Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теплофизика. Учебное пособие-1
.pdf
7.9. В результате нагревания черного тела длина волны, соответствую-
7,21
9,02
6
10573 ,
11
103,1
3
мВт
q
щая максимуму спектральной плотности излучательной способности, сместилась с
мкм до
мкм. Определите, во сколько раз измени-
лась максимальная спектральная плотность излучательной способности чер-
ного тела. Ответ: в 243 раза.
7.10. Определите излучательную способность абсолютно черного тела,
если максимум спектральной плотности излучательной способности приходится на длину волны 484 нм. Ответ:
Вт/м2.
7.11. Используя формулу Планка, определить спектральную плотность
потока излучения единицы поверхности черного тела, приходящегося на узкий интервал длин волн
= 5 нм около максимума спектральной плотно-
сти излучательной способности, если температура черного тела составляет
2500 К. Ответ: 6,26 кВт/м
2
.
7.12. Температура абсолютно черного тела при нагревании изменилась
от 1000 К до 3000 К. На сколько изменилась длина волны, на которую приходится спектральной плотности излучательной способности? Во сколько раз
изменилась максимальная спектральная плотность излучательной способно-
сти? Ответ: от 2,9 мкм до 0,97 мкм в 243 раза.
7.13. Определите, какая длина волны соответствует максимальной
спектральной плотности излучательной способности черного тела, равной
. Ответ: 1,83 мкм.
7.14. Температура внутренней поверхности печи при открытом отверстии площадью 30 см
2
равна 1300 К. Принимая, что отверстие излучает как
абсолютно черное тело, определить, какая часть мощности рассеивается
стенками, если печь потребляет мощность 1,5 кВт. Ответ: 0,676.
7.15. Муфельная печь потребляет мощность 1 кВт. Температура ее
внутренней поверхности при открытом отверстии площадью 25 см
2
равна
1200 К. Считая, что отверстие печи излучает как абсолютно черное тело,
определите, какая часть мощности рассеивается стенками. Ответ: 0,71.
7.16. Определите температуру тела, при которой оно при температуре
окружающей среды 23° С излучало бы энергии в 10 раз больше, чем поглощало. Ответ: 533 К.
7.17. Какую мощность надо подводить к зачерненному металлическому
шарику радиусом 2 см, чтобы поддерживать его температуру на 27 градусов
выше температуры окружающей среды (последняя составляет 293 К). Счи-
тать, что тепло теряется только в результате излучения. Ответ: 0,84 Вт.
7.18. Считая, что тепловые потери обусловлены только излучением, опре-
делить, какую мощность необходимо подводить к медному шару диаметром
2 см, чтобы при температуре окружающей среды -13° С поддерживать его температуру равной 17° С. Поглощательная способность меди 0,6. Ответ: 0,107 Вт.
7.19. Найдите интегральную плотность потока излучения
диффузно
излучающего тела, если его интегральная интенсивность излучения равна
91
4
102
стермВт
2
. Известно, что степень черноты 0,8. Чему равна темпера-
q
Q
1000T
80,A
4
пад
10q
соб
q
погл
q
отр
q
эф
q
рез
q
36,45q
соб
0,8q
погл
0,2q
отр
36,47qэф
36,37q
рез
1350T
5
соб
10507,1q
8,0
4
пад
1025,6q
4
погл
1069,4q
1000T
соб
q
52,42q
соб
соб
q
60q
пад
48q
погл
4
соб
1046,1q
1T
900
2
T
8,01A
4,02A
рез1
q
рез2
q
23,29q
рез1
12 резрез
qq
7,0A
3,0A
1
T
800
2
T
8,01A
7,02A
05,0A
рез1
q
э
T
33,3q
рез1
6,82q
рез1
тура этого тела? Ответ:
62,83 кВт/м
2
, 1085 К.
7.20. Рассчитайте тепловой поток излучением
от окисленных сталь-
ных труб наружным диаметром 0,1 м, общей длиной 10 м, используемых для
отопления помещения с температурой стен 15° С. Температура стенок трубы
25° С. Ответ: 1360 Вт.
7.21. Для серого, диффузно излучающего и диффузно отражающего те-
ла известно значение температуры
сти
Вт/м2. Определите
Ответ:
кВт/м
2
,
. Плотность потока падающего на тело излучения
,
,
кВт/м2,
кВт/м2.
7.22. Чему равно значение
равна
Вт/м2. Ответ:
К и плотность потока собственного излучения
.
,
для серого тела, если его температура
К, и поглощательной способно-
,
.
кВт/м2,
кВт/м2,
7.23. Для серого тела известны плотность потока падающего излучения
Вт/м
Вт/м2,
2
, плотность потока поглощенного излучения
К. Определите плотность потока собственно-
го излучения
7.24. Чему равна степень черноты серого тела и значение
пературе 800 К, если
. Ответ:
кВт/м2.
кВт/м2,
кВт/м
при тем-
2
. Ответ: 0,8;
Вт/м2.
7.25. Две параллельные бесконечные пластины имеют температуры
1200 К и
пластины
кВт/м2,
К; значение поглощательной способности для первой
, для второй
. Найдите
и
. Ответ:
7.26. Температура одной пластины поддерживается равной 1500 К за
счет электрического нагревателя мощностью 61,2 кВт. Найдите температуру
второй охлаждаемой пластины, расположенной напротив первой на небольшом расстоянии. Пластины имеют форму квадрата со стороной 1 м. Для первой пластины
, для второй
. Ответ: 1000 К.
7.27. Между двумя безграничными пластинами (температуры пластин
1300 К,
, для второй
К, значения поглощательных способностей для первой
), расположен экран, у которого
.
Найдите плотность потока результирующего излучения
экрана
1136 К; без экрана
92
. Сравните со случаем, когда экрана нет. Ответ:
кВт/м2.
и температуру
кВт/м2,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Савельев И.В. Курс общей физики: учеб. пособие: в 5 т. Т. 1. Меха-
ника / И.В. Савельев. 5-е изд., стер. СПб: Лань, 2011, 352 с.
2. Савельев И.В. Курс общей физики: учеб. пособие: в 3 т. Т. 3. Кванто-
вая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и
элементарных частиц / И.В. Савельев. 12-е изд., стер. СПб: Лань, 2018, 320 с.
3. Цветков Ф.Ф: Тепломассообмен: учеб. пособие / Ф.Ф. Цветков,
Б.А. Григорьев. 3-е изд, стер. М. Изд. дом МЭИ, 2006. 550 с.
4. Металлургическая теплотехника: учеб. для вузов: в 2 т. Т. 1. Теоретические основы / В.А. Кривандин [и др.]; под ред. В.А. Кривандина. М.: Металлургия, 1986. 424 с.
5. Теплотехника: учеб. для вузов / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт
и др.; под. ред. А.П. Баскакова. 2-е изд., перераб. М. Энергоатомиздат, 1991.
224 с.
6. Пыльская Е.К. Гидродинамика и термодинамика: учеб. пособие /
Е.К. Пыльская, Т.В. Самородина. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2016. 48 с.
7. Иродов И.Е. Сборник задач по курсу физики. М.: ИЦ «Академия»,
2007. – 560 с.
8. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике / И.В. Савельев. 8-е изд. СПб: Лань, 2018. 292 с.
9. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики /
В.С. Волькенштейн. 3-е изд., испр. и доп. СПб.: Книжный мир, 2007. 328 с.
10. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики: учеб. пособие для
вузов / Т.И. Трофимова. М.: Абрис, 2013. 404 с.
11. Чертов А.Г. Задачник по физике: учеб. пособие для студентов втузов / А.Г. Чертов, А.А. Воробьев. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк.,
1988. 527 с.
12. Цветков Ф.Ф. Задачник по тепломасообмену: учеб. пособие /
Ф.Ф. Цветков, Р.В. Керимов, В.И. Величко. 3-е изд., стер. М.: Изд. дом МЭИ,
2010. 196 с.
93
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................................................................................................... 3
Глава 1. Механика жидкостей и газов ........................................................... 4
1.1. Элементы кинематики жидкостей и газов ............................................. 4
1.2. Уравнение неразрывности ....................................................................... 5
1.3. Силы, действующие в идеальной жидкости .......................................... 7
1.4. Уравнение Эйлера для движущейся жидкости ...................................... 7
1.5. Расчет характеристик движения идеальной жидкости ......................... 8
1.6. Уравнение Бернулли для трубки тока идеальной жидкости ................ 9
1.7. Уравнение Эйлера для неподвижной жидкости ................................. 11
1.8. Задачи для практического занятия ........................................................ 13
Глава 2. Динамика реальной жидкости ...................................................... 15
2.1. Ламинарный и турбулентный режимы. Число Рейнольдса ............... 15
2.2. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости в трубе
и в канале ........................................................................................................ 16
2.3. Потери давления на трение и на местные сопротивления ................. 17
2.4. Принцип гидравлического расчета трубопровода .............................. 21
2.5. Истечение газов через отверстия в стенах печей ................................ 24
2.6. Уравнение движения реальной жидкости (уравнение Навье-Стокса) ... 25
2.7. Задача расчета движения реальной жидкости ..................................... 26
2.8. Задачи для практического занятия ........................................................ 28
Глава 3. Теория гидродинамического пограничного слоя ...................... 31
3.1. Понятие пограничного слоя ................................................................... 31
3.2. Виды пограничных слоев ....................................................................... 32
3.3. Дифференциальные уравнения ламинарного пограничного слоя ..... 34
3.4. Дифференциальные уравнения турбулентного пограничного слоя ....... 35
3.5. Расчеты пограничных слоев на основе интегральных методов ......... 36
3.6. Задачи для практического занятия ........................................................ 39
Глава 4. Основы теории подобия .................................................................. 40
4.1. Основные понятия теории подобия ...................................................... 40
4.2. Множители преобразования и критерии подобия ............................... 42
4.3. Взаимосвязь между критериями подобия.
Основные теоремы теории подобия ............................................................. 44
4.4. Автомодельность .................................................................................... 46
4.5. Гидродинамическое подобие ................................................................. 47
4.6. Задачи для практического занятия ........................................................ 50
94
Глава 5. Конвективный теплообмен и массообмен .................................. 51
5.1. Задача расчета конвективной тепло- и массоотдачи .......................... 51
5.2. Уравнения конвективного теплообмена и массообмена .................... 52
5.3. Конвективная тепло- и массоотдача при вынужденном движении
в случае ламинарного и турбулентного пограничных слоев .................... 55
5.4. Конвективная теплоотдача и массоотдача
при свободном движении .............................................................................. 66
5.5. Применение теории подобия для исследования процессов
конвективной тепло- и массоотдачи ............................................................ 68
5.6. Задачи для практического занятия ........................................................ 69
Глава 6. Теплопроводность ........................................................................... 70
6.1. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности .................................. 70
6.2. Уравнение теплопроводности ............................................................... 71
6.3. Начальные и граничные условия .......................................................... 73
6.4. Стационарная теплопроводность .......................................................... 74
6.5. Задачи для практического занятия ........................................................ 79
Глава 7. Радиационный теплообмен ............................................................ 81
7.1. Основные характеристики процесса излучения .................................. 81
7.2. Потоки излучения ................................................................................... 82
7.3. Законы излучения абсолютно черного тела. ........................................ 83
7.4. Излучение реальных тел ........................................................................ 84
7.5. Угловые коэффициенты излучения ...................................................... 86
7.6. Расчет радиационного теплообмена в системе двух тел .................... 87
7.7. Расчет радиационного теплообмена в системе двух тел
при наличии экрана ....................................................................................... 89
7.8. Задачи для практического занятия ........................................................ 90
Список литературы ......................................................................................... 93
95
Бум. офсет.
Усл. печ. л. 6,0
Уч.-изд. л. 5,5
Тираж 100 экз.
Заказ 68
С 39
Учебное издание
САМОРОДИНА Татьяна Валерьевна
ТЕПЛОФИЗИКА
Учебное пособие
Редактор Л.А. Скворцова
Компьютерная верстка Т.В. Семеновой
Подписано в печать 01.11.19 Формат 60×84 1/16
Саратовский государственный технический университет
Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77
96
410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Тел.: 99-87-39, е-mail: izdat@sstu.ru
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]