4 Вопросы для самоподготовки к выполнению и защите практической работы

Какой физический процесс называется термодинамическим?
Какое состояние системы называется равновесным?
Какой процесс называется обратимым?
Поясните понятие «внутренняя энергия рабочего тела».
Сформулируйте первый закон термодинамики.
Как определить энтальпию газа?
Запишите уравнение изохорного процесса.
Объясните физическую сущность изотермического процесса.
Запишите основное уравнение для адиабатического процесса.
Запишите общее уравнение политропных процессов.

5 Список литературы

Основная

Основы гидравлики и теплотехники: учебник для студ. сред. проф. Образования/ Брюханов, А.Т. Мелик – Аракелян, В.И. Коробко. - 4-е изд., стер. – М.: Изд-во «Академия», 2012.-253с. (135-150)

Интернет – ресурс:

Электронная библиотека.- Форма доступа: http://www.techgidravlika.ru

Практическая работа №10

ТЕМА: Расчет параметров теплопередачи.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить основные виды теплообмена, механизм обмена энергии в процессе теплопроводности, виды процесса конвенции, процесс теплового излучения, рассчитать передачу тепла через стенку.

1Теоретическое обоснование работы

Теория теплопередачи изучает законы переноса теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Различают следующие формы передачи теплоты: теплопроводность, конвекцию и излучение.

Теплопроводность представляет собой процесс переноса теплоты (энергии) соприкасающимися, беспорядочно движущимися (колеблющимися) структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами). Структурные частицы более нагретой части тела, обладающей большей энергией, соприкасаясь с окружающими частицами, передают им часть своей энергии. Такой теплообмен может осуществляться в любых термически неравновесных телах или системах тел. Механизм переноса энергии зависит от физического состояния тел.

Конвекция представляет собой перенос теплоты при перемещении объемов текущей среды (жидкости или газа) в пространстве из области с одной температурой в область с другой.

Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, так как при этом соприкасаются частицы, имеющие различные температуры. Совместный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между потоком жидкости или газа и поверхностью твердого тела называется теплоотдачей.

Тепловое излучение – процесс переноса теплоты в виде электромагнитных волн. На поверхности тела его внутренняя энергия превращается в энергию электромагнитных волн различной длины, распространяющихся в пространстве со скоростью света. Распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны могут поглощаться другими телами, превращаясь при этом во внутреннюю энергию этих тел. Теплообмен излучением – это процесс превращения внутренней энергии тел в энергию излучения, переноса излучения и его поглощения телом.

Рассмотренные формы переноса теплоты во многих случаях осуществляются совместно. Процессы теплопроводности и конвекции могут сопровождаться теплообменом излучения.

Теплообмен в жидких и газовых смесях сопровождается переносом одного вещества в другое, т. е. массообменом. Теплообмен характеризуется выравниванием температуры, а массообмен – выравниванием концентраций компонентов. Совместное протекание процессов теплообмена и массообмена называется тепломассообменом.

В основу теории теплопроводности положен закон Фурье – тепловой поток прямо пропорционален температурному градиенту и площади поверхности тела.

Процесс теплопередачи состоит из процессов теплоотдачи от нагревающей криволинейную стенку (горячей) жидкости к поверхности стенки, передачи теплоты теплопроводностью через многослойную (или однослойную) стенку и процесса теплоотдачи от поверхности стенки к нагреваемой (холодной) жидкости. При установившемся процессе теплопередачи тепловой поток во всех перечисленных стадиях сохраняет неизменное значение. Теплопередачей называется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители. Количество теплоты, проходящее через изотермическую поверхность F в единицу времени называется тепловым потоком – Q, [Вт=Дж/с]. Тепловой поток, проходящий через единицу площади называют плотностью теплового потока – q = Q / F, [Вт/м²] Для твердого тела уравнение теплопроводности подчиняется закону Фурье: Тепловой поток, передаваемый теплопроводностью, пропорционален градиенту температуры и площади сечения, перпендикулярного направлению теплового потока.

Тепловой поток, переданный через стенку определяется по уравнению:

Q = · (t₁ – t₂) · F (124)

где ʎ - коэффициент теплопроводности Вт/ (м );

- толщина стенки (длина пути теплового потока) , м;

- - разность температур поверхностей плоской стенки;

F – площадь поверхности стенки, .

Теплоотдачу принято рассчитывать по формуле Ньютона – Рихмана. Тепловой поток между жидкостью и поверхностью твердого тела определяется по формуле:

Q = ( – τ) (125)

где – коэффициент теплоотдачи, Вт/

– температура жидкости, С;

τ - температура твердого тела и горячей или холодной жидкости, С.

Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества, характеризующим способность тела проводить теплоту. Она зависит от рода вещества, давления и температуры. Также на её величину влияет влажность вещества. Для большинства веществ коэффициент теплопроводности определяются опытным путем и для технических расчетов берут из справочной литературы.

Для плоской стенки выражение коэффициента теплопередачи

(126)