- •Методическое пособие
- •Дисциплины
- •Направление
- •110300 Агроинженерия
- •Оглавление
- •Условные обозначения
- •1 Теплопроводность при стационарном режиме
- •1.1 Теплопроводность плоской степени
- •1.2 Теплопроводность цилиндрической стенки
- •1.3 Теплопроводность шаровой стенки
- •1.4 Теплопроводность тел с внутренним источником теплоты
- •1.5 Примеры решения задач
- •1.5.1 Плоская стенка
- •1.5.2 Цилиндрические и шаровые стенки
- •2 Конвективный теплообмен
- •2.1 Общие сведения
- •2.2 Числа подобия
- •2.3 Свободная (естественная) конвенция
- •2.3.1 Примеры решения задач
- •2.4 Вынужденная конвекция
- •2.5 Конвективный теплообмен через зернистый слой
- •2.6 Теплоотдача суспензий
- •2.7 Теплообмен при изменении агрегатного состояния
- •2.7.1 Теплообмен при кипении
- •2.7.2 Теплообмен при конденсации
- •3 Расчет теплообмена излучением
- •4 Расчет теплообмена конвекцией и излучеием
- •Приложение в
- •Приложение г
- •Приложение д
- •Приложение е
- •Библиографический список
1 Теплопроводность при стационарном режиме
Теплопроводность – это процесс распространения теплоты за счет непосредственного соприкосновения микрочастиц тела (молекул, атомов, свободных электронов) за счет перемещения из области высокой температуры в область низкой температуры. Теплопроводность наблюдается в твердых, жидких и газообразных телах.
Основным законом теплопроводности является закон Фурье
; (1.1)
, (1.2)
где t– разность температур,С;
п– расстояние по нормали, м.
=о(1+в(t-to)), (1.3)
где o– теплопроводность при температуреto, Вт/(м·К);
в– постоянная, определяемая опытным путем.
t– температура при определяемой,С;
1.1 Теплопроводность плоской степени
Для однородной плоской стенки поверхностная плотность теплового потока q1(Вт/м2) определяется
, (1.4)
где - тепловая проводимость стенки, Вт/(м2·К);
- внутреннее термическое сопротивление стенки, (м2·К)/Вт.
Температура для любой точки стенки определяется
(1.5)
Рисунок 1.1 Схема теплового потока через однородную плоскую стенку |
Рисунок 1.2 Схема теплового потока через многослойную стенку |
Если зависимость теплопроводности от температуры носит линейный характер, то
; (1.6)
. (1.7)
Если учесть зависимость отt, то
(1.8)
В общем случае (1.9)
Поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2, через многослойную плоскую стенку (рисунок 2)
(1.10)
Иногда для сокращения выкладки многослойную стенку рассчитывают как однородную толщиной . При этом в расчет вводится так называемая эквивалентная теплопроводностьэкв.
(1.11)
1.2 Теплопроводность цилиндрической стенки
Поверхностная плотность теплового потока через однослойную цилиндрическую стенку
(1.12)
Количество теплоты, проходящее через цилиндрическую стенку, может быть отнесено к единице длины l1, либо к единице внутреннейА1или внешнейА2поверхности
; (1.13)
; (1.14)
; (1.15)
. (1.16)
С учетом зависимости теплопроводности от температуры
. (1.17)
Линейная плотность теплового потока для многослойной стенки
. (1.18)
1.3 Теплопроводность шаровой стенки
Тепловой поток через однородную шаровую стенку определяется по формуле
, (1.19)
где =(d1-d2)/2– толщина стенки, м.
. (1.20)
С учетом зависимости теплопроводности от температуры
(1.21)
Расчет теплопроводности тел неправильной формы можно определить по формуле
, (1.22)
где Ах– расчетная поверхность тела, м2.
1.4 Теплопроводность тел с внутренним источником теплоты
Для однородной плоской стенки с внутренним источником теплоты поверхностная плотность теплового потока qx, Вт/м2.
Рисунок 1.3 Плоская стенка с внутренним источником теплоты |
Рисунок 1.4 Круглый стержень с внутренним источником теплоты |
. (1.23)
Температура
. (1.24)
С учетом зависимости теплопроводности от температуры
. (1.25)
Для круглого стержня с внутренним источником теплоты (рисунок 1.4) поверхностная плотность теплого потока qrизменяется пропорционально радиусуr:
. (1.26)
Температура
,(1.27)
где to– температура приr=0.
Перепад температуры по радиусу стержня:
, (1.28)
где qe=q··.
С учетом зависимости теплопроводности от температуры
. (1.29)
Для цилиндрической стенки с внутренним источником теплоты линейная плотность теплового потока qeи температураtxзависят от способа отвода теплоты. а) Теплота отводится через внешнюю поверхность цилиндра. . (1.30) Температура . (1.31) При r=r2 . (1.32) | |
Рисунок 1.5 Цилиндрическая стенка с внутренним источником теплоты |
С учетом зависимости теплопроводности от температуры
.(1.33)
б) теплота отводится через внутреннюю поверхность цилиндра
; (1.34)
. (1.35)
С учетом зависимости теплопроводности от температуры
. (1.36)