Вопросы для самоконтроля:

1. Как классифицируются тепловые установки?

2. Объясните конструкцию двигателей внутреннего сгорания.

3. Назовите недостатки двигателей внутреннего сгорания.

4. Назовите циклы газотурбинных установок.

5. Как классифицируются реактивные двигатели?

6. Назовите циклы паросиловых установок.

7. Что называется холодильной установкой?

8. Опишите циклы холодильных установок.

Список литературы

1. И.Т.Швец, В.И. Толубинский. “Теплотехника”. Стр. 98 – 113, стр. 125 – 133.

2. И.А. Прибытков, И.А. Левицкий. “Теоретические основы теплотехники”. Стр. 182 – 219.

3. А.А. Гуржий, П.И. Огородников “Теплотехника”. Стр. 135 – 156.

Модуль V.

Раздел II. Теория теплообмена

Тема 2.1 Основные понятия и определения. Лучистый теплообмен.

В теории теплообмена изучаются процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Существуют три основных вида переноса теплоты: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.

Теплопроводность представляет собой процесс распространения теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой. Структурные частицы более нагретой части тела, сталкиваясь в результате беспорядочного движения с окружающими частицами, передают им часть своей кинетической энергии. Этот процесс постепенно распространяется по всему телу и сопровождается выравниванием температуры всей его массы.

Конвекция осуществляется путем перемещения в пространстве неравномерно нагретых объемов жидкостей, газов или сыпучих тел. Конвективный перенос теплоты неразрывно связан с переносом массы.

Тепловое излучение характеризуется превращением теплоты нагретого тела в энергию электромагнитных волн. Распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны могут поглощаться другими телами и вновь превращаться в теплоту.

Рассмотренные виды переноса теплоты во многих случаях осуществляются совместно. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, так как при этом неизбежно соприкосновение частиц, имеющих различные температуры. Совместный процесс конвекции и теплопроводности называется конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между твердой поверхностью и жидкостью или газом называется теплоотдачей. Теплоотдача может сопровождаться тепловым излучением. В этом случае сложный процесс теплообмена осуществляется совокупностью одновременно протекающих процессов теплопроводности, конвекции и теплового излучения.

Теплообмен в жидких и газовых смесях сопровождается переносом одного вещества в другое, т.е. массообменом. Если теплообмен характеризуется выравниванием температуры, то массообмен проявляется в установлении равновесной концентрации вещества. Совместное протекание процессов теплообмена и массообмена называется тепломассообменом.

Тепловое излучение представляет собой процесс распространения в пространстве внутренней энергии излучающего тела в виде электромагнитных волн. Возбудителями этих волн являются электрически заряженные материальные частицы, входящие в состав вещества. Для распространения электромагнитных волн не требуется материальной среды, в вакууме они распространяются со скоростью света и характеризуются длиной волны λ или частотой колебаний ν. При температурах до 1500° С основная часть энергии соответствует инфракрасным и частично световым лучам (λ = 0,7… 50 мк).

Следует отметить, что энергия излучения испускается не непрерывно, а в виде определенных порций – квантов энергии. Носителями этих порций энергии являются элементарные частицы излучения – фотоны, обладающие энергией, количеством движений и электромагнитной массой. При попадании на другие тела энергия излучения частично поглощается ими, частично отражается и частично проходит насквозь. Процесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию поглощающего тела называется поглощением. Большинство твердых и жидких тел излучают энергию всех длин волн в интервале от 0 до ∞, т.е. имеют сплошной спектр излучения. Газы излучают энергию только в определенных интервалах длин волн (селективный спектр излучения). Твердые тела излучают и поглощают энергию поверхностью, а газы – объемом.

Излучаемая в единицу времени энергия, соответствующая очень узкому интервалу изменения длин волн от λ до dλ, который можно характеризовать данным значением длины волны λ, называется потоком монохроматического излучения Q_λ. Поток излучения, соответствующий всему спектру в пределах от 0 до ∞, называется интегральным, или полным лучистым, потоком Q. Поток, излучаемый с единицы поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства, называется плотностью интегрального излучения.

Каждое тело не только излучает, но и поглощает лучистую энергию. Из всего количества падающей на тело лучистой энергии Е_пад (Q_пад ) часть ее Е_пог (Q_пог) поглощается, часть Е_отр (Q_отр) отражается и часть Е_пр (Q_пр) проходит сквозь тело. Следовательно,

Е _пад = Е_пог + Е_отр + Е_пр.

Обозначим:

где А – коэффициент поглощения; R – коэффициент отражения; D – коэффициент пропускания. Тогда A + R + D = 1.

Если тело поглощает все падающие на него лучи, т.е. A = 1, R = 0, D = 0, то оно называется абсолютно черным. Когда вся падающая на тело энергия отражается, R = 1, А = 0, D = 0. Если при этом отражение подчиняется законам геометрической оптики, то тело называется зеркальным; при диффузном отражении, когда отраженная лучистая энергия рассеивается по всем направлениям, – абсолютно белым. Если D = 1, А = 0, R = 0, такое тело пропускает все падающие на него лучи и называется абсолютно прозрачным. В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует.

Участвующее в лучистом теплообмене тело, помимо собственного излучения, определяемого свойствами излучающего тела и температурой, отражает падающую на него энергию, т.е.

Е _отр = RЕ_пад.