :10.1016/j.pecs.2020.100847. S2CID 218967044.
^ «Как упростить небольшие числа Био» . 9 ноября 2016 года . Проверено 21 декабря 2016 г.
^ Бонан, Гордон (2019). Изменение климата и моделирование наземных экосистем . Издательство Кембриджского университета. п. 2. ISBN 9781107043787.
^ «Передача тепловой энергии - обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 18 июня 2022 г.
^ «Излучательная способность - обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 18 июня 2022 г.
^ Основы классической термодинамики , 3-е изд. п. 159, (1985) Г. Дж. Ван Вайлена и Р. Э. Зоннтага: «Тепловую машину можно определить как устройство, которое работает в термодинамическом цикле и совершает определенное количество чистой положительной работы в результате передачи тепла от высокотемпературного тела. и к низкотемпературному телу. Часто термин «тепловая машина» используется в более широком смысле, включающий все устройства, которые производят работу либо за счет теплопередачи, либо за счет сгорания, даже если устройство не работает в термодинамическом цикле. двигатель и газовая турбина являются примерами таких устройств, и название этих тепловых двигателей является приемлемым использованием этого термина».
^ Механический КПД тепловых двигателей , с. 1 (2007) Джеймса Р. Сенфа: «Тепловые двигатели созданы для получения механической энергии из тепловой энергии».
^ «Понимание теплообменников - типы, конструкции, применение и руководство по выбору» . www.thomasnet.com . Проверено 18 июня 2022 г.
^ «Что такое теплообменник?». Комплексные тепловые решения Lytron . Проверено 12 декабря 2018 г.
^ «EnergySavers: советы по экономии денег и энергии дома» (PDF) . Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала (PDF) 19 января 2012 года . Проверено 2 марта 2012 г.
^ Чен, Мэйцзе; Панг, Дэн; Чен, Синъюй; Ян, Хунцзе; Ян, Юань (2022). «Пассивное дневное радиационное охлаждение: основы, конструкция материалов и применение». ЭкоМат . 4 . дои : 10.1002/eom2.12153 . S2CID 240331557. Пассивное дневное радиационное охлаждение (PDRC) рассеивает земное тепло в чрезвычайно холодное космическое пространство без использования каких-либо энергозатрат и загрязнения окружающей среды. У него есть потенциал одновременно смягчить две основные проблемы: энергетический кризис и глобальное потепление.
^ Мандей, Джереми (2019). «Борьба с изменением климата посредством радиационного охлаждения». Джоуль . 3 (9): 2057–2060. дои : 10.1016/j.joule.2019.07.010 . S2CID 201590290. Покрыв Землю небольшой долей теплоизлучающих материалов, можно увеличить тепловой поток от Земли, а чистый радиационный поток можно уменьшить до нуля (или даже сделать отрицательным), тем самым стабилизируя (или охлаждая) Земля.
^ Айли, Аблимит; Инь, Сяобо; Ян, Жунгуй (октябрь 2021 г.). «Глобальный потенциал радиационного охлаждения неба с поправкой на плотность населения и потребность в охлаждении». Атмосфера . 12 (11): 1379. doi : 10.3390/atmos12111379 .
^ Ю, Синьсянь; Яо, Фэнджу; Хуан, Вэньцзе; Сюй, Дунъянь; Чен, Чун (июль 2022 г.). "Возобновляемая энергия". Возобновляемая энергия . 194 – через Elsevier Science Direct. Радиационное охлаждение — это возобновляемая технология, которая обещает достичь этой цели. Это пассивная стратегия охлаждения, которая рассеивает тепло через атмосферу во Вселенную. Радиационное охлаждение не потребляет внешнюю энергию, а скорее собирает холод из космоса в качестве нового возобновляемого источника энергии.
^ «Энергосбережение позволяет энергии появляться, казалось бы, из ниоткуда (нет, это не подразумевает неограниченную бесплатную энергию)» . Климатические загадки . 9 октября 2022 г. Проверено 24 марта 2023 г.
^ «МГЭИК, 2021: Изменение климата 2021: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в шестой оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата» . МГЭИК . Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США. п. 2232 . Проверено 24 марта 2023 г. Парниковый эффект: инфракрасное излучение всех поглощающих инфракрасное излучение компонентов атмосферы. Парниковые газы (ПГ), облака и некоторые аэрозоли поглощают земное излучение, испускаемое поверхностью Земли и другими частями атмосферы. Эти вещества испускают инфракрасное излучение во всех направлениях, но, при прочих равных условиях, чистое количество, излучаемое в космос, обычно меньше, чем было бы излучено в отсутствие этих поглотителей, из-за снижения температуры с высотой в тропосфере и, как следствие, ослабление эмиссии. Увеличение концентрации ПГ увеличивает величину этого эффекта; Эту разницу иногда называют усиленным парниковым эффектом. Изменение концентрации ПГ из-за антропогенных выбросов способствует мгновенному радиационному воздействию. Температура поверхности Земли и тропосферы нагреваются в ответ на это воздействие, постепенно восстанавливая радиационный баланс в верхних слоях атмосферы.
^ Хартман, Карл; Бибб, Льюис. (1913). «Человеческое тело и его враги». Всемирная книжная компания, с. 232.
^ Аб Сенгель, Юнус А. и Гаджар, Афшин Дж. «Тепло- и массообмен: основы и приложения», McGraw-Hill, 4-е издание, 2010 г.
^ Тао, Сяомин. «Умные волокна, ткани и одежда», Woodhead Publishing, 2001 г.
^ Уилмор, Джек Х.; Костилл, Дэвид Л.; Кенни, Ларри (2008). Физиология спорта и физических упражнений (6-е изд.). Кинетика человека. п. 256. ИСБН 9781450477673.
^ "Конденсат Бозе-Эйнштейна (BEC) | Британника" . www.britanica.com . 19 июня 2023 г. Проверено 4 июля 2023 г.
^ Глобальный инфракрасный энергетический баланс термосферы с 1947 по 2016 год и последствия солнечной изменчивости Мартин Г. Млинчак Линда А. Хант Джеймс М. Рассел III Б. Томас Маршалл Кристофер Дж. Мертенс Р. Эрл Томпсон https://agupubs.onlinelibrary .wiley.com/doi/full/10.1002/2016GL070965 ^{[ постоянная неработающая ссылка ]}
^ "VII. Scala graduum Caloris" . Философские труды Лондонского королевского общества . 22 (270): 824–829. 1701. дои : 10.1098/rstl.1700.0082.
^ Ингенхауз, Январь (1998) [1780]. «Бенджамину Франклину от Яна Ингенхауза, 5 декабря 1780 года». В Оберге, Барбара Б. (ред.). Документы Бенджамина Франклина . Том. 34, 16 ноября 1780 г., по 30 апреля 1781 г. Издательство Йельского университета. стр. 120–125 – через Founders Online, Национальный архив.
^ Мартин 1951, с. 147.
^ Томпсон 1786, с. 273-304.
^ Томпсон 1786, с. 274.
^ Мартин 1951, с. 147-148.
^ Томпсон 1786, с. 277.
^ Томпсон 1786, с. 300.
^ Томпсон 1786, с. 296.
^ Томпсон 1786, с. 297-298.
^ Праут, Уильям (1834). Химия, метеорология и функция пищеварения: рассматривается со ссылкой на естественное богословие. Бриджуотерские трактаты: О силе, мудрости и благости Бога, проявленных в творении. Трактат 8. Уильям Пикеринг. стр. 65–66.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме теплопередачи .

Учебник по теплопередаче - (скачать бесплатно).
Thermal-FluidsPedia — онлайн-энциклопедия тепловых жидкостей.
Гиперфизическая статья о теплопередаче — обзор
Межсезонная теплопередача — практический пример использования теплопередачи для обогрева зданий без сжигания ископаемого топлива.
Аспекты теплопередачи, Кембриджский университет
Тепловые жидкости Центральный
Energy2D: интерактивное моделирование теплопередачи для всех