- •Тепломассообмен м инск, бгпа 2001 о главление
- •3 Теплопроводность через плоскую стенку
- •3.5 Теплопроводность через плоскую стенку
- •7 Теплопроводность и теплопередача через
- •8 Теплопроводность при наличии внутренних
- •10 Приближённые методы решения задач
- •13 Подобие и моделирование процессов
- •Введение. Основные положения теории теплообмена
- •1. Теплопроводность при стационарном режиме
- •1.1 Температурное поле
- •1.2 Температурный градиент
- •1.3 Тепловой поток. Закон теплопроводности Фурье
- •1.4 Коэффициент теплопроводности
- •2 Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •2.1 Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •2.2 Условия однозначности
- •2.3 Связь между правой декартовой, прямоугольной,
- •3.1 Теплопроводность через однослойную
- •3.2 Теплопроводность через плоскую многослойную стенку
- •3.3 Теплопередача через плоскую однослойную стенку при граничных условиях III-рода
- •3.4 Теплопередача через многослойную плоскую стенку при граничных условиях III-рода
- •3.5 Теплопроводность через плоскую стенку при граничных условиях II, III-рода
- •Введём новую переменную
- •Решая уравнение (а) относительно и , получаем
- •4.2 Теплопередача через однослойную и многослойную цилиндрические стенки при граничных условиях III-рода
- •4.3 Критический диаметр изоляции
- •5.2 Теплопередача через одно- и многослойную шаровые стенки (гу III-рода)
- •6 Обобщённый метод решения задач стационарной теплопроводности
- •6.1 Обобщённый метод
- •6.2 Интенсификация процесса теплопередачи
- •Коэффициент теплопередачи для цилиндрической стенки
- •7 Теплопроводность и теплопередача через ребристую поверхность
- •7.1 Теплопроводность в ребре постоянного поперечного сечения
- •7.2 Теплоотдача через ребристую плоскую стенку
- •Для температуры в конце ребра:
- •Поправочный коэффициент определяется из графика:
- •8 Теплопроводность при наличии
- •8.1 Теплопроводность однородной пластины
- •Температура на оси симметрии пластины ( ):
- •8.2 Теплопроводность однородного цилиндрического стержня
- •Плотность теплового потока на поверхности цилиндра
- •8.3 Теплопроводность цилиндрической стенки
- •1. Теплота отводится только через наружную поверхность трубы.
- •9 Нестационарная теплопроводность
- •9.1 Общее решение уравнения одномерной теплопроводности
- •9.2 Охлаждение и нагревание неограниченной пластины
- •Для решения этого уравнения необходимо иметь краевые условия. Начальные условия.
- •В соответствии с (9.2) общее решение (9.4) будет иметь вид: . (9.5)
- •Решение (9.9) можно представить в обобщённых переменных:
- •9.3 Частные случаи охлаждения (нагрева) неограниченной пластины
- •9.4 Зависимость процесса охлаждения (нагрева) от формы и размера тела
- •Т.Е. Можно представить:
- •9.5 Регулярный режим нагревания (охлаждения) тел
- •10 ПриближЁнные методы решения задач теплопроводности. Методы аналогии
- •Метод аналогии:
- •11 Конвективный теплообмен
- •11.1 Основные положения
- •Кинематический коэффициент вязкости
- •11.2 Уравнение сплошности (или неразрывности) потока
- •11.3 Уравнение движения (уравнение Навье-Стокса)
- •11.4 Дифференциальное уравнение энергии
- •11.5 Условия однозначности (краевые условия). Уравнение теплообмена
- •12 Теория пограничного слоя
- •12.1 Основные положения. Ламинарный пограничный слой
- •12.2 Турбулентный перенос теплоты и количества движения в пограничном слое
- •12.3 Коэффициенты сопротивления и трения при движении жидкости в трубах
- •13 Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена
- •13.1 Основы теории подобия
- •13.2 Гидромеханическое подобие
- •13.3 Тепловое подобие
- •13.4 Метод размерностей
- •Избыточная температура
- •13.5 Определение коэффициента теплоотдачи и температурного напора
- •13.6 Получение эмпирических формул или критериальных зависимостей
- •14 Гидродинамика и теплообмен при вынужденном движении жидкости в трубах
- •То режим течения будет переходным.
- •14.1 Теплообмен при ламинарном режиме течения
- •Вязкостный режим
- •Вязкостно-гравитационный режим.
- •Переходный режим.
- •14.3 Теплообмен в каналах произвольной формы
- •Теплоотдача в изогнутых трубах (спиральных теплообменниках)
- •15 Теплоотдача при поперечном обтекании труб
- •15.1 Гидродинамика и теплообмен при поперечном
- •Омывании одиночной круглой трубы
- •15.2 Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб
- •16 Теплоотдача при свободном движении жидкости
- •16.1 Теплоотдача при свободной конвекции в неограниченном пространстве
- •16.2 Теплоотдача при свободной конвекции в ограниченном пространстве
- •Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи для различных видов теплообменов
- •Средние значения коэффициентов теплоотдачи
- •Ориентировочные значения коэффициентов
- •Теплоотдача жидких металлов
- •1. Теплообмен при конденсации чистого пара
- •1.1 Основные положения
- •1.2 Термическое сопротивление при конденсации
- •1.3 Теплообмен при конденсации чистого пара при вертикальной поверхности и при ламинарном режиме течения плёнки конденсата.
- •1.4 Теплообмен при плёночной конденсации неподвижного чистого пара на вертикальной поверхности и при ламинарном режиме течения плёнки конденсата
- •Среднее значение коэффициента теплоотдачи определяется как .
- •2. Теплообмен при кипении однокомпонентной жидкости
- •2.1 Механизм процесса кипения
- •2.2 … Теплообмена при пузырьковом кипении в большом объёме
- •3. Конвективный теплообмен
- •3.1 Основные положения кмо. Закон Фика
- •4. Теплообмен излучения
- •4.1 Основные положения
2. Теплообмен при кипении однокомпонентной жидкости
2.1 Механизм процесса кипения
Кипение – это фазовый переход 1-го рода из жидкого состояния в газообразное, сопровождающееся подводом теплоты фазового перехода (процесс 2 – 1 на рис. 1.2).
Кипение бывает: на поверхности теплообмена и в объёме жидкости. В технике встречается процесс кипения на твёрдой поверхности парогенерирующей трубы.
Механизм теплообмена при кипении отличается от механизма теплоотдачи при конвекции однофазной жидкости наличием молярного переноса массы и тепла паровыми пузырями из пограничного слоя в объём кипящей жидкости.
Различают пузырьковое и плёночное кипение. Для возникновения кипения необходимо выполнение двух условий: 1)наличие центров парообразования; 2) наличие перегрева жидкости относительно температуры насыщения. Центрами парообразования могут быть выступы и впадины на поверхности. Механизм процесса кипения воды при атмосферном давлении показан на рисунке.
Опыт показал, что температура кипящей воды при атмосферном давлении на 0,2 – 0,4С больше, чем температура пара над поверхностью воды. В таблицах Вукаловича «Физические свойства воды и пара» приводится температура пара, а не воды.
На поверхности теплообмена находятся центры парообразования, работа адгезии которых минимальна. Под работой адгезии понимают такую работу, которую необходимо затратить, чтобы оторвать жидкость от твёрдой поверхности. Т.к. температура в жидкости больше температуры пара внутри пузыря, то между ними начинается интенсивный теплообмен.
Паровой пузырёк увеличивается на поверхности до отрывного диаметра, пузырёк отрывается от поверхности теплообмена. На основании теории капилярности получена формула для определения отрывного диаметра пузыря.
2.2 … Теплообмена при пузырьковом кипении в большом объёме
Чтобы пузырь мог возникнуть в жидкости и развивался, необходимо, чтобы давление пара внутри пузыря было больше суммы всех сил, действующих на паровой пузырь
(2.3)
где – критический радиус пузыря, определяется по формуле Томсона:
(2.4)
Если , то меньше суммы всех сил, следовательно паровой пузырёк сконденсируется. Если …
Как правило, жидкости смачивают металлические поверхности теплообмена…
Основным тепловым сопротивлением является термическое сопротивление пограничного слоя жидкости. Однако периодический рост и подъём пузырей нарушает этот слой и турбулизирует его, что приводит к значительной интенсификации обмена. Коэффициент теплопередачи увеличивается. Происходит перенос массы и тепла из пограничного слоя жидкости в объём самими пузырями, что дополнительно увеличивает теплообмен.
3. Конвективный теплообмен
3.1 Основные положения кмо. Закон Фика
В движущейся однокомпонентной среде теплота передаётся ТП и конвекцией. Такой процесс называется КТО. В движущейся много компонентной среде процесс совместного молекулярного и молярного переноса вещества называется КМО. КТО при наличии МО усложняется за счёт дополнительного переноса теплоты вместе с переносом массы. КМО между поверхностью жидкой или твёрдой фазы называется конвективной массоотдачей. Конвективная теплоотдача описывается законом Ньютона – Рихмана
(3.1)
По аналогии плотность потока вещества (массы)
(3.2)
где:
- коэффициент массоотдачи, отнесённый к разности концентраций диффундированного вещества на поверхности массообмена ;
- концентрация диффундированного вещества на поверхности
- концентрация диффундированного вещества в дали от поверхности массоотдачи
Для идеального газа (3.3) – Закон Дальтона,
где:
р - коэффициент массоотдачи, отнесённый к разности парциального давления диффундированного компонента на поверхности массоотдачи и вдали от неё. Если обозначить поток массы через I, , то плотность потока массы , . Зная j можно определить поток массы: