- •Введение
- •1. Виды теплообмена
- •Контрольные вопросы
- •2. Основные положения теплопроводности
- •2.1. Температурное поле
- •2.2 Градиент температур
- •2.3. Тепловой поток
- •2.4. Коэффициент теплопроводности
- •2.5. Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •2.6. Краевые условия
- •Контрольные вопросы
- •3 Теплопроводность при стационарном режиме
- •3.1. Теплопроводность через однослойную плоскую стенку
- •3.2. Теплопроводность через многослойную плоскую стенку
- •3.3. Теплопроводность через однослойную цилиндрическую стенку
- •3.4. Теплопроводность через многослойную цилиндрическую стенку
- •3.5. Упрощённый расчёт теплопроводности через цилиндрическую стенку
- •Числовые данные к заданию 1
- •Контрольные вопросы
- •4. Основы конвективного теплообмена
- •4.1. Основы теории конвективного теплообмена
- •4.2. Дифференциальные уравнения теплоотдачи
- •4.3. Краевые условия.
- •4.4. Основы теории подобия
- •4.5. Подобие процессов конвективного теплообмена
- •4.6. Условия подобия конвективного теплообмена при вынужденном движении теплоносителя
- •4.7.Условия подобия процессов теплообмена при естественной конвекции
- •4.8. Условия подобия процессов конвективного теплообмена при совместном свободно-вынужденном движении теплоносителя.
- •Контрольные вопросы
- •5. Конвективный теплообмен в вынужденном и свободном потоке жидкости.
- •5.1. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости вдоль плоской поверхности (пластины)
- •5.2. Теплоотдача при вынужденном ламинарном течении жидкости в трубах
- •Значение при ламинарном режиме
- •5.3. Теплоотдача при турбулентном движении жидкости в трубах
- •5.4 Теплоотдача при поперечном омывании одиночной трубы
- •5.5. Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб
- •5.6. Теплоотдача при свободном движении жидкости
- •Числовые данные к заданию 2
- •Порядок расчёта
- •Числовые данные к заданию 3
- •Порядок расчета.
- •Порядок расчёта
- •Числовые данные к заданию 4
- •Порядок расчёта
- •Контрольные вопросы
- •6. Теплообмен при изменении агрегатного состояния вещества
- •6.1. Теплоотдача при кипении жидкости.
- •6.2. Теплоотдача при конденсации пара.
- •Числовые данные к заданию 5
- •Порядок расчёта
- •Контрольные вопросы
- •7. Теплопередача
- •7.1. Теплопередача через плоскую однослойную и многослойную стенки
- •7.2. Теплопередача теплоты через цилиндрическую однослойную и многослойную стенки
- •Числовые данные к заданию 6
- •Порядок расчёта
- •Числовые данные к заданию 7
- •Пример решения задания 7.
- •Порядок расчёта
- •Контрольные вопросы
- •8 Теплообмен излучением
- •8.1 Основные понятия
- •8.2. Виды лучистых потоков
- •8.3. Законы теплового излучения
- •8.4. Лучистый теплообмен между телами, разделёнными прозрачной средой
- •8.5. Экраны для защиты от излучения
- •8.6. Особенности излучения газов
- •8.7. Сложный теплообмен
- •Числовые данные к заданию 8
- •Пример решения задания 8.
- •Порядок расчёта
- •Числовые данные к заданию 9
- •Порядок расчёта
- •Контрольные вопросы
- •9. Теплообменные аппараты
- •9.1. Общие положения
- •9.2. Расчёт рекуперативных теплообменных аппаратов
- •Числовые данные к заданию 10
- •Порядок расчёта
- •I. Прямоток
- •II. Противоток
- •Контрольные вопросы
- •10. Теплопроводность при нестационарном режиме
- •10.1 Общие положения
- •10.2. Расчёт нестационарной теплопроводности неограниченной плоской пластины
- •10.3. Метод конечных разностей
- •10.4. Метод регулярного режима
- •Контрольные вопросы
- •11. Массообмен
- •11.1. Основные понятия
- •11.2. Закон Фика
- •11.3. Основные закономерности тепло- и массопереноса
- •Контрольные вопросы
- •Экзаменационные вопросы
- •Словарь основных понятий
- •Список рекомендуемой литературы
- •Физические свойства воды на линии насыщения
- •П риложение 2
- •Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (аргумент - давление)
- •Тепломассообмен
- •308012, Г. Белгород, ул. Костюкова, 46
Контрольные вопросы
1. Что называется нестационарным температурным полем?
2. Приведите дифференциальное уравнение теплопроводности и краевые условия для нестационарного режима.
3. Из каких чисел подобия составляется уравнение температурного поля?
4. Охарактеризуйте физический смысл критерия Био (Bi).
5. Охарактеризуйте физический смысл критерия Фурье (Fo).
6. Определите температуры на поверхности и в середине пластины и количество теплоты, отводимой при её охлаждении.
7. Перечислите наиболее распространённые методы приближённого расчёта задач нестационарной теплопроводности.
8. Дайте объяснение метода конечных разностей для приближённого расчёта процессов теплопроводности при нестационарном режиме.
9. На какие два периода можно разделить процесс охлаждения тела с постоянной начальной температурой?
10. Что такое регулярный режим охлаждения (нагревания) тела?
11. Что такое темп регулярного режима, и от каких величин он зависит?
11. Массообмен
11.1. Основные понятия
Многие процессы теплообмена, происходящие в природе и технике, сопровождаются внешним и внутренним массообменом. При этом предполагается, что химических реакций между компонентами нет. Например, испарившаяся жидкость, распространяясь путем диффузии в парогазовой среде, будет изменять интенсивность теплоотдачи в этой среде. При тепловлажностной обработке бетона происходят конденсация пара и его испарение с поверхности изделий, миграция влаги, паров и воздуха внутри этих изделий; Массообмен (диффузия) лежит в основе таких физических и химических процессов, как смешение газовых струй различных концентраций, испарение, сушка, конденсация пара из парогазовой смеси, кондиционирование воздуха. адсорбция вещества из растворов, сублимация, окисление, горение, разделение изотопов, цементирование металлических изделий и т. д.
Под массообменом понимают самопроизвольный необратимый процесс переноса массы определенного компонента в пространстве с неоднородным полем химического потенциала этого компонента. В простейшем случае неоднородным является поле концентрации или парциального давления, при этом процесс переноса имеет определенную направленность. Например, в смеси с одинаковой температурой и давлением процесс массопереноса (диффузии) направлен к выравниванию концентраций в системе, при этом происходит перенос вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией.
Диффузия осуществляется молекулярным или молярным путем. Молекулярная диффузия — это перенос вещества смеси, обусловленный тепловым движением микрочастиц. Молярный перенос неразрывно связан с макродвижением самой смеси (конвекцией). Массообмен, обусловленный совместным действием молекулярной диффузии и конвективного переноса вещества, называется конвективным массообменном.
Количество вещества, проходящего в единицу времени через данную поверхность в направлении нормали к ней, называется потоком массы. Он обозначается через J и измеряется в кг/с. Плотность потока массы j — это поток массы, проходящий через единицу поверхности: j=dJ/dF.
Причиной возникновения потока массы является либо неравномерное распределение концентрации вещества (концентрационная диффузия), либо неоднородность температурного поля (термодиффузия), либо неоднородность полного давления (бародиффузия).