ЧАСТЬ 2. ТЕОРИЯ ТЕПЛО - И МАССООБМЕНА
Содержание учебного материала
1.1. Общие положения и понятия
Передача теплоты в природе: теплопроводность, конвективный перенос теплоты, тепловое излучение.
1.2. Теплопроводность в твердых телах
Температурное поле. Температурный градиент. Поток теплоты, закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Классификация задач теплопроводности.
1.3. Теплопроводность при стационарном режиме
Передача теплоты через однородные стенки (плоские и цилиндрические) при постоянной и переменной теплопроводности материала. Термическое сопротивление, коэффициент теплопередачи. Теплопроводность многослойной стенки, эквивалентный коэффициент теплопроводности. Критический диаметр изоляции. Теплопроводность при наличии внутренних источников теплоты (бесконечные пластина, цилиндрические стержень и стенка). Пути интенсификации теплопередачи. Теплопроводность тонкого стержня. Теплопередача через ребристые стенки, коэффициент эффективности ребра, коэффициент оребрения.
1.4. Нестационарные процессы
Аналитическое описание процесса. Классические методы решения дифференциальных уравнений теплопроводности. Охлаждение (нагревание) неограниченной пластины. Анализ полученного решения (Bi>> 1, Bi<<1). Охлаждение (нагревание) бесконечно длинного цилиндра. Анализ полученных решений. Количество теплоты, отдаваемое пластиной и цилиндром в процессе охлаждения. Охлаждение (нагревание) тел конечных размеров. Регулярный режим
1.5. Конвективный теплообмен в однородной среде
Система дифференциальных уравнений, описывающих процесс конвективного переноса теплоты в несжимаемых однородных средах, условия однозначности. Особенности теплообмена при ламинарном и турбулентном режимах течения. Гидродинамический и тепловой пограничные слои. Условия подобия физических явлений. Теоремы подобия. Критерии подобия. Метод размерностей. Критериальные уравнения. Моделирование процессов конвективного теплообмена. Обработка результатов экспериментальных измерений. Получение эмпирических уравнений.
1.6.Теплоотдача при вынужденном движении жидкости
Теплообмен в ламинарном пограничном слое на плоской пластине. Решение задачи интегральным методом. Теплообмен в турбулентном пограничном слое на плоской пластине. Аналогия Рейнольдса. Теплообмен при течении жидкости в трубах при ламинарном и турбулентном режимах. Теплоотдача при течении жидкости в некруглых трубах, в изогнутых и шероховатых трубах. Теплообмен при поперечном обтекании труб и пучков труб. Теплообмен при течении жидких металлов.
1.7. Теплообмен при свободной конвекции.
Свободно-конвективный теплообмен около вертикальной стенки при ламинарном движении. Теплоотдача при свободном турбулентном движении вдоль вертикальной стенки. Свободно-конвективный теплообмен около горизонтальных труб и тонких проволочек.
1.8. Теплообмен излучением
Радиационные свойства тел. Основные законы лучистого теплообмена: Планка, Вина, Стефана-Больцмана. Интегральные радиационные свойства, закон Кирхгофа. Монохроматические свойства. Понятие серого тела. Направленные радиационные свойства. Интенсивность излучения. Теплообмен излучением между двумя телами произвольно расположенными в пространстве, разделёнными прозрачной средой. Теплообмен излучением между серыми поверхностями, эффективное излучение. Теплообмен излучением между телом и его оболочкой, предельные случаи. Теплообмен при наличии экранов.
1.9. Теплообменные аппараты
Классификация теплообменных аппаратов (ТА). Уравнения теплового баланса и теплопередачи. Схемы движения потоков теплоносителя в теплообменных аппаратах. Температурный напор. Тепловой и гидравлический расчет ТА регенеративного типа.
Сравнение тепловой эффективности прямоточной и противоточной схем рекуперативных теплообменных аппаратов.
Вопросы к экзамену
1.Механизмы переноса теплоты – теплопроводность, конвекция и излучение.
2.Закон Фурье, коэффициент теплопроводности.
3.Закон Ньютона, коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи.
4.Вывод дифференциального уравнения теплопроводности.
5.Условия однозначности для уравнения теплопроводности.
6.Теплопередача через плоскую однородную стенку и многослойную стенку при граничных условиях I рода.
7.Теплопередача через плоскую однородную стенку и многослойную стенку при граничных условиях III рода.
8.Теплопроводность цилидрической стенки при граничных условиях I и III рода.
9.Теплопроводность плоской однородной стенки при коэффициенте теплопроводности, зависящем от температуры.
10.Критический диаметр цилиндрической стенки. Диаметр изоляции.
11.Теплопроводность пластины при наличии внутренних источников теплоты.
12.Теплопроводность однородного стержня (ребра) постоянного сечения (вывод уравнения).
13.Теплопроводность бесконечного и конечного стержня. 14.Теплопередача через ребристую стенку. Эффективность оребрения.
15.Нагрев бесконечной пластины. Число Био. Распределение температуры в пластине при Bi> ?, Bi> 0, 0 < Bi < ?. Количество теплоты, отдаваемое пластиной в процессе охлаждения.
16.Охлаждение (нагревание) тел конечных размеров на примере параллелепипеда.
17.Регулярный режим. Первая и вторая теоремы Кондратьева.
18.Уравнения конвективного теплообмена – сплошности, движения и энергии. Краевые условия.
19.Критерии подобия и критериальные уравнения.
20.Приближенный метод расчета теплоотдачи при ламинарном обтекании плоской пластины.
21.Теплоотдача в трубе при ламинарном режиме течения.
22.Теплоотдача в изогнутых и шероховатых трубах.
23.Теплоотдача при поперечном обтекании одиночных труб и пучков труб.
24.Свободная конвекция. Теплопередача от вертикальной стенки.
25.Основные положения теплообмена при конденсации пара.
26.Теплоотдача при конденсации неподвижного пара на вертикальной стенке (задача Нуссельта).
27.Режимы кипения однородной жидкости.
28.Пузырьковый режим кипения. Кризис кипения первого рода.
29.Основные законы излучения. Закон Кирхгофа.
30.Теплообмен излучением между серыми телами.
31.Действие защитных экранов.
Рекомендуемая литература
1. , Основы технической термодинамики и теории тепло - и массообмена: курс лекций – СПб.: Изд-во "Нестор", 2001. – 402 с.
2. , , Теплопередача.- М.: Энергия, 1984 - 486 с.
3. , Задачник по теплопередаче.- М.: Энергия, 1980. - 286 с.
