- •Міністерство освіти і науки україни національна металургійна академія україни
- •Б.Б. Потапов тепломассообмен Днепропетровск нМетАу 2009
- •Раздел 1. Введение в теорию теплообмена
- •1.1. Способы и механизмы переноса теплоты
- •Перенос теплоты теплопроводностью
- •1.1.2. Перенос теплоты конвекцией
- •1.1.3. Излучение
- •1.2. Основные понятия и определения
- •1.3. Основные законы переноса теплоты.
- •1.3.1. Теплопроводность
- •1.3.2. Конвективный теплообмен
- •1.3.3. Лучистый теплообмен
- •1.3.4. Теплопередача
- •Раздел 2. Теплопроводность
- •2.1. Общие положения теории теплопроводности
- •2.1.1. Теплопроводность веществ
- •2.1.2. Дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье и условия однозначности
- •2.2. Теплопроводность и теплопередача при стационарном режиме
- •2.2.1. Теплопроводность и теплопередача через плоскую стенку
- •2.2.2. Влияние переменности на распределение температуры в пластине
- •2.2.3. Теплопроводность и теплопередача в цилиндрической стенке
- •2.2.4. Критический диаметр цилиндрической стенки
- •2.2.5. Теплопередача через стенки произвольной формы
- •2.2.6. Пути интенсификации теплопередачи
- •2.3. Теплопроводность при нестационарном режиме
- •2.3.1. Решение задач нестационарной теплопроводности методом разделения переменных
- •2.3.2. Исследование решения уравнения теплопроводности при условии
- •2.3.3. Исследование решения дифференциального уравнения теплопроводности при
- •2.3.4. Метод расчета нагрева(охлаждения) тел по графикам
- •2.3.5. Охлаждение тел конечных размеров.
- •Конечной длины
- •В уравнении множители правой части находятся по формулам или графикам, причем в качестве определяющих линейных размеров берется половина высоты цилиндра Rz и радиус цилиндра r0.
- •2.3.6. Численные методы решения задач теплопроводности
- •Решение дифференциального уравнений теплопроводности мкр для граничных условий II рода.
- •2.3.7. Приближенные методы решения задач теплопроводности
- •Метод тепловой диаграммы. В основу метода тепловой диаграммы положено уравнение теплового баланса для всего нагреваемого тела.
- •Раздел 3. Конвективный теплообмен
- •3.2. Элементы теории подобия
- •3.2.1. Числа гидродинамического подобия
- •3.3. Теплообмен при естественной конвекции
- •3.3.1. Аналитическое решение задачи теплообмена при свободном ламинарном движнии вдоль вертикальной пластины
- •3.3.2. Теплообмен при свободной конвекции в большом объеме
- •3.3.3.Теплообмен при свободном движении в ограниченном пространстве
- •3.4. Вынужденная конвекция при течении жидкости в трубах и каналах
- •3.4.1. Теплоотдача при ламинарном режиме течения
- •3.4.2. Теплоотдача при турбулентном режиме течения
- •3.4.3. Теплоотдача при переходном режиме движения жидкости
- •3.4.4. Теплоотдача при течении жидкости в изогнутых трубах
- •3.4.5. Теплообмен при продольном омывании труб
- •Теплообмен при поперечном обтекании труб
- •3.6. Теплообмен при поперечном обтекании пучков труб
- •3.7. Теплообмен при обтекании плоской поверхности
- •3.8. Теплообмен при кипении
- •3.8.2. Закономерности зарождения, роста, отрыва и движения паровых пузырей
- •3.8.3. Кривая кипения
- •3.8.4. Кипение жидкости в большом объеме
- •3.8.5. Кризисы кипения
- •3.8.6. Пузырьковое кипение при вынужденной конвекции
- •3.8.7. Теплообмен при плёночном режиме кипения
- •3.9. Теплообмен при конденсации пара
- •3.9.1. Характеристика процесса конденсации
- •3.9.2.Основные уравнения подобия и расчетные формулы
- •3.9.3. Влияние на теплоотдачу при конденсации различных факторов
- •4.Теплообмен излучением
- •4.1. Общие положения лучистого теплообмена
- •4.1.1. Описание процесса
- •4.1.2. Определение основных понятий
- •4.1.3. Поглощательная, отражательная и пропускательная способность тела
- •4.1.4 Эффективное и результирующее излучение
- •4.1.5. Основные законы теплового излучения
- •4.2. Угловые коэффициенты и методы их определения
- •4.3. Лучистый теплообмен между телами, разделенными прозрачной средой
- •4.3.1. Теплообмен обособленного тела с окружающей средой
- •4.3.2. Лучистый теплообмен между двумя поверхностями, образующих замкнутую систему
- •4.3.3. Теплообмен излучением при наличии экрана
- •4.3.4. Лучистый теплообмен между “n” поверхностями, образующими замкнутую систему
- •4.4. Теплообмен излучением в поглощающей газовой среде
- •4.4.1. Особенности поглощающих и излучающих сред
- •4.4.2. Лучистый теплообмен между газом и оболочкой
- •4.4.3. Теплообмен излучением между двумя поверхностями, разделенными поглощающим газом
- •4.5. Особенности теплообмена излучением в металлургических печах
- •4.6. Радиационно-конвективный теплообмен и теплопередача
- •Раздел 5. Теплообменные аппараты
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Основы теплового расчета рекуперативных теплообменников
- •5.2.1. Уравнение теплового баланса рекуператора
- •5.2.2. Уравнение передачи теплоты в рекуперативном теплообменнике
- •5.2.3. Определение средней разности температур между греющим и нагреваемым теплоносителями
- •5.2.4. Конечные температуры теплоносителей
- •5.3. Основы теплового расчета регенераторов
Раздел 1. Введение в теорию теплообмена
1.1. Способы и механизмы переноса теплоты
Наблюдения процесса распространение теплоты показало, что теплообмен сложное явление, которое можно представить тремя простейшими коренным образом отличающимися друг от друга способами – теплопроводностью, конвективным переносом (конвекцией) и излучением.
-
Перенос теплоты теплопроводностью
Явление теплопроводности состоит в переносе теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Механизм переноса зависит от агрегатного состояния вещества.
Молекулы газа обладают кинетической энергией поступательного и вращательного движений. Средняя кинетическая энергия одной молекулы прямо пропорциональна ее абсолютной температуре. Передача теплоты теплопроводностью в газах обусловлена переносом кинетической энергии при молекулярном движении, в результате чего температура в неравномерно нагретом газе постепенно выравнивается. С повышением температуры увеличивается кинетическая энергия, длина свободного пробега и скорость движения молекул. При столкновении “горячих” молекул с менее нагретыми элементарными частицами кинетическая энергия передается от первых ко вторым, в результате чего холодные молекулы начинают двигаться быстрее, что равносильно их нагреву.
Силы взаимодействия молекул в жидкостях проявляются сильнее, чем в газах. Однако молекулы жидкости, как и в газах, совершают беспорядочные колебания вокруг хаотически перемещающегося центра равновесия. Если температура молекул будет повышаться, то увеличится и амплитуда их колебаний. Эти упругие колебания будут передаваться смежным молекулам, таким образом, вся энергия будет передаваться от слоя к слою за счет упругих колебаний.
В твердых телах также перенос теплоты осуществляется посредством упругих колебаний. Исключение составляют металлы, в которых передача теплоты осуществляется за счет свободных электронов, поток которых можно уподобить идеальному одноатомному газу.
Итак, механизм передачи теплоты теплопроводностью в газах, жидкостях и твердых телах различен, в силу чего эти вещества, нагретые до одинаковой температуры, будут передавать теплоту с разными скоростями.
1.1.2. Перенос теплоты конвекцией
Под конвекцией понимают перенос макро объемов жидкости или газов в неподвижной или движущейся среде. Объемы жидкости или газа из области с большей температурой перемещаются в область с меньшей температурой и переносят с собой теплоту. Конвекция возможна в телах, макрообъемы которых могут перемещаться относительно друг друга.
Беспорядочное движение молекул в теле, обусловленное теплопроводностью, имеет место наряду конвективным переносом теплоты. Таким образом, конвективный перенос сопровождается теплопроводностью. Совместный перенос тепла конвекцией и теплопроводностью называют конвективным теплообменом.
При прочих равных условиях конвективный теплообмен намного интенсивнее, чем перенос теплоты теплопроводностью, так как порции энергии переносимые макрообъемами больше энергии переносимой отдельными молекулами.