انتقال حرارت چیست؟
پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی مکانیک
تعریف انتقال حرارت
انتقال حرارت (heat-transfer) در اصطلاح علمی به معنای انتقال گرما از جسم گرم تر به جسم سردتر میباشد. به عبارتی حرارت از جسم با دمای بالاتر به جسمی با دمای پائین تر منتقل میشود. بنابراین انتقال حرارت ناشی از وجود اختلاف دما بین دو جسم یا جسم با محیط اطراف است. این علم به تحلیل آهنگ انتقال حرارت در سیستم می‌پردازد، که آن را از طریق شارش گرما نمی‌توان مستقیما اندازه‌گیری کرد ولی چون به یک کمیت قابل اندازه‌گیری به نام دما ارتباط دارد، دارای مفهوم فیزیکی است. گرما شکلی از انرژی است که بین جسم های مختلف تحت تعاملات حرارتی منتقل میشود.
چه موقع انتقال گرما بوجود می آید؟
وقتی بین دو نقطه یا دو ماده اختلاف دمایی وجود داشـته باشـد باعث به وجود آمدن گرادیان دما میشود. مثل اینکه در سیالات جریان در اختلاف فشار بوجود می آید. گرما به صورت طبیعی از جسم گرم به جسم سرد منتقل می شود(قانون دوم ترمودینامیک).
بنابراین نرخ انتقال گرما به میزان اختلاف دما بر واحد طول بستگی دارد. هر چه اختلاف دما بین دو سیستم زیاد تر باشد نرخ انتقال گرما بیشتر می شود.
علم انتقال گرما و ترمودینامیک چه تفاوتی دارند؟
مهندسین معمولا به علوم حرارت که شامل ترمودینامیک و انتقال گرما می باشد، توجه فراوان دارند. انتقال گرما در حقیقت تکمیل کننده ترمودینامیک است. به این معنی که در ترمودینامیک فقط تعادل سیستم بررسی می شود در حالی که در انتقال گرما به کمک قوانین فیزیکی، نرخ زمانی انتقال را در حالت غیر تعادلی بررسی می کنیم.
تفاوت علم انتقال حرارت با علم ترمودینامیک در این است که ترمودینامیک با تعادل سیستم سر و کار دارد یعنی قادر است مقدار انرژی مورد نیاز برای تغییر از یک حالت تعادل به حالت تعادل دیگر و درجه حرارت تعادلی را محاسبه نماید ولی انتقال حرارت علاوه بر مقادیر فوق، قادر به محاسبه درجه حرارت و نرخ انتقال گرما در هر لحظه میباشد. به عنوان یک مهندس، شناخت مکانیزم های فیزیکی که اساس شیوه های انتقال گرما هستند و همچنین توانایی استفاده از معادلات نرخ گرما که مقدار انتقال انرژی در واحد زمان را معین می کند، لازم و ضروری است.
انواع روش های انتقال گرما:
Energy is transferred by. direct contact. Energy is transferred by the movement of matter. Radiation. Energy is transferred by electromagnetic radiation. through space or air.
انتقال حرارت بین دو نقطه ی گرم و سرد تحت مکانیزم های متفاوتی انجام می شود که عبارتست از:
-
انتقال حرارت هدایتی
هنگامی اتفاق می افتد که دو جسم با دمای مختلف در تماس با یکدیگر قرار داشته باشند. انتقال گرما از جسم گرم تر به جسم سرد تر اتفاق می افتد و تا زمانی ادامه میابد که اختلاف دمایی وجود داشته باشد.
-
انتقال حرارت جابجایی
در انتقال گرما به روش جابه جایی ملکول های ماده ضمن انتقال گرما حرکت می کنند. براي ايجاد جريان همرفتی سه شرط لازم است:
- ماده باید مایع یا گاز باشد.
- بین دو نقطه از یک جسم اختلاف دما وجود داشته باشد یعنی قسمتی گرم و قسمتی سرد باشد.
- قسمت گرم پائین تر از قسمت سرد باشد.
گرما با استفاده از حرکت سیال در سطح با دو مکانیزم دیفیوژن و جریان بالک اتفاق می افتد. جابه جایی شامل هدایت حرارتی و حرکت سیال است.
-
انتقال حرارت تشعشعی یا تابشی
در انتقال گرمای تابشی، گرما با استفاده از مکانیزم تابش انرژی و یا حرکت موج از یک جسم به جسم دیگر اتفاق می افتد. در اين روش برخلاف دو روش قبل برای انتقال گرما نياز به ماده نيست مانند گرمای خورشيد که از فضای بدون ماده عبور کرده و به ما می رسد.
—————————————————————————————————————————————————————————-
منبع:
کتاب انتقال گرما و انتقال جرم اینکروپرا