Тема 1.5. Теплопроводность при нестационарном режиме

Методические указания

При изучении темы следует иметь в виду, что процессы теплопроводности, когда поле температур в теле изменяется не только в пространстве, но во времени являются нестационарными.

Решить задачу нестационарной теплопроводности – это значит найти зависимости изменения температуры и количества переданного тепла во времени для любой точки тела. Такие зависимости могут быть получены путем решения дифференциального уравнения теплопроводности, которое обычно решается при помощи ряда Фурье. Аналитически теория ставит себе целью получение общего решения задачи. Поэтому оно получается очень сложным, и оказывается возможным лишь для твердого тела простой формы (пластины, цилиндра, шара). В ряде тепловых задач такие решения имеются в номограммах.

В при изучении темы необходимо обратить внимание на решение конкретных задач с помощью чисел: Bi и Fo, при этом твердо усвоив их физический смысл и влияние на протекание процессов нагрева или охлаждения.

Литература: [1], с. 66—107; [4], с. 56—76.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется нестационарным температурным полем?

2. Как преобразуется основное дифференциальное уравнение в безразмерных координатах?

3. Что представляет собой безразмерный комплекс, в который входит время? Как он называется?

4. Что называется числом Био?

5. От чего зависит безразмерная температура на поверхности стенки и в плоскости симметрии стенки при ее нагревании или охлаждении?

6. Как пользоваться номограммами для решения задачи при охлаждении (или нагревании) стенки?

7. Какова методика расчета нагрева и охлаждения простейших тел при помощи чисел Био и Фурье?

Тема 2.1. Физическая сущность и дифференциальные уравнения конвективного теплообмена

Методические указания

Наиболее трудным для исследования является конвективный теплообмен, так как конвективный теплообмен охватывает собой процесс теплообмена между жидкостью и твердым телом при их соприкосновении. Процесс осуществляется одновременным действием теплопроводности и конвекции (перенос тепла связан с переносом самой среды). Действительно, для расчета передачи тепла конвекцией необходимо знать численные значения коэффициента теплоотдачи для каждого конкретного случая, но коэффициент теплоотдачи не является физической константой, т. к. этот коэффициент характеризует не отдельное тело, а тепловое взаимодействие двух тел: жидкости (или газа) и твердого тела. Поэтому при изучении этой темы необходимо обратить внимание на те факторы, которые влияют на коэффициент теплоотдачи. Кроме того, необходимо детально рассмотреть основные методы, которые применяются для определения коэффициента теплоотдачи.

Литература: [1] с. 108-128; [4] с. 77-95.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется конвективным теплообменом?

2. По какой формуле вычисляется количество теплоты переданной при теплоотдаче?

3. Что представляют собой гидродинамический и тепловой пограничные слои при движении жидкости около твердого тела и их физический смысл?

4. Какие встречаются виды движения жидкости и их различие?

5. Какие физические свойства жидкости влияют на процесс теплоотдачи?

6. От каких факторов зависит процесс теплоотдачи?