- •1. Механизмы передачи тепла: теплопроводность, конвективный теплообмен, теплообмен излучением.
- •2. Основные понятия и определения.
- •3. Теплопроводность.
- •4. Дифференциальное уравнение теплопроводности.
- •5. Краевые условия.
- •6. Теплопроводность плоской стенки.
- •7. Теплопроводность цилиндрической стенки.
- •8.Теплопередача через плоскую стенку.
- •11. Конвективный теплообмен.
- •12. Конвективный тепловой поток.
- •13. Тепловой и гидродинамический пограничные слои. Режимы течения теплоносителей.
- •16. Критерий Нуссельта.
- •17. Числа Фурье и Пекле.
- •20. Применение теории подобия. Число Прандтля.
- •21. Теплоотдача при течении жидкости в трубах и каналах.
- •22. Теплоотдача при свободной конвекции. Число Грасгофа.
- •23. Лучистый теплообмен.
- •24. Законы теплового излучения.
- •25. Эффективный и результирующий потоки излучения. Закон Кирхгофа.
- •28. Радиационно-конвективный теплообмен.
- •29. Теплообменные аппараты.
- •30. Конструкторский расчет теплообменного аппарата.
11. Конвективный теплообмен.
КТО – совместный процесс передачи тепла за счет движения среды (конвекции) и теплопроводности среды. Величина теплового потока состоит из тепловых потоков за счет теплопроводности и за счет конвекции.
Задачи КТО: смешение теплоносителей разной температуры, задачи теплопередачи и теплоотдачи (теплообмен между поверхностью и подвижной средой).
Закон Ньютона-Рихмана:
температурный напор.
коэффициент теплоотдачи, характеризует интенсивность теплообмена между стенкой и средой, числено равен плотности теплового потока при единичном температурном напоре. Находится экспериментально или расчетом.
Задачи КТО сводятся к определению теплового потока через коэффициент теплоотдачи, или через дифференциальное уравнение КТО.
12. Конвективный тепловой поток.
Задачи КТО сводятся к определению теплового потока через коэффициент теплоотдачи, или через дифференциальное уравнение КТО.
Для определения КТП рассматривается канал с площадью сечения , в котором движется теплоноситель с параметрами со скоростью . ТН проходит по каналу расстояние за время , занимая объем . Количество тепла, внесенное ТН в объем:
Плотность теплового потока (конвективная составляющая):
Полный тепловой поток:
Полный тепловой поток можно разделить на составляющие по координатам, в которые входят составляющие скорости и градиента температур . Эти составляющие находят из решения дифференциальных уравнений движения и переноса тепловой энергии.
13. Тепловой и гидродинамический пограничные слои. Режимы течения теплоносителей.
При движении жидкости вдоль стенки всегда образуется динамический пограничный слой, в пределах которого происходит наиболее интенсивное изменение скорости. В зависимости от скорости течения различают ламинарный, переходный и турбулентный пограничные слои.
В зависимости от режима течения изменяются и условия теплоотдачи с поверхности, если стенка и жидкость имеют разную температуру. В этом случае образуется тепловой пограничный слой, в пределах которого наиболее существенно меняется температура. Тепловой пограничный слой обладает термическим сопротивлением .
Наибольшее значение имеет ламинарный пограничный слой. Сопротивление турбулентного ПС значительно меньше за счет интенсивного перемешивания и переноса теплоты. Основную часть сопротивления в ТПС имеет образующийся под ним тонкий ламинарный подслой.
14. Дифференциальное уравнение теплоотдачи в ПС.
Уравнения теплоотдачи для ЛПС:
Дифференциальное уравнение теплоотдачи в пограничном слое:
15. Основы теории подобия.
Исследование теплообмена проводится экспериментальным и расчетным путем. Недостаток экспериментального способа в том, что он рассматривает единичные явления. Недостаток расчетного способа – он рассматривает целый класс явлений. Чтобы перейти к единичным явлениям, нужно сформулировать условия однозначности для эксперимента, т.е. задать геометрию области, ТФХ, краевые условия.
Теория подобия рассматривает группы явлений. При анализе и обработке результатов единичных измерений можно получить единое решение для группы явлений. Все явления, входящие в группу, должны удовлетворять условиям геометрического, физического и временного подобия.
Геометрическое подобие. Даны два прямоугольника со сторонами и . Они будут геометрически подобны, если отношение их соответствующих сторон будет одинаково. Величина этого соотношения называется геометрической константой подобия . Точки, лежащие в пределах этих прямоугольников и отношение соответствующих координат которых равно , называются сходственными точками.
Физическое подобие. Во всех сходных точках двух систем отношение одноименных функций есть константы.
Временное подобие. Моменты времени, когда в подобных системах происходит одно и тоже событие, называются сходственными моментами времени. Для них всегда можно выбрать одно и тоже значение безразмерного времени.
По методу теории подобия результаты единичных явлений обрабатываются в безразмерном виде и представляются в виде зависимости . безразмерные комплексы, состоящие из размерных физических величин, полученные из соответствующих математических моделей явления. Эти комплексы называются критериями или числами подобия. определяемое число подобия; определяющие числа; поправки. Вид функции определяется статистической обработкой результатов.
Полученное уравнение называется критериальным уравнением или уравнением подобия – приближение аналитически точного решения.
Теоремы теории подобия:
подобные явления характеризуются одинаковым набором чисел подобия;
подобные явления описываются одними и теми же уравнениями подобия;
числа подобия, содержащие элементы условия однозначности, должны быть численно равны.