КП ТП 210 / ВОПРОСЫ ТП_1й семестр

ВОПРОСЫ

к экзамену по курсу «Теплопердача»

(зимняя сессия 2012 г.)

Обязательно наличие подписанного конспекта лекций (ксерокопии недопустимы).

Допускается использование в качестве вспомогательного материала 1 подписанного листа формата А4 с рукописными формулами, выводами уравнений и т.п. (ксерокопии недопустимы).

Минимальные требования: для получения положительной оценки необходимо (но недостаточно без ответа на вопросы по билету) знать наизусть

• обозначения, размерности и физический смысл основных величин и понятий теории теплопроводности и конвективного теплообмена (количества и потоков теплоты Q, Q_, q, q_l ; кинетических коэффициентов переноса а, ν, D; теплофизических свойств , , с_р, с_v; термодинамических параметров системы t, T, p, , v, u, U, h, H; градиента температуры и дивергенции вектора теплового потока; операторов Гамильтона и Лапласа);

• основные законы теплообмена (теплопроводности Фурье, теплоотдачи Ньютона-Рихмана, вязкого трения Ньютона, 2-го закона механики Ньютона);

• безразмерные критерии (числа) подобия (Нуссельта, Био, Фурье, Рейнольдса, Прандтля, Пекле, Стентона);

• уравнение теплопроводности и его варианты (Фурье, Пуассона, Лапласа) и условия однозначности;

• уравнение теплоотдачи;

• уравнения конвективного теплообмена (уравнение движения – хотя бы в векторной форме).

Экзаменационное задание включает 2 теоретических вопроса и 1 задачу по стационарной или нестационарной теплопроводности, подобную тем, которые решались на практических занятиях. Тема свободноконвективного теплообмена и задачи по конвективному теплообмену в билеты не включены.

При себе иметь калькулятор.

ВОПРОСЫ к зачету

1. Основные понятия теории теплообмена (внутренняя энергия, энтальпия, теплота, температура, давление, теплоёмкость).

2. Три механизма переноса теплоты. Потенциал (движущая сила) и направление процесса теплообмена.

3. Теплопроводность. Закон Фурье, коэффициент теплопроводности, градиент температуры.

4. Механизмы теплопроводности твердых тел (металлов, сплавов, неметаллов), капельных жидкостей и газов; влияние температуры. Сравнение порядка величин соответствующих коэффициентов теплопроводности.

5. Конвективный теплообмен, определение плотности теплового потока при конвекции с учётом молекулярного переноса теплоты.

6. Теплоотдача, закон Ньютона-Рихмана, коэффициент теплоотдачи. Граничное условие 3-го рода.

7. Температурное поле (безградиентное, стационарное, n-мерное, нестационарное). Набла-оперетор (Гамильтона), градиент температуры.

8. Уравнение теплопроводности в прямоугольных (декартовых) координатах. Физический смысл уравнения в целом и составляющих членов, принципы вывода.

9. Дивергенция вектора теплового потока. Оператор Лапласа. Понятие о цилиндрических и сферических координатах (на примере одномерных задач стационарной теплопроводности).

10. Частные виды уравнения теплопроводности. Коэффициент температуропроводности.

11. Условия однозначности (краевые условия).

12. Граничные условия I – IV рода.

13. Стационарная теплопроводность одно- и многослойной плоской стенки при граничных условиях I и III рода в отсутствие внутренних источников тепла. Уравнение Лапласа. Плотность теплового потока и распределение температуры в стенке.

14. Учёт зависимости коэффициента теплопроводности от температуры в случае стационарной теплопроводности через плоскую стенку.

15. Эквивалентный коэффициент теплопроводности многослойной стенки.

16. Теплопередача, уравнение и коэффициент теплопередачи. Термическое сопротивление (суммарное, теплоотдачи, теплопроводности).

17. Графический метод расчёта распределения температурного поля в многослойной стенке при теплопередаче.

18. Стационарная теплопроводность одно- и многослойной цилиндрической стенки при граничных условиях I и III рода в отсутствие внутренних источников тепла. Уравнение Лапласа в цилиндрических координатах. Линейная плотность теплового потока и распределение температуры в стенке.

19. Стационарная теплопроводность шаровой (сферической) стенки при граничных условиях I и III рода в отсутствие внутренних источников тепла. Уравнение Лапласа в сферических координатах. Плотность теплового потока и распределение температуры в стенке.

20. Безразмерное уравнение стационарного температурного поля (распределения температуры) в плоской, цилиндрической и шаровой стенке (обобщённый метод).

21. Упрощённый расчёт теплового потока через плоскую, цилиндрическую и шаровую стенки. Эффективная расчётная поверхность.

22. Методы интенсификации теплопередачи (увеличение коэффициента теплоотдачи; увеличение поверхности теплообмена).

23. Стационарная теплопроводность плоской оребрённой стенки. Коэффициент оребрения. Коэффициенты эффективности ребра и оребрённой поверхности.

24. Математическая формулировка, принципы и результаты решения задачи о нестационарной теплопроводности (нагревании) неограниченной пластины.

25. Анализ решения задачи о нагревании неограниченной пластины при граничных условиях III рода. Критерии подобия процессов нестационарной теплопроводности.

26. Влияние числа Био на распределение температуры при нагревании пластины.

27. Математическая формулировка и результаты решения задач о нестационарной теплопроводности (нагревании) бесконечно длинного цилиндра и шара.

28. Влияние геометрической формы тела (безграничная пластина, бесконечно длинный цилиндр, шар) на распределение температуры и скорость его нагревания (охлаждения).

29. Количество теплоты, отданное (полученное) телом в процессе охлаждения (нагревания).

30. Расчет процесса нестационарной теплопроводности тел конечных размеров. Метод суперпозиции температурных полей.

31. Регулярный тепловой режим охлаждения/нагревания тел. Темп охлаждения, метод его экспериментального определения.

32. Темп охлаждения/нагревания тела в условиях конечного и бесконечно большого коэффициента теплоотдачи. I и II теоремы Кондратьева. Коэффициент неравномерности распределения температуры.

33. Вынужденная конвекция и влияние на нее физических свойств жидкости. Закон вязкого трения Ньютона. Динамическая и кинематическая вязкость, влияние температуры. Сжимаемость капельной жидкости и газа.

34. Система дифференциальных уравнений конвективного теплообмена.

35. Граничные условия "прилипания" и концепция гидродинамического и теплового пограничных слоёв.

36. Гидродинамический пограничный слой при стационарном безградиентном обтекании пластины. Соотношение сил инерции и вязкости. Число Рейнольдса. Характерные масштабы скоростей и размеров.

37. Тепловой пограничный слой при стационарном безградиентном обтекании пластины. Соотношение интенсивностей молекулярного и молярного переноса внутри и вне пограничного слоя. Характерные масштабы температур и размеров.

38. Система дифференциальных уравнений конвективного теплообмена в приближении пограничного слоя.

39. Конвективный теплообмен при продольном обтекании плоской поверхности (пластины). Влияние числа Рейнольдса на режим течения и структуру пограничного слоя. Критические числа Рейнольдса.

40. Расчёт коэффициента теплоотдачи при продольном обтекании пластины в ламинарном режиме. Критерий Нуссельта. Локальный и средний по длине коэффициенты теплоотдачи.

41. Кинематические коэффициенты переноса теплоты, импульса и массы при ламинарном и турбулентном режимах течения. Тройная аналогия. Соотношение интенсивностей турбулентного и молекулярного переноса в пристенной области и внешнем потоке. Структура турбулентного пограничного слоя.

42. Аналогия Рейнольдса между переносом теплоты и импульса (количества движения). Критерий Стентона.

43. Расчёт коэффициента теплоотдачи при продольном обтекании пластины в турбулентном режиме. Локальный и средний по длине коэффициенты теплоотдачи.

44. Режимы вынужденного течения жидкости в трубе. Критические числа Рейнольдса. Гидродинамическая и тепловая стабилизация потока. Длина участка стабилизации.

45. Критериальные зависимости для расчёта конвективного теплообмена в трубе при ламинарном режиме. Поправки на длину трубы.

46. Критериальные зависимости для расчёта конвективного теплообмена в трубе при турбулентном режиме.

47. Характерный размер и определяющая температура при расчете конвективного теплообмена по критериальным зависимостям. Поправка на изменение свойств жидкости при ее охлаждении или нагревании в трубе.

48. Расчет конвективного теплообмена при поперечном обтекании трубы и пучков труб. Отрывное обтекание; дорожка Кармана. Влияние угла атаки.

49. Конвективный теплообмен шара.