Содержание

Введение 6

Необходимость углублённого понимания и роль 7

российских учёных 7

Модели среды и задача курса 7

1. Теплообмен 8

1.1. Основные понятия теплообмена 8

Основные способы переноса теплоты 8

Виды сложного теплообмена 9

1.2. Теплопроводность. Закон Фурье 12

1.3. Дифференциальное уравнение теплопроводности и его решения 13

Условия однозначности для процессов теплопроводности 18

1.3.1. Теплопроводность при стационарном тепловом режиме (граничные условия I рода) 20

Плоская стенка, 20

Многослойная плоская стенка 22

1.3.2. Теплопередача (теплопроводность при граничных условиях III рода) 24

Плоская однородная и многослойная стенки 24

Цилиндрическая стенка: теплопроводность при стационарном тепловом режиме (граничные условия I рода) 27

Многослойная криволинейная стенка: теплопередача 30

(теплопроводность при граничных условиях III рода) 30

Средняя расчётная поверхность 32

Интенсификация теплопередачи – увеличение теплового потока 32

Расчётные формулы для цилиндрической стенки 34

Критический диаметр цилиндрической стенки 35

Тепловая изоляция 38

1.3.3. Нестационарная теплопроводность 39

Физические представления о процессах нагревания и охлаждения тел 39

Охлаждение (нагревание) неограниченной пластины 40

Количество теплоты, отданное пластиной в процессе 42

охлаждения 42

Влияние числа Bi на процессы нестационарной 43

Теплопроводности 43

Охлаждение тел конечных размеров 45

Зависимость охлаждения (нагревания) от формы 45

и размеров тела 45

Регулярный режим охлаждения (нагревания) тела 46

1.4. Конвективный теплообмен (КТО) в однофазной среде 47

Система дифференциальных уравнений КТО 49

Теория подобия 51

Методы приведения к безразмерному виду 52

Простейший метод – метод «губки» 52

Получение эмпирических уравнений подобия 53

1.5. Элементы теплообмена при фазовых превращениях. Конденсация чистого пара 59

Расчёт коэффициента теплоотдачи по формулам Нуссельта 60

1.6. Теплообмен излучением в прозрачной среде. Сложный теплообмен 64

Основные законы теплового излучения 66

Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде 68

1.7. Основы теплового расчёта теплообменных 71

аппаратов 71

Краткая классификация ТОА 71

Виды теплового расчёта 72

Уравнение теплового баланса и теплопередачи 72

Схемы движения теплоносителей 74

Распределение температур при прямотоке и противотоке 75

Средний температурный напор 76

Расчёт конечных температур теплоносителей 77

Обобщение по видам теплообмена 78

2.1. Особенности движения и теплообмена в трубах 79

(физическое содержание табл. 2) 79

Течение в прямой трубе 79

Участок гидродинамической стабилизации 79

Участок термической стабилизации 81

Теплообмен при ламинарном течении в трубе 83

Теплоотдача в трубах некруглого сечения 86

Каналы кольцевого поперечного сечения 86

Теплоотдача в изогнутых трубах 87

Теплоотдача в шероховатых трубах 88

Средняя по сечению потока температура жидкости 90

Теплоотдача при свободном движении 91

Теплоотдача при поперечном омывании труб и пучков труб 92

Коэффициент теплоотдачи при омывании труб и пучков труб (плакат) 94

Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб 95

Коэффициенты теплоотдачи 96

2.2. Дополнение к расчёту среднего температурного напора 97

Формула В.Г. Шухова 100

Сравнение прямотока и противотока 101

2.3. Дополнение к теплообмену при фазовых превращениях. Кипение 103

Режимы кипения 103

Теплоотдача при пузырьковом режиме в большом объёме 107

Структура двухфазного потока при течении внутри труб 108

кипящей жидкости 108

Теплоотдача при вынужденном движении кипящей жидкости в трубах 110

2.4. Приближение пограничного слоя 112

Система уравнений ламинарного пограничного слоя 112

Система уравнений турбулентного пограничного слоя 117

2.5. Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена 122

Условия подобия физических процессов 122

Моделирование процессов КТО 123

Термодинамическое подобие 125

Метод локального теплового моделирования 127

Метод масштабных преобразований (приведение математической формулировки краевой задачи к безразмерному 127

виду) 127

Метод размерностей. π-теорема 132

2.6. Теплогидравлический расчёт теплообменных 136

аппаратов 136

2.7. Методы теплообмена излучением 137

Закон Ламберта 137

Теплообмен излучением между телами, произвольно 139

расположенными в пространстве. Угловые коэффициенты 139

Экраны 142

Уравнение переноса лучистой энергии 143

Особенности излучения газов и паров 145

2.8. Массообмен 147

Основные понятия и определения 147

Концентрационная диффузия. Закон Фика 148

Тепло- и массообмен в двухкомпонентных средах 149

2.9. Дифференциальные уравнения тепломассообмена 152

Система уравнений конвективного массообмена для 153

бинарной смеси 153

Диффузионный пограничный слой 156

Числа подобия конвективного массообмена 157

2.10.Аналогия процессов теплообмена и массообмена 159

Тройная аналогия 161

Методы теплопроводности 164

Ребристые поверхности (методы интенсификации теплообмена) 164

Дифференциальное уравнение для прямого ребра 164

Прямое ребро прямоугольного профиля 166

Прямое ребро треугольного профиля 168

Круглое ребро прямоугольного профиля (табл. 1Д) 170

Тепловой поток, переданный одним ребром 168

Теплоотдача при плёночной конденсации сухого насыщенного водяного пара с учётом волнового движения 168

CПИСОК использованной ЛИТЕРАТУРЫ 172

1 Если опытные точки располагаются по кривой, то эту кривую обычно заменяют ломаной. Для отдельных участков такой кривой значения C, m и n различны.

2 Как правило, материал лекций 14 и 15 разбирается на семинаре.

3 Иногда вводят обозначения , .