- •Введение
- •1. Основы теории теплопередачи
- •1.1. Основные понятия теории теплообмена
- •1.2. Способы передачи теплоты
- •1.3. Теплопроводность
- •1.3.1. Краткие сведения о механизме процесса теплопроводности
- •1.3.2. Градиент температур. Плотность теплового потока
- •1.3.3. Закон Фурье
- •1.3.5. Плотность теплового потока и тепловой поток теплопроводностью для однослойной плоской стенки
- •1.3.4. Коэффициент теплопроводности и его зависимость от различных факторов
- •1.3.6. Плотность теплового потока и тепловой поток теплопроводностью для многослойной плоской стенки
- •1.4.2. Коэффициент теплоотдачи. Формула Ньютона - Рихмана
- •1.4.3.Основы теории подобия
- •1.4.4. Подобные явления, признаки сходства
- •1.4.5. Основные положения теории подобия
- •1.4.6.Критерии подобия. Понятие о теории подобия
- •1.5. Нестационарная теплопроводность
- •1.5.1. Теплопроводность при нестационарном режиме
- •1.5.2 Методы решения задач нестационарной теплопроводности
- •1.5.3. Граничные условия третьего рода при постоянной температуре окружающей среды
- •1.5.4. Нагрев (охлаждение) «тонких» тел
- •1.5.5. Граничные условия первого рода
- •1.5.6. Граничные условия второго рода при постоянной плотности теплового потока на поверхности
- •1.5.7. Регулярный тепловой режим
- •1.5.8. Применение теории подобия для исследования задач нестационарной теплопроводности
- •1.6.Лучистый теплообмен
- •1.6.1. Основные понятия и определения
- •1.6.2. Лучеиспускательная способность тела
- •1.6.3. Закон Планка
- •1.6.4. Закон Вика
- •1.6.5. Закон Стефана-Больцмана
- •1.6.6. Закон Кирхгофа
- •1.6.7. Закон Ламберта
- •1.6.8. Лучистый теплообмен между параллельными пластинами
- •1.6.9. Лучистый теплообмен между телами произвольной формы
- •1.6.10. Экраны и их применение
- •1.6.11. Тепловое излучение газов
- •1.7.Сложный теплообмен
- •1.7.1. Понятие сложного теплообмена
- •1.7.2. Понятие о и и их сумме
- •1.8. Теплопередача
- •1.8.1. Понятие о теплопередаче
- •1.8.2. Теплопередача через плоскую однослойную стенку
- •1.8.3. Теплопередача через плоскую многослойную стенку
- •1.8.4. Теплопередача через цилиндрическую однослойную стенку
- •1.8.5. Теплопередача через цилиндрическую многослойную стенку
- •1.9. Теплообменные аппараты
- •1.9.1. Назначение теплообменных аппаратов. Основные схемы
- •1.9.2. Виды расчета теплообменных аппаратов
- •1.9.3.Уравнение теплового баланса
- •1.9.4. Теплопередача в теплообменном аппарате
- •1.9.5. Изменение температуры рабочих жидкостей вдоль поверхности нагрева
- •1.9.6. Средний температурный напор
- •1.9.7. Средняя разность температур при перекрестном токе
1. Основы теории теплопередачи
1.1. Основные понятия теории теплообмена
Рассмотрим основные понятия теплообмена. Знакомство с этими понятиями позволит применить основные физические законы к процессам переноса теплоты.
Температурное поле - совокупность значений температуры во всех точках тела в данный момент времени. В следующий момент времени температура в некоторых точках тела может измениться, в этом случае температурное поле называется нестационарным.
Стационарное - температурное поле представляет собой одну и ту же совокупность значений температуры в любой момент времени.
Температурное поле может быть однородным и неоднородным. Однородное температурное поле это поле одинаковых температур, когда все точки тела характеризуются одним и тем же значением температуры. Данное температурное поле можно назвать ещё изотермическим.
1.2. Способы передачи теплоты
Теплообмен является сложным процессом и включает в себя (в зависимости от физической сущности, природы распространения теплоты) три способа переноса теплоты: теплопроводность, конвективный теплообмен и теплообмен излучением.
Теплопроводность это такой вид теплообмена, при котором перенос теплоты осуществляется микрочастицами вещества (молекулы, атомы, свободные электроны), которые перемещаются из области высокой температуры в область более низкой. Теплопроводность имеет место в твёрдых, жидких и газообразных телах.
Конвективный теплообмен это такой вид теплообмена, который обусловлен совместным действием двух механизмов переноса теплоты. Первый из них - указанная выше теплопроводность. Второй - конвективный перенос, который осуществляется за счёт движения самой среды из области высокой температуры в область низкой температуры.
Большое практическое значение имеет конвективный теплообмен между движущейся жидкостью и поверхностью твёрдого тела, между газом и поверхностью капельной жидкости и т.п. Такой конвективный теплообмен называют теплоотдачей.
Теплообмен излучением связан с переносом энергии фотонов или электромагнитных волн. Этот вид теплообмена осуществляется в три этапа: внутренняя энергия тела преобразуется в энергию излучения, которая затем распространяется в пространстве, а затем происходит преобразование энергии излучения во внутреннюю энергию второго тела, которое поглощает излучение.
Совокупность двух или трёх видов теплообмена называется сложным теплообменом. Изучение закономерностей сложного теплообмена представляет собой довольно трудную задачу. Поэтому каждый из трёх видов теплообмена изучают отдельно, после этого становится, возможно, вести расчёт, относящийся к сложному теплообмену.
Многие процессы переноса теплоты сопровождаются переносом массы - массообменном. Совместное протекание процессов теплообмена и массообмена называется тепломассообменом.
1.3. Теплопроводность
1.3.1. Краткие сведения о механизме процесса теплопроводности
Теплопроводность рассматривается как самостоятельный процесс, который в чистом виде сможет протекать только в твёрдых телах. В жидкостях и газах теплопроводность понимается как процесс, протекающий совместно с конвекцией и радиацией или с обоими этими процессами одновременно.
Для осуществления процесса переноса теплоты теплопроводностью необходимо неоднородное температурное поле, когда в различных точках тела температура различна.
При переходе от точки к точке в теле температура не меняется скачком, а изменяется более или менее плавно. В теле всегда можно найти несколько точек с одинаковой температурой; соединив все такие точки, получим поверхность одинаковой температуры, которая носит название изотермической поверхности. Каждой изотермической поверхности соответствует своё значение температуры. Можно построить в теле семейство изотермических поверхностей, такая картинка даст наглядное представление о температурном поле.
Изотермы никогда не пересекаются, ибо в этом случае точка пересечения будет обладать двумя различными значениями температуры, что физически невозможно.