Рекомендуемая литература

Основная:

1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – Москва: Энергия, 1981. – 416 с.

2. Сборник задач по процессам теплообмена и пищевой промышленности. / Данилова Г.Н. и др. – Москва, 1986.

3. Теоретические основы хладотехники. Тепломассообмен. / Под ред. проф. Гуйго Э.И. – Москва: Агропромиздат, 1986. – 320 с.

Дополнительная:

4. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Москва: Энергия, 1973. – 318 с.

5. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – Москва: Энергия, 1980. – 288 с.

6. В.В. Авчухов, Б.Я. Паюсте. Задачник по процессам тепломассообмена. – М.: Энергоиздат, 1986. – 140 с.

7. Холодильная техника: Свойства веществ. Справочник / Сост. Богданов С.Н. и др. – Л.: Машиностроение, 1976 либо Агропромиздат, 1985.

8. Лабай В.Й. Тепломасообмін.– Львів: Тріада Плюс, 1998. – 256 с.

9. А.И. Погорелов. Тепломассообмен. – Одесса: Черноморье, 1999. – 120 с.

1. Содержание дисциплины (программа)

И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ТЕМАМ

ПЕРВОГО СЕМЕСТРА

Предмет курса тепломассоперенос. Области его применения. Значение тепломассопереноса в технике. Место этой дисциплины в подготовке холодильщиков и криогенщиков. Основные этапы развития учения о тепломассопереносе. Развитие учения о тепломассопереносе в Украине.

Основные способы распространения тепла: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение. Сложные процессы передачи тепла.

Литература: [1], [3], [4], [9].

1. Теория теплопроводности

Теплопроводность и теплопередача при стационарном режиме. Процесс теплопроводности с точки зрения кинетической теории материи, его макроскопическая модель. Температурное поле, температурный градиент, плотность теплового потока.

Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности, его зависимость от различных факторов. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Коэффициент температуропроводности. Граничные условия I, II, III, IV рода. Закон Ньютона-Рихмана. Стационарные условия. Передача теплоты через одно- и многослойную плоские стенки при граничных условиях I и II родов. Термические сопротивления и коэффициент теплопередачи. Передача теплоты через цилиндрические стенки при граничных условия I и III родов. Линейные: плотность потока теплоты, термические сопротивления, коэффициент теплопередачи. Критический диаметр цилиндрической стенки, выбор толщины тепловой изоляции.

Нестационарный тепловой режим. Методы решения задач теплопроводности при нестационарном режиме. Охлаждение и нагрев тел (параллелепипеда и цилиндра) конечной длины. Теплоты в процессе нестационарной теплопроводности.

Регулярный режим нагревания (охлаждения) тел. Теорема Кондратьева. Роль теории регулярного режима при исследовании теплофизических характеристик тел.

Теплопроводность в стержне (ребре) постоянного поперечного сечения. Теплопередача через плоскую ребристую стенку. Способы интенсификации процессов теплопередачи. Связь вопросов интенсификации теплопередачи с проблемами экономии энергетических и материальных ресурсов.

Литература:

• [1], гл. 1, 2, 3 (1.1–1.7, 2.1–2.3, 2.6, 2.7–2.8, 3.1–3.6, 3.8–3.11);

• [3], гл. 1, 2, 3 (3.1–3.6), 13 (13.1–13.5);

• [4], гл. 1 (1.1–1.3), 6 (6.1–6.4), 7, 10 (10.5–10.6);

• [8], разд. I, II, VI;

• [9], гл. 1 (1.1, 1.2.2, 1.2.4, 1.2.6, 1.3.1, 1.3.2).

Методические указания. В результате изучения темы студент должен получить отчетливое представление о трех механизмах переноса тепла, а также понять и усвоить метод вывода дифференциального уравнения теплопроводности. Следует обратить особое внимание на то, что дифференциальное уравнение теплопроводности выражает закон сохранения энергии применительно к особенностям процесса теплопроводности. Нужно уяснить, что дифференциальное уравнение теплопроводности описывает целый класс явлений и что для выделения из этого класса какого-то единичного явления необходимо к этому уравнению присоединить начальные и граничные условия, а также конкретизировать физические свойства (, с, ) среды, в которой протекает процесс, и геометрическую форму тела. Необходимо обратить внимание на физический смысл частных производных от температуры, а также на то, что дифференциальное уравнение описывает протекание изучаемого процесса в любой "материальной точке" тела.

Следует отчетливо усвоить физический смысл коэффициентов теплопроводности, температуропроводности, теплоотдачи и теплопередачи и знать их размерности. Надо представлять себе порядок величин коэффициента теплопроводности для металлов, строительных и теплоизоляционных материалов, жидкостей и газов. Должен быть твердо усвоен общий метод решения задач о передаче тепла при установившемся режиме через плоскую и цилиндрическую стенку при граничных условиях первого и третьего рода. При этом следует обратить внимание на понятия коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопередачи. Надо уметь анализировать влияние отдельных термических сопротивлений на коэффициент теплопередачи и распределение температур. Необходимо обратить внимание на различие в закономерностях коэффициентов теплопередачи плоской и цилиндрической стенки и понять, чем оно объясняется.

При изучении материала по теме теплопроводность при нестационарном режиме ставится задача освоить метод решения задач на охлаждение (нагревание) твердых тел простейшей формы. Нахождение температурного поля в этом случае может быть осуществлено: путем аналитического решения задач; методом конечных разностей; в некоторых задачах – методом регулярного режима; экспериментальными методами. Полное аналитическое решение соответствующих задач связано с громоздкими математическими выкладками. Поэтому учебники содержат только постановку задачи, окончательный результат и примеры его применения к решению числовых задач. При этом оказывается возможным и весьма удобным представлять полученные аналитическим путем решения в безразмерном виде. В качестве определяемой величины служит избыточная температура тела, т.е. отношение избыточной температуры рассматриваемой точки в данный момент времени к начальной избыточной температуре: . Под избыточной температурой понимают разность между температурой тела и среды. Независимыми переменными, определяющими величину , являются критерии Фурье (Fo) и Био (Bi). Если последние в процессах охлаждения тел с различными , с, ,  (или r),  и  одинаковы, то  будет одинакова. Это обстоятельство позволяет зависимости для всех возможных случаев нестационарного теплообмена тела данной формы представлять в виде графиков. Такие графики для  и безразмерного тела приведены в учебниках.

Студент должен понимать физический смысл критериев Fo и Bi и уметь анализировать влияние каждого из них на  и . Обратить внимание на то, что при , , а при ,  стремится к нулю.

Надо разобраться в геометрической интерпретации граничных условий третьего рода и физическом значении направляющей точки. Нужно отчетливо представлять себе, что в методе конечных разностей процесс непрерывный во времени и пространстве заменяется скачкообразным и хорошо разобраться в выводе формулы для температуры любой точки внутри тела и в любой момент времени.

Необходимо усвоить графический метод построения распределения температур внутри пластины и на ее границе со средой.

Надо знать математическую характеристику регулярного режима (первого рода), его графическую интерпретацию и физическую сущность, понимать разницу между коэффициентом температуропроводности а и темпом охлаждения. Необходимо уяснить себе метод опытного определения темпа охлаждения и коэффициента температуропроводности тел.

В результате изучения подтемы по оребрению студент должен овладеть методами расчета оребренных поверхностей, широко применяемых в технике. Надо разобраться в выводе зависимостей для распределения температур и для теплового потока в прямом ребре постоянной толщины в случае, когда теплоотдачей с торца ребра можно пренебречь. Нужно уметь написать и объяснить формулу для количества тепла, проходящего через круглое ребро постоянной толщины. Необходимо уяснить, как меняется температура по высоте прямого ребра постоянной толщины и от чего зависит передаваемое ребром тепло. Важно понять, что избыточная температура ребра, отсчитанная от температуры среды, уменьшается по высоте, что степень этого уменьшения зависит от толщины, теплопроводности и формы ребра, а также от условий теплообмена между ребром и средой. Важнейшая характеристика ребра – это степень его эффективности, его КПД, которое равно отношению средней избыточной температуры вершины ребра к избыточной температуре основания ребра . Если эффективность ребра известна, то количество тепла, передаваемого ребром может быть вычислено по закону Ньютона:

,

где – коэффициент теплообмена поверхности ребра с окружающей средой.

Эффективность ребра приходится учитывать и при расчете теплопередачи через оребренную стенку. На практике, как правило, . В этом случае удобно пользоваться величиной приведенного (условного) коэффициента теплоотдачи оребренной поверхности. Приведенным коэффициентом теплоотдачи называется отношение количества тепла, которым обменивается оребренная стенка со средой, к произведению поверхности стенки без ребер на избыточную температуру основания ребра. Приведенный коэффициент теплоотдачи может быть также отнесен ко всей оребренной поверхности. Введение этого понятия позволяет далее рассчитывать процесс теплопередачи через оребренную стенку по обычным формулам для гладкой стенки. Надо понять, что такое коэффициент оребрения, как он влияет на количество передаваемого через оребренную стенку тепла и как правильно выбрать его величину.