Виды теплообмена в твердом теле и на его поверхности. Их влияние на тепловые процессы при сварке тонких и массивных изделий

ГЛАВА 1 – ВИДЫ ТЕПЛООБМЕНА В ТЕЛЕ И НА ЕГО ПОВЕРХНОСТИ
Передача тепла или теплообмен - это спонтанная необратимая передача тепла в теле, и обмен внутренней энергией между отдельными элементами в помещении происходит из-за разницы температур, и передача тепла всегда направляется из более теплой области в менее нагретую. Теплообмен осуществляется тремя основными способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. Теплопроводность достигается за счет прямого контакта с мелкими частицами тела во время теплового движения. Например, в газах это происходит, когда молекулы сталкиваются, в металлах это происходит из-за теплового движения свободных электронов. Теплопроводность - единственный механизм теплопередачи в твердых телах. Конвекция возникает в жидкой среде (жидкости или газе) и вызывается движением самой среды, то есть перемещением объема жидкости или газа в пространстве. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью. Совместный теплообмен за счет теплопроводности и конвекции называется конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между поверхностью твердого тела и жидкостью или газом называется конвективным теплообменом. Тепловое излучение - это использование электромагнитных волн для передачи тепла в помещении. Процесс преобразования внутренней энергии вещества в электромагнитные волны, распространения излучения и его поглощения веществом называется лучистым теплообменником. Тело, участвующее в радиационном теплообменнике, излучающем электромагнитные волны, одновременно поглощает излучение от других тел. Теплообмен посредством излучения между поверхностью тела и окружающей средой называется лучистым теплообменом. Поскольку плотность жидкости уменьшается с повышением температуры, можно видеть, что для жидкостей с постоянной молекулярной массой (неассоциативных и неассоциативных жидкостей) коэффициент теплопроводности уменьшается с повышением температуры. Для большинства жидкостей с повышенными температурами коэффициент теплопроводности ε уменьшается. Коэффициент теплопроводности капельной жидкости составляет примерно от 0,07 до 0,7 Вт / (м * К). С увеличением давления коэффициент теплопроводности жидкости увеличивается. В металлах свободные электроны являются основным теплоносителем, который можно сравнить с идеальным одноатомным газом. Движение свободных электронов приводит к тому, что температура становится однородной во всех точках нагретого или охлаждаемого металла. Свободные электроны перемещаются из более теплой области в менее нагретую и в противоположном направлении. В первом случае вы отдаете энергию атому, а во втором - избавляетесь от нее. Поскольку электроны являются носителями тепловой энергии в металлах, коэффициенты теплопроводности и электропроводности пропорциональны друг другу. С повышением температуры тепловая неоднородность увеличивается, что приводит к увеличению рассеяния электронов. Это сопровождается снижением теплопроводности и электропроводности чистых металлов. Присутствие различных видов примесей резко снижает теплопроводность металла. Последнее можно объяснить увеличением структурной неоднородности, приводящей к рассеянию электронов. В отличие от чистых металлов, коэффициент теплопроводности сплава увеличивается с повышением температуры.
1.1 Конвекционный теплообмен
В зависимости от характера движения среды различают естественный и принудительный теплообмен. При естественном или свободном конвективном теплообмене части жидкости или газа перемещаются из-за различной плотности различных зон нагрева. Этот тип теплообмена осуществляется за счет охлаждения деталей воздухом после сварки, нагрева деталей в соляной ванне или в низкотемпературной печи в газовой атмосфере. При принудительной конвективной передаче тепла передача тепла происходит в условиях принудительного движения жидкости или газа.