Адиутори Е.Ф. - Новые методы в теплопередаче (1062108), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В рамках новой теории эта проблема является интегральной ветвью науки о теплообмене, и ее решение не вызывает особых трудностей. 7. Кривая кипения в большом обьеме при использовании новой теории теплопередачи имеет совершенно иной характер. Новая зависимость получается путем строгого определения кривой кипения при выполнении условия, что кипение происходит во всех точках кривой кипения. (Старая кривая определялась чисто феноменологическим способом и содержала участок, на котором кипения не происходило.) Новая кривая кипения в большом объеме получена на основании критического обзора опубликованных экспериментальных данных, согласно которым при пузырьковом и переходном режимах кипения в объеме насыщенной жидкости существует практически линейная зависимость о от дТ. (В рамках старой теории на основании тех же экспериментальных данных делался вывод, что соответствующая зависимость для пузырькового и переходного режимов кипения является существенно нелинейной.) С учетом новой кривой кипения в большом объеме следует пересмотреть старую теорию кипения.
8. Зкспериментальные данные по кипению в условиях вынужденной конвекции описываются соотношением, приведенным в '~А Р РП " У Й нонной критерий устойчивости этого типа в работе [2). Зта статья является частью новой, а не старой теории теплопередачи, хотя она была написана за девять лет до настоящей монографии. Зто относится и к нескольким последующим работам, посвященным тепловой устойчивости. Интересно отметить, что, хотя в то время статья подвергалась оезкой критике, предложенный автором критерий является теперь ' общепринятым" (по словам редактора технического журнала, в котором была помещена упомянутая статья, 1973 г., частное сообщение).
Глава 1 16 и. 2, что позволяет без труда рассчитать оптимальную конструкцию парового котла. ( В рамках старой теории рассчитать оптимальную конструкцию парового котла практически невозможно.) Теперь, когда мы отметили характерные особенности новой теории, вернемся во времена Ньютона и проследим за развитием старой теории от Ньютона до наших дней. НЬЮТОН И ТЕОРИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ Во многих американских учебниках введение понятия коэффициента теплоотдачи приписывается Ньютону. Например, Мак-Адамс утверждает ([1], стр.
20): "В 1701 г. Ньютон [41" предложил следующее уравнение для потока тепла от поверхности твердого тела к жидкости: о = Ь А (г — в ), где Ь вЂ” коэффициент теплоотдачи от поверхности к жидкости (без учета лучистого теплообмена); А — поверхность тела; ~— температура поверхности тела; г — средняя температура жидкости". Кроме того, Розеноу и Чуа ([31, стр. 92) отмечают: "Коэффициент теплоотдачи от стенки Ь был впервые предложен Ньютоном [31...", где работа [31 — та же самая статья Ньютона, на которую ссылается Мак-Адамс.
Однако в самой статье Ньютона читатель неожиданно не обнаруживает вообще никакого упоминания о коэффициенте теплоотдачи, и на самом деле никакого понятия коэффициента теплоотдачи в ней не вводится. Чтобы читатель мог сам решить, следует ли приписывать Ньютону идею о коэффициенте теплоотдачи, обсудим подробнее статью Ньютона и приведем цитаты из тех ее частей, которые касаются теплообмена. Статья Ньютона, опубликованная анонимно в 1701 г„ называлась "Шкала градусов тепла" и занимала всего несколько страниц.
Основное содержание статьи было связано не с тепловым потоком, а с представлением таблицы, содержащей температурную шкалу, которая предлагалась Ньютоном на основании полученных им эксперименталь- ')Здесь [41 относится к статье Ньютона, опубликованной в журнале РЬН. 7)сов. йоу. Боо. (Ьоой о), 22, р. 824 (1701), на которую ссылается Мак-Адамс. Введение в попую иверию ивплонередачи ных данных. Обратимся к описанию Ньютоном таблицы и методики эксперимента. пЗта таблица была построена с помощью термометра и куска железа, нагретого до красного каления. С помощью термометра были определены все градусы тепла вплоть до точки плавления олова, а с помощью раскаленного железа — все остальные градусы, поскольку количество тепла, которое железо за определенное время передает соседним холодным телам, т.е.
тепло, которое теряет железо за определенное время, — это полное тепло железа, и, следовательно, если взять одинаковые промежутки времени охлаждения, то градусы тепла будут изменяться в геометрической прогрессии, и поэтому их легко найти с помощью таблицы логарифмов... Обнаружив эти факты, мы продолжили исследования. Довольно толстый кусок железа был нагрет до красного каления, вытащен из огня щипцами, которые тоже нагревались до красного каления, и помещен в холодное место, где он непрерывно обдувался ветром. На поверхность железа были помещены кусочки нескольких металлов и других плавящихся веществ, что позволило отмечать время его охлаждения до тех пор, пока все кусочки не затвердевали и тепло железа не становилось равным теплу человеческого тела. Затем, предполагая, что разности между градусами тепла железа и кусочков, помещенных на него, и градусами тепла атмосферы, измеренными термометром, подчиняются закону геометрической прогрессии, когда время изменяется по закону арифметической прогрессии, определяем несколько градусов тепла.
Поскольку кусок железа находился не в спокойном воздухе, а равномерно обдувался ветром, так что воздух, нагретый железом, всегда уносился ветром и сменялся холодным воздухом, в равные промежутки времени нагревались равные количества воздуха, которые получали количества тепла, пропорциональные теплу железа..." Читатель должен заметить, что в противоположность утверждению Мак-Адамса Ньютон ничего не говорит о температуре стенки, площади, излучении или о коэффициенте, Фурье ([41, стр. 458) рассматривает ту же самую статью Ньютона и не приписывает ему понятия коэффициента теплообмена. Фурье просто отмечает: "Ньютон впервые исследовал закон охлаждения тел в воздухе. Закон, который он получил для случая постоянной скорости движения воздуха, точнее согласуется с результатами наблюде- Глава 1 18 ний, когда разность температур становится меньше, и выполняется точно, когда эта разность становится бесконечно малой".
На самом деле Фурье,по-видимому, считает себя парным, кто ввел понятие коэффициента теплоотдачи. Он выполняет несколько весьма элементарных упражнений с коэффициентами теплоотдачи и затем отмечает Ц, стр. 66]: "Эти выводы мы должны считать бесполезными, если не получим возможности решать совершенно новые задачи и непосредственно применять полученные результаты". Соотношение (1-4) Мак-Адамса часто называют законом охлаждения Ньютона.
Однако на самом деле закономерность, подмеченная Ньютоном, выражается в математическом виде формулой )тв. тела э 1 тв. тела окр. среда) и именно эта формула является вкладом Ньютона в науку о тепло- обмене. ФУРЬЕ И ТЕОРИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ За столетие, отделяющее Ньютона от Фурье, было получено много отрывочных данных по теплообмену, которые были наконец связаны воедино в работе Фурье [4]. Этот содержательный научный труд явился началом современной теории теплопередачи.
Наука о теплообмене, если не считать излучения, не претерпела существенных изменений со времени опубликования трактата Фурье. Вклад Фурье можно выразить его же словами ]4, стр. 2]: "Никакая механическая теория не может описать тепловые явления. Это явления особого вида, которые нельзя обьяснить принципами движения и равновесия. В течение долгого времени мы владеем тонкими инструментами, позволяющими измерить многие характеристики; собраны данные ценных наблюдений; но при таком подходе можно получить лишь частные результаты, а не математическое выражение законов, включающих все эти результаты.
Я вывел эти законы после длительного исследования и внимательного сравнения фактов, известных к настоящему времени; все эти факты я проверил вновь в течение нескольких лет с помощью самых точных современных инструментов. Чтобы обосновать теорию, прежде всего было необходимо распознать и точно определить основные характеристики,хврвкте- Введение в новую аеорию аеилоиередачи 19 ризующие перенос тепла. Затем я понял, что все явления, зависящие от этого переноса, подразделяются на очень немногие общие и простые факты; таким образом, каждая физическая проблема такого типа сводится к математической задаче.
На основании анализа этих общих фактов я сделал вывод, что для расчета самых разнообразных тепловых процессов достаточно рассмотреть каждое тело с трех основных точек зрения. Реальные тела обладают различной способностью содеркгааь тепло, иолучааь или ироиускааь его через свою иоверхиосаь и ироводиаь его через свою массу. Наша теория четко различает эти три основных качества и показывает, как их измерить".
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
