Вопросы для самоконтроля

1. Каков физический смысл коэффициента теплопроводности? Выведите его размерность из закона Фурье.

2. Сформулируйте основной закон теплопроводности Фурье и приведите его математическое выражение.

3. Что такое температурное поле, изотермические поверхности, температурный градиент?

4. Дайте графическую интерпретацию температурного градиента и теплового потока.

5. Объясните, почему в формуле основного закона теплопроводности в первой части имеется знак минус?

6. Что такое установившийся и неустановившийся тепловые потоки? Приведите математическое выражение (в общем виде) температурного поля для обоих случаев.

7. Почему пористые материалы имеют низкий коэффициент теплопроводности?

8. Как зависит коэффициент теплопроводности изоляционного материала от температуры?

9. Опишите схему приборов и принцип определения коэффициента теплопроводности по методу трубы.

Тема: КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

1. Общие понятия и определения.

2. Закон Ньютона-Рихмана.

3. Коэффициент теплоотдачи. Дифференциальное уравнение теплоотдачи.

4. Основы теории подобия.

5. Теплоотдача при свободном и вынужденном движении жидкости, при различных условиях обтекания тела.

Теплообмен между жидкостью и стенкой называется конвективным теплообменом (теплопередачей).

Факторы процесса теплопередачи

Виды движения, режим движения, площадь поверхности тела, физические свойства жидкости.

1. Виды движения – свободное и вынужденное.

Свободное – естественная конвекция, вызываемая подъемной силой обусловленной разностью холодных и нагретых частиц жидкости.

Вынужденное – вынужденная конвекция, вызываемая работой насосов, вентиляторов и т.п.

2. Режим движения - бывает ламинарный и турбулентный.

Ламинарное движение - происходит в форме несмешивающихся струй и профиль скоростей имеет вид правильной параболы.

Турбулентное движение –характерно непостоянством скорости движения и профиль скоростей будет иметь вид усеченной параболы.

Распределение скоростей струй жидкости обусловливается вязкостью жидкости. Вязкость бывает: динамическая, кинемати­ческая и условная.

Динамическая вязкость – сила сопротивления 1Н смещению двух слоев жидкости площадью 1 м² находящихся на расстоянии 1 м и перемещающихся со скоростью 1 м/сек. Измеряется пуазами .

Кинематическая вязкость - отношение динамической вязкости к плотности жидкости при одной и той же температуре, измеряется стоксами, м²/сек: .

Условная вязкость - показывает, во сколько раз жидкость вязче дистиллированной воды при 20 ºС, обозначается w_у.

При турбулентном движении сохраняется тонкий пограничный слой, движущийся ламинарно.

Рейнольдс установил, что переход из ламинарного режима в турбулентный определяется безразмерным значением, числом Рейнольдса:

ω – скорость;

d – диаметр;

ρ - плотность;

μ – динамическая вязкость.

Если R_e ≤ 2300 – ламинарное движение;

R_e > 2300 – турбулентное движение.

Критическая скорость, определяющая переход из ламинарного движения в турбулентное для любой жидкости:

При ламинарном движении перенос тепла по нормали к стенке осуществляется теплопроводностью.

При турбулентном движении перенос тепла теплопроводностью наблюдается в пограничном слое, а внутри – конвекция.

На интенсивность теплопередачи оказывает влияние термическое сопротивление пограничного слоя.

На процесс теплопередачи оказывают влияние:

λ – коэффициент теплопроводности;

с – удельная теплоемкость;

ρ – плотность;

μ, γ – вязкость;

d – температуропроводность.

Между слоями жидкости возникает сила внутреннего трения. Эта сила, отнесе6нная к единице поверхности пропорциональна градиенту скорости:

S – сила; μ – коэффициент динамической вязкости, .

 ^{- коэффициент температуропроводности характеризует скорость} выравнивания температуры в различных точках тела. Чем больше «а», тем быстрее происходит выравнивание температур.

Обозначим , тогда:

и - Это выражение закона Ньютона-Рихмана.

α - называется коэффициентом теплоотдачи, характеризует условия теплообмена между жидкостью и поверхностью твердого тела, определяет мощность теплового потока – количества тепла в единицу времени, проходящего от жидкости к стенке через единицу поверхности при Δt между жидкостью и стенкой в 1º.