- •Содержание
- •Тема 1. Основные понятия теплообмена 7
- •Тема 2. Теплопроводность 14
- •Тема 7. Теплообмен при фазовых превращениях 64
- •Тема 8. Теплообмен излучением 81
- •Тема 9. Основы теории массообмеНа 102
- •Введение
- •Тема 1. Основные понятия теплообмена
- •1.1 Температурное поле. Изотермическая поверхность.
- •1.2. Градиент температуры
- •1.3. Количество теплоты. Тепловой поток.Удельные тепловые потоки
- •1.4.Элементарные способы передачи теплоты (виды процессов теплообмена)
- •1.5. Сложный теплообмен. Теплоотдача и теплопередача
- •Тема 2. Теплопроводность
- •2.1. Основной закон теории теплопроводности. Закон (гипотеза) Фурье.
- •2.2. Энергетическая форма записи закона Фурье. Коэффициент температуропроводности
- •2.3. Дифференциальное уравнение теплопроводности (дифференциальное уравнение Фурье)
- •2.4. Условия однозначности, необходимые для решения уравнения Фурье
- •2.5. Начальные условия (ну)
- •2.6. Граничные условия (гу)
- •2.7. Методы решения краевой задачи в теории теплопроводности
- •Тема 3. Нестационарная теплопроводность в телах простейшей формы
- •3.1. Математическая формулировка задачи
- •Тема 4. Стационарная теплопроводность
- •4.1 Стационарная теплопроводность в плоской и цилиндрической стенках
- •Тема 5. Теплопередача
- •5.1. Теплопередача через плоскую стенку
- •5.2. Теплопередача через цилиндрическую стенку
- •5.3. Алгоритм расчета теплопередачи через непроницаемые стенки
- •5.4. Единая формула теплопередачи через стенки классической формы
- •5.5. Интенсификация теплопередачи
- •5.6.Тепловая изоляция
- •Тема 6. Конвективный теплообмен в однофазных средах
- •6.1. Основные понятия и определения
- •6.2. Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена
- •6.3. Основные положения теории подобия
- •6.4. Основные критериальные уравнения
- •6.4.1. Конвективная теплоотдача при свободном движении текучей среды
- •6.4.2. Конвективная теплоотдача при вынужденном движении текучей среды в трубах и каналах
- •6.4.3. Конвективная теплоотдача при вынужденном внешнем обтекании тел
- •6.5. Алгоритм расчета коэффициента теплоотдачипо критериальным уравнениям
- •Тема 7. Теплообмен при фазовых превращениях
- •7.1. Теплоотдача при конденсации паров
- •7.2. Теплоотдача при кипении жидкостей
- •Тема 8. Теплообмен излучением
- •8.1. Основные понятия и определения
- •8.2. Тепловое излучение твердых тел
- •8.3. Основные законы излучения абсолютно черного тела (ачт)
- •8.4. Излучение реальных тел. Закон Кирхгофа.
- •8.4. Особенности излучения газов
- •8.5. Расчет результирующего лучистого потока тепла между телами. Экраны
- •Тема 9. Основы теории массообмеНа
- •9.1. Диффузионный пограничный слой
- •9.2. Массопроводность, массоотдача, массопередача
- •9.3 Критериальные уравнения массоотдачи
- •10. Теплообменные аппараты
- •10.1 Общие сведения о теплообменных аппаратах
- •10.1.1. Рекуперативные теплообменники
- •10.1.2. Регенеративные теплообменные аппараты
- •10.1.3. Аппараты смешивающего типа
- •10.2 Расчет теплообменных аппаратов
- •10.2.1. Уравнение теплового баланса. Уравнение баланса массы.
- •10.2.2 Средний температурный напор.
- •10.2.3 Уравнение теплопередачи.
- •10.2.4 Проверочный расчет теплообменного аппарата. Сравнение прямотока с противотоком.
- •10.2.5 Гидравлический расчет аппаратов.
- •10.2.6 Тепловой расчет регенеративных теплообменников
- •10.3 Методики расчет теплообменных аппаратов
- •10.3.1. Математическая модель рекуперативного теплообменного аппарата и алгоритм его поверочного расчета по методу n-e.
- •10.3.2. Основные закономерности процесса испарительного охлаждения воды в градирнях
- •10.3.3. Деаэрация воды
- •Основы процесса
- •Кинетика процесса деаэрации воды
- •Конструктивные особенности термических деаэраторов
- •Список основных обозначений
- •- Число Стантона. Литература
5.3. Алгоритм расчета теплопередачи через непроницаемые стенки
Рассматривают две постановки задачи расчета теплопередачи: прямую и обратную. Прямая задача расчета теплопередачи ставит своей целью расчет температурного поля и теплового потока через стенку при известных геометрических и теплофизических параметрах. В этом случае для расчета также необходимо знать две любые температуры в расчетной области теплообмена и, если необходимо рассчитывать температуру флюидов, то и коэффициенты теплоотдачи.
Результатом решения обратной задачи расчета теплопередачи является определение одного из параметров однозначности: толщины стенки – δ, коэффициента теплопроводности материала стенки – λ, коэффициентов теплоотдачи . Для решения обратной задачи теплопередачи должны быть заданы две температуры в рассматриваемой расчетной области и тепловой поток или удельный тепловой поток
Алгоритм решения прямой задачи
1. На первом этапе решения прямой задачи необходимо рассчитать термические сопротивления всех элементарных участков теплопередачи:
— теплоотдачи от горячего флюида к стенке;
— теплопроводности всех слоев стенки;
— теплоотдачи от стенки к холодному флюиду.
2. Затем по формуле теплопередачи определяют поверхностную плотность теплового потока (q) или линейную плотность теплового потока ( ) по двум заданным температурам и термическому сопротивлению участка между этими температурами:
; ,
где – перепад температур на заданном участке теплообмена; и – термические сопротивления плоской и цилиндрической стенок на участке теплообмена между заданными температурами.
3. На третьем этапе расчета теплопередачи находят неизвестные температуры в расчетной области теплопередачи. Для этого выбирают участок теплообмена таким образом, чтобы на одной из его границ была известная температура, а на другой – искомая. Затем по основной формуле теплопередачи находят неизвестную температуру, предварительно рассчитав термическое сопротивление данного участка.
Алгоритм решения обратной задачи
1. При решении обратной задачи тепловой поток или удельный тепловой поток – заданная по условию величина. Поэтому сразу находят термическое сопротивление участка теплообмена между заданными температурами:
; или ,
где – перепад температур на заданном участке теплообмена; и – термические сопротивления плоской и цилиндрической стенок на участке теплообмена между заданными температурами.
2. На втором этапе решения обратной задачи (в зависимости от целей расчета) по известному термическому сопротивлению находят один из параметров однозначности: толщину слоя стенки – δ, коэффициент теплопроводности материала стенки – λ, либо один из коэффициентов теплоотдачи .
3. Если по условию задачи требуется рассчитать неизвестные температуры в заданной расчетной области теплопередачи, то необходимо выполнить пункты 1 и 3 алгоритма решения прямой задачи.
5.4. Единая формула теплопередачи через стенки классической формы
Формулы по расчету теплопередачи через плоскую, цилиндрическую и шаровую стенки можно объединить и записать в виде
,
где – толщина стенки, м; – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м·К); – площади внутренней и наружной поверхностей теплообмена, м2; – средняя между площадь, м2; – коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности, Вт/(м2·град); – коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности, Вт/(м2·град); – термическое сопротивление теплопередачи стенки площадью F, град/Вт.
Термическое сопротивление теплопередачи стенки, учитывающее площади поверхностей теплообмена, равно
,
где – термическое сопротивление теплоотдачи от первого флюида к стенке; – термическое сопротивление теплопроводности плоской стенки; – термическое сопротивление теплоотдачи от стенки к второму теплоносителю.
Для вывода частных формул теплопередачи через стенки простейшей или классической формы необходимо в единую формулу подставить следующие значения площадей:
— плоская стенка ;
— цилиндрическая стенка ; ; ;
— шаровая стенка ; ; .
Использование в расчетах единой формулы теплопередачи позволяет разработать универсальную процедуру расчета теплопередачи через стенки классической формы. Кроме этого единую формулу расчета теплопередачи можно использовать для приближенного расчета теплопередачи через стенки сложной неклассической формы. При этом сложную конфигурацию стенки моделируют (заменяют) стенкой простой формы, выполняя равенство площадей поверхностей теплообмена. Например, толстостенный контейнер в форме параллелепипеда с, приблизительно одинаковыми линейными размерами, моделируют шаровой стенкой, толстостенную трубу квадратного или прямоугольного поперечного сечения моделируют цилиндрической стенкой.