Методические указания

При выводе расчетных формул следует особо отметить момент появления безразмерных комплексов, названных числами Био (Bi), Фурье (Fo), безразмерной температуры θ и безразмерной линейной координаты (X или R), уяснить в дальнейшем их решающую роль в расчетах нестационарных процессов теплопроводности (более подробно понятия о числах подобия рассматриваются в теме 18). Студент должен уметь пользоваться графиками зависимости между числами Фурье, Био и безразмерной температурой, выбирать необходимый график в зависимости от условия задачи, предусматривающего вычисление безразмерной температуры на поверхности или в середине тела (пластины, цилиндра). Следует знать особенности процессов нестационарной теплопроводности в некоторых характерных частных случаях, когда число Био стремится к нулю или бесконечности, или число Fo≥0,3, что упрощает расчетные формулы.

При изучении способа определения количества теплоты, выделяемой (поглощаемой) телом в процессе нестационарной теплопроводности, надо усвоить понятие о средней безразмерной температуре тела, уметь ее определять и использовать для расчета количества теплоты, в частности, npи Fo≥0,3.

Вопросы для самопроверки

1. Достаточна ли знать дифференциальное уравнение теплопроводности, чтобы определить температурное поле в твердом теле (в любой точке и в любой момент времени)?

2. Одинаковы ли единицы измерения коэффициента температуропроводности и кинематической вязкости?

3. Всегда ли начальное условие выражается в виде t_o=const?

4. Верно ли, что безразмерная координата X становится равной нулю в центре пластины толщиной 2δ?

5. Включен ли в число Био коэффициент теплопроводности жидкой среды (окружающей жидкости)?

6. Одинаково ли написание линейных размеров, входящих в число Фурье для пла­стины и для цилиндра?

7. Может ли безразмерная температура увеличиваться в режиме нагревания и в режиме охлаждения?

8. Достаточно ли одной из диаграмм вида θ=f (Fo Bi) для неограниченной пластины, чтобы определить разность безразмерных температур между серединой и поверхностью ее?

2.18. Основные положения конвективного теплообмена

Теплоотдача в однофазных жидкостях при фазовых и химических превращениях, при вынужденной и естественной конвекции. Физические свойства жидкости, существенные для процессов течения и теплоотдачи.

Особенности теплообмена при ламинарном и турбулентном течениях жидкости. Гидродинамический и тепловой пограничные слои. Основные допущения теории пограничного слоя. Система дифференциальных уравнений конвективного теплообмена; условия однозначности. [4].

Методические указания

Необходимо знать классификацию явлений конвективного теплообмена, научиться определять коэффициент теплоотдачи в наиболее характерных случаях конвективного теплообмена, обратить внимание на решающую роль гидродинамического и теплового пограничных слоев и ясно представлять различие в этих понятиях. При изучении § 4.5 [4], как и в дальнейшем, следует ясно представлять расположение системы координат X – Y относительно поверхности теплообмена.

Разложение- локальных значений скорости и температуры в турбулентном потоке на среднюю и пульсационную составляющие позволяет обобщить полученные ранее дифференциальные уравнения конвективного теплообмена на случай турбулентного течения (см. уравнения (4.44)...(4.46) [4]). Необходимо понять физический смысл величин q_T и s_T как интенсивностей переноса теплоты и количества движения в поперечном сечении пограничного слоя (через единицу поверхности АА на рис. 4.10 [4]). Следует освоить понятия λ_т, μ_т, Є_q и степени Tu турбулентности, используемые в последующих частях курса.