Calentamiento del aire atmosférico. ¡Sobre la energía térmica en un lenguaje sencillo! El calentamiento del aire depende

Cuando el sol se vuelve más cálido, ¿cuándo está más alto por encima de su cabeza o cuándo está más bajo?

El sol se calienta más cuando está más alto. En este caso, los rayos del sol caen en ángulo recto o casi en ángulo recto.

¿Qué tipos de rotación de la Tierra conoces?

La tierra gira alrededor de su eje y alrededor del sol.

¿Por qué hay un cambio de día y de noche en la Tierra?

El cambio de día y noche es el resultado de la rotación axial de la Tierra.

Determine cómo difiere el ángulo de incidencia de los rayos solares el 22 de junio y el 22 de diciembre en los paralelos de 23,5 ° N. NS. y y. NS .; en los paralelos 66,5 ° N NS. y y. NS.

22 de junio, el ángulo de incidencia de los rayos solares en el paralelo de 23,50 N. 900, S - 430. En el paralelo de 66,50 latitud norte. - 470, 66,50 S - ángulo de deslizamiento.

22 de diciembre, el ángulo de incidencia de los rayos solares en el paralelo de 23,50 N. 430, S - 900. En el paralelo de 66,50 latitud norte. - ángulo de roce, 66,50 S - 470.

Considere por qué los meses más cálidos y fríos no son junio y diciembre, cuando los rayos del sol tienen los ángulos de incidencia más grandes y más pequeños sobre superficie terrestre.

El aire atmosférico se calienta desde la superficie terrestre. Por lo tanto, en junio, la superficie de la tierra se calienta y la temperatura alcanza un máximo en julio. También ocurre en invierno. En diciembre, la superficie de la tierra se enfría. El aire se enfría en enero.

Definir:

temperatura diaria promedio en términos de cuatro mediciones por día: -8 ° С, -4 ° С, + 3 ° С, + 1 ° С.

La temperatura media diaria es de -20 ° C.

la temperatura media anual de Moscú, utilizando los datos de la tabla.

La temperatura media anual es de 50 ° C.

Determine la amplitud de temperatura diaria para las lecturas del termómetro en la Figura 110, c.

La amplitud de temperatura en la figura es 180 ° C.

Determine cuántos grados la amplitud anual en Krasnoyarsk es mayor que en San Petersburgo, si la temperatura promedio de julio en Krasnoyarsk es + 19 ° С, y en enero - -17 ° С; en San Petersburgo + 18 ° С y -8 ° С, respectivamente.

El rango de temperatura en Krasnoyarsk es 360 ° C.

El rango de temperatura en San Petersburgo es de 260 ° C.

El rango de temperatura en Krasnoyarsk es 100 ° C más alto.

Preguntas y tareas

1. ¿Cómo es el calentamiento del aire en la atmósfera?

Al pasar a través de los rayos del sol, la atmósfera de ellos apenas se calienta. La superficie de la tierra se calienta y se convierte en una fuente de calor. Es a partir de él que se calienta el aire atmosférico.

2. ¿Cuántos grados disminuye la temperatura en la troposfera cada 100 m?

Al subir pa cada kilómetro, la temperatura del aire desciende en 6 ° C. Esto significa que en 0,60 por cada 100 m.

3. Calcule la temperatura del aire fuera del avión, si la altitud de vuelo es de 7 km y la temperatura en la superficie de la Tierra es de + 20 ° C.

La temperatura bajará 420 durante el ascenso de 7 km, lo que significa que la temperatura fuera del avión será -220.

4. ¿Es posible encontrar un glaciar en las montañas a una altitud de 2500 m, si al pie de las montañas la temperatura es de + 250C?

La temperatura a una altitud de 2500 m será de + 100 ° C. No hay glaciar a una altitud de 2500 m.

5. ¿Cómo y por qué cambia la temperatura del aire durante el día?

Durante el día, los rayos del sol iluminan la superficie de la tierra y la calientan, y el aire se calienta a partir de ella. Por la noche, el flujo de energía solar se detiene y la superficie, junto con el aire, se enfría gradualmente. El sol sale más alto por encima del horizonte al mediodía. En este momento, entra la mayor cantidad de energía solar. Sin embargo, la temperatura más alta se observa 2-3 horas después del mediodía, ya que se necesita tiempo para transferir calor desde la superficie de la Tierra a la troposfera. La temperatura más fría ocurre antes del amanecer.

6. ¿Qué determina la diferencia en el calentamiento de la superficie de la Tierra durante el año?

Durante el año en la misma zona, los rayos del sol caen sobre la superficie de diferentes formas. Cuando el ángulo de incidencia de los rayos es más pronunciado, la superficie recibe más energía solar, la temperatura del aire aumenta y comienza el verano. Cuando los rayos del sol se inclinan más, la superficie se calienta ligeramente. La temperatura del aire en este momento desciende y llega el invierno. El mes más cálido en el hemisferio norte es julio, mientras que el mes más frío es enero. En el hemisferio sur, por el contrario: la mayoría mes frio del año - julio, y el más cálido - enero.

En varios casos, es posible reducir significativamente los costos de capital y operativos al proporcionar calefacción autónoma de las instalaciones con aire caliente basado en el uso de generadores de calor que funcionan con gas o combustible líquido. En tales unidades, no se calienta agua, sino aire: aire fresco, recirculado o mezclado. Este método es especialmente eficaz para proporcionar calefacción autónoma de locales industriales, pabellones de exposiciones, talleres, garajes, estaciones. Mantenimiento, lavados de autos, estudios de cine, almacenes, edificios públicos, gimnasios, supermercados, invernaderos, invernaderos, complejos ganaderos, granjas avícolas, etc.

Ventajas calefaccion de aire

Hay muchas ventajas del método de calentamiento de aire sobre el calentamiento de agua tradicional en habitaciones grandes, enumeraremos solo las principales:

1. Rentabilidad. El calor se produce directamente en la habitación climatizada y se consume casi en su totalidad para el propósito previsto. Gracias a la combustión directa de combustible sin un portador de calor intermedio, se logra una alta eficiencia térmica de todo el sistema de calefacción: 90-94% - para calentadores recuperadores y casi 100% - para sistemas de calefacción directa. El uso de termostatos programables brinda la posibilidad de ahorros adicionales del 5 al 25% de energía térmica debido a la función "modo de espera": mantenimiento automático de la temperatura ambiente durante las horas no laborables a un nivel de + 5-7 ° С.
2. Posibilidad de "encender" la ventilación de suministro. No es ningún secreto que hoy, en la mayoría de las empresas, la ventilación de suministro no funciona correctamente, lo que empeora significativamente las condiciones laborales de las personas y afecta la productividad laboral. Los generadores de calor o los sistemas de calefacción directa calientan el aire ∆t hasta 90 ° C; esto es suficiente para "forzar" la ventilación de suministro para que funcione incluso en el extremo norte. Así, calentar el aire implica no solo una eficiencia económica, sino también una mejora de la situación medioambiental y de las condiciones de trabajo.
3. Pequeña inercia. Las unidades de los sistemas de calefacción de aire entran en funcionamiento en cuestión de minutos y, debido a la alta rotación de aire, la habitación se calienta por completo en solo unas pocas horas. Esto permite maniobrar de forma rápida y flexible cuando es necesario cambiar la calefacción.
4. La ausencia de un refrigerante intermedio permite abandonar la construcción y el mantenimiento de un sistema de calentamiento de agua, que es ineficaz para habitaciones grandes, sala de calderas, red de calefacción y planta de tratamiento de agua. Se excluyen las pérdidas en la red de calefacción y su reparación, lo que permite reducir drásticamente los costes operativos. En invierno, no hay riesgo de descongelar los calentadores de aire y el sistema de calefacción en caso de una parada prolongada del sistema. El enfriamiento incluso hasta un "menos" profundo no conduce a la descongelación del sistema.
5. Un alto grado de automatización le permite generar exactamente la cantidad de calor que se necesita. En combinación con la alta confiabilidad de los equipos de gas, esto aumenta significativamente la seguridad del sistema de calefacción, y un mínimo de personal de mantenimiento es suficiente para su funcionamiento.
6. Bajos costos. El método de calentar habitaciones grandes con generadores de calor es uno de los más baratos y de implementación más rápida. El costo de capital de construir o renovar un sistema de aire suele ser significativamente menor que el costo de organizar el agua caliente o la calefacción radiante. El período de recuperación de los gastos de capital no suele exceder una o dos temporadas de calefacción.

Dependiendo de las tareas a resolver, se pueden utilizar calentadores de varios tipos en sistemas de calefacción de aire. En este artículo, consideraremos solo las unidades que operan sin el uso de un portador de calor intermedio: calentadores de aire recuperadores (con un intercambiador de calor y escape de productos de combustión afuera) y sistemas de calentamiento de aire directo (calentadores de aire con mezcla de gas).

Calentadores de aire recuperadores

En unidades de este tipo, el combustible mezclado con la cantidad de aire requerida es suministrado por el quemador a la cámara de combustión. Los productos de combustión resultantes pasan a través de un intercambiador de calor de dos o tres pasos. El calor obtenido durante la combustión del combustible se transfiere al aire caliente a través de las paredes del intercambiador de calor y los gases de combustión se eliminan a través de la chimenea hacia el exterior (Fig. 1), por eso se denominan generadores de calor de "calentamiento indirecto". .

Los calentadores de aire recuperadores se pueden usar no solo directamente para calentar, sino también como parte de un sistema de ventilación de suministro, así como para calentar el aire de proceso. La potencia térmica nominal de dichos sistemas es de 3 kW a 2 MW. El aire calentado se suministra a la habitación a través de un ventilador incorporado o externo, lo que permite utilizar las unidades tanto para el calentamiento directo del aire con su entrega a través de rejillas de lamas, como con conductos de aire.

Al lavar la cámara de combustión y el intercambiador de calor, el aire se calienta y se dirige directamente a la habitación calentada a través de las rejillas de distribución de aire de lamas ubicadas en la parte superior, o se distribuye a través del sistema de conductos de aire. Un quemador de bloque automatizado se encuentra en la parte frontal del generador de calor (Fig. 2).

Los intercambiadores de calor de los calentadores de aire modernos, por regla general, están hechos de acero inoxidable (la cámara de combustión está hecha de acero resistente al calor) y sirven de 5 a 25 años, después de los cuales pueden repararse o reemplazarse. La eficiencia de los modelos modernos alcanza el 90-96%. La principal ventaja de los calentadores de aire recuperativos es su versatilidad.

Pueden funcionar con gas natural, GLP, combustible diésel, aceite, fueloil o aceite usado; simplemente cambie el quemador. Es posible trabajar con aire fresco, con una mezcla de aire interno y en modo de recirculación total. Un sistema de este tipo permite algunas libertades, por ejemplo, para cambiar el caudal de aire caliente, redistribuir "sobre la marcha" el flujo de aire caliente en diferentes ramas de los conductos utilizando válvulas especiales.

En verano, los calentadores de aire recuperativos pueden funcionar en modo de ventilación. Las unidades se montan tanto vertical como horizontalmente, en el suelo, en la pared o integradas en una cámara de ventilación seccional como sección calefactora.

Los calentadores de aire recuperadores se pueden utilizar incluso para calentar habitaciones con una categoría de alto confort, si la unidad en sí se saca del área de servicio directo.

Principales desventajas:

1. Un intercambiador de calor grande y complejo aumenta el costo y el peso del sistema, en comparación con los calentadores de aire de tipo mezcla;
2. Necesitan chimenea y desagüe de condensados.

Sistemas de calentamiento de aire directo

Tecnologías modernas permitió lograr tal limpieza de la combustión de gas natural que fue posible no desviar los productos de combustión "a una tubería", sino utilizarlos para el calentamiento directo del aire en los sistemas de ventilación de suministro. El gas que entra en la combustión se quema completamente en el flujo de aire caliente y, mezclándose con él, le da todo el calor.

Este principio se implementa en varios diseños similares de quemadores de rampa en los EE. UU., Inglaterra, Francia y Rusia y se ha utilizado con éxito desde los años 60 del siglo XX en muchas empresas en Rusia y en el extranjero. Basados ​​en el principio de combustión ultrapura de gas natural directamente en el flujo de aire caliente, los calentadores de aire de mezcla de gas del tipo STV (STARVEINE - "viento estrella") se producen con una potencia calorífica nominal de 150 kW a 21 MW.

La propia tecnología de la organización de la combustión, así como el alto grado de dilución de los productos de combustión, permiten obtener aire caliente de acuerdo con todas las normas aplicables, prácticamente libre de impurezas nocivas (no más del 30% de la concentración máxima permitida). Los calentadores de aire STV (Fig. 3) constan de un bloque de quemador modular ubicado dentro del cuerpo (sección del conducto de aire), una línea de gas DUNGS (Alemania) y un sistema de automatización.

La caja suele estar equipada con una puerta presurizada para facilitar el mantenimiento. El bloque del quemador, dependiendo de la potencia calorífica requerida, se compone del número requerido de secciones del quemador de diferentes configuraciones. Los calentadores automáticos proporcionan un arranque automático suave según el ciclograma, control de los parámetros de funcionamiento seguro y la posibilidad de una regulación suave de la potencia térmica (1: 4), lo que permite mantener automáticamente la temperatura del aire requerida en la habitación calentada.

Aplicación de calentadores de aire de mezcla de gas.

Su propósito principal es el calentamiento directo del aire fresco suministrado a local industrial para compensar la ventilación por extracción y así mejorar las condiciones de trabajo de las personas.

Para habitaciones con una alta frecuencia de intercambio de aire, es conveniente combinar el sistema de ventilación de suministro y el sistema de calefacción; en este sentido, los sistemas de calefacción directa no tienen competidores en términos de relación precio / calidad. Los calentadores de aire de mezcla de gas están diseñados para:

• calentamiento de aire autónomo de locales para diversos fines con alto intercambio de aire (К 򖅁, 5);
• calentamiento de aire en cortinas aire-térmicas tipo cut-off, es posible combinarlo con sistemas de calefacción y ventilación de suministro;
• sistemas de precalentamiento para motores de automóviles en aparcamientos sin calefacción;
• calentar y descongelar vagones, tanques, carros, materiales a granel, calentar y secar productos antes de pintar u otros tipos de procesamiento;
• calentamiento directo de aire atmosférico o un agente de secado en diversas instalaciones tecnológicas de calentamiento y secado, por ejemplo, secado de granos, pasto, papel, textiles, madera; aplicación en cámaras de pintura y secado después de pintar, etc.

Alojamiento

Los calentadores de mezcla pueden integrarse en los conductos de aire de los sistemas de ventilación de suministro y las cortinas de calor, en los conductos de aire de las unidades de secado, tanto en secciones horizontales como verticales. Se pueden montar en el suelo o en la plataforma, debajo del techo o en la pared. Se colocan, por regla general, en cámaras de suministro y ventilación, pero se pueden instalar directamente en una habitación con calefacción (de acuerdo con la categoría).

Con equipo adicional, los elementos correspondientes pueden servir a habitaciones de categorías A y B. La recirculación de aire interno a través de calentadores de aire de mezcla no es deseable; es posible una disminución significativa en el nivel de oxígeno en la habitación.

Fortalezas sistemas de calefacción directa

Sencillez y confiabilidad, bajo costo y economía, la capacidad de calentar a altas temperaturas, un alto grado de automatización, una regulación suave, no necesitan una chimenea. El calentamiento directo es el método más económico: la eficiencia del sistema es del 99,96%. El nivel de costes de capital específicos para un sistema de calefacción basado en una unidad de calefacción directa combinada con ventilación forzada es el más bajo con el mayor grado de automatización.

Los calentadores de aire de todo tipo están equipados con un sistema de automatización de control y seguridad que garantiza un arranque suave, el mantenimiento del modo de calefacción y el apagado en caso de emergencias. Para ahorrar energía, es posible equipar los calentadores de aire con regulación automática teniendo en cuenta las temperaturas exterior e interior, las funciones de los modos de programación de calefacción diaria y semanal.

También es posible incluir los parámetros del sistema de calefacción, que consta de muchas unidades de calefacción, en el sistema de control y despacho centralizado. En este caso, el operador-despachador tendrá información operativa sobre el funcionamiento y el estado de las unidades de calefacción, claramente visualizada en el monitor de la computadora, y también controlará su modo de funcionamiento directamente desde el punto de despacho remoto.

Generadores de calor móviles y pistolas de calor

Diseñado para uso temporal: en obras de construcción, para calefacción fuera de temporada, calefacción de procesos. Los generadores de calor móviles y las pistolas de calor funcionan con propano (GLP), diesel o queroseno. Pueden ser de calentamiento directo o con la eliminación de productos de combustión.

Tipos de sistemas autónomos de calefacción de aire.

Para el calentamiento autónomo de varios locales, se utilizan varios tipos de sistemas de calentamiento de aire, con distribución de calor centralizada y descentralizada; sistemas que funcionan completamente con entrada de aire fresco o con recirculación total / parcial del aire interior.

En los sistemas de calefacción de aire descentralizados, la calefacción y la circulación del aire en la habitación se llevan a cabo mediante generadores de calor autónomos ubicados en diferentes áreas o áreas de trabajo: en el piso, la pared y debajo del techo. El aire de los calentadores se suministra directamente al área de trabajo de la habitación. A veces, para una mejor distribución de los flujos de calor, los generadores de calor están equipados con pequeños sistemas de conductos de aire (locales).

Para las unidades en este diseño, la potencia mínima del motor del ventilador es característica, por lo tanto, los sistemas descentralizados son más económicos en términos de consumo de energía. También es posible utilizar cortinas de calefacción de aire como parte de un sistema de calefacción de aire o suministro de ventilación.

La posibilidad de regulación local y uso de generadores de calor según sea necesario - por zonas, en diferentes momentos - permite reducir significativamente los costos de combustible. Sin embargo, el costo de capital de implementar este método es ligeramente mayor. En sistemas con distribución de calor centralizada, se utilizan unidades de calentamiento de aire; el aire caliente generado por ellos ingresa a las áreas de trabajo a través del sistema de conductos de aire.

Las instalaciones, por regla general, se construyen en cámaras de ventilación existentes, pero es posible colocarlas directamente en una habitación con calefacción, en el piso o en el sitio.

Aplicación y colocación, selección de equipos.

Cada uno de los tipos de unidades de calefacción anteriores tiene sus propias ventajas indiscutibles. Y no hay una receta preparada, en cuyo caso cuál de ellas es más apropiada, depende de muchos factores: la cantidad de intercambio de aire en relación con la cantidad de pérdida de calor, la categoría de la habitación, la disponibilidad de espacio libre para colocar el equipo y las capacidades financieras. Intentaremos formar los principios más generales para la selección adecuada de equipos.

1. Sistemas de calefacción para habitaciones con bajo intercambio de aire (intercambio de aire ≤򖅀, 5-1)

La potencia térmica total de los generadores de calor en este caso se considera casi igual a la cantidad de calor requerida para compensar las pérdidas de calor en la habitación, la ventilación es relativamente pequeña, por lo tanto, es recomendable utilizar un sistema de calefacción basado en generadores de calor. de calentamiento indirecto con recirculación total o parcial del aire interno de la habitación.

La ventilación en tales habitaciones puede ser natural o con una mezcla de aire exterior con aire recirculante. En el segundo caso, la potencia de los calentadores aumenta en una cantidad suficiente para calentar el aire de suministro fresco. Un sistema de calefacción de este tipo puede ser local, con generadores de calor en el suelo o en la pared.

Si es imposible ubicar la unidad en una habitación climatizada o al organizar el mantenimiento de varias habitaciones, se puede utilizar un sistema centralizado: los generadores de calor están ubicados en la cámara de ventilación (anexo, en el entrepiso, en la habitación adyacente), y el calor se distribuye a través de los conductos de aire.

Durante las horas de trabajo, los generadores de calor pueden funcionar en modo de recirculación parcial, calentando simultáneamente el aire de suministro mixto, durante el tiempo de inactividad, algunos de ellos se pueden apagar y los restantes se pueden cambiar a un modo de espera económico + 2-5 ° C con recirculación completa.

2. Sistemas de calefacción para habitaciones con una gran tasa de intercambio de aire, que requieren constantemente el suministro de grandes volúmenes de aire fresco (intercambio de aire 򖅂)

En este caso, la cantidad de calor necesaria para calentar el aire de suministro puede ser ya varias veces mayor que la cantidad de calor necesaria para compensar la pérdida de calor. Aquí, es más conveniente y económico combinar un sistema de calentamiento de aire con un sistema de ventilación de suministro. El sistema de calefacción se puede construir sobre la base de unidades de calefacción de aire directo, o sobre la base del uso de generadores de calor recuperativos en la versión con un mayor grado de calefacción.

La salida de calor total de los calentadores debe ser igual a la suma de la demanda de calor para calentar el aire de suministro y el calor requerido para compensar las pérdidas de calor. En los sistemas de calefacción directa, el 100% del aire exterior se calienta, proporcionando el volumen de aire de suministro necesario.

Durante las horas de trabajo, calientan el aire desde el exterior a la temperatura de diseño + 16-40 ° C (teniendo en cuenta el sobrecalentamiento para garantizar la compensación de la pérdida de calor). Para ahorrar dinero durante las horas no laborables, puede apagar algunos de los calentadores para reducir el consumo de aire de suministro y transferir el resto al modo de espera para mantener + 2-5 ° С.

Los generadores de calor recuperativo en modo de espera brindan ahorros adicionales al cambiarlos al modo de recirculación completa. Los costos de capital más bajos al organizar sistemas de calefacción centralizados, cuando se utilizan los calentadores más grandes posibles. Los costos de capital para los calentadores de aire con mezcla de gas STV pueden oscilar entre 300 y 600 rublos / kW de capacidad calorífica instalada.

3. Sistemas combinados de calefacción de aire

La mejor opción para habitaciones con un intercambio de aire significativo durante las horas de trabajo con una operación de un turno o un ciclo de trabajo intermitente, cuando la diferencia en la necesidad de suministrar aire fresco y calor durante el día es significativa.

En este caso, se recomienda el funcionamiento por separado de dos sistemas: calefacción de reserva y ventilación de suministro, combinados con un sistema de calefacción (recalentamiento). Al mismo tiempo, los generadores de calor recuperativo se instalan en la habitación climatizada o en las cámaras de ventilación para mantener solo el modo de espera con recirculación completa (a la temperatura exterior de diseño).

El sistema de ventilación de suministro, combinado con el sistema de calefacción, proporciona calentamiento del volumen requerido de aire de suministro fresco a + 16-30 ° C y calienta la habitación a la temperatura de funcionamiento requerida y, para ahorrar dinero, solo se enciende en horas de trabajo.

Está construido sobre la base de generadores de calor recuperativos (con un mayor grado de calefacción) o sobre la base de potentes sistemas de calefacción directa (que es 2-4 veces más barato). Es posible una combinación de un sistema de recalentamiento de suministro con un sistema de calentamiento de agua caliente existente (puede permanecer en servicio), la opción también es aplicable para la modernización paso a paso de un sistema de calefacción y ventilación existente.

Con este método, los costos operativos serán los más bajos. Por lo tanto, el uso de calentadores de aire diferentes tipos en varias combinaciones, es posible resolver ambos problemas al mismo tiempo, tanto la calefacción como la ventilación de suministro.

Hay muchos ejemplos de aplicación de sistemas de calefacción de aire y las posibilidades de su combinación son extremadamente diversas. En cada caso, es necesario realizar cálculos térmicos, tener en cuenta todas las condiciones de uso y realizar varias opciones para la selección de equipos, comparándolos en términos de conveniencia, el monto de los costos de capital y los costos operativos.

Calefacción aerodinámica

calentamiento de cuerpos que se mueven a alta velocidad en aire u otro gas. Un. - el resultado del hecho de que las moléculas de aire que atacan al cuerpo se desaceleran cerca del cuerpo.

Si el vuelo se realiza a la velocidad supersónica de los cultivos, el frenado se produce principalmente en la onda de choque (ver Onda de choque) , apareciendo delante del cuerpo. Una mayor desaceleración de las moléculas de aire se produce directamente en la misma superficie del cuerpo, en capa límite (consulte Capa límite). Cuando las moléculas de aire se desaceleran, su energía térmica aumenta, es decir, la temperatura del gas cerca de la superficie de un cuerpo en movimiento aumenta la temperatura máxima a la que el gas puede calentarse en las proximidades del cuerpo en movimiento está cerca de la llamada . temperatura de frenado:

T 0 = T n + v 2 / 2c p,

dónde T n - temperatura del aire entrante, v - velocidad de vuelo del cuerpo, c p- capacidad calorífica específica del gas a presión constante. Entonces, por ejemplo, cuando un avión supersónico vuela con tres veces la velocidad del sonido (aproximadamente 1 km / seg) la temperatura de desaceleración es de unos 400 ° C, y cuando la nave espacial entra en la atmósfera de la Tierra con la primera velocidad espacial (8.1 km / seg) la temperatura de estancamiento alcanza los 8000 ° C. Si en el primer caso, durante un vuelo suficientemente largo, la temperatura de la piel de la aeronave alcanza valores cercanos a la temperatura de estancamiento, entonces en el segundo caso, la superficie de la nave comenzará inevitablemente a colapsar debido a la incapacidad de la aeronave. materiales para soportar temperaturas tan altas.

El calor se transfiere de áreas de gas con una temperatura elevada a un cuerpo en movimiento y A. n. Hay dos formas de A. n. - convectiva y radiactiva. El calentamiento por convección es una consecuencia de la transferencia de calor desde la parte exterior "caliente" de la capa límite a la superficie del cuerpo. El flujo de calor convectivo se determina cuantitativamente a partir de la relación

q k = a(T e -T w),

dónde T e - temperatura de equilibrio (la temperatura límite a la que se podría calentar la superficie del cuerpo si no se eliminara energía), T w - temperatura real de la superficie, a- coeficiente transferencia de calor por convección, dependiendo de la velocidad y la altitud de vuelo, la forma y el tamaño del cuerpo, así como otros factores. La temperatura de equilibrio está cerca de la temperatura de estancamiento. Tipo de dependencia del coeficiente a a partir de los parámetros enumerados está determinado por el régimen de flujo en la capa límite (laminar o turbulento). En el caso de un flujo turbulento, el calentamiento por convección se vuelve más intenso. Esto se debe al hecho de que, además de la conductividad térmica molecular, las pulsaciones de velocidad turbulentas en la capa límite comienzan a jugar un papel esencial en la transferencia de energía.

Con un aumento en la velocidad de vuelo, la temperatura del aire detrás de la onda de choque y en la capa límite aumenta, lo que resulta en disociación e ionización. moléculas. Los átomos, iones y electrones resultantes se difunden en una región más fría: la superficie del cuerpo. Hay una reacción inversa (recombinación) , yendo con la liberación de calor. Esto hace una contribución adicional a la convectiva A. n.

Al alcanzar una velocidad de vuelo de aproximadamente 5000 m / seg la temperatura detrás de la onda de choque alcanza valores en los que el gas comienza a irradiar. Debido a la transferencia radiante de energía desde áreas con temperaturas elevadas a la superficie del cuerpo, se produce un calentamiento por radiación. En este caso, el papel más importante lo juega la radiación en las regiones visible y ultravioleta del espectro. Al volar en la atmósfera de la Tierra a velocidades por debajo de la primera velocidad cósmica (8.1 km / seg) el calentamiento por radiación es pequeño en comparación con el calentamiento por convección. A la segunda velocidad cósmica (11,2 km / seg) sus valores se acercan, y a velocidades de vuelo de 13-15 km / seg y superior, correspondiente al regreso a la Tierra después de vuelos a otros planetas, la principal contribución la realiza el calentamiento por radiación.

El papel especialmente importante de A. n. se reproduce cuando las naves espaciales regresan a la atmósfera de la Tierra (por ejemplo, Vostok, Voskhod, Soyuz). Para combatir A. n. Las naves espaciales están equipadas con sistemas especiales de protección térmica (ver. Protección térmica).

Iluminado .: Conceptos básicos de la transferencia de calor en la aviación y la tecnología de cohetes, M., 1960; Dorrens W.H., Flujos de gas viscoso hipersónico, trad. del inglés, M., 1966; Zel'dovich Ya.B., Raizer Yu.P., Física de ondas de choque y fenómenos hidrodinámicos de alta temperatura, 2a ed., Moscú, 1966.

N.A. Anfimov.

Gran enciclopedia soviética. - M.: Enciclopedia soviética. 1969-1978 .

Vea qué es "Calefacción aerodinámica" en otros diccionarios:

Calentamiento de cuerpos que se mueven a alta velocidad en aire u otro gas. Un. el resultado del hecho de que las moléculas de aire que atacan al cuerpo se desaceleran cerca del cuerpo. Si el vuelo se realiza con sonido supersónico. velocidad, el frenado se produce principalmente en el choque ... ... Enciclopedia física

Calentamiento de un cuerpo que se mueve a gran velocidad en el aire (gas). Se observa un notable calentamiento aerodinámico cuando un cuerpo se mueve a una velocidad supersónica (por ejemplo, cuando las ojivas de intercontinental misiles balísticos) EdwART. …… Diccionario marino

calefacción aerodinámica- Calentamiento de la superficie de un cuerpo en una corriente de gas, moviéndose en un medio gaseoso a alta velocidad en presencia de convección, ya velocidades hipersónicas e intercambio de calor por radiación con el medio gaseoso en la capa límite o de choque. [GOST 26883 ... ... Guía del traductor técnico

Un aumento de la temperatura de un cuerpo que se mueve a gran velocidad en el aire u otro gas. El calentamiento aerodinámico es el resultado de la desaceleración de las moléculas de gas cerca de la superficie del cuerpo. Entonces, cuando una nave espacial ingresa a la atmósfera de la Tierra a una velocidad de 7,9 km / s ... ... diccionario enciclopédico

calefacción aerodinámica- aerodinaminis įšilimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kūnų, judančių dujose (ore) dideliu greičiu, paviršiaus įšilimas. atitikmenys: angl. calefacción aerodinámica vok. aerodynamische Aufheizung, f rus. calentamiento aerodinámico, m pranc. …… Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas- un aumento de la temperatura de un cuerpo que se mueve a gran velocidad en el aire u otro gas. A. y. el resultado de la desaceleración de las moléculas de gas cerca de la superficie del cuerpo. Entonces, a la entrada de lo cósmico. nave espacial en la atmósfera de la Tierra a una velocidad de 7,9 km / s, tasa de aire pa en la superficie ... Ciencias Naturales. diccionario enciclopédico

Calentamiento aerodinámico de la estructura del cohete.- Calentamiento de la superficie del cohete durante su movimiento en capas densas de la atmósfera a alta velocidad. UN. - el resultado del hecho de que las moléculas de aire que inciden en el cohete se desaceleran cerca de su cuerpo. En este caso, hay una transición de energía cinética ... ... Enciclopedia de fuerzas estratégicas de misiles

Concorde Concorde en el aeropuerto ... Wikipedia

Recordar

• ¿Qué dispositivo se utiliza para medir la temperatura del aire? ¿Qué tipos de rotación de la Tierra conoces? ¿Por qué hay un cambio de día y de noche en la Tierra?

Cómo se calienta la superficie y la atmósfera de la tierra. El sol emite una enorme cantidad de energía. Sin embargo, la atmósfera permite que solo la mitad de los rayos del sol lleguen a la superficie terrestre. Algunos de ellos se reflejan, otros son absorbidos por nubes, gases y partículas de polvo (Fig. 83).

Arroz. 83. Consumo de energía solar que ingresa a la Tierra

Al pasar a través de los rayos del sol, la atmósfera de ellos apenas se calienta. La superficie de la tierra se calienta y se convierte en una fuente de calor. Es a partir de él que se calienta el aire atmosférico. Por lo tanto, cerca de la superficie terrestre, el aire en la troposfera es más cálido que en la altura. Al ascender cada kilómetro, la temperatura del aire desciende 6 "C. En lo alto de las montañas, debido a las bajas temperaturas, la nieve acumulada no se derrite ni siquiera en verano. La temperatura en la troposfera cambia no solo con la altitud, sino también durante ciertos períodos de tiempo: días, años.

Diferencias en el calentamiento del aire durante el día y el año. Durante el día, los rayos del sol iluminan la superficie de la tierra y la calientan, y el aire se calienta a partir de ella. Por la noche, el flujo de energía solar se detiene y la superficie, junto con el aire, se enfría gradualmente.

El sol sale más alto por encima del horizonte al mediodía. En este momento, entra la mayor cantidad de energía solar. Sin embargo, la temperatura más alta se observa 2-3 horas después del mediodía, ya que se necesita tiempo para transferir calor desde la superficie de la Tierra a la troposfera. La temperatura más fría ocurre antes del amanecer.

La temperatura del aire también cambia según las estaciones del año. Ya sabes que la Tierra se mueve alrededor del Sol en su órbita y el eje de la Tierra está constantemente inclinado hacia el plano orbital. Por eso, durante el año en la misma zona, los rayos del sol caen sobre la superficie de diferentes formas.

Cuando el ángulo de incidencia de los rayos es más vertical, la superficie recibe más energía solar, la temperatura del aire aumenta y comienza el verano (Fig. 84).

Arroz. 84. La caída de los rayos del sol sobre la superficie terrestre al mediodía del 22 de junio y 22 de diciembre

Cuando los rayos del sol se inclinan más, la superficie se calienta ligeramente. La temperatura del aire en este momento desciende y llega el invierno. El mes más cálido en el hemisferio norte es julio, mientras que el mes más frío es enero. En el hemisferio sur ocurre lo contrario: el mes más frío del año es julio y el más cálido enero.

A partir de la figura, determine cómo difiere el ángulo de incidencia de los rayos del sol el 22 de junio y el 22 de diciembre en los paralelos 23,5 ° N. NS. y y. NS .; en los paralelos 66,5 ° N NS. y y. NS.

Considere por qué los meses más cálidos y fríos no son junio y diciembre, cuando los rayos del sol tienen los ángulos de incidencia más grandes y más pequeños sobre la superficie de la tierra.

Arroz. 85. Temperaturas medias anuales del aire de la Tierra

Indicadores de cambios de temperatura. Para identificar los patrones generales de cambio de temperatura, use el indicador de temperaturas promedio: promedio diario, promedio mensual, promedio anual (Fig. 85). Por ejemplo, para calcular la temperatura media diaria durante el día, la temperatura se mide varias veces, estos indicadores se suman y la suma resultante se divide por el número de mediciones.

Definir:

• temperatura diaria promedio en términos de cuatro mediciones por día: -8 ° С, -4 ° С, + 3 ° С, + 1 ° С;
• la temperatura media anual de Moscú, utilizando los datos de la tabla.

Cuadro 4

Al determinar el cambio de temperatura, generalmente se anotan sus valores más altos y más bajos.

La diferencia entre las lecturas más alta y más baja se llama rango de temperatura.

La amplitud se puede determinar para un día (amplitud diaria), mes, año. Por ejemplo, si la temperatura más alta por día es de + 20 ° C y la más baja es de + 8 ° C, entonces la amplitud diaria será de 12 ° C (Fig. 86).

Arroz. 86. Rango diario de temperaturas

Determine cuántos grados la amplitud anual en Krasnoyarsk es mayor que en San Petersburgo, si la temperatura promedio de julio en Krasnoyarsk es + 19 ° С, y en enero - -17 ° С; en San Petersburgo + 18 ° С y -8 ° С, respectivamente.

En los mapas, la distribución de las temperaturas medias se refleja mediante isotermas.

Las isotermas son líneas que conectan puntos con la misma temperatura promedio del aire durante un cierto período de tiempo.

Suele mostrar isotermas de los meses más cálidos y fríos del año, es decir, julio y enero.

Preguntas y tareas

1. ¿Cómo se calienta el aire de la atmósfera?
2. ¿Cómo cambia la temperatura del aire durante el día?
3. ¿Qué determina la diferencia en el calentamiento de la superficie de la Tierra durante el año?

Todos los procesos de la vida en la Tierra son causados ​​por energía térmica. La principal fuente de la que recibe la Tierra energía térmica, es el sol. Emite energía en forma de varios rayos: ondas electromagnéticas. Se denomina radiación del Sol en forma de ondas electromagnéticas que se propagan a una velocidad de 300.000 km / s, que consta de rayos de diversas longitudes, que transportan luz y calor a la Tierra.

La radiación puede ser directa y difusa. Sin la atmósfera, la superficie de la tierra recibiría solo radiación directa. Por lo tanto, la radiación que proviene directamente del Sol en forma de luz solar directa y en un cielo sin nubes se llama directa. Lleva la mayor cantidad de calor y luz. Pero, al atravesar la atmósfera, los rayos del sol se dispersan parcialmente, se desvían de camino directo como resultado de la reflexión de las moléculas de aire, las gotas de agua, las partículas de polvo y el paso a los rayos que van en todas direcciones. Esta radiación se llama difusa. Por lo tanto, también hay luz en aquellos lugares donde no penetra la luz solar directa (radiación directa) (dosel del bosque, lado sombreado de rocas, montañas, edificios, etc.). La radiación dispersa también determina el color del cielo. Toda la radiación solar que llega a la superficie terrestre, es decir, directo y disperso, llamado total. La superficie de la tierra, al absorber la radiación solar, se calienta y se convierte en una fuente de radiación térmica hacia la atmósfera. Se llama radiación terrestre o radiación terrestre y es retenida en gran parte por la atmósfera inferior. La radiación solar absorbida por la superficie terrestre se gasta en calentar agua, suelo, aire, evaporación y radiación a la atmósfera. Terroso en lugar de definir régimen de temperatura troposfera, es decir los rayos del sol que atraviesan todo no lo calientan. Lo mas un gran número de el calor se recibe y se calienta a las temperaturas más altas en las capas inferiores de la atmósfera, directamente adyacentes a la fuente de calor: la superficie de la tierra. El calentamiento disminuye con la distancia a la superficie terrestre. Es por eso que en la troposfera con altura disminuye en promedio 0,6 ° С por cada 100 m de elevación. Este es un patrón general para la troposfera. Hay momentos en que las capas de aire suprayacentes son más cálidas que las subyacentes. Este fenómeno se llama inversión de temperatura.

El calentamiento de la superficie terrestre difiere significativamente no solo en altura. La cantidad de radiación solar total depende directamente del ángulo de incidencia de los rayos del Sol. Cuanto más cerca de 90 ° este valor, más energía solar recibe la superficie terrestre.

A su vez, el ángulo de incidencia de la luz solar en un punto específico de la superficie terrestre está determinado por su latitud. La fuerza de la radiación solar directa depende de la longitud del camino que recorren los rayos del sol a través de la atmósfera. Cuando el Sol está en su cenit (cerca del ecuador), sus rayos caen verticalmente sobre la superficie de la tierra, es decir, superar la atmósfera por la ruta más corta (a 90 °) y entregar intensamente su energía a un área pequeña. Mientras te alejas de zona ecuatorial hacia el sur o el norte, la longitud del camino de los rayos del sol aumenta, es decir, el ángulo de su incidencia sobre la superficie terrestre disminuye. Cada vez más rayos comienzan a deslizarse a lo largo de la Tierra y se acercan a la línea tangente en la región de los polos. En este caso, el mismo haz de energía se dispersa sobre un área grande y aumenta la cantidad de energía reflejada. Por lo tanto, donde los rayos del sol golpean la superficie de la tierra en un ángulo de 90 °, está constantemente alto y, a medida que se mueve hacia los polos, se vuelve cada vez más frío. Es en los polos, donde los rayos del sol caen en un ángulo de 180 ° (es decir, tangencialmente), donde el calor es mínimo.

Una distribución tan desigual del calor en la Tierra, según la latitud del lugar, permite distinguir cinco zonas de calor: una caliente, dos y dos frías.

Las condiciones para calentar agua y tierra por radiación solar son muy diferentes. La capacidad calorífica del agua es el doble que la de la tierra. Esto significa que con la misma cantidad de calor, la tierra se calienta dos veces más rápido que el agua y, cuando se enfría, ocurre lo contrario. Además, el agua se evapora cuando se calienta, lo que consume una cantidad considerable de calor. En tierra, el calor se concentra solo en su capa superior, solo una pequeña parte se transfiere a la profundidad. En el agua, los rayos calientan inmediatamente un espesor significativo, lo que se ve facilitado por la mezcla vertical del agua. Como resultado, el agua acumula calor mucho más que la tierra, lo retiene por más tiempo y lo usa de manera más uniforme que la tierra. Se calienta más lentamente y se enfría más lentamente.

La superficie terrestre es heterogénea. Su calentamiento depende en gran medida de propiedades físicas suelo y hielo, exposición (el ángulo de inclinación de las áreas terrestres en relación con la caída rayos de sol) pendientes. Las peculiaridades de la superficie subyacente determinan la diferente naturaleza del cambio en la temperatura del aire durante el día y el año. Las temperaturas más bajas del aire durante el día en tierra se registran poco antes del amanecer (sin entrada de radiación solar y fuerte radiación terrestre por la noche). Las más altas son por la tarde (14-15 horas). Durante el año en el hemisferio norte, las temperaturas del aire más altas en tierra se registran en julio y las más bajas en enero. Por encima de la superficie del agua, el máximo diario de temperatura del aire se modifica y se registra entre las 15 y 16 horas, y al menos entre 2 y 3 horas después del amanecer. El máximo anual (en el hemisferio norte) ocurre en agosto y el mínimo en febrero.