5. Теплопроводность тел с внутренними источниками теплоты.

Рассм.стационарную теплопроводность симметричных тел (пластины, цилиндра) с пост.коэфф.теплопров., внутри кот. действуют равномерно распределенные источники теплоты мощностью , а с поверхн.происходит теплообмен с окр.средой пост.темп. при пост.коэфф.теплоотдачи (гран.усл. 3 рода).

Неограниченная пластина.

Для рассм. задачи дифф.ур-е теплопроводности и аналитическое выр.усл. однозначности: , , . После интегрирование получаем: , . Константы интегрирования нах. из граничных усл.. При х=0 С1=0. При х= получем: . Темп.поверхности пластины: . Ур-е темпер.поля пластины: . Тепловой поток внутри пластины измен. поперек толщины пластины. При х=0 тепловой поток отсутствует. Тепловой поток с поверхности пластины (при х= ): и общее к-во теплоты. отданное всей поверхностью пластины в 1 времени: , где F – боковая поверхность пластины. Температура в плоской стенке при внутреннем тепловыделении изм. по параболическому закону.

Цилиндрический стержень. Дифф.ур-е теплопров. для неограниченного цилиндрического стержня имеет вид: . Условия однозначности: ; . Ур-е температурного поля цилиндр.стержня: , где - радиус стержня, - темпер.стержня на расст. r от оси. Темп. внутри круглого стержня изм. по параболическому закону. При r=0 температура оси цилиндра: . Плотность теплового потока на боковой поверхности цилиндра: , полный тепловой поток: .

5. Интенсификация процессов теплопередачи.

Для интенсификации или увеличения количества теплоты Q, переда­ваемой от горячей жидкости к холодной через стенки, необходимо увели­чивать коэффициент теплопередачи k, так как поверхность F и разность температур зависят только от конструкции системы и физических условий. Термическое сопротивление теплопроводности стенки стремится к нулю, так как у труб теплообменников толщина мала, а коэффициент теплопроводности материалов (металлов) велик. Следовательно, коэффициент теплопередачи k будет зависеть в ос­новном от коэффициентов теплоотдачи a1, а именно: . Аналитическое исследование предельного значения коэффициента теплопередачи показывает следующие закономерности:а) коэффициент теплопередачи k всегда меньше любого из коэффици­ентов теплоотдачи: k <a1 и k < a2; б) коэффициент теплопередачи k всегда меньше меньшего коэффици­ента теплоотдачи; в) быстрый рост коэффициента теплопередачи k наблюдается при увеличении меньшего из коэффициентов теплоотдачи; г) при увеличении большего из коэффициентов теплоотдачи рост ко­эффициента теплопередачи k вначале замедляется, а затем и вовсе пре­кращается. На основании этих выводов формулируются правила интенсификации теплопередачи. 1. Если один коэффициент теплоотдачи намного больше или меньше другого: a1 << a2 или a1 >> a2, то интенсифицировать теплопередачу не­обходимо путем увеличения меньшего из коэффициентов теплоотдачи. 2. Если коэффициенты теплоотдачи примерно равны: a1 = a2, то интенсифицировать теплопередачу необходимо путем увеличения обоих коэффициентов теплоотдачи. 3. Интенсификацию теплопередачи путем увеличения большего из коэффициентов теплоотдачи нельзя классифицировать как грамотное инженерное решение - оно всегда экономически невыгодно. 4. Если по физической природе или конструктивным особенностям нельзя увеличить меньший из коэффициентов теплоотдачи, то на поверх­ности теплопередающей системы со стороны этого меньшего коэффициен­та теплоотдачи устанавливают ребра (оребряют) и тем самым компенсиру­ют увеличение теплоотдачи более развитой поверхностью нагрева. На по­верхность плоской или цилиндрической системы можно плотно насадить (наклепать или приварить) прямоугольные или круглые пластины - ребра, а также цилиндрические или конические шипы. Коэффициент оребрения системы ф - отношение площади поверхности системы с ребрами к глад­кой поверхности. Так, если коэффициент теплоотдачи жидкости a1 = 1000 Вт/(м2-К), ок­ружающей среды a2 = 10 Вт/(м2-К), то оребрение с коэффициентом ф = 25 со стороны меньшего a2 увеличивает к примерно в 20 раз. 5. Увеличение коэффициентов теплоотдачи однофазных жидкостей (масло, вода) может осуществляться также за счет снижения толщины пограничного ламинарного слоя и перехода движения жидкости к турбу­лентному режиму, что может достигаться путем увеличения скорости движения жидкости или принятия конструктивных решений (например, применить волнистые поверхности, шипы). Однако это приводит к допол­нительным гидравлическим сопротивлениям. Для снижения коэффициента теплопередачи через конструкции необ­ходимо увеличить термическое сопротивление системы, что достигается путем нанесения на стенку слоя тепловой изоляции.