Билет 15

1 - Первое начало термодинамики — один из трёх основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии длятермодинамических систем.

Первое начало термодинамики было сформулировано в середине XIX века в результате работ немецкого учёного Ю. Р. Майера, английского физика Дж. П. Джоуля и немецкого физика Г. Гельмгольца^[1]. Согласно первому началу термодинамики, термодинамическая система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источниковэнергии. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

Формулировка [править]

Существует несколько эквивалентных формулировок первого начала термодинамики

В любой изолированной системе запас энергии остаётся постоянным.^[2] Это — формулировка Дж. П. Джоуля (1842 г.).

Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил

Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе, то есть, оно зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход. Это определение особенно важно для химической термодинамики^[2] (ввиду сложности рассматриваемых процессов). Иными словами, внутренняя энергия является функцией состояния. В циклическом процессе внутренняя энергия не изменяется.

Изменение полной энергии системы в квазистатическом процессе равно количеству теплоты  , сообщённому системе, в сумме с изменением энергии, связанной с количеством вещества   при химическом потенциале  , и работы  ^[3], совершённой над системой внешними силами иполями, за вычетом работы  , совершённой самой системой против внешних сил

.

Для элементарного количества теплоты  , элементарной работы   и малого приращения   внутренней энергии первый закон термодинамики имеет вид:

.

Разделение работы на две части, одна из которых описывает работу, совершённую над системой, а вторая — работу, совершённую самой системой, подчёркивает, что эти работы могут быть совершены силами разной природы вследствие разных источников сил.

Важно заметить, что   и   являются полными дифференциалами, а   и   — нет.

Частные случаи [править]

Рассмотрим несколько частных случаев:

Если  , то это означает, что тепло к системе подводится.

Если  , аналогично — тепло отводится.

Если  , то система не обменивается теплом с окружающей средой и называется адиабатически изолированной.

Обобщая: в конечном процессе   элементарные количества теплоты могут быть любого знака. Общее количество теплоты, которое мы назвали просто   — это алгебраическая сумма количеств теплоты, сообщаемых на всех участках этого процесса. В ходе процесса теплота может поступать в систему или уходить из неё разными способами.

При отсутствии работы над системой и потоков энергии-вещества, когда  ,  ,  , выполнение системой работы   приводит к тому, что  , и энергия системы   убывает. Поскольку запас внутренней энергии   ограничен, то процесс, в котором система бесконечно долгое время выполняет работу без подвода энергии извне, невозможен, что запрещает существование вечных двигателей первого рода.

Первое начало термодинамики:

при изобарном процессе

при изохорном процессе ( )

при изотермическом процессе 

Здесь   — масса газа,   — молярная масса газа,   — молярная теплоёмкость при постоянном объёме,   — давление, объём и температура газа соответственно, причём последнее равенство верно только для идеального газа.

2 - Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловая машина, внутри цилиндра которой происходит сгорание топлива. При сгорании выделяется теплота, идущая на расширение, газов. Под давлением расширяющихся газов движется поршень. Таким образом в ДВС тепловая энергия превращается в механическую.

Судовые ДВС классифицируются по ряду признаков. Для работы двигателя необходимо обеспечить определенную последовательность процессов: наполнение цилиндра воздухом, сжатие его, подачу топлива и горение, расширение продуктов сгорания и удаление отработавших газов. Этот ряд последовательно протекающих в цилиндре процессов, обеспечивающих непрерывную работу двигателя, называется рабочим циклом. Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называется тактом.

Таким образом, по осуществлению рабочего цикла двигатели подразделяются на четырехтактные, у которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала, и двухтактные, у которых рабочий цикл осуществляется за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.

По конструктивному выполнению двигатели подразделяются на тронковые, крейцкопфные и с противоположно движущимися поршнями (ПДП) в одном цилиндре.

Во время работы двигателя при сгорании топлива в цилиндре на поршень действует давление газов. Его можно представить в виде сосредоточенной силы Р (рис. 1, а), приложенной к оси поршневого пальца и направленной вниз. При повороте коленчатого вала на некоторый угол сила Р раскладывается по правилу параллелограмма на две силы:Р_Ш, действующую вдоль оси шатуна и приводящую в движение коленчатый вал, и Р_Н, действующую перпендикулярно направлению движения поршня. Сила Р_Н прижимает поршень к стенке цилиндра и вызывает усиленный износ поршней и стенок цилиндров.

Рис. 1. Схема конструктивного выполнения двигателей: а - тронковый; б - крейцкопфный; в - с противоположно движущимися поршнями в одном цилиндре.

По такой схеме выполняются высокооборотные и среднеоборотные двигатели, называемые тронковыми (поршень у них имеет развитую нижнюю цилиндрическую часть — тронк).

У двигателей больших мощностей сила Р_Н велика, поэтому их делают крейцкопфными (рис. 1, б). Поршень 2такого двигателя жестко через шток 3 соединен с крейцкопфом 1, ползун 4 которого движется в направляющих параллелях 5. Боковое усилие P_Н в этом случае воспринимается не стенкой цилиндра, а через крейцкопф параллелями, которые жестко связаны со станиной двигателя. Крейцкопфы делают односторонними или двусторонними.

У двигателей с ПДП (рис. 1, в) топливо сгорает в камере, расположенной между двумя поршнями 1, которые работают в одном цилиндре и движутся в противоположные стороны. Такой двигатель имеет два коленчатых вала 2.

В зависимости от расположения цилиндров двигатели бывают однорядные с вертикальным расположением цилиндров (рис. 2, а) и V-образные (рис. 2, б).

Рис. 2. Схема двигателей: а - рядный; б - V-образный; в - без наддува; г - с наддувом.

По способу наполнения цилиндра свежим зарядом различают:

двигатели без наддува (рис. 2, в), у которых всасывание воздуха через клапан осуществляется поршнем (четырехконтактные) или заполнение цилиндра воздухом производится продувочным насосом при невысоком давлении, незначительно превышающем атмосферное (двухтактные);

двигатели, у которых топливо впрыскивается в рабочий цилиндр под давлением, создаваемым специальным насосом К (воздуходувкой).

По способу воспламенения горючей смеси в цилиндре различают:

двигатели, у которых топливо впрыскивается в рабочий цилиндр через специальное устройство (форсунку) под действием давления, создаваемого топливным насосом; оно мелко распыливается, смешивается в цилиндре с воздухом, сильно разогретым в результате сжатия, и самовоспламеняется (это дизели);

карбюраторные двигатели, т. е. такие двигатели, у которых топливо перемешивается с воздухом не в цилиндре, а в особом приборе—карбюраторе, из которого горючая смесь подается в цилиндр двигателя и воспламеняется там от электрической искры, получаемой от специальной системы.

По быстроходности двигатели условно подразделяют на тихоходные со средней скоростью поршня менее 6,5 м/с и быстроходные со средней скоростью поршня более 6,5 м/с. Среднюю скорость поршня С_М определяют по формуле

В настоящее время частота вращения в СИ характеризуется угловой скоростью ω, которая измеряется в радианах в секунду (1/с) и определяется по формуле

По частоте вращения двигатели подразделяют на

малооборотные (МОД) — 10...25 с^-1 (100...250 об/мин),

среднеоборотные (СОД) —25...60 с^-1 (250...600 об/мин),

повышенной оборотности— 60...100 с^-1 (600...1000 об/мин)

высокооборотные — свыше 1000 с^-1 (10 000 об/мин).

По мощности двигатели подразделяются на

маломощные — до 73,5 кВт (100 л. с),

средней мощности — 73,5...735 кВт (100...1000 л. с.) и

сверхмощные —свыше 7350 кВт (10000л.с).

По назначению двигатели бывают главными, которые обеспечивают ход судна, приводят в движение гребные винты, и вспомогательными, служащими для привода электрогенераторов, компрессоров и других вспомогательных механизмов.

По способу изменения направления вращения вала двигатели подразделяют на реверсивные и нереверсивные. Передний и задний ход при гребном винте фиксированного шага может быть достигнут изменением направления вращения гребного винта. Для обеспечения заднего хода гребному винту можно придать вращение в обратную сторону двумя способами: либо изменить направление вращения коленчатого вала двигателя, либо только гребного.

В реверсивных двигателях можно изменить направление вращения коленчатого вала. Мощность этих двигателей, как правило, большая.

Коленчатые валы нереверсивных двигателей вращаются только в одном направлении. У быстроходных и маломощных нереверсивных двигателей направление вращения гребного винта изменяют с помощью реверсивной передачи, устанавливаемой между двигателем и валопроводом.

Для краткого обозначения типа двигателя дизелестроительные заводы пользуются условной маркировкой (табл. 1). Единая у отечественных дизелестроительных заводов, индивидуальная у заводов других стран маркировка типа двигателя обычно состоит из записываемых в определенной последовательности буквенных условных обозначений отдельных характеристик двигателя и цифр, обозначающих число цилиндров, диаметр, а также ход поршня (в см).

В соответствии с ГОСТ 4398—78 маркировка двигателей СССР состоит из цифрового обозначения числа цилиндров, условных буквенных обозначений характеристик двигателя,после которых дробью показаны диаметр цилиндра и ход поршня в см.

Так, марка 8DP 43/61 расшифровывается: восьмицилиндровый двухтактный реверсивный тронковый (отсутствие буквы К), без наддува (отсутствие буквы Н) двигатель с цилиндром диаметром 430 мм и ходом поршня 610 мм.

Точно так же марка 6DKPH 74/160 обозначает: двигатель шестицилиндровый двухтактный крейцкопфный реверсивный, с наддувом, с цилиндром диаметром 740 мм и ходом поршня 1600 мм.

В маркировку двигателей производства ГДР входит число цилиндров и ход поршня. Диаметр цилиндра либо дается в знаменателе, либо совсем не указывается. Например, марка двигателя 8ZD 72/48 расшифровывается: восьмицилиндровый двухтактный дизель с ходом поршня 720 мм и с цилиндром диаметром 480 мм.

В маркировке двигателей «Зульцер» ход поршня не указывается. Например, марка 8TD-48 присваивается восьмицилиндровому тронковому реверсивному двигателю с цилиндром диаметром 480 мм.

В маркировке двигателей МАН число цилиндров указывают между условными буквенными обозначениями конструкции двигателя и его тактностью, после чего дробью — диаметр цилиндра и ход поршня (в см), затем условное обозначение турбонаддува и показатель модификации. Так, марка двигателя K6Z 60/105Л означает, что двигатель крейцкопфный шестицилиндровый двухтактный с цилиндром диаметром 600 мм, ходом поршня 1050 мм, подпоршневые пространства у данной модификации используются как продувочный насос.

Двигатели заводов «Бурмейстер и Вайн» маркируются несколько иначе. Здесь диаметр цилиндра (в см) указывают впереди условных буквенных обозначений, за числом цилиндров, а ход поршня — после них. Так, марка6-35 VBF62 присваивается шестицилиндровому двухтактному реверсивному дизелю с газотурбинным наддувом с цилиндром диаметром 350 мм и ходом поршня 620 мм.

3 - Электроснабжение и электрооборудование предприятия и отдельных установок должно соответствовать требованиям действующих Правил устройства электроустановок (ПУЭ), ОПВБ и эксплуатироваться в соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.

7.2. Все вентиляционные установки должны иметь паспорта по установленной форме и журналы по их ремонту и эксплуатации.

7.3. Порядок эксплуатации, обслуживания, ремонта, наладки и проведения инструментальной проверки эффективности работы систем вентиляции определяется отраслевыми положениями и инструкциями по эксплуатации промышленной вентиляции.

7.4. Проектирование, строительство, эксплуатация систем водоснабжения и канализации должны выполняться в соответствии с требованиями строительных и санитарных норм и правил, государственных стандартов, отраслевых нормативных документов и настоящих Правил.

7.5. Водоснабжение на производственные нужды должно осуществляться по замкнутой системе.

7.6. Во избежание распространения взрывоопасных паров и газов в сети промышленной канализации, на ней должны быть установлены гидравлические затворы. Такие затворы необходимо устанавливать на всех выпусках от помещений с технологическим оборудованием, площадок технологических установок, обвалований резервуаров, узлов задвижек, групп аппаратов, насосных, котельных, сливо-наливных эстакад и т. п. Конструкция гидравлического затвора должна обеспечивать удобство его очистки. В каждом гидравлическом затворе высота слоя жидкости, образующей затвор, должна быть не менее 0,25 м.

7.7. Колодцы закрытой сети промышленной канализации должны постоянно содержаться закрытыми, а крышки - засыпанными слоем песка не менее 10 см в стальном, железобетонном или кирпичном кольце.

7.8. Сети канализации и водоснабжения подлежат периодическому осмотру и очистке. Осмотр и очистка водопроводных и канализационных труб, колодцев, лотков, гидрозатворов должны производиться по графику с соблюдением правил производства газоопасных работ.

7.9. Температура производственных сточных вод при сбросе в канализацию не должна превышать 40°С. Допускается сброс небольших количеств воды с более высокой температурой в коллекторы, имеющие постоянный расход воды с таким расчетом, чтобы температура общего стока не превышала 45°С.

7.10. Не допускается сброс в промышленную канализацию различных потоков сточных вод, смешение которых может привести к реакциям, сопровождающимся выделением тепла, образованием горючих и вредных газов, а также твердых осадков.

7.11. Заглубленные насосные станции должны оснащаться автоматическим газоанализатором довзрывных концентраций с выводом сигнала на пульт управления (в операторную).

7.12. Насосные станции химически загрязненных сточных вод должны располагаться в отдельно стоящих зданиях, приемный резервуар должен располагаться вне здания насосной станции, электрооборудование насосных станций должно быть во взрывозащищенном исполнении. К зданию насосной станции запрещается пристраивать бытовые и вспомогательные помещения.

7.13. Сточные воды, не соответствующие но составу требованиям к стокам, подаваемым в сеть промышленной канализации, подвергаются обработке на локальных очистных сооружениях.

7.14. Периодичность и порядок очистки нефтеловушек должны быть установлены технологическим регламентом.

7.15. На сетях водоснабжения и канализации запрещается, как правило, устанавливать запорную арматуру в колодцах.

7.16. Нефтеловушки и чаши градирен должны иметь ограждения по периметру из несгораемых материалов высотой не менее 1 м.

4 - Технические требования к автоматизации дизель-генераторов ГОСТ 10032-80

ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРЫ СТАЦИОНАРНЫЕ, ПЕРЕДВИЖНЫЕ, СУДОВЫЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ГОСТ 10032-80

Технические требования к автоматизации

Stationary, travelling, auxiliary, marine diesel generator sets. Technical requirement to automatization

Настоящий стандарт распространяется на автоматизированные стационарные, передвижные, судовые вспомогательные дизель-генераторы мощностью до 5000 кВт (далее-дизель-генераторы), предназначенные для использования в качестве источников электроэнергии, и устанавливает технические требования к их автоматизации.

Стандарт не распространяется на судовые аварийные дизель-генераторы по ГОСТ 22246-76 и дизель-генераторы систем, обеспечивающих электродвижение наземного и водного транспорта.  Значение предпускового давления, место и метод его контроля, а также длительность прокачки устанавливаются предприятием-изготовителем дизель-генераторов и указываются в инструкции по эксплуатации.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. При автоматизации дизель-генераторов должны выполняться требования настоящего стандарта и рабочих чертежей, утвержденных в установленном порядке; при автоматизации судовых вспомогательных дизель-генераторов должны также выполняться Правила Регистра СССР или Речного Регистра РСФСР.  1.2. Дизели дизель-генераторов должны соответствовать ГОСТ 4393-74 и ГОСТ 10150-75.  1.3. Генераторы дизель-генераторов должны соответствовать стандартам и техническим условиям на конкретные генераторы.  1.4. Средства автоматизации дизель-генераторов должны соответствовать ГОСТ 10511-72, ГОСТ 11102-75, ГОСТ 11928-66, ГОСТ 20820-75, ГОСТ 21193-75, ТОСТ 22464-77, а также стандартам и техническим условиям на конкретные средства автоматизации. 1.5. Дизель-генераторы должны быть оборудованы или подготовлены к оборудованию средствами автоматизации. Перечень средств автоматизации устанавливают в стандартах и технических условиях на конкретные дизель-генераторы.

2.ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Дизель-генераторы в зависимости от объема автоматизированных и (или) автоматически выполняемых операций и времени необслуживаемой работы должны соответствовать степеням автоматизации по ГОСТ 14228-80. 

2.2.Требования к автоматизируемым операциям

2.2.1. Предпусковая прокачка смазочного масла должна обеспечивать наличие предпускового давления в масляной магистрали.   2.2.2. При пуске дизель-генератора электростартером должно автоматически осуществляться не менее трех попыток пуска в соответствии с ГОСТ 10150-75.   2.2.3. При пуске сжатым воздухом его подача должна ограничиватьс временем по ГОСТ 10150-75 и одной попыткой пуска.   2.2.4. При достижении дизель-генератором частоты вращения, соответствующей состоявшемуся пуску, должно осуществляться выключение электростартера или подачи сжатого воздуха. При несостоявшемся пуске за установленное время или число попыток должен появляться аварийный сигнал.    2.2.5. Готовность дизель-генератора к приему нагрузки до номинального значения должна определяться контролем (прямым или косвенным) выхода дизель-генератора на заданную частоту вращения, а также контролем (по инструкции по эксплуатации на конкретные дизель-генераторы) дополнительных параметров.   2.2.6. При экстренном пуске должен допускаться прием нагрузки непрогретым дизель-генератором. При этом значение нагрузки и режим ее включения для определенной температуры смазочного масла устанавливают в инструкции по эксплуатации дизель-генератора.   2.2.7. В начале останова дизель-генератора должна отключаться нагрузка.  После отключения нагрузки должна осуществляться работа дизель-генератора на холостом ходу в течение времени, обусловленного конструкцией дизеля, или до снижения температуры охлаждающей жидкости или масла до значения, установленного в инструкции по эксплуатации дизель-генератора.   2.2.8. Останов дизель-генератора должен осуществляться отключением подачи топлива путем воздействия непосредственно на механизм управления топливоподачей или на регулятор частоты вращения. При состоявшемся останове должна обеспечиваться готовность очередного пуска.   2.2.9. Для дизель-генераторов, автоматизированных по 2-4-й степеням при несостоявшемся останове за время, установленное инструкцией по эксплуатации, должен осуществляться останов посредством аварийной защиты, если он не обеспечивается конструкцией дизель-генератора или не произошел за установленное время.   2.2.10. Для дизель-генераторов мощностью свыше 630 кВт после останова исключая аварийный останов из-за падения давления масла должна осуществляться послеостановочная прокачка масла в течение времени, обусловленного конструкцией дизеля.   2.2.11. Поддержание дизель-генератора в готовности к быстрому приему нагрузки должно осуществляться либо прогревом смазочного масла и при необходимости охлаждающей жидкости путем использования внешней энергии, (электрической, тепла горячей воды работающих дизелей и т.п.), либо путем периодических или постоянных прокачек масла и (или) воды, а также при необходимости прокруток и (или) пусков дизель-генератора.  Условия поддержания дизель-генератора в готовности к быстрому приему нагрузки, в том числе продолжительность периодических режимов, должны устанавливаться в стандартах и технических условиях на конкретный дизель-генератор.   2.2.12. В период работы дизель-генератора должна осуществляться автоматическая аварийно-предупредительная сигнализация и защита в соответствии с ГОСТ 11928-66.    2.2.13. Исполнительная сигнализация должна информировать об исполнении задаваемых автоматизируемых операций.  Объем сигнализации, ее вид, применяемую текстовую информацию устанавливают в инструкции по эксплуатации системы управления.

2.3.Требования к эксплуатационным характеристикам

2.3.1. Время от поступления (подачи) сигнала на автоматический или дистанционный автоматизированный пуск до момента готовности приема нагрузки до номинального значения для дизель генераторов. находящихся в готовности к быстрому приему нагрузки, должно быть не более указанного в таблице.

Номинальная мощность дизель-генератора, кВт	Время, с, не более
До 100 включений	10; 15*
Свыше 100 до 500 включений	20; 30*
Свыше 500 до 1000 включений	30; 45*
Свыше 1000	40; 80*

* В разработках новых моделей дизель-генераторов не применять.

Примечания:  Для дизель-генераторов с электростартерным пуском время указано при пуске с первой попытки.

Значение одноразового приема (наброса) нагрузки после пуска устанавливают в стандартах и технических условиях на конкретный дизель-генератор.    2.3.2. Для дизель-генераторов, автоматизированных по 2-й и высшим степеням и предназначенных для параллельной работы, должно обеспечиваться, автоматическое распределение активных нагрузок по классу точности не ниже 3-го по ГОСТ 10511-72, а для судовых дизель-генераторов по ГОСТ 22246-76. Распределение реактивных нагрузок должно соответствовать стандартам на генераторы, а для судовых генераторов - Правилам Регистра СССР.

 2.3.3. При автоматизации дизель-генераторов должна использоваться двухпроводная схема питания с электрическим источником на номинальное напряжение 24 (27) или 12 В постоянного или выпрямленного тока. Допускается применение однопроводной схемы питания за исключением судовых дизель-генераторов.  Допускается также применение схем питания с другим источником:

электрическим:

переменного тока напряжением 127; 220; 380 В и

частотой 50 Гц; o постоянного тока напряжением 75, 110, 220 В;

пневматическим;

гидравлическим;

комбинированным из указанных видов. 

2.3.4. Дизель-генераторы должны допускать ручное управление и (или) управление с местного дизельного щитка. По требованию потребителя должно предусматриваться дистанционное управление, а также подготовка дизель-генераторов к использованию средств дистанционного контроля (измерения).   2.3.5. При аварийном останове дизель-генератора очередной пуск его должен быть возможен только после ручной деблокировки схемы и (или) устройств защиты.   2.3.6. Средства автоматизации в зависимости от назначения дизель-генератора должны надежно работать в условиях, установленных ГОСТ 10150-75, ГОСТ 13822-76, ГОСТ 21670-76 и ГОСТ 22246-76.   2.3.7. Допустимый уровень радиопомех электрооборудования дизель-генераторов должен соответствовать «Общесоюзным нормам допускаемых индустриальных радиопомех» или уровню, согласованному с заказчиком.

2.4. Требования к надежности

2.4.1. Составные части дизель-генераторов (дизель, генератор, система управления, приборы и устройства) и электроагрегаты на их базе должны иметь показатели надежности не ниже установленных ГОСТ 10150-75, ГОСТ 11102-75, ГОСТ 20439-75.   2.4.2. На средства автоматизации дизель-генераторов должны задаваться показатели надежности с учетом их номенклатуры по ГОСТ 4.52-79.   2.4.3. Вероятность безотказной работы системы управления по функционально самостоятельным операциям должна быть не менее 0,95 за 2000 ч или 0,9 за 5000 ч.   2.4.4. Назначенный ресурс системы управления до заводского ремонта должен быть не менее 25000 ч.  Наработка без подрегулировки и наладки должна быть не менее 5000 ч.   2.4.5.  Срок службы системы управления должен быть равен сроку службы дизель-генератора.   2.4.6.  Признаком отказа дизель-генератора является аварийный останов или нарушение выполнения операций, установленных настоящим стандартом.   2.4.7. Дизель-генераторы, оборудованные средствами автоматизации, должны иметь гарантийный срок эксплуатации не ниже гарантийного срока эксплуатации дизеля по ГОСТ 10150-75.

5 - Конвективная теплоотдача, как уже отмечалось, является ре¬зультатом двух параллельно протекающих процессов переноса тепла: собственно теплопроводности и молярного теплообмена, обусловленного движением жидкости или газа (конвекция). В за¬висимости от свойств последних и характера их движения вклад каждого из двух процессов может быть различным, но при всех условиях интенсивность теплообмена, выражаемая коэффициентом теплоотдачи а, неразрывно связана с характером движения жидкости или газа. В связи с этим различают теплоотдачу при свободной (естественной) конвекции, при ламинарном и турбулент¬ном режимах течения. При этом предполагается, что участвующие в теплообмене жидкости и газы не меняют своего агрегатного состояния (не испаряются и не конденсируются); теплоотдача, сопровождающаяся изменением агрегатного состояния жидкостей и газов, вследствие специфических особенностей будет рассмотрена отдельно. Теоретическое определение коэффициента теплоотдачи а, как уже сказано выше, возможно для очень ограниченного числа про¬стейших случаев. В инженерной практике пользуются расчетными формулами, полученными путем обобщения многочисленных экспе¬риментальных данных на основе теории подобия. В самом общем виде эти формулы выражают функциональную зависимость: Nu = / (Re, Рг, Gr, Г), где Г — безразмерный симплекс, равный отношению характерных геометрических размеров потока. Члены этого выражения содержат физические константы жидко¬стей (газов), которые зависят от температуры последних, изме¬няющейся на практике в широких пределах. Для упрощения ин¬женерных расчетов вводится так называемая определяющая температура tmp, по которой находятся все физические константы. Величина toap не имеет универсального значения, а выбирается при построении расчетных формул по-разному исходя из лучшего их согласования с опытом. Чаще всего за определяющую прини¬мают либо среднеарифметическую температуру потока жидкости (газа) гж, либо среднюю температуру омываемой потоком поверх¬ности стенки /с, либо среднеарифметическую ixc из величин <ж и tc. При дальнейшей записи рекомендуемых расчетных формул определяющая температура будет в необходимых случаях отме¬чена индексами «ж», «с», и «же» при критериях Рг и Gr, т. е. Ргж, Ргс, РгжС, Сгж, Grc, Сгжс; при этой температуре должны определяться также физические константы, входящие в критерии Nu и Re. В критериях Nu, Re и Gr фигурирует также определяющий размер потока, который в геометрически подобных системах, вообще говоря, не должен быть обусловлен. Необходимо, однако, при пользовании расчетными формулами вводить тот геометриче¬ский размер, который был принят при построении этих формул. Таким размером при движении жидкости (газа) в трубах круглого сечения и при поперечном их обтекании является диаметр трубы (d), при движении в каналах любых других сечений — гидравли¬ческий диаметр (учетверенная площадь поперечного сечения, де¬ленная на полный смоченный периметр — с1э), при обтекании плиты — ее длина по направлению потока (h). Определяющие размеры (/0пР), принятые в приведенных ниже расчетных фор¬мулах, будут указаны. Как известно, гидродинамическая стабилизация потока (фор¬мирование профиля скоростей, толщина пограничного слоя) на¬ступает на некотором расстоянии от входа жидкости (газа) в трубу или канал, а стабилизация температурного профиля достигается даже несколько позднее. Закономерности конвективной теплоот¬дачи различны на участках потока до и после его гидравлической стабилизации, что следует учитывать при расчете величины а для коротких труб и каналов. Заметим, наконец, что формулы для расчета коэффициентов конвективной .теплоотдачи базируются на опытах, проведенных в определенных диапазонах рабочих условий, поэтому области их надежного применения ограничены пределами, указанными в каждом отдельном случае.