
- •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
Словарь основных понятий
АБСОЛЮТНО БЕЛОЕ ТЕЛО – тело, полностью отражающее лучистую энергию.
АБСОЛЮТНО ЧЁРНОЕ ТЕЛО – тело, полностью поглощающее лучистую энергию.
ВОДЯНОЙ (УСЛОВНЫЙ) ЭКВИВАЛЕНТ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ W, Вт/К – произведение массового расхода теплоносителя на его удельную изобарную теплоёмкость.
ВЫНУЖДЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ – движение жидкости, возникающее под напором насоса или вентилятора.
ВЯЗКОСТНО – ГРАВИТАЦИОННЫЙ РЕЖИМ – режим теплоотдачи при условии, когда вынужденное движение сопровождается естественной конвекцией.
ВЯЗКОСТНЫЙ РЕЖИМ – режим теплоотдачи вязких жидкостей при отсутствии естественной конвекции.
ГРАДИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ grad t, °С/м, - частная производная температуры по нормали к площадке.
ДИНАМИЧЕСКИЙ ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ – тонкий слой жидкости вблизи поверхности твёрдой стенки, в котором происходит резкое уменьшение скорости жидкости от υж до υж=0 на поверхности стенки.
ДИФФУЗИЯ – самопроизвольный процесс проникновения одного вещества в другое и установление внутри них равновесного распределения концентраций.
ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ – геометрическое место точек, имеющих в данный момент времени одинаковую температуру.
ИНТЕГРАЛЬНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – суммарное излучение с поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства и по всем длинам волн.
КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН (ТЕПЛООТДАЧА) – процесс совместной передачи тепла конвекцией и теплопроводностью от поверхности твёрдой стенки к потоку омывающей её жидкости.
КОНВЕКЦИЯ – перенос теплоты перемещающимися в пространстве объёмами жидкости.
КОНДЕНСАЦИЯ – перевод пара в жидкость при охлаждении.
КОЭФФИЦИЕНТ ДИФФУЗИИ D, м2/с – численно равен количеству вещества диффундирующего в единицу времени через 1 м2 границы раздела фаз при величине градиента концентрации, равной 1 кг/м3 на 1 м.
КОЭФФИЦИЕНТ МАССООТДАЧИ βс, м/с – численно равен количеству вещества, перемещённому в единицу времени через 1 м2 границы раздела фаз при разности концентраций диффундирующих веществ в 1 кг/м3.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ α, м2/с – физический параметр вещества, характеризующий скорость изменения температурного поля в нестационарных тепловых процессах.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ α, Вт/(м2·К) – характеризует интенсивность конвективного теплообмена и численно равен количеству тепла, передаваемого единицей поверхности твёрдой стенки, к потоку жидкости при разности температур между стенкой и жидкостью, равной 1°С.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ К, Вт/(м2·К) – выражает количество теплоты, проходящей через единицу поверхности стенки в единицу времени от горячего к холодному теплоносителю при разности температур между ними в 1°С.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ λ, Вт/(м·К) – физический параметр вещества, характеризующий способность проводить теплоту и численно равный количеству теплоты, проходящей через единицу изотермической поверхности, в единицу времени при условии, что градиент температуры равен 1°С/м.
ЛИНЕЙНАЯ ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ql, Вт/м – количество теплоты, передаваемой от горячей жидкости к холодной через цилиндрическую стенку длиной 1 м в единицу времени.
ЛИНЕЙНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ Кl, Вт/(м·К) – численно равен количеству теплоты, проходящей в единицу времени через цилиндрическую стенку длинной 1 м от горячего к холодному теплоносителю при разности температур между ними в 1°С.
ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН – процесс взаимного излучения и поглощения лучистой энергии несколькими телами, имеющими различную температуру.
МАССОБМЕН – самопроизвольный процесс переноса массы вещества в пространстве с неоднородным полем концентрации или парциального давления.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИФФУЗИЯ – перенос вещества в смеси, обусловленный хаотическим тепловым движением молекул.
МОНОХРОМАТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – излучение с поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства в узком диапазоне длин волн от λ до λ+dλ.
НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛОВОЙ ПРОЦЕСС – процесс, при котором температурное поле меняется во времени.
ОБЩЕЕ ЛИНЕЙНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ Rl, (м·К)/Вт – величина обратная общему линейному коэффициенту теплопередачи цилиндрической стенки.
ОБЩЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ Rо, (м2·К)/Вт – сумма термического сопротивления стенки и частных сопротивлений теплоотдачи между жидкостями и стенкой.
ОПЕРАТОР ЛАПЛАСА – сумма вторых производных переменной физической величины по координатам.
ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ R - отношение отражён-ного телом потока излучением ко всему потоку излучения, падающему на тело.
ПЛЁНОЧНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ – рабочей режим пароводяных теплообменных аппаратов, характеризуемый образованием на охлаждаемых поверхностях стекающей плёнки конденсата.
ПЛЁНОЧНОЕ КИПЕНИЕ – неэффективный режим кипения, характеризующийся образованием у внутренней поверхности стенок кипятильных трубок сплошной плёнки пара, резко ухудшающей теплоотдачу.
ПЛОТНОСТЬ ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ (ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ) – суммарное излучение с единицы поверхности тела за единицу времени.
ПЛОТНОСТЬ ПОТОКА МАССЫ ВЕЩЕСТВА j, кг/с – количество вещества, переносимого через 1 м2 поверхности раздела за счёт диффузии в единицу времени.
ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА q, Вт/м2 – количество теплоты, проходящей через единицу поверхности в единицу времени.
ПОГЛОЩАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ А, - отношение поглощённого телом потока излучения ко всему потоку излучения, падающему на тело.
ПРОЗРАЧНОЕ (ДИАТЕРМИЧЕСКОЕ) ТЕЛО – тело, полностью пропускающее через себя лучистую энергию.
ПРОТИВОТОК – противонаправленное движение теплоносителей в теплообменном аппарате.
ПРОПУСКАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ, D – отношение пропущенного сквозь тело потока излучения ко всему потоку излучения, падающему на тело.
ПРЯМОТОК – однонаправленное движение теплоносителей в теплообменном аппарате.
ПУЗЫРЬКОВОЕ КИПЕНИЕ – наиболее эффективный режим кипения, при котором во всём объёме нагреваемой жидкости непрерывно образуется значительное количество пузырьков пара.
РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ – устройства, в которых процесс передачи теплоты от нагревающей жидкости к нагреваемой происходит периодически, путём поочерёдного омывания твёрдой насадки горячим и холодным теплоносителем.
РЕГУЛЯРНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ – основная стадия нестационарной теплопроводности при нагреве или охлаждении тела, при которой относительная скорость изменения температуры тела в каждой его точке постоянна.
РЕКУПЕРАТИВНЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ – устройства, в которых передача теплоты от нагревающей жидкости к нагреваемой проходит через твёрдую разделительную стенку.
СЛОЖНЫЙ ТЕПЛООБМЕН – совместное действие теплообмена излучением и конвективного теплообмена.
СМЕСИТЕЛЬНЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ – устройства, в которых теплообмен осуществляется при непосредственном соприкосновении и смешивании нагреваемой и нагревающей жидкостей.
СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ – графический вид выражения зависимости энергии излучения от длины волны.
СТАБИЛИЗИРОВАННОЕ ТЕЧЕНИЕ – режим движения потока, при котором величина коэффициента теплоотдачи не зависит от расстояния от входа потока в канал.
СТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛОВОЙ ПРОЦЕСС – процесс, при котором температурное поле не меняется во времени.
СТЕПЕНЬ ЧЕРНОТЫ, ε – отношение потока излучения данного тела к потоку излучения абсолютно чёрного тела при той же температуре.
ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ – совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек тела.
ТЕОРИЯ ПОДОБИЯ – наука о подобии явлений.
ТЕПЛОВАЯ ПРОВОДИМОСТЬ λ/δ, Вт/(м2·К) – определяет тепловой поток, передаваемый через 1 м2 стенки при разности температур в 1°С.
ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – процесс превращения внутренней энергии тела в лучистую энергию и передачи её в окружающее пространство при помощи тепловых (инфракрасных) лучей с длиной волны в пределах 0,8 – 800 мкм.
ТЕПЛОВОЙ ПОТОК Q, Вт– количество теплоты, прошедшее через произвольную поверхность в единицу времени.
ТЕПЛОМАССООБМЕН – совместное протекание процессов теплообмена и массообмена.
ТЕПЛОВОЙ ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ – тонкий слой жидкости у поверхности стенки, в котором происходит резкое изменение температуры жидкости от tж до tст.
ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ – движущаяся жидкая или газообразная среда (горячая вода или воздух, дымовые газы, водяной пар и др.), передающая тепло в процессе теплообмена нагреваемой среде.
ТЕПЛООБМЕН – процесс передачи теплоты внутри тел, а также между телами, при наличии разности температур.
ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ – техническое устройство, в котором осуществляется процесс теплопередачи между греющей и нагреваемой жидкостями.
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА – перенос теплоты от одной подвижной среды (горячей) к другой (холодной) через твёрдую стенку.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ – перенос теплоты между частицами тела посредством хаотического (теплового) движения частиц, находящихся друг с другом в соприкосновении и имеющими разную температуру.
ТЕРМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ δ/λ, м2/(К·Вт) – определяет падение температуры при прохождении через стенку теплового потока, равного 1 Вт/м2.
ТУРБУЛЕНТНЫЙ РЕЖИМ – хаотический (вихревой) режим движения жидкости, возникающий при больших значениях числа Рейнольдса.
ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ – перенос вещества в смеси, обусловленный конвективным массобменом при турбулентном движении среды.
УРАВНЕНИЕ ПОДОБИЯ – зависимость между каким либо определяемым критерием подобия и другими определяющими критериями подобия.
УРАВНЕНИЕ НЬЮТОНА – определяет тепловой поток, передаваемый в процессах конвективного теплообмена (теплоотдачи).
УРАВНЕНИЕ НАВЬЕ-СТОКСА – дифференциальное уравнение движения несжимаемой вязкой жидкости.
УРАВНЕНИЕ ФУРЬЕ – описывает тепловой поток, передаваемый путём теплопроводности.
УСЛОВИЯ ОДНОЗНАЧНОСТИ (КРАЕВЫЕ УСЛОВИЯ) – математическое описание частных особенностей процессов при решении системы дифференциальных уравнений теплообмена.
ЧИСЛА (КРИТЕРИИ) ПОДОБИЯ – безразмерные комплексы физических величин, влияющих на тепломасообмен.
ЭКРАН – тонкий металлический лист с большой отражающей способностью, применяемый для уменьшения передачи теплоты излучением.
ЭФФЕКТИВНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – суммарный поток из собственного и отражённого излучения тела.