Краткий курс лекций. Курс лекций по дисциплине Теплотехника составлен в соответствии с рабочей программой дисциплины и предназначен для студентов направления подготовки 19. 03. 04

• Название: Курс лекций по дисциплине Теплотехника составлен в соответствии с рабочей программой дисциплины и предназначен для студентов направления подготовки 19. 03. 04
• Дата: 31.01.2022
• Размер: 1.75 Mb.
• Имя файла: Краткий курс лекций.docx
• Тип: Курс лекций; #347389
• страница: 7 из 9

i
ΣR

i1
где i– порядковый номер слоя, n– число слоев.

Вопросы для самоконтроля

1. 
   Физическая сущность закона Фурье. Аналитическое выражение, анализ составляющих.
   
2. 
   Коэффициент теплопроводности: физический смысл, от каких факторов зависит. Коэффициент теплопроводности газов, жидкостей, диэлектриков, металлов.
   
3. 
   Как получают расчетное выражение для определения теплового потока теплопроводностью через однослойную плоскую стенку?
   
4. 
   Как получают расчетное выражение для определения теплового потока теплопроводностью через многослойную плоскую стенку?
   

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная

1. 
   Федина,В.В.Техническая термодинамика [Текст]: учебное пособие/ В.В. Федина, А.С. Тимофеева, Т.В. Никитченко.– Старый Оскол: ТНТ, 2015. – 144 с.
   

2. 
   Шатров,М.Г. Теплотехника [Текст]: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ М.Г. Шатров, И.Е. Иванов, С.А. Пришвин и др.– 2-е изд., испр. – М.: Издательский центр
   

«Академия», 2012.
Дополнительная

1. 
   Круглов, Г.А. Теплотехника [Текст]: учебное пособие / Г.А. Круглов, Р.И. Булгакова, Е.С. Круглова. — СПб.: Издательство «Лань», 2010. — 208 с.: ил. – ISBN 978-5-8114-1017-0.
   
2. 
   Баскаков,А.П.Теплотехника [Текст]: учебник для нетеплоэнергетических вузов (переработанный и дополненный) / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт, Ю.В. Кузнецов, Н.Ф. Филипповский. – М.: Издательский Дом «Бастет», 2010. – 328 с.
   
3. 
   Кирюшатов,А.И.Тепломассообмен [Текст]: учебно-методическое пособие по изучению дисциплины «Тепломассообмен» для слушателей курсов профессиональной переподготовки/ А. И. Кирюшатов, О.Г. Брюнина; ФГОУ ВПО"Саратовский ГАУ". - Саратов : 2011– 159 с.
   

Лекция 18

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

1. 
   Механизм теплоотдачи. Закон Ньютона-Рихмана.
   

Конвективный теплообмен обусловлен совместным действием конвекции и молекулярного переноса вещества.

Конвективный теплообмен между потоком жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела называется конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей, при этом перенос тепла осуществляется одновременно конвекцией и теплопроводностью.

Перенос частиц зависит от многих факторов: от природы возникновения и режима движения, рода и физических свойств жидкости, формы и размеров поверхности тела и др. Поэтому конвективный теплообмен (теплоотдача) представляет собой очень сложный процесс. При практических расчетах теплоотдачи используют законНьютона-Рихмана:
^{Q= α(t}ст ^–tж ^)F.

Согласно закону Ньютона-Рихмана, тепловой поток Q от жидкости к стенке илиотстенкикжидкостипропорционаленповерхноститеплообменаFиразноститемператур
^Δt=tcт ^–tж <sup>,

где t</sup>cт ^{–температура поверхности, t}ж <sup>–температура жидкости или газа, °С.

Разность температур t</sup>cт ^{– t}ж ^{– называется температурным напором. Величины F и} Δt не исчерпывают факторы, влияющие на конкретный процесс теплообмена между стенкой и жидкостью.

Конкретные условия учитываются коэффициентом пропорциональности α,

называемым коэффициентомтеплоотдачи.

В общем случае коэффициент теплоотдачи изменяется по поверхности теплообмена и уравнение для элемента поверхности запишется так:

_{α =} dQ

(t_ст  t_ж )dF

 ^q .

t_ст  t_ж

2. 
   Теория подобия.
   

Теория подобия – это учение о подобных явлениях. Она позволяет на основании отдельных опытов получить обобщенную зависимость и открывает возможность изучения рабочих процессов технических устройств на моделях. Термин «подобия» заимствован из геометрии, где изучается подобие геометрических фигур. У подобных геометрических фигур пропорциональны сходственные линейные элементы (длины сторон треугольника, граней призм т.п.).

Основу теории подобия физических явлений составляют три теоремы.

Первую теорему подобия формулируют так: у подобных явлений одноимённые критерии подобия численно одинаковы.

Вторая теорема подобия устанавливает возможность представления интеграла как функции от критериев подобия дифференциального уравнения.

На основании этой теоремы любая зависимость между переменными, характеризующими какое-либо явление, может быть представлена в виде зависимости между критериями подобия:
^f(K1^;K2^,…..Kn⁾⁼⁰,
где К– критерии подобия.

Зависимость такого вида называют критериальным уравнением, так как для всех подобных между собой явлений критерии подобия сохраняют одно и тоже значение, то и критериальные зависимости для них одинаковы.

Третьятеоремаподобияформулируется так: подобны те явления, условия однозначности которых подобны, и критерии, составленные из условия однозначности численно одинаковы.
Вопросы для самоконтроля

1. 
   Что называется конвекцией, конвективным теплообменом, теплоотдачей?
   
2. 
   Сформулируйте физическую сущность закона Ньютона-Рихмана.
   
3. 
   Напишите аналитическое выражение закона Ньютона-Рихмана, проанализируйте составляющие.
   
4. 
   Сформулируйте физическую сущность коэффициента теплоотдачи и укажите от каких факторов он зависит.
   
5. 
   Сущность теории подобия.
   
6. 
   Условия подобия.
   
7. 
   Теоремы подобия.
   

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная

1. 
   Федина,В.В.Техническая термодинамика [Текст]: учебное пособие/ В.В. Федина, А.С. Тимофеева, Т.В. Никитченко.– Старый Оскол: ТНТ, 2015. – 144 с.
   
2. 
   Шатров,М.Г.Теплотехника [Текст]: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ М.Г. Шатров, И.Е. Иванов, С.А. Пришвин и др.– 2-е изд., испр. – М.: Издательский центр
   

«Академия», 2012.
Дополнительная

1. 
   Круглов, Г.А. Теплотехника [Текст]: учебное пособие / Г.А. Круглов, Р.И. Булгакова, Е.С. Круглова. — СПб.: Издательство «Лань», 2010. — 208 с.: ил. – ISBN 978-5-8114-1017-0.
   
2. 
   Баскаков,А.П.Теплотехника [Текст]: учебник для нетеплоэнергетических вузов (переработанный и дополненный) / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт, Ю.В. Кузнецов, Н.Ф. Филипповский. – М.: Издательский Дом «Бастет», 2010. – 328 с.
   
3. 
   Кирюшатов,А.И.Тепломассообмен [Текст]: учебно-методическое пособие по изучению дисциплины «Тепломассообмен» для слушателей курсов профессиональной переподготовки/ А. И. Кирюшатов, О.Г. Брюнина; ФГОУ ВПО"Саратовский ГАУ". - Саратов : 2011– 159 с.
   

Лекция 19

ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ.

1. 
   Механизм переноса теплоты излучением. Законы излучения.
   

Излучение – это процесс распространения электромагнитных волн, испускаемых телом при преобразовании внутренней энергии тела в результате внутримолекулярных и внутриатомных возмущений в лучистую энергию.

Все виды электромагнитного излучения имеют одинаковую природу.

Для переноса энергии они не требуют проводящей среды и распространяются с одинаковой скоростью, равной скорости света.

Виды излучения различаются только частотой ν и длиной волны λ.

Теплообмен излучением представляет собой процесс взаимного излучения двух или нескольких тел, имеющих различную температуру.

^{Зависимость интенсивности излучения абсолютно черного тела J}0 ^{от длины волны λ}и температуры Т устанавливаются законом Планка(Макс Карл Эрнст Людвиг Планк немецкий физик-теоретик, основоположник квантовой физики):
_с5

^J0^{= 1}

_ес₂ / Т_1

, (*)

^{где с}1^{= 3,74·10-16 Вт·м2 и с}2^{=1,44·10-2 м·К (перваяивтораяпостоянныеПланка);}

e– основание натурального логарифма.

Графическое изображение закона Планка дано на рис. 19.1, откуда видно, что интенсивность излучения увеличивается с ростом температуры.

Максимум интенсивности излучения зависит от температуры и сдвигается в сторону более коротких волн. На основании закона Вина (Вильгельм Карл Вернер Отто Фриц ^{Франц Вин немецкий физик, лауреат Нобелевской премии) длина волны λ}m^, отвечающая максимуму интенсивности излучения связана с температурой излучающего тела уравнением:
^λm^{·T= 2,9 · 10-3 ,м · К.}

λ
Рисунок 19.1. Зависимость интенсивности излучения от длины волны и от

температуры
Из уравнения (*) видно, что с увеличением температуры максимум интенсивности излучения будет сдвигаться в сторону коротких волн.

Йозеф Стефан (1879) (австрийский физик и математик) экспериментально, а затем Людвиг Больцман (1884) (австрийский физик-теоретик, основатель статистической механики и молекулярно-кинетической теории) теоретически установили, что излучательная способность абсолютно черного тела возрастает пропорционально четвертой степени абсолютной температуры:
^Т⁴

E₀=C_{0100 } ,

 
^{где С}0^{– коэффициент излучения абсолютно черного тела, С}0^{= 5,67 Вт/(м2 · K4).}

Реальные тела, называемые обычно серыми телами, по интенсивности излучения отличаются от абсолютно черного тела, но закон Стефан-Больцмана применим и к ним, если учесть степень их черноты:
ε = ^Е,

Е₀
^{где E– излучательная способность серого тела; E}0^{– излучательная способность} абсолютно черного тела.

2. 
   Расчет лучистого теплообмена между телами в прозрачной среде.
   

Рассмотрим две параллельно расположенные стенки, имеющие большую поверхность и небольшое расстояние между собой (рис. 19.2).

Рисунок 19.2. Схема лучистого теплообмена между двумя параллельно расположенными телами.
Излучение каждой стенки частично поглощается, частично отражается, этот процесс, многократно повторяясь, имеет затухающий характер.

^{Обозначим через q}1 ^{плотность потока эффективного излучения от первой стенки ко второй, включающей как излучение первой стенки, так и все ее отражения, а через q}2плотность потока эффективного излучения от второй стенки, к первой. Первой стенкой ^{будет поглощено из потока q}2^:A1 ^q2^{и отражено (1–A}1^)q2^{, тогда:
q}1^=E1 ^{+(1– A}1^)q2^{; (19.1)
q}2^=E2 ^{+(1– A}2^)q1^{. (19.2)}

Подставив (19.2) в (19.1) Получим:
^q1⁼
Е₁  Е₂  А₁ Е_{2 .}

А₁  А₂  А₁ А₂

^{Аналогично и для q}2<sup>найдем:


q</sup>2⁼
Е₁  Е₂  А₂ Е_{1 .}

А₁  А₂  А₁ А₂

^{Результирующий тепловой поток q}1-2^{равен разности q}1^{и q}2^{, тогда получим:
} ^Т 4  ^Т ^{4 }

^q1-2^{= A}пр^с0^{1 }

_100 _

 ^{2  } ,

_100 _{ }

^{где A}пр ^{– приведённая поглощательная способность. Так как ε = Aи с = ε с}0 ^{, то можно записать:}

^ ^Т 4  ^Т ^{4 }

^q1-2^=εпр^с0^{1 }

_100 _

 ^{2   ,}

_100 _{ }

^{где ε}пр^{– приведённая степень черноты и приведённая степень излучения,
ε}пр^{=1 .}

1 _1 _1

₁  ₂
Вопросы для самоконтроля

1. 
   Что называется лучистым теплообменом? Что называется интенсивностью излучения?
   
2. 
   Физическая сущность и аналитическое выражение закона Стефана-Больцмана.
   
3. 
   Физическая сущность и аналитическое выражение закона Вина.
   
4. 
   Физическая сущность и аналитическое выражение закона Планка.
   
5. 
   Расчет теплообмена излучением между двумя параллельными поверхностями.
   

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная

1. 
   Федина,В.В.Техническая термодинамика [Текст]: учебное пособие/ В.В. Федина, А.С. Тимофеева, Т.В. Никитченко.– Старый Оскол: ТНТ, 2015. – 144 с.
   
2. 
   Шатров,М.Г.Теплотехника [Текст]: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ М.Г. Шатров, И.Е. Иванов, С.А. Пришвин и др.– 2-е изд., испр. – М.: Издательский центр
   

«Академия», 2012.
Дополнительная

1. 
   Круглов, Г.А. Теплотехника [Текст]: учебное пособие / Г.А. Круглов, Р.И. Булгакова, Е.С. Круглова. — СПб.: Издательство «Лань», 2010. — 208 с.: ил. – ISBN 978-5-8114-1017-0.
   
2. 
   Баскаков,А.П.Теплотехника [Текст]: учебник для нетеплоэнергетических вузов (переработанный и дополненный) / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт, Ю.В. Кузнецов, Н.Ф. Филипповский. – М.: Издательский Дом «Бастет», 2010. – 328 с.
   
3. 
   Кирюшатов,А.И.Тепломассообмен [Текст]: учебно-методическое пособие по изучению дисциплины «Тепломассообмен» для слушателей курсов профессиональной переподготовки/ А. И. Кирюшатов, О.Г. Брюнина; ФГОУ ВПО"Саратовский ГАУ". - Саратов : 2011– 159 с.
   

Лекция 20

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

1. 
   Теплопередача через плоские поверхности (однослойная стенка).
   

Теплопередачейназывается передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители.

Явление теплопередачи составляет основу рабочих процессов теплообменных аппаратов, а расчетные уравнения теплопередачи зависят от формы стенки, разделяющей теплоносители.

Рассмотрим теплопередачу через плоскую однослойную стенку.




Рисунок 20.1. Схема теплопередачи через плоскую однослойную стенку

Определим температурные напоры для каждого этапа:

t_ж1  t₁

 ^q,



t₁  t₂

1