مکانیسم های اصلی انتقال حرارت کدامند؟

مکانیسم های اصلی انتقال حرارت کدامند؟

حرارت از طریق مکانیسم های مختلفی منتقل می شود. دانستن این مکانیسم ها می تواند در طراحی ساختمانها برای محدود کردن انتقال حرارت و در نتیجه جلوگیری از گسترش آتش سوزی بسیار مفید باشد. با این وجود نصب کپسول آتش نشانی و همچنین سیستم های اعلام و اطفاء حریق در ساختمان ها امری ضروری می باشد. انرژی حرارتی به دلیل اختلاف دما جریان یافته و مسیر جریان آن از نقطه گرم به نقطه سرد یا از حالت انرژی بالاتر به حالت انرژی پایین تر می باشد. سرعت انتقال حرارت معمولاً به صورت Btu در ساعت و یا ژول در ثانیه تعریف می شود.

انتقال حرارت از چه طریقی انجام می شود؟

روش های انتقال حرارت

سه مکانیسم برای انتقال حرارت وجود دارد: رسانش، همرفت و تابش. در ادامه این مکانیسم ها شرح داده می شود.

انتقال حرارت توسط رسانش:

انتقال حرارت از طریق رسانش

این نوع انتقال حرارت زمانی اتفاق می افتد که مولکول های در حال لرزش در یک ماده با سایر مولکول ها برخورد داشته و انرژی جنبشی خود را به آنها انتقال دهند و از این طریق باعث انتقال گرما به مولکول های مجاور می شوند. یک مثال برای انتقال حرارت از طریق رسانش این است که یک سر میله فولادی بلند را درون آتش قرار دهیم، خواهیم دید که بعد از مدتی سر دیگر میله نیز داغ خواهد شد.

چه عواملی بر انتقال حرارت از طریق رسانش موثر هستند؟

چهار عامل در انتقال حرارت از طریق رسانش تاثیرگذار هستند که عبارتند از: مسافت، دما، سطح مقطع عرضی و ترکیب ماده. در مورد سطح مقطع، هرچه سطح مقطع عرضی ماده بزرگتر باشد، سرعت انتقال حرارت بیشتر خواهد بود. هنگامی که مسافت بیشتر شود، نرخ انتقال حرارت کاهش می یابد. بطور کلی، هدایت گرمایی فلزات با افزایش دما کاهش می یابد در حالیکه عکس این مطلب در مورد گازها صادق است و با افزایش دما در گازها، قابلیت هدایت گرمایی در آنها بیشتر می شود. لازم به ذکر است که مواد جامد دارای مقادیر هدایت گرمایی بیشتری نسبت به گازها و مایعات هستند زیرا فاصله مولکول ها در گازها و مایعات بیشتر از جامدات بوده و در نتیجه میزان برخورد مولکول ها در آنها کمتر بوده و انتقال حرارت کمتر است.

چهارمین عامل موثر در انتقال حرارت از طریق رسانش، ترکیب ماده است. برای هر ماده معین، ثابتی به نام ضریب هدایت گرمایی وجود دارد که بصورت مستقیم با سرعت انتقال انرژی در آن ماده تناسب دارد. هرچه این ضریب بزرگتر باشد، قابلیت هدایت گرما در ماده بیشتر خواهد بود و هرچه ضریب هدایت گرمایی یک ماده کمتر باشد، در واقع آن ماده عایق حرارتی بهتری خواهد بود. بهترین عایق های تجاری دارای ذرات ریز فیبر یا جامداتی هستند که فضای بین آنها توسط هوا پر شده است که بعنوان مثال می توان از فایبرگلاس نام برد. مثالهایی از ضریب هدایت گرما در مواد رایج شامل مس (۴۰۱)، نقره (۴۲۹)، آلومینیوم (۲۳۷)، آهن (۷۳)، بتن (۱/۷)، چوب (۰/۱۳) و هوا (۰/۰۲۳) می باشد.

انتقال حرارت از طریق همرفت:

این روش انتقال حرارت به دلیل جابجایی یک سیال حاوی گرما اتفاق می افتد. همرفت در سیالات شامل مایعات و گازها اتفاق افتاده و نقش مهمی در پراکنده شدن آتش به اطراف دارد. آتش باعث گرم شدن هوا و گازهای اطراف می شود که از طریق همرفت می تواند جابجا شده و باعث آتش گرفتن سایر مواد قابل اشتعال شود. این همرفت طبیعی به این دلیل ایجاد می شود که هنگامی که یک سیال گرم می شود، منبسط شده و چگالی آن کمتر از سیال پیرامون با دمای پایین تر می شود و در نتیجه به سمت بالا حرکت می کند.

سرعت انتقال حرارت از طریق همرفت به چه عواملی بستگی دارد؟

نرخ انتقال گرما توسط همرفت تحت تأثیر عوامل زیر قرار می گیرد:

  • خصوصیات سیال از جمله چگالی، ویسکوزیته و هدایت گرمایی
  • پارامترهای جریان از قبیل سرعت و طبیعت جریان سیال
  • هندسه سطح از جمله سطح مقطع عرضی
  • اختلاف دما

انتقال حرارت از طریق تابش (تشعشع):

این نوع انتقال حرارت توسط امواج الکترومغناطیس انجام می شود. پرتوهای الکترومغناطیسی در سه طول موج قرار می گیرند که شامل مادون قرمز، طول موج مرئی و فرابنفش می شوند. امواج الکترومغناطیسی مربوط به آتش عموماً در طول موج مادون قرمز قرار گرفته و بخش کمتری از آن به صورت امواج مرئی منتشر می شود. لازم به ذکر است که تابش گرمایی، انرژی حرارتی نیست بلکه توسط انرژی حرارتی ایجاد شده و هنگامی که با سطح اجسام برخورد می کند مجدداً به انرژی گرمایی تبدیل می شود. تمام مواد در دمای بالاتر از صفر مطلق، بطور پیوسطه از خود تابش حرارتی منتشر می کنند. انتقال حرارت از طریق امواج الکترومغناطیسی نیاز به هیچ واسطه ای ندارد، بنابراین این نوع انتقال گرما می تواند در خلأ نیز انجام شود زیرا برخلاف رسانش و همرفت در تابش نیاز به تماس مولکول ها با یکدیگر نمی باشد. بطور کلی، توانایی یک جسم برای انتشار تابش متناسب است با توانایی آن جسم برای جذب تابش. به عبارت دیگر، یک منتشر کننده خوب تابش، یک جاذب خوب تابش نیز می باشد. بنابراین یک جسم سیاه دارای بیشترین توانایی جذب و انتشار تابش است. علاوه بر این، دو عامل درجه حرارت و فاصله نیز در میزان انتقال حرارت از طریق تابش موثر هستند. انتقال حرارت تابشی با افزایش دمای جسم به میزان زیادی افزایش می یابد و فاصله نقش اصلی را در این زمینه ایفا می کند. هنگامی که فاصله بین دو شئ دوبرابر شود، نرخ انتقال حرارت بین آنها به یک چهارم کاهش می یابد، برعکس هنگامی که فاصله بین دو شئ نصف شود، در این حالت نرخ انتقال حرارت بین آنها چهار برابر بیشتر می شود.

دسته ها: وبلاگ

دیدگاه خود را بنویسید

دیدگاه پس از تائید مدیریت منتشر می شود.