Министерство Образования Науки России

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Тепломассообмен

(часть 2)

Методические указания и контрольные задания

к самостоятельной работе студентов по

профилю подготовки «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Составители А.Н. Козлобродов

Ю.Н. Кобякова

Т о м с к 2012

Тепломассообмен (часть 2): методические указания и контрольные задания / Сост. А.Н. Козлобродов, Ю.Н. Кобякова. – Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2012, − 44 с.

Рецензент к.т.н., доцент А.Н. Хуторной

Редактор Е.Ю. Глотова

Методические указания и контрольные задания по учебному курсу «Тепломассообмен», ч. 2, предназначены для организации самостоятельной работы студентов по направлению подготовки бакалавров 270800 « Строительство», профиль подготовки «Теплогазоснабжение и вентиляция» всех форм обучения.

Печатаются по решению методического семинара кафедры теплогазоснабжения. Протокол № 4 от 29 декабря 2011 г.

Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе В. В. Дзюбо

с 12.01.2012

до 12.01.2017

Оригинал-макет подготовлен авторами.

Подписано в печать. Формат 60×84.

Бумага офсет. Гарнитура Таймс.

Уч.-изд. л 2,31. Тираж 60 экз. Заказ №

Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.

Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.

634003, Г. Томск, ул. Партизанская, 15. Оглавление

Введение…………………………………………………….	4
Теоретическая часть……………………………………..	5
Конвективный теплообмен……………………………	5
Система дифференциальных уравнений конвективного теплообмена………………………	7
Критериальные уравнения конвективного теплообмена………………………………………...	7
Частные случаи конвективного теплообмена……	10
Теплообмен излучением………………………………	19
Теплообменные аппараты…………………………….	24
Примеры решения задач и задачи для самостоятельного решения……………………………	30
Примеры решения задач………………………………	30
Задачи для самостоятельного решения………………
Список рекомендуемой литературы………………………	42

Введение

Во второй части дисциплины «Тепломассообмен» рассматриваются два способа передачи тепла – конвективный и радиационный, или лучистый, теплообмены – и основы расчета теплообменных аппаратов.

Чтобы разобраться в этих способах передачи тепла, изучаются основные положения теорий: механизм переноса тепла в движущейся среде; свободное и вынужденное движение теплоносителя; ламинарный и турбулентный режимы течения; тепловой и гидродинамический пограничные слои; закон конвективной теплоотдачи (закон Ньютона–Рихмана); система уравнений конвективного теплообмена, состоящая из уравнения неразрывности, трех уравнений движения вязкого теплоноси-теля (уравнения Навье–Стокса), уравнения теплоотдачи в пог-раничном слое и уравнения переноса тепловой энергии; основы теории подобия; критериальные числа подобия Нуссельта (Nu), Пекле (Pe), Рейнольдса (Re), Грасгофа (Gr), Прандтля (Pr).

В предыдущем разделе курса при рассмотрении граничных условий третьего рода уже фигурировали закон Ньютона–Рихмана и коэффициент теплоотдачи, α численное значение которого считалось известным. Основной задачей раздела, посвященного конвективному механизму переноса теплоты движущейся средой (теплоносителем), является изучение методик определения коэффициента теплоотдачи и применения их для практических расчетов. Здесь можно выделить два пути решения проблемы.

Первый из них заключается в точном расчете α из уравнения теплоотдачи в пограничном слое с использованием уравнения переноса тепловой энергии и уравнения движения вязкого теплоносителя (уравнения Навье–Стокса). Такая про-цедура, связанная с решением нескольких дифференциальных уравнений, весьма трудоемка даже для современных компью-терных средств вычислений.

Второй путь определения коэффициента теплоотдачи базируется на физическом моделировании и обобщении экспериментальных данных с помощью теории подобия в виде критериальных уравнений теплоотдачи.

Решение задач, связанных с теплообменом излучением базируется на законах теплового излучения, основным из которых является закон Стефана–Больцмана.

Среди рассматриваемых типов теплообменных аппаратов наиболее распространенными являются рекуперативные теплообменники, поэтому при теоретическом анализе теплопередачи рассматриваются аппараты только этого типа.