- •Термодинаміка, теплопередача і теплосилові установки.
- •1. Основні вихідні поняття та визначення термодинаміки.
- •2.2 Робоче тіло і термодинамічна система.
- •Основні положення розрахунків суміші ідеальних газів.
- •2. Перший закон термодинаміки.
- •2.1. Внутрішня енергія робочого тіла.
- •2.3. Робота зміни об’єму.
- •2.4. Перший закон термодинаміки.
- •2.6. Ентропія.
- •3. Термодинамічні процеси ідеальних газів
- •3.1. Аналіз рівноважного ізохорного термодинамічного процесу.
- •3.2. Аналіз ізобарного термодинамічного процесу.
- •3.3. Аналіз ізотермічного термодинамічного процесу.
- •3.4. Аналіз адіабатного процесу.
- •3.5. Аналіз політропного процесу.
- •4.1. Оборотні і необоротні термодинамічні процеси.
- •4.2 Прямі і обернені термодинамічні цикли.
- •4.3 Цикл Карно. Теорема Карно.
- •4.4. Другий закон термодинаміки.
- •4.5. Ентропія як теплова характеристика циклу.
- •4.6. Зміна ентропії ізольованої термодинамічної системи.
- •5.1 Поняття стаціонарної і одновимірної течії
- •5.2 Основні рівняння течії газу.
- •1. Рівняння суцільності руху
- •2. Рівняння першого закону термодинаміки для течії або рівняння енергії.
- •5.3. Наявна та технічна роботи течії
- •5.4. Ізоентропійна течія газу
- •5.5. Витікання газу із резервуару необмеженого об’єму
- •5.6.Витікання газу через комбіновані сопла.
- •5.7. Дроселювання
- •6. Стискування газу в компресорі
- •6.1 Призначення, класифікація і сфера застосування компресорів
- •6.2 Термодинамічний аналіз роботи одноступеневого компресора.
- •6.3 Багатоступінчасте стикування газу в компресорі.
- •6.4 Потужність та ккд компресора.
- •7. Цикли двигунів внутрішнього згорання.
- •7.1 Призначення, класифікація і сфера застосування циклів двз.
- •7.2 Аналіз циклу двз із змішаним підведенням теплоти.
- •7.3 Аналіз циклу двз з підведенням теплоти по ізобарі.
- •7.4 Аналіз циклу двз з підведенням теплоти по ізохорі
- •7.5 Порівняння циклів двз
- •8. Цикли газотурбінних двигунів (гтд)
- •8.1 Призначення, класифікація і сфера застосування циклів гтд
- •8.2. Аналіз циклу гтд з підведенням теплоти по ізобарі.
- •8.3 Аналіз циклу гтд з підведенням теплоти по ізохорі (цикл Хемфрі)
- •8.4. Регенерація теплоти як метод підвищення термічного ккд циклів гтд
- •1. Теплопровідність.
- •1.1 Температурне поле, градієнт температури, тепловий потік.
- •1.2 Закон Фур’є
- •1.3 Теплопровідність плоскої стінки
- •1.4. Теплопровідність циліндричної стінки.
- •1.4. Теплопровідність циліндричної стінки.
- •2.1 Природна і вимушена конвекція
- •2.2 Рівняння тепловіддачі Ньютона-Ріхмана.
- •2.3 Диференціальні рівняння теплообміну.
- •2.4 Основи теорії подібності
- •2.5 Критерії подібності конвективного теплообміну
- •2.6 Умови подібності процесів конвективного теплообміну
- •2.7 Тепловіддача (конвекція) при природному русі теплоносія в необмеженому об’ємі.
- •2.8 Тепловіддача при турбулентному русі теплоносія в трубі
- •2.9 Тепловіддача при поперечному обтіканні труби та жмутків труб
- •2.10 Інтенсифікація процесів конвективного теплообміну
- •3. Теплообмін випромінюванням.
- •3.1. Основні визначення променистого теплообміну.
- •3.2 Основні закони випромінювання чорних і сірих тіл
- •3.3 Променистий теплообмін між сірими тілами.
- •4 Теплопередача
- •4.1 Основне рівняння теплопередачі. Коефіцієнт теплопередачі
- •4.2 Теплопередача через плоску одношарову і багатошарову стінки.
- •4.3 Передача теплоти через циліндричну одношарову і багатошарову стінки
- •4.4 Інтенсифікація процесів теплопередачі
- •4.5 Теплова ізоляція
- •5 Теплообмінні апарати.
- •5.1 Призначення класифікація і область використання теплообмінних апаратів
- •5.2 Основи теплового розрахунку теплообмінників
2.9 Тепловіддача при поперечному обтіканні труби та жмутків труб
Т епловіддача при поперечному обтіканні труби значно складніша ніж при тепловіддачі в середині труби. При обтіканні труби на поверхні труби утворюється пограничний шар що має найменшу товщину в лобовій точці і дальше поступово зростає до тих пір поки не станеться відрив потоку і утворення вихоревої зони з протилежного боку труби. Коефіцієнт тепловіддачі в лобовій частині найбільший так як товщина пограничного шару тут мінімальна. Дальше він зменшується зі збільшенням пограничного шару до точки відриву потоку. В області вихоревої зони коефіцієнт тепловіддачі збільшується за рахунок руйнування пограничного шару. Кут відриву потоку для ламінарної течії становить = 80-85о а для турбулентної течії = 120-140о. Для визначення середнього по периметру труби коефіцієнта тепловіддачі рекомендується залежність Нуссельта коефіцієнти приймаються при с = 0,5 , n = 0,5 , m = 0,38, а при с = 0,25 , n = 0,6 , m = 0,38
В теплообмінниках одиночні труби не використовуються. Застосовуються жмутки труб які можуть бути коридорними або шахматними. Для таких жмутків коефіцієнт тепловіддачі визначається за рівнянням Нуссельта з коефіцієнтами: для коридорного жмутка с = 0,26 , n = 0,65 , а для шахматного жмутка с = 0,41 , n = 0,6. Поправочний коефіцієнт враховує номер ряду. Для труб першого ряду обох типів жмутків ; для другого ряду коридорного жмутка , шахматного - . А для третього і всіх наступних . Середнє значення коефіцієнта тепловіддачі для всього жмутка в цілому визначається за формулою де - середній коефіцієнт теплопровідності -го ряду, - сумарна поверхня теплообміну -го ряду, - число рядів труб в жмутку.
2.10 Інтенсифікація процесів конвективного теплообміну
Інтенсифікація – збільшення теплового потоку. Шляхи інтенсифікації випливають з рівняння тепловіддачі . Найпростіше але не завжди найефективніше буде збільшення площі теплообміну та збільшення різниці температур між твердою поверхнею та теплоносієм. Отже найкраще збільшувати коефіцієнт тепловіддачі, а для цього треба: 1. Корисно теплоносій газ замінити на рідину, 2. Перейти від природної до вимушеної конвекції, 3. Використовувати конденсацію і кипіння при яких проходить значна інтенсифікація процесу тепловіддачі.
3. Теплообмін випромінюванням.
3.1. Основні визначення променистого теплообміну.
Т еплове випромінювання представляє собою процес розповсюдження в просторі внутрішньої енергії випромінюючого тіла шляхом електромагнітних хвиль. Збудниками цих хвиль є електрично заряджені матеріальні частинки, які входять в склад речовини. Для розповсюдження електромагнітних хвиль не потрібно матеріального середовища. В вакуумі вони розповсюджуються зі швидкістю світла і характеризуються довжиною хвилі мкм. Випромінювання відбувається у всьому діапазоні довжин хвиль. Умовно випромінювання можна розділити на: ультрафіолетове – 20∙10-3 – 0,4 мкм, видимі промені – 0,4 – 0,8 мкм, інфрачервоні промені (невидимі) – 0,8 – 800 мкм. Основними носіями теплової енергії є інфрачервоні промені і частково видимі. Слід відмітити, що енергія випромінюється в вигляді певних порцій – квантів. Носіями цих порцій енергії є елементарні частинки – фотони. При попаданні на інші тіла енергія випромінювання частково поглинається (перетворюючись у внутрішню енергію цих тіл), частково відбивається і частково проходить крізь тіло. Більшість твердих і рідких тіл випромінюють енергію всіх довжин хвиль в інтервалі від 0 до ∞. А гази випромінюють енергію тільки в певних інтервалах довжин хвиль. Тверді тіла випромінюють і поглинають енергію поверхнею, а гази – об’ємом.
І нтегральний променевий потік, який випромінюється з одиниці поверхні тіла у всіх напрямках напівсферично простору – інтегральна випромінювальна здатність . Звідси тепловий потік буде . Випромінювання в певному діапазоні довжин хвиль - спектральна випромінювальна здатність .
К ожне тіло не тільки випромінює, але і поглинає променеву енергію. З всієї кількості падаючої на тіло променевої енергії частина поглинається - коефіцієнт поглинання, частина відбивається - коефіцієнт відбивання, частина проходить крізь тіло - коефіцієнт прозорості. Коли тоді абсолютно чорне тіло, коли тоді біле тіло, коли абсолютно прозоре тіло. В природі абсолютно чорних, білих і прозорих тіл не існує.
Тіло яке приймає участь в променевому теплообміні, крім власного випромінювання відбиває падаючу на нього енергію . Тоді ефективне випромінювання тіла буде - рівняння широко використовується при розрахунку променевого теплообміну між тілами.