- •І. Технічна термодинаміка
- •Основні поняття й визначення технічної термодинаміки
- •1.1. Технічна термодинаміка та її методи
- •1.2. Теплота і робота. Термодинамічна система. Робоче тіло
- •1.3. Параметри стану. Рівняння стану
- •1.4. Термодинамічні процеси
- •Газові суміші
- •2.Перший і другий закони термодинаміки
- •2.1. Формулювання й аналітичне вираження першого закону
- •Вираження теплоти і роботи через параметри стану
- •2.3. Теплоємність
- •2.4. Формулювання і аналітичне вираження другого закону термодинаміки
- •2.5. Прямі і зворотні цикли теплових двигунів
- •2.6. Цикл Карно
- •3. Термодинамічні процеси ідеальних газів
- •3.1. Ізохорний процес
- •3.2. Ізобарний процес
- •3.3. Ізотермічний процес
- •3.4. Адіабатний процес
- •3.5. Політропний процес
- •4. Термодинамічні процеси в реальних газах і парі
- •4.1. Властивості реальних газів
- •Фазові переходи
- •4.3 Пари, основні визначення
- •4.4 Процес паротворення в p-υ і t-s координатах
- •4.5 Параметри рідини і пари
- •5. Вологе повітря
- •6. Витікання та дроселювання газів і пари
- •7. Термодинамічні процеси в компресорах
- •8. Цикли двз (двигунів внутрішнього згоряння)
- •9. Цикли гту (газотурбінних установок)
- •10. Цикли псу (паросилових установок)
- •11. Холодильні установки
- •II. Теория теплообміну
- •12. Теплопровідність
- •12.1. Види теплообміну. Основні положення теплопровідності
- •12.2. Закон Фур'є
- •12.3. Диференціальне рівняння теплопровідності
- •12.4. Теплопровідність через стінку при стаціонарному режимі
- •12.5. Теплопровідність при нестаціонарному режимі
- •13. Конвективный теплообмін (кт)
- •13.1. Основні поняття й визначення
- •13.2. Фізичний зміст критеріїв подібності
- •13.3. Основні види кт
- •13.4. Теплообмін при кипінні
- •13.5. Теплообмін при конденсації
- •14. Теплопередача
- •14.1. Процес теплопередачі
- •14.2. Теплопередача через плоску стінку при стаціонарному режимі
- •14.3. Теплопередача через циліндричну стінку при стаціонарному режимі
- •14.4. Критичний діаметр теплової ізоляції
- •14.5. Інтенсифікація теплопередачі
- •15. Теплообмін випромінюванням
- •15.1. Основні поняття й визначення
- •15.2. Закони випромінювання
- •15.3. Теплообмін випромінюванням у прозорому середовищі
- •15.4. Складний теплообмін
- •15.5. Випромінювання газів
- •16. Теплообмінні апарати
- •16.1. Класифікація апаратів
- •16.2. Схеми руху теплоносіїв
- •16.3. Середній температурний напір
- •16.4. Теплові розрахунки теплообмінних апаратів
- •16.5. Основи гідромеханічного розрахунку теплообмінних апаратів
- •17. Паливо і основи горіння
- •17.1. Види палива
- •17.2. Елементарний склад палива
- •17.3. Фізичний процес горіння палива
- •17.4. Топковий пристрій
- •17.5. Основні формули процесу горіння
- •18. Теплопостачання. Сушильні установки
- •18.1. Теплопостачання
- •18.1. Сушильні установки
- •19. Котельні установки
- •20. Відновлювані джерела енергії (вдр)
- •Література
13.1. Основні поняття й визначення
При конвективном теплообміні теплота одночасно переноситься конвекцією й теплопровідністю. Розрізняють вимушену й вільну конвекцію. Вільна виникає під дією різниці густин нагрітих і холодних об'ємів рідини. Вимушена виникає під дією сил, що спричиняють напрямлений рух рідини або газу (робота насоса, вентилятора й ін.). КТ підкоряється закону Ньютона-Ріхмана: – диференціальна форма, ,
де tс, tр – температура стінки й рідини, оС; F – площа поверхні теплообміну, м2; - коефіцієнт тепловіддачі . Коефіцієнт тепловіддачі чисельно дорівнює кількості теплоти, що проходить в одиницю часу через одиницю площі поверхні при різниці температур між стінкою й рідиною в один градус. Якщо визначається для елемента поверхні, то його називають місцевим або локальним, . Якщо визначається для всієї поверхні, то його називають середнім .
При русі рідини уздовж поверхні поблизу неї утворюється шар загальмованої рідини. Шар, у якому швидкість змінюється від значення на стінці до швидкості незбуреного потоку, називається гідродинамічним прикордонним шаром. Він є основним термічним опором при переносі теплоти. Рух у шарі може бути ламінарним і турбулентним. У ламінарному шарі (товщина його л, див. рис.) теплота переноситься теплопровідністю, тому зі збільшенням л, зменшується. У перехідному шарі зростає й зі збільшенням товщини турбулентного шару т дещо знижується і в області розвиненого турбулентного плину стабілізується. Турбулентний гідродинамічний шар складається з в’язкого підшару, товщиною в.п., у якому вихри гасяться силами в'язкості. У турбулентному шарі теплота переноситься і конвекцією, й теплопровідністю. Шар рідини, у якому температура змінюється від значення на стінці до температури незбуреного потоку, називається тепловим прикордонним шаром.
13.2. Фізичний зміст критеріїв подібності
КТ описується системою диференціальних рівнянь:
Рівняння руху Нав’є-Стокса показує, що прискорення маси на одиницю об'єму дорівнює сумі усіх сил, діючих на об'єм: .
Рівняння енергії описує поле температур рідини, що рухається: .
Рівняння суцільності описує зміну густини рідини, що рухається: .
Рівняння тепловіддачі зв'язує з полем температур «прилиплої» рідини
До рівнянь додають умови однозначності: геометричні, тимчасові, фізичні й граничні. Рішення складне, тому дослідження проводять експериментальним шляхом, а результати представляються у вигляді критеріальних рівнянь. У рівняння входять критерії (числа) подібності, складені з величин, що входять у рівняння, і крайові умови. Критерії безрозмірні.
Основні критерії:
1. Нуссельта - характеризує теплообмін на границі стінка-рідина, l – визначальний розмір (d, , H та ін.);
2. Рейнольдса – визначає режим руху середовища, - динамічний коефіцієнт в'язкості;
3. Пеклє – характеризує вплив на теплообмін співвідношення між теплотою, перенесеною конвекцією й теплопровідністю, a – коефіцієнт температуропровідності;
4. Грасгофа – враховує вплив співвідношення між підомною силою й силою в'язкості;
5. Прандтля – враховує вплив теплофізичних властивостей;
6. Эйлера - характеризує відношення перепаду тиску до швидкісного напору.
Рівняння виду
називається критеріальным рівнянням, с – постійний коефіцієнт, n, m, k – показники степені, враховує гістерезис при зміні в'язкості в процесах нагрівання й охолодження.
Температура, при якій вибираються теплофізичні константи, називається визначальною.