Лекция по теплопередаче №1 (Полный курс лекций по теплопередаче)

ТЕПЛОПЕРЕДАЧАСписок литературы1. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. Под общ. ред.академика В.С.Авдуевского и проф. В.К.Кошкина. Москва, Машиностроение, 1992.2. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. второе, Москва, Энергия,1977.3. Болгарский А.В., Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача.Учебн.для вузов. М. Высшая школа, 1975.4.

Михайлова М.М. Сборник задач и примеров расчета по теплопередаче. Москва, 1963.5. Саркисов Г.И. Справочник к курсовым и расчетно-графическим работам по курсу"Теплопередача". Учебное пособие. Москва, 1981. Скачать: в djvu-формате (853 КБ) - вpdf-формате (8.58 МБ)6. Варгафтик Н.Б.

Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.Москва, Наука, 1972.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ1. Основы теории теплопередачиТеорией теплопередачи или теплообмена называется наука, изучающая процессыпереноса тепла в пространстве с неоднородным температурным полем.Известны два пути построения физических знаний: феноменологический и молекулярнокинетический (статистический). Мы будем придерживаться первого подхода,2.

Виды теплообмена1. Теплопроводность.2. Конвективный теплообмен.3. Лучистый теплообмен.Теплопроводность осуществляется путем передачи энергии от одних элементарныхчастиц тела к другим вследствие микродвижений этих элементарных частиц. Для газовтакими частицами являются молекулы. Молекулы газа в той его части, которая имеетболее высокую температуру, обладают большей средней кинетической энергией. Пристолкновении молекул газа происходит обмен кинетической энергией, в результате чеготепло передается от более прогретых частей газа к более холодным. В твердых телахобмен энергией происходит между свободными электронами, а также между узламикристаллической решетки в процессе ее колебания.В чистом виде явления теплопроводности наблюдаются в твердых телах, в абсолютнонеподвижных газах и жидкостях.Конвективным теплообменом называется процесс переноса тепла в жидкости илигазообразной среде с неоднородным распределением температуры и скорости,осуществляемый макроскопическими частями среды при их перемешивании.Конвективный теплообмен всегда сопровождается теплопроводностью.В зависимости от причины, вызывающей движение жидкости или газа, различают:1) конвективный теплообмен при свободном движении среды (свободная илигравитационная конвекция);2) конвективный теплообмен при вынужденном движении среды (вынужденнаяконвекция).Рис.

1. Свободная конвекцияПриведем пример свободной конвекции.Если нагреть сосуд с жидкостью (рис. 1), то частицы жидкости, имеющие более высокуютемпературу ( T2 > T1 ), вследствие уменьшения их плотности ( ρ 2 < ρ1 ), будут всплывать,т.е. вытесняться более холодными слоями жидкости и переносить с собой теплоту. Всосуде возникнут конвективные потоки.Вынужденная конвекция имеет место тогда, когда движение жидкости или газа вызвановнешними причинами: насосом, вентилятором, движением летательного аппарата ввоздухе и т.п.

В одной и той же среде теплообмен при вынужденной конвекции протекаетзначительно интенсивней, чем при свободной.Лучистым теплообменом называется процесс переноса тепла излучением,обусловленный способностью нагретого вещества превращать часть принадлежащей емувнутренней энергии в энергию электромагнитных колебаний.Встречая на своем пути другое вещество, тепловые лучи частично поглощаются, и ихэнергия снова превращается в теплоту, а частично отражаются и проходят сквозь тело. Вчистом виде лучистый теплообмен имеет место лишь в условиях глубокого вакуума.Как правило, мы имеем дело со всеми тремя видами теплообмена одновременно, т.е.обычно имеет место сложный теплообмен.При решении конкретных практических задач количество тепла, передаваемоетеплопроводностью, излучением и конвекцией, может быть различным, поэтому врасчетах часто пренебрегают видами теплообмена, роль которых в рассматриваемомслучае несущественна, и весь процесс сводят к основному определяющему видутеплообмена.3.

Основной закон теплопроводности(закон Фурье)Q=λTW 1 − TW 2Ft(1)Q = − λ ( grad T ) Ft(2)q = − λ grad T(3)δλ - коэффициент теплопроводности[ λ ] = ⎡⎢Вт ⎤⎣ мK ⎥⎦λ4. Дифференциальное уравнение теплопроводности.∂∂t−∂∂tG∫∫∫ ρCTdV = − ∫∫ qVFn∫∫∫ρ CTdVVG G∂qn • n d F∫∫∂t FGG• n d F + ∫∫∫ QV dV = ∫∫ ( λ grad T ) • n d F + ∫∫∫ QV dVVFИспользуем теорему Остроградского-Гаусса:G∫∫ (λ grad T ) • n d F = ∫∫∫ div(λ grad T )dVFV∂(5)∫∫∫ ∂t ( ρCT )dV = ∫∫∫ div(λ grad T )dV + ∫∫∫ Q dV(6)∂( ρCT ) = div( λ grad T ) + QV∂t(7)VVVρC∂T= div( λ grad T ) + QV∂tQ∂T= aΔT + V∂tρCa=(4)VV(8)(9)λ- коэффициент температуропроводностиρC1. Декартова система координатΔT =∂ 2T ∂ 2T ∂ 2T++∂x 2 ∂y 2 ∂z 2(10)2.

Цилиндрическая система координатΔT =∂ 2T 1 ∂ T 1 ∂ 2T ∂ 2T++ 2+∂r 2 r ∂rr ∂Θ 2 ∂z 2(11)3. Сферическая система координатΔT =11∂ 2T 2 ∂T∂ 2T∂ ⎛∂T ⎞+++ 2⎜⎜ sinψ⎟2222r ∂r r sin ψ ∂ϕr sin ψ ∂ψ ⎝∂r∂ψ ⎟⎠(12)5. Условия однозначностиНачальные условия:T ( x , y , z , 0) = f ( x , y , z )Граничные условия первого рода:TW = f1 ( x, y, z, t )Граничные условия второго рода:∂T∂TqW = − λ= f 2 ( x, y , z, t ) или= f 3 ( x, y , z, t )∂n∂nГраничные условия третьего рода:qW = α (T f − TW )(13)(14)(15)(16)α - коэффициент теплоотдачи.