- •1.2. Теплопроводность.
- •1.3. Конвекция и конвективный теплообмен.
- •1.4. Тепловое излучение.
- •1.5. Сложный теплообмен.
- •2. Теплопроводность.
- •2.1. Температурное поле и его характеристики.
- •2.2. Основной закон теплопроводности - Закон Фурье.
- •2.3. Коэффициент теплопроводности.
- •2.4. Дифференциальное уравнение теплопроводности.
- •2.5. Условия однозначности.
- •2.6. Теплопроводность однослойной плоской стены при стационарном режиме и граничных условиях 1-го рода.
- •2.7. Теплопроводность многослойной плоской стенки при стационарном режиме и граничном условии 1-го рода.
- •2.8. Теплопроводность однослойной цилиндрической стенки при стационарном режиме и граничном условии 1-го рода.
- •2.9. Соотношение между термическими сопротивлениями плоской и цилиндрической стенок.
- •2.10. Теплопроводность многослойной цилиндрической стенки при стационарном режиме и граничных условия 1-го рода.
- •2.11. Теплопроводность при нестационарном режиме.
- •3. Конвективный теплообмен.
- •3.1. Режимы течения. Понятие о гидродинамическом и тепловом пограничном слое.
- •3.2. Уравнение Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи.
- •3.3. Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена.
- •3.4. Основные положения теории подобия для конвективного теплообмена.
- •3.5. Теоремы подобия.
- •3.6. Теплоотдача при вынужденном течении жидкости внутри трубы.
- •3.6.2. Теплоотдача при ламинарном течении жидкости внутри трубы.
- •3.6.2. Теплоотдача при турбулентном движении жидкости внутри трубы.
- •3.6.3. Теплоотдача при переходном режиме течения жидкости внутри трубы.
- •3.7. Теплоотдача при выпущенном поперечном обтекании одиночной трубы.
- •3.8. Теплоотдача при вынужденном поперечном обтекании пучка труб.
- •3.9. Теплоотдача при вынужденном продольном обтекании плоской поверхности.
- •3.10. Теплоотдача при свободной конвекции.
- •3.10.1. Теплоотдача при свободной конвекции между двумя горизонтальными поверхностями.
- •3.10.2. Теплоотдача при свободной конвекции между двумя вертикальными поверхностями.
- •4. Теплообмен излучением.
- •4.1. Основные характеристики теплообмена излучением.
- •4.2. Основные законы теплового излучения.
- •4.2.1. Закон Планка.
- •4.2.2. Закон Вина
- •4.2.3. Закон Стефана-Больцмана
- •4.2.4. Закон Кирхгофа
- •4.2.5. Закон Ламберта
- •4.3. Теплообмен излучением между двумя параллельными плоскостями.
- •4.4. Теплообмен излучением между телами, одно из которых внутри другого.
- •4.5. Применение экранов для уменьшения лучистого теплообмена между поверхностями.
- •4.6. Теплообмен излучением между объемом газа и твердой поверхностью.
- •5. Сложный теплообмен.
- •5.1. Теплопередача.
- •5.2. Теплопередача через плоские стенки.
- •5.2.1. Однослойная плоская стенка.
- •5.2.2. Многослойная плоская стенка
- •5.3. Теплопередача через цилиндрические стенки.
- •5.3.1. Однослойная цилиндрическая стенка.
- •5.3.2. Многослойная цилиндрическая стенка
- •5.4. Критический диаметр цилиндрической стенки. Тепловая изоляция цилиндрической стенки.
- •5.5. Сложный теплообмен при теплоотдаче между газовой средой и твердой стенкой.
- •5.5. Методы интенсификации процессов теплопередачи.
- •6. Теплообмен при изменении фазового состояния теплоносителей. Массоперенос.
- •6.1. Теплообмен при кипении жидкости.
- •6.2. Теплоотдача при пузырьковом кипении жидкости в большом объеме.
- •6.3. Теплообмен при конденсации пара.
- •6.4. Основные понятия и закономерности процесса массообмена.
- •6.5. Массоотдача.
- •7. Теплообменные аппараты.
- •7.1. Основные типы теплообменных аппаратов.
- •7.2. Методика расчета теплообменных аппаратов.
- •7.3. Средний температурный напор.
- •7.4. Расчет поверхности нагрева и среднего коэффициента теплопередачи теплообменных аппаратов. Виды расчетов та.
1.2. Теплопроводность.
Теплопроводность это процесс переноса тепловой энергии, протекающий на молекулярном уровне, путем непосредственного контакта микрочастиц (атомы, молекулы), неподвижных в этот момент друг относительно друга.
При этом, частица, обладающая большей энергией (температурой), отдает часть избыточной энергии контактирующей частице, а та, в свою очередь передает его дальше и т.д.
Интенсивность переноса тепловой энергии теплопроводностью зависит от физических свойств тела (плотность, наличие свободных электронов и др.), от
его размеров и формы, от разности температур на поверхностях теплообмена и др.
Наибольшую теплопроводность имеют твердые металлы, за счет высокой плотности кристаллической решетки и движения свободных электронов - "электронный газ". В неметаллических твердых телах теплопроводность осуществляется, в основном, упругими акустическими волнами, образующимися вследствие согласованного смещения всех молекул и атомов кристаллических решеток из их равновесных положений, что облегчает обмен энергией их между собой.
Теплопроводность в жидкостях и газах протекает за счет молекулярного движения их структур и столкновения молекул. Однако, в объеме жидкости и газа теплопроводность играет незначительную роль, главный вид переноса здесь конвекция. Наоборот, в тонких неподвижных слоях молекул жидкости и газа, удерживаемых на поверхности твердых тел, теплопроводность является основным видом переноса тепла.
В целом теплопроводность является процессом переноса тепла с очень малой интенсивностью и уступает остальным видам переноса.
1.3. Конвекция и конвективный теплообмен.
Конвекцией называется перенос тепловой энергии в пространстве движущимися объемами микрочастиц жидкости, газа или твердых тел.
Конвекция бывает свободной (естественной) или вынужденной.
Свободная конвекция протекает под действием естественных сил возникающих в силовых полях (поле силы тяжести, инерционные силы и др.).
Вынужденная конвекция протекает под действием разности давления среды, возникающей за счет искусственных нагнетателей (насосы, вентиляторы, компрессоры и др.).
Характер конвекции зависит от режима движения жидкости или газа, определяемого скоростью движения потока.
При ламинарном режиме течения частицы жидкости движутся не перемешиваясь друг с другом параллельными струями. Перенос тепла конвекцией идет по направлению движения потока, в поперечном направлении тепло переносится, в основном теплопроводностью.
При турбулентном режиме движения с увеличением скорости, частицы жидкости движутся неупорядоченно, хаотично и перемещаются не только вдоль движения потока, но и поперек него за счет пульсации скорости и давления, завихрений, турбулентных токов и т.д. При этом конвективный перенос тепловой энергии протекает по всем направлениям.
Конвекция является процессом переноса тепла большой интенсивности, величина которой увеличивается с увеличением скорости движения жидкости, а при вынужденной конвекции скорость движения и интенсивность ее ничем, практически не ограниченны. Интенсивность переноса тепла при конвекции возрастает с переходом режима движения от ламинарного к турбулентному.
Конвекция в природе не существует в чистом виде, т.к. во всех процессах теплообмена между объектами процесс переноса тепловой энергии конвекцией в теплоносителе (жидкость, газ, сыпучее тело) заканчивает процессом контактной передачи тепла на твердой поверхности объекта, т.е. теплопроводностью.
Такой комбинированный процесс переноса тепловой энергии, включающий конвективный перенос тепла в жидкости и теплопроводность на границе между жидкостью и твердой стенкой называется конвективным теплообменом или теплоотдачей. Это основной вид переноса тепла от жидкости к твердой стенке и обратно.
Интенсивность конвективного теплообмена зависит от условий гидродинамического и теплового взаимодействия жидкости и твердой стенки.
Наличие относительно неподвижного слоя частиц жидкости прилегающих к поверхности твердой стенки, вследствие действия поверхностных сил, приводит к образованию гидродинамического пограничного слоя, в котором скорость перемещения частиц мала, а у стенки равна 0.
В таком слое перенос тепловой энергии протекает только за счет теплопроводности, вследствие чего общая интенсивность конвективного теплообмена ограничивается теплопроводностью в пограничном слое и зависит от толщины пограничного слоя и разности.
Т.к. с ростом скорости движения потока, толщина пограничного слоя уменьшается то это приводит к увеличению интенсивности конвективного теплообмена.