Тема 2.2. Конвективный теплообмен.

Сущность конвективного теплообмена. Факторы, определяющие его интенсив­ность. Общие положения теории подобия. Применение теории подобия к конвек­тивному теплообмену. Теплоотдача при больших скоростях движения газов.

Основной задачей раздела, посвященного конвективному механизму переноса теплоты движущейся средой (теплоносителем), является изучение методик определения коэффициента теплоотдачи и применения их для практических расчетов. Одной из таких методикявляетсяметодика определения коэффициента теплоотдачи базирующаяся на физическом моделировании и обобщении экспериментальных данных с помощью теории подобия в виде критериальных уравнений теплоотдачи.

Здесь нужно твердо усвоить физический смысл отдельных критериальных чисел подобия, участвующих в описании конвективного переноса теплоты: значением Nu оценивается интенсивность теплоотдачи с поверхности твердого тела в подвижную окружающую среду, критерии Re и Gr характеризуют интенсивность вынужденного и свободного движения теплоносителя, величина Pr показывает соотношение его механических и тепловых свойств.

Необходимо детально освоить процедуру расчета коэффициента теплоотдачи с применением критериальных уравнений теплоотдачи.Рассмотрите теплообмен при вынужденном движении теплоносителя по трубам, а также при его свободной циркуляции. Обратите вниманиена методику получения критериальных уравнений путем обобщения экспериментальных данных по теплоотдаче в подобных условиях.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется конвективным теплообменом?

2. Какие различают виды движения жидкости?

3. Какие факторы влияют на интенсивность свободного движения жидкости?

4. Что такое вынужденный и свободный конвективный теплообмен?

5. Дайте понятие теплового и гидродинамического пограничных слоев.

6. Как влияет режим течения жидкости на формирование пограничного слоя?

7. Каков механизм передачи тепла через пограничный слой при ламинарном и турбулентном режимах течения жидкости?

8. Запишите уравнение Ньютона-Рихмана (уравнение теплоотдачи). Дайте понятие коэффициента теплоотдачи.

9. Какие факторы определяют величину коэффициента теплоотдачи?

10. Как связан коэффициент теплоотдачи с толщиной и характером течения жидкости в пределах пограничного слоя?

11. В чем сущность аналитического метода определения коэффициента теплоотдачи?

12. Напишите систему дифференциальных уравнений конвективного теплообмена (уравнения сплошности, движения, теплопроводности, теплоотдачи).

13. Почему аналитический метод определения коэффициента теплоотдачи имеет ограниченное применение?

14. Какие методы, кроме аналитического используются для определения коэффициента теплоотдачи?

Тема 2.3. Лучистый теплообмен.

Основные понятия лучистого теплообмена. Законы теплового излучения. (Планка, Стефана Больцмана, Кирхгофа, Ламберта). Лучистый теплообмен между телами (между плоскими стенками, между двумя произвольно расположенными поверх­ностями). Излучение газов. Защита от излучения. Определение степени черноты тела методом сравнения.

Прежде всего нужно усвоить принципиальное отличие радиационного механизма переноса теплоты, связанного с электромагнитным излучением, от теплопроводности и конвекции.

Обратите внимание на то, что описание закономерностей радиационного теплопереноса проводится с использованием абсолютной температуры T, К.

Подробно изучите содержание и физическое проявление основных законов излучения. Особое внимание следует уделить закону Стефана-Больцмана, основного с точки зрения инженерного применения ( E = T ⁴ ). Нужно усвоить, что степень черноты  не определяет цвет тела, а характеризует его излучательную способность относительно абсолютно черного тела.

Применение законов теплового излучения нужно рассмотреть на примере теплообмена между параллельными пластинами. Здесь обратите внимание на понятие приведенной степени черноты, как характеристики излучательной способности всей системы тел, участвующих в теплообмене. Изучите вопросы экранирования, как эффективного средства борьбы с тепловым излучением. Выясните, как изменится лучистый тепловой поток при наличии экрана, какую роль при этом имеет его степень черноты.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие длины волн ограничивают спектр теплового электромагнитного излучения?

2. Что происходит с лучистой энергией падающей на поверхность твердого тела?

3. Что понимают под коэффициентами поглощения, отражения и пропускания?

4. Какие тела называются абсолютно черными, абсолютно белыми и абсолютно прозрачными?

5. Что такое собственное, эффективное и результирующее излучения тела?

6. Закон Планка. Его графическое изображение.

7. Что понимают под спектральной плотностью потока излучения?

8. Закон Вина. От чего зависит длина волны, при которой достигается максимум спектральной плотности потока излучения?

9. Закон Стефана-Больцмана. Коэффициент излучения абсолютно черного тела.

10. Что такое степень черноты? Как определить коэффициент излучения серого тела?

11. Закон Кирхгофа. Закон Ламберта.

12. Как определить поток излучения между двумя плоскопараллельными пластинами?

13. Как определить поток излучения, когда одно тело находится внутри другого?

14. Как определить поток излучения для произвольно расположенных тел?

15. Что такое коэффициент облученности (угловой коэффициент)?

16. Для какой цели используются экраны? Как определяетсятемпература экрана?

17. Какие газы можно считать прозрачными для тепловых лучей?

18. Каковы особенности излучения газов?

19. Как определить поток излучения от газа к окружающей его поверхности теплообмена.