- •Оглавление
- •Введение
- •Теплопроводность.
- •Основной закон теплопроводности.
- •1.2 Дифференциальное уравнение теплопроводности и условия однозначности.
- •1.2.1 Дифференциальное уравнение.
- •1.2.2 Условия однозначности.
- •1.3 Теплопроводность при стационарном режиме.
- •1.3.1.Теплопроводность плоской однослойной стенки.
- •1.3.2. Теплопроводность многослойной стенки.
- •1.4 Теплопроводность цилиндрической стенки.
- •1.4.1 Теплопроводность однослойной цилиндрической стенки.
- •1.4.2 Теплопроводность многослойной цилиндрической стенки.
- •1.5. Теплопроводность тел неправильной формы.
- •1.6. Нестационарная теплопроводность.
- •1.6.1 Общие положения. Описание процесса.
- •1.6.2 Решение задач нестационарной теплопроводности.
- •1.6.3. Охлаждение тел конечных размеров.
- •1.6.4 Зависимость процесса охлаждения от формы и размеров тела.
- •2. Теплопередача при стационарных условиях и граничных условиях 3 рода.
- •2.1 Теплопередача через плоскую стенку.
- •2.1.1 Теплопередача через однослойную стенку.
- •2.1.2 Теплопередача через многослойную стенку.
- •2.2 Теплопередача через цилиндрическую стенку при граничных условиях 3-го рода.
- •2.2.1 Теплопередача через однослойную цилиндрическую стенку.
- •2.2.2 Теплопередача через многослойную цилиндрическую стенку.
- •2.2.3 Теплопередача через шаровую стенку.
- •2.3. Интенсификация теплопередачи.
- •2.4. Критический диаметр изоляции.
- •3. Конвективный теплообмен.
- •3.1Основные понятия и определения.
- •3.2. Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена.
- •3.3.Основы теории подобия.
- •Условия подобия физических процессов.
- •3.4. Теплоотдача при вынужденном продольным омывании плоской поверхности
- •3.4.1. Расчет теплоотдачи при ламинарном гидродинамическом пограничном слое.
- •3.4.2. Зависимость теплоотдачи от изменения температуры по ее длине.
- •3.4.3. Влияние на теплоотдачу необогреваемого начального участка
- •3.4.4. Теплоотдача при турбулентном пограничном слое
- •3.5. Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах
- •3.5.1. Теплоотдача при ламинарном режиме движения жидкости.
- •3.5.2. Теплоотдача при турбулентном режиме движения жидкости в трубах.
- •3.5.3. Теплоотдача при переходном режиме
- •3.5.4. Теплоотдача в трубах некруглого поперечного сечения.
- •3.5.5 Теплоотдача в изогнутых трубах
- •3.5.6. Теплоотдача в шероховатых трубах
- •3.6 Теплоотдача при вынужденном поперечном омывании труб и пучков труб.
- •3.61.Теплоотдача при поперечном омывании одиночной круглой трубы.
- •3.6.2 Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб.
- •4. Теплоотдача при свободном движении жидкости.
- •4.1 Свободный теплообмен в неограниченном пространстве около верикальной плиты или трубы.
- •4.2 Теплоотдача при свободном движении около горизонтальной трубы.
- •4.3 Движение жидкости около нагретых горизонтальных плоских стенок.
- •4.4 Теплоотдача при свободном движении жидкости в ограниченном пространстве.
- •2)Если ширина щели мала, внутри щели возникают циркуляционные контуры.
- •5.Теплообмен при кипении жидкости
- •5.1.Основные представления о процессе кипения
- •Режимы кипения
- •Минимальный радиус пузырька
- •Отрывной диаметр пузырька
- •Кривая кипения
- •Влияние некоторых факторов на интенсивность теплоотдачи при кипении
- •5.2Кризисы кипения
- •Первый кризис кипения
- •Второй кризис кипения
- •5.3.Пузырьковое кипение
- •5.3.1.Пузырьковое кипение жидкости в неограниченном объеме
- •5.3.2.Расчет теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости в неограниченном объеме
- •5.3.3Пузырьковое кипение в условиях вынужденного движения в трубах.
- •Структура двухфазного потока
- •Вертикальные трубы
- •Горизонтальные и наклонные трубы
- •Структура потока при кипении жидкости внутри горизонтальной трубы.
- •Изменение избыточной температуры стенки по периметру при кипении жидкости внутри горизонтальной трубы.
- •5.3.4.Зависимость теплоотдачи от параметра х. Кризис кипения второго рода
- •5.3.5.Расчет теплоотдачи при кипении в трубах
- •5.4. Пленочное кипение жидкости
- •5.4.1. Теплоотдача при ламинарном движении паровой пленки
- •5.4.2.Теплоотдача при турбулентном движении паровой пленки
- •6. Излучение.
- •6.1. Основные законы теплового излучения
- •6.1.1. Виды лучистых потоков
- •6.1.2. Законы теплового излучения твердого тела. Закон Планка
- •Закон смещения Вина
- •Закон Стефана – Больцмана
- •Закон Кирхгофа
- •Закон Ламберта
- •6.2 Теплообмен излучением в системе произвольно расположенных тел
- •Частные случаи
- •6.2.1.Теплообмен излучением при наличии экранов
- •6.3 Излучение газов
- •Отличие излучения газа от излучения твердых тел
- •6.3.1 Теплообмен в поглощающих и излучающих средах
- •Оптическая толщина среды и режимы излучения
- •6.3.2 Излучение паров и газов
- •Основные полосы спектров поглощения и.
- •Уравнение теплопередачи
- •7. Тепловой расчет теплообменных аппаратов
- •7.1 Основные положения и уравнения теплового расчета
- •Уравнение теплового баланса
- •7.2 Вычисление средней разности температур
1.3 Теплопроводность при стационарном режиме.
1.3.1.Теплопроводность плоской однослойной стенки.
При
установившемся, или стационарном
тепловом режиме температура тела во
времени остаётся постоянной, т. е.
.
При этом дифференциальное уравнение
теплопроводности будет иметь вид:
![]()
или
.
(1.2)
Если внутренние точки теплоты отсутствуют, то уравнение (1.2) упростится и примет вид:
![]()
или
.
Первым
объектом рассмотрения является передача
теплоты через плоскую стенку при
.
При
решении задач теплопроводности задаются
граничными
условиями первого рода.
Рассмотрим однородную и изотропную
стенку толщиной
с постоянным коэффициентом теплопроводности
.
На наружных поверхностях стенки
поддерживаются постоянные температуры
и
.
П
ри
заданных условиях температура будет
изменяться только в направлении,
перпендикулярном плоскости стенки.
Если ось Оx
направить, как показано на рисунке, то
температура в направлении осей Oy
и Oz
будет оставаться постоянной, т.е.
температурное поле будет одномерным:
.
В связи с этим температура будет функцией только одной координаты x и дифференциальное уравнение теплопроводности для рассматриваемого случая запишется в виде:
.
(1.3)
Граничные условия (1-ого рода) при рассматриваемой задачи зададим следующим образом:
при
(1.4)
при
.
Дифференциальное уравнение (1.2) и граничные условия (1.4) дают полную математическую формулировку рассматриваемой задачи.
Цель задачи: найти распределение температуры в плоской стенке t=f(x) и формулу для определения количества теплоты.
Закон распределения температуры по толщине стенки можно найти путём двойного интегрирования уравнения (1.3):
первое
интегрирование:
![]()
второе
интегрирование:
(1.5)
Уравнение
(1.5) -уравнение прямой линии. Отсюда
следует, что при
температура по толщине стенки изменяется
по линейному закону.
Постоянные
и
можно определить из граничных условий
первого рода (1.4):
при
и
;
при
и
.
Подставляя
значения
и
,
получим закон распределения температуры
в рассматриваемой плоскости стенке:
.
Для определения количества теплоты воспользуемся законом Фурье:
.
Получено,
что
.
После подстановки в закон Фурье получим:
.
(1.6)
Количество
теплоты, переданное через единицу
поверхности стенки в единицу времени,
прямо пропорционально коэффициенту
теплопроводности и разности температур
наружных поверхностей стенки и обратно
пропорционально толщине стенки
.
Следует
отметить, что тепловой поток определяется
не абсолютным значением температуры,
а их разностью
,
называетсятемпературным
напором.
Отношение
,
[Вт/(
)],
называется тепловой
проводимостью стенки,
а обратная величина
,
[
/Вт]- тепловым
(термическим) сопротивление стенки.
Зная
плотность теплового потока, можно
вычислить количество теплоты
,
переданное
через произвольную поверхность
F
за
время
:
.
Из
уравнения (1.6) следует, что
-
введем это в уравнение температурного
поля:
,
т.е. температура в стенке убывает тем быстрее, чем больше плотность теплового потока.
Если
учесть зависимость
от
температуры, то получим более сложные
формулы. Для подавляющего большинства
материалов зависимость
от
t
определяется уравнением:
.
После
несложных преобразований можно видеть,
что температура изменяется по кривой.
Причём, если
-
положительно, то выпуклость кривой
направлена вверх, если
-
отрицательно, то выпуклость кривой
направлена вниз.
