Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра «СТС»

МАРКОВА Т.А.

канд. техн. наук, доцент

ОСНОВЫ ТЕПЛОМАССООБМЕНА

Конспект лекций

Направление подготовки: 270100 – «Строительство»

Специальность: 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Формы обучения – очная, очно-заочная, заочная

Тула –2009 г.

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 4

Тема 1. Основные понятия теплообмена 7

1.2. Градиент температуры 8

1.3. Количество теплоты. Тепловой поток.Удельные тепловые потоки 9

1.4.Элементарные способы передачи теплоты (виды процессов теплообмена) 10

1.5. Сложный теплообмен. Теплоотдача и теплопередача 11

Тема 2. Теплопроводность 14

2.1. Основной закон теории теплопроводности. Закон (гипотеза) Фурье. 14

2.2. Энергетическая форма записи закона Фурье. Коэффициент температуропроводности 15

2.3. Дифференциальное уравнение теплопроводности (дифференциальное уравнение Фурье) 16

2.4. Условия однозначности, необходимые для решения уравнения Фурье 18

2.5. Начальные условия (НУ) 18

2.6. Граничные условия (ГУ) 18

2.7. Методы решения краевой задачи в теории теплопроводности 20

Тема 3. Нестационарная теплопроводность в телах простейшей формы 22

3.1. Математическая формулировка задачи 22

Тема 4. Стационарная теплопроводность 26

4.1 Стационарная теплопроводность в плоской и цилиндрической стенках 26

Тема 5. Теплопередача 31

5.1. Теплопередача через плоскую стенку 31

5.2. Теплопередача через цилиндрическую стенку 34

5.3. Алгоритм расчета теплопередачи через непроницаемые стенки 37

5.4. Единая формула теплопередачи через стенки классической формы 38

5.5. Интенсификация теплопередачи 39

5.6.Тепловая изоляция 41

Тема 6. Конвективный теплообмен в однофазных средах 42

6.1. Основные понятия и определения 42

6.2. Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена 43

6.3. Основные положения теории подобия 46

6.4. Основные критериальные уравнения 54

6.4.1. Конвективная теплоотдача при свободном движении текучей среды 54

6.4.2. Конвективная теплоотдача при вынужденном движении текучей среды в трубах и каналах 56

Теплоотдача при ламинарном движении текучей среды в трубах (Re2300) 56

А. Ламинарный вязкостный режим движения флюида в трубах (R e 2300; Ra < 810⁵) 56

Б. Ламинарный вязкостно-гравитационный режим движения текучей среды в трубах (Re  2300; Ra > 810⁵) 57

Таблица. Значение при вязкостно-гравитационном режиме 57

Теплоотдача при турбулентном режиме течения (Re > 10⁴) 57

Теплоотдача при переходном режиме течения флюида (2300 ≤Re ≤ 10⁴) 57

Таблица. Зависимость комплекса К₀ от числа Рейнольдса 58

Теплоотдача при движении газов в трубах 58

Теплоотдача при движении текучей среды в каналах 58

произвольного поперечного сечения 58

6.4.3. Конвективная теплоотдача при вынужденном внешнем обтекании тел 59

6.5. Алгоритм расчета коэффициента теплоотдачипо критериальным уравнениям 63

Тема 7. Теплообмен при фазовых превращениях 64

7.1. Теплоотдача при конденсации паров 65

7.2. Теплоотдача при кипении жидкостей 72

Тема 8. Теплообмен излучением 81

8.1. Основные понятия и определения 81

8.2. Тепловое излучение твердых тел 86

8.3. Основные законы излучения абсолютно черного тела (АЧТ) 90

8.4. Излучение реальных тел. Закон Кирхгофа. 92

8.4. Особенности излучения газов 94

8.5. Расчет результирующего лучистого потока тепла между телами. Экраны 98

101

Тема 9. Основы теории массообмеНа 102

9.1. Диффузионный пограничный слой 104

9.2. Массопроводность, массоотдача, массопередача 106

9.3 Критериальные уравнения массоотдачи 107

10. Теплообменные аппараты 110

10.1 Общие сведения о теплообменных аппаратах 110

10.1.1. Рекуперативные теплообменники 112

10.1.2. Регенеративные теплообменные аппараты 121

10.1.3. Аппараты смешивающего типа 122

10.2 Расчет теплообменных аппаратов 123

10.2.1. Уравнение теплового баланса. Уравнение баланса массы. 123

10.2.2 Средний температурный напор. 124

10.2.3 Уравнение теплопередачи. 126

10.2.4 Проверочный расчет теплообменного аппарата. Сравнение прямотока с противотоком. 127

10.2.5 Гидравлический расчет аппаратов. 129

10.2.6 Тепловой расчет регенеративных теплообменников 131

10.3 Методики расчет теплообменных аппаратов 132

10.3.1. Математическая модель рекуперативного теплообменного аппарата и алгоритм его поверочного расчета по методу N-E. 132

10.3.2. Основные закономерности процесса испарительного охлаждения воды в градирнях 134

10.3.3. Деаэрация воды 138

Кинетика процесса деаэрации воды 139

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 143

- число Стантона. 144

ЛИТЕРАТУРА 145