- •Министерство образования и науки
- •Введение
- •1. Основные положения теплопроводности
- •1.1. Температурное поле
- •1.2. Температурный градиент
- •1.3. Основной закон теплопроводности
- •1.4. Коэффициент теплопроводности
- •1.5. Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •1.6. Краевые условия
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 1
- •2. Теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях первого рода
- •2.1. Теплопроводность через однослойную плоскую стенку
- •2.2. Теплопроводность через многослойную плоскую стенку
- •2.3. Теплопроводность через однослойную цилиндрическую стенку
- •2.4. Теплопроводность через многослойную цилиндрическую стенку
- •2.5. Теплопроводность через шаровую стенку
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 2
- •3. Теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях третьего рода. Коэффициент теплопередачи
- •3.1. Передача теплоты через плоскую
- •Однослойную и многослойную стенки (теплопередача)
- •3.2. Передача теплоты через цилиндрические однослойную и многослойную стенки
- •3.3. Передача теплоты через шаровую стенку
- •3.4. Передача теплоты через ребристую стенку
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 3
- •4. Конвективный теплообмен
- •4.1. Основы теории конвективного теплообмена
- •Физические свойства жидкостей
- •Режимы течения и пограничный слой
- •4.2. Коэффициент теплоотдачи
- •4.3. Основы теории подобия Основные понятия
- •4.4. Критериальные уравнения
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 4
- •5. Конвективный теплообмен в вынужденном и свободном потоке жидкости
- •5.1. Средняя температура. Определяющая температура.
- •Эквивалентный диаметр
- •5.2. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в трубах
- •5.3. Теплообмен при турбулентном течении жидкости в трубах
- •5.4. Теплообмен при течении жидкости вдоль пластины
- •5.5 Теплообмен при поперечном обтекании одиночной трубы
- •5.6. Теплообмен при поперечном обтекании пучка труб
- •5.7. Конвективный теплообмен в свободном потоке жидкости
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 5
- •6. Теплообмен излучением
- •6.1. Общие сведения о тепловом излучении
- •6.2. Основной закон поглощения
- •6.3. Основные законы теплового излучения
- •6.4. Лучистый теплообмен между твердыми телами
- •6.5. Экраны
- •6.6. Излучение газов
- •6.7. Сложный теплообмен
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 6
- •7. Теплообменные аппараты
- •7.1. Типы теплообменных аппаратов
- •7.2. Основные положения теплового расчета
- •Вопросы для самоконтроля к разделу 6
- •Библиографический список
Вопросы для самоконтроля к разделу 5
1. Что такое средняя температура жидкости?
2. Как определяется средняя температура жидкости?
3. Как определяется средняя скорость жидкости?
4. Как определяется эквивалентный диаметр для каналов некруглого сечения?
5. До какого значения критерия Рейнольдса поток жидкости будет иметь
ламинарный характер?
6. Как влияет естественная конвекция на теплоотдачу при ламинарном движении
жидкости?
7. Какие критериальные уравнения рекомендуют при ламинарном движении
жидкости?
8. Какие критериальные уравнения рекомендуют при турбулентном движении
жидкости?
9. Какие критериальные уравнения следует применять при движении жидкости
вдоль пластины?
10. Чем отличается процесс теплоотдачи для одиночной трубы при поперечном
движении жидкости?
11. Какие критериальные уравнения рекомендуют для одиночной трубы при
поперечном движении жидкости?
12. Какие пучки труб применяют в технике?
13. Описать подробно характер смывания пучков труб при поперечном движении
жидкости.
14. Какие критериальные уравнения применяют для пучков труб при поперечном
движении жидкости?
15. Как определяют средний коэффициент теплоотдачи для пучка труб?
16. Описать механизм возникновения свободного потока жидкости.
17. Описать характерную картину свободного движения жидкости у вертикальной
стенки.
18. Какими критериальными уравнениями определяют теплоотдачу при
свободном движении жидкости?
6. Теплообмен излучением
6.1. Общие сведения о тепловом излучении
Лучистая энергия возникает за счет энергии других видов в результате сложных молекулярных и внутриатомных процессов. Природа всех лучей одинакова. Они представляют собой распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Источником теплового излучения является внутренняя энергия нагретого тела. Количество лучистой энергии в основном зависит от физических свойств и температуры излучающего тела. Электромагнитные волны различаются между собой или длиной волны, или числом колебаний в секунду. Если обозначить длину волны через , а число колебаний черезN, то для лучей всех видов скорость w в абсолютном вакууме будет равна = 300 000 км/сек.
В зависимости от длины волны , лучи обладают различными свойствами. Наименьшей длиной волны обладают космические лучи:= 0,1А 10А (где А –
ангстрем, единица длины, 1А = мм). Гамма-лучи, испускаемые радиоактивными веществами, имеют длину волны до 10А; лучи Рентгена – = 10200A; ультрафиолетовые лучи – = 200А 0,4мк (мк – микрон, 1 мк = 0,001 мм); световые лучи – = 0,40,8мк; инфракрасные, или тепловые, лучи – = 0,8400мк; радио или электромагнитные лучи – > 400мк. Из всех лучей наибольший интерес для теплопередачи представляют тепловые лучи с = 0,840мк.
Лучеиспускание свойственно всем телам, и каждое из них излучает и поглощает энергию непрерывно, если температура его не равна 0°К. При одинаковых или различных температурах между телами, расположенными как угодно в пространстве, существует непрерывный лучистый теплообмен.
При температурном равновесии тел количество отдаваемой лучистой энергии будет равно количеству поглощаемой лучистой энергии. Спектр излучения большинства твердых и жидких тел непрерывен. Эти тела испускают лучи всех длин волн от малых до больших.
Спектр излучения газов имеет линейчатый характер. Газы испускают лучи не всех длин волн. Такое излучение называется селективным (избирательным). Излучение газов носит объемный характер.
Суммарное излучение с поверхности твёрдого тела по всем направлениям полусферического пространства и по всем длинам волн спектра называется интегральным, или полным, лучистым потоком (Q).
Интегральный лучистый поток, излучаемый единицей поверхности по всем направлениям, называется излучательной способностью тела и обозначается
, Вт/м,
где dQ – элементарный лучистый поток, испускаемый элементом поверхности dF.
Каждое тело способно не только излучать, но и отражать, поглощать и пропускать через себя падающие лучи от другого тела. Если обозначить общее количество лучистой энергии, падающей на тело, через Q, то часть энергии, равная , поглотится телом, часть, равная, отразится, а часть, равная, пройдет сквозь тело. Отсюда
или
A+R+D = 1.
Величину А называют коэффициентом поглощения. Он представляет собой отношение поглощенной лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на тело. Величину R называют коэффициентом отражения. Коэффициент R есть отношение отраженной лучистой энергии ко всей падающей. Величину D называют коэффициентом проницаемости. Коэффициент D есть отношение прошедшей сквозь тело лучистой энергии ко всей лучистой энергии, падающей на тело. Для большинства твердых тел, практически не пропускающих сквозь себя лучистую энергию, А + R = 1.
Если поверхность поглощает все падающие на нее лучи, т.е. А = I, R = 0 и D = 0, то такую поверхность называют абсолютно чёрной. Если поверхность отражает полностью все падающие на неё лучи, то такую поверхность называют абсолютно белой. При этом R = 1, А = 0, D = 0. Если тело абсолютно проницаемо (прозрачно) для тепловых лучей, то D = 1, R = 0 и A = 0. В природе абсолютно чёрных, белых и прозрачных тел не существует, тем не менее, понятие о них является очень важным для сравнения с ними реальных тел.
Свойства реальных тел поглощать или отражать тепловые лучи зависят в основном от состояния поверхности, а не от ее цвета.
Если поверхность отражает лучи под тем же углом, под которым они падают на нее, то такую поверхность называют зеркальной. Если падающий луч при отражении расщепляется на множество лучей, идущих по всевозможным направлениям, то такое отражение называют диффузным (например, поверхность мела).
При исследовании лучистых потоков большое значение имеет распределение лучистой энергии, испускаемой абсолютно чёрным телом по отдельным длинам волн спектра. Каждой длине волны лучей при определенной температуре соответствует определенная интенсивность излучения .Интенсивность излучения, или спектральная (монохроматическая) интенсивность, представляет собой плотность лучистого потока тела для длин волн от до, отнесенная к рассматриваемому интервалу длин волн:
, Вт/м, (6.1)
где – спектральная интенсивность излучения абсолютно черного тела.