|
|
Міністерство освіти і науки України
ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ |
Спеціальність 6. 060101
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання самостійної роботи з курсу
«ТЕПЛОМАСООБМІН»
Харків 2011
Міністерство освіти і науки України
ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ
Спеціальність 6.060101
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання самостійної роботи з курсу
«ТЕПЛОМАСООБМІН»
|
Затверджено на засіданні кафедри ТГВ і ТВЕР Протокол № 10 від 05.05.2010 р. |
Харків 2011
Методичні вказівки до виконання самостійних робіт з курсу «Тепломасообмін» для студентів спеціальності 6. 060101 «Теплопостачання і вентиляція» / Укладачі: Басова Н.М., Поволочко В.Б. – Харків: ХДТУБА, 2011 – 20 с.
Рецензент: Н.Г. Ланцберг
Кафедра «Теплогазопостачання, вентиляції і використання теплових вторинних енергоресурсів»
Вступ
Дисципліна «Тепломасообмін» є базовою при підготовці інженерів.
Метою даного методичного матеріалу є підготовка студентів до оволодіння питань тепломасообміну та успішного використання придбаних знань та навичок у професійній діяльності.
Методичні вказівки можуть бути використані студентами денної та заочної форми навчання, та вміщують питання до самоконтролю з основних розділів: теплопровідність, конвективний теплообмін, випромінювання та теплообмінні пристрої.
Так як у сучасній підготовці студентів значно збільшується частина часу, що відводиться для самостійної роботи студентів, вважаємо видання цього посібника своєчасним та актуальним.
Тема 1. Теплопровідність
У результаті вивчення цієї теми студент повинен отримати уяву про теплопровідність, як одну складову із трьох елементарних процесів теплообміну. Слід засвоїти поняття «температурне поле» та «температурний градієнт».
Необхідно привернути увагу на те, що із всіх видів температурних полів найбільш простими, найбільш приємними для розрахунку є одномірні температурні поля, у яких температура, а як наслідок, та її температурний градієнт залежать тільки від однієї координати.
Треба засвоїти поняття «густини теплового потоку» та «тепловий потік», знати одиниці їх вимірювання, привернути увагу, що одиницями теплового потоку є одиниці потужності [Вати (Вт)].
При вивченні диференційного рівняння теплопровідності Фур’є необхідно привернути увагу, що його виведення базується на законі збереження енергії, законі теплопровідності Фур’є та на припущенні про постійність значень коефіцієнту теплопровідності.
Студент повинен знати формули, щодо визначення густини теплового потоку при граничних умовах І; ІІІ роду. Засвоїти поняття «коефіцієнт теплопередачі». Знати формули щодо визначення «лінійного теплового потоку» через одношарову та багатошарову циліндричну стінку при граничних умовах І та ІІІ роду. Вивчити такі поняття, як «лінійний коефіцієнт теплопередачі», «критичний діаметр ізоляції».
При вивченні теплопровідності при нестаціонарному тепловому режимі студент повинен вміти користуватися графіками залежності між числами Фур’є, Біо і безрозмірною температурою, використовувати необхідний графік в залежності від умов задачі, що передбачає обчислення безрозмірної температури або на поверхні, або у середині тіла (пластини, циліндру).
Питання до самоконтролю
1.1 Дайте пояснення: чи можуть ізотермічні поверхні перетинатися?
1.2 Чи можуть ізотермічні поверхні бути замкненими?
1.3 Із двох протилежних тверджень:
- градієнт температур є перпендикулярним до ізотерми;
- градієнт температур є паралельним ізотермі. Чи є вірним друге?
1.4 Чи достатньо знати градієнти температурного поля, щоб визначити різницю температур між точками поля?
1.5 Проаналізуйте, чи достатньо знати термін нагріву і кількість теплоти, що підвели до тіла вільних розмірів за цей час, щоб визначити густину теплового потоку на поверхні тіла?
1.6 Чи можуть бути однаковими дійсна та середня густина теплового потоку?
1.7 Поясніть, чи можуть бути однаковими одиниці розмірності густини теплового потоку та об’ємна потужність внутрішніх джерел теплоти?
1.8 Проаналізуйте, чи можна розглядати диференційне рівняння теплопровідності Фур’є, як одну із форм закону збереження енергії?
1.9 Поясніть, чи можна використовувати рівняння Лапласа до аналізу процесів нестаціонарної теплопровідності?
1.10 Поясніть, чи входять фізичні параметри тіла до складу умов однозначності, необхідних для вирішення диференційного рівняння теплопровідності?
1.11 Чи мають однаковий зміст поняття «умови однозначності» та «крайові умови»?
1.12 Чи мають однаковий зміст поняття «граничні умови» та «краєві умови»?
1.13 Покажіть, чи вірно, що при стаціонарному режимі теплообміну через стінку, перепад температур прямопропорцієн її термічному опору?
1.14 Чи однакову розмірність мають густина теплового потоку та лінійна густина теплового потоку?
1.15 Чи однакові за своїми розмінностями термічні опори - для плоскої стінки та лінійні – для циліндричної стінки?
1.16 Проаналізуйте, чи однакова наскрізь густина теплового потоку (q) по товщі плоских багатошарових стінок при відсутності у них тепловиділень та теплопоглинань в умовах стаціонарного режиму?
1.17 Чи повсюди однаковий тепловий потік Q по товщі багатошарових стінок при відсутності у них тепловиділень та теплопоглинань в умовах стаціонарного режиму?
1.18 Чи вірно, що у випадку плоскої стінки питомий термічний опір тепловіддачі (приграничного шару) залежить лише від коефіцієнту тепловіддачі?
1.19 Чи вірно, що у випадку циліндричної стінки лінійний термічний опір тепловіддачі (приграничного шару) залежить лише від коефіцієнту тепловіддачі?
1.20 Чи завжди термічний опір теплопередачі між рідинами через стінку більше термічного опору цієї стінки?
1.21 У випадку теплопередачі від рідини до повітря через розділяючи їх металеву стінку чи є оребрення з боку повітря більш ефективним ніж з боку рідини?
1.22 Чи може зростати тепловий потік через циліндричну стінку у наслідку збільшення її товщини, коли при цьому зберігаються незмінними температура внутрішнього шару стінки, температура навколишнього середовища та коефіцієнт тепловіддачі від зовнішнього шару стінки до навколишнього середовища?
1.23 Чи можна обчислити критичний діаметр циліндричної стінки, не враховуючи умов теплообміну її зовнішньої поверхні з навколишнім середовищем?
1.24 Коли на двох плоских стінках однакової товщини спостерігається однаковий перепад температур, то чи може бути відмінною густина (інтенсивність) теплового потоку через ці стінки?
1.25 Якщо у однорідній циліндричній стінці досліджувати два однакових по товщині шари – внутрішній та зовнішній, то чи можуть перепади температур у цих шарах бути однаковими у якомусь випадку?
1.26 Чи достатньо знати умови однозначності, щоб описати процес змінення температурного поля у твердому тілі?
1. 27 Чи достатньо знати диференційне рівняння теплопровідності, щоб визначити температурне поле у твердому тілі (у будь-якій точці, у будь який момент часу?)
1.28 Чи однакові одиниці вимірювання коефіцієнту температуропровідності та коефіцієнту теплопровідності?
1.29 Чи завжди початкові умови мають вигляд: t0 = const?
1.30 Чи можна здійснити виконання умов першого роду на поверхні шару?
1.31 Чи залежить від характеру граничних умов вигляд формули, що описує температурне поле? Формула має бути отримана після вирішення диференційного рівняння теплопровідності.
1.32 Чи вірно, що безрозмірна координата Х дорівнює значенню 0 у центрі пластини товщиною 2δ?
1.33 Чи вміщує число Біо коефіцієнт теплопровідності рідкої рідини (навколишнього середовища)?
1.34 Чи однаковий вигляд мають написання лінійних розмірів, що входять до складу числа Фур’є для пластини та циліндру?
1.35 Чи може безрозмірна температура зростати у режимі нагріву чи охолодження?
1.36 Чи можна по типовим діаграмам виду θ = ƒ(F0, Ві) для циліндру визначити безрозмірну температуру в будь-якій точці необмеженого циліндру?
1.37 Чи достатньо однієї із діаграм виду θ = ƒ(F0, Ві) для пластини, щоб визначити різницю безрозмірних температур між серединою та поверхнею необмеженої пластини?
1.38 Чи є у складі чисел Фур’є та Біо однойменний множник?