
- •Тема №1 Техническая термодинамика.
- •1.Основные понятия и определения.
- •Уравнение Клайперона 1834г.
- •2. Внутренняя энергия.
- •3.Работа газа.
- •4.Теплота
- •Первый закон термодинамики.
- •5. Теплоемкость.
- •6.Энтальпия
- •7.Энтропия
- •8.Термодинамические процессы
- •Политропный процесс.
- •Водяной пар.
- •Диаграмма pV для водяного пара
- •Ts- диаграмма для водяного пара
- •Второй закон термодинамики
- •IS- диаграмма водяного пара.
- •Расчет тепловых параметров по is- диаграмме.
- •Истечение и дросселирование пара и газа.
- •Истечение газа из сопла.
- •Истечение паров
- •Дросселирования газов и паров.
- •Паротурбинная установка.
- •Цикл паротурбинных установок. Цикл Ренкин.
- •Регенеративный цикл.
- •Теплофикационный цикл.
- •Цикл газотурбинной установки.
- •Тема №2 Основы теплопередачи.
- •Основные понятия и определения.
- •Теория теплопроводности. Закон Фурье.
- •Однослойная плоская стенка.
- •Многослойная плоская стенка.
- •Тема №3 Конвективный теплообмен.
- •Определение коэффициента теплоотдачи.
- •Теплоотдача при вынужденной конвекции.
- •Теплообмен при свободной конвекции.
- •Лучистый теплообмен.
Определение коэффициента теплоотдачи.
Для определения коэффициента теплоотдачи берут число Нуссельта (критерий) в которое входит коэффициент теплоотдачи. Остальные критерии, выполняют роль аргументов этой функции и выбираются в зависимости от характера движения жидкости. Составленная таким образом функция называется критериальным уравнением. При вынужденном движении жидкости, согласно теории подобия, применяются следующие критериальные уравнения:
Nu`=f(Re,Pr)
где
-
коэффициент температуропроводности.
Так как для газов число Прандтля Pr=const, то
Nu`=f(Re).
При естественной конвекции применяется критериальное уравнение:
Nu`=f(Gr;Pr)
-
естественная конвекция.
Теплоотдача при вынужденной конвекции.
При вынужденной
конвекции коэффициент теплоотдачи
зависит от следующего условия: характера
движения жидкости или газа. С возрастанием
числа Рейнольдса увеличивается
турбулентность, а значит возрастает
теплообмен и коэффициент α. При
турбулентном движении жидкости в гладких
трубах при Re>,
применяется импереческое уравнение
для вычисления числа Нуссельта:
Nu=0.021··
·A
Справедливо, если
число Рейнольдса Re<.
Здесь коэффициент А определяют исходя
из природы жидкости или газа и используют
формулу:
,
Где Prж - число Прандтля для жидкости.
Prст - число Прандтля для стенки.
Для газов А=1.
Коэффициент А учитывает направление теплового потока. При нагревании α получается больше, при охлаждении – меньше.
При l/d>50 ,
где l- длина трубы
d - диаметр трубы.
Значение α получаются средним для всей длины трубы.
Теплообмен при свободной конвекции.
Теплообмен при свободном движении наблюдается вдоль нагретой стенки и происходит вследствие разности температур. Характер движения потока при свободной конвекции изменяется от ламинарного до турбулентного, и одновременно с этим изменяется и коэффициент теплоотдачи α.
;
С,n- Коэффициенты, которые определяют из справочников в зависимости от величины аргументов (Gr;Pr)
λ- коэффициент теплопроводности.
l- определяющий размер за который принимается высота стенки или длина вертикальной трубы.
В случае горизонтальной трубы за определяющий размер определяется диаметр d.
Лучистый теплообмен.
Тепловое излучение – есть результат превращения внутренней энергии тел в энергию электромагнитных колебаний. Тепловое излучение как процесс распространения электромагнитных волн характеризуется длиной волны λ и частотой колебаний:
ν=с/λ,
с-
скорость света. (В вакууме
м/с)
Тепловой поток, излучаемый на всех длинах волн с единицей поверхности тела по всем направлениям называется поверхностной плотности потока интегрального излучения E.
Часть энергии излучения Eпад, падающего на тело поглощается Eа, часть отражается Er и частично проникает сквозь него E∆.
Eа+ Er+ E∆= Eпад.
Это уравнение теплового баланса можно записать в безразмерной форме:
A+R+D=1,
Где А- коэффициент поглощения.
R- коэффициент отражения.
D- коэффициент пропускания.
Тело, поглощающее все падающие на него излучения, называется абсолютно черным, для него А=1.
Тела для которых А<1 и зависит от длины волны падающего излучения называется серыми. Для абсолютно белого тела R=1,для прозрачного D=1.
Как абсолютно черного тела так и абсолютно белого тела не существуют, тепловые лучи поглощаются телом и преобразуются в энергию движения атомов и молекул, что вызывает повышение температуры тела. Интенсивность излучения возрастает с повышением температуры излучающих тел.
Твердые тела и жидкостные тела излучают электромагнитные волны основного спектра (0;∞). Нагретые газы излучают только в определенном интервале длины волн. Суммарный процесс взаимного испускания, поглощения, отражения и пропускания энергии излучения в системах тел, называется лучистым теплообменом.
Поверхностная плотность потока интегрального излучения абсолютно черного тела, в зависимости от его температуры, описывается законом Стефана-Больцмана.
,
где
σ0=5,67- постоянная Стефана- Больцмана.
Для технических расчетов закон Стефана- Больцмана записывают в виде:
,где
С0= σ0·
=5,67 - коэффициент
излучения абсолютно черного тела.
Тела, с которыми мы встречаемся на практике излучают меньше тепловой энергии, чем абсолютно черное тело при той же температуре.
Отношение поверхностной плотности потока собственного интегрального излучения E к поверхностной плотности потока интегрального излучения E0 абсолютно черного тела при той же температуре называется степенью черноты тела.
Степень черноты
()
меняется для различных тел от 0 до 1, в
зависимости от материала, состояния
поверхности и температуры (справочная
величина).