Основы теплообмена (802810)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВАРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФГБОУ ВО РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ –МСХА им. К.А. ТИМИРЯЗЕВАЭнергетический факультетКафедра «Теплотехники, гидравлики и энергообеспечения предприятий»С.П. Рудобашта, Е.Л. БабичеваОСНОВЫ ТЕПЛООБМЕНАМетодические указанияМоскваИздательство РГАУ-МСХА2016УДК 621.1.016(075.8)ББК 31.31я73Р83Рудобашта С.П., Бабичева Е.Л. Основы теплообмена: Методическиеуказания / С.П. Рудобашта, Е.Л. Бабичева.

М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2016.44 с.В пособии на современном уровне рассмотрены основные положениятеории теплообмена. Даны необходимые термины и определения. Приведенызадачи по каждой теме. Даны необходимые для решения задач справочныематериалы.Предназначено для студентов-бакалавров вузов, обучающихся понаправлениям «Теплоэнергетика и теплотехника», «Электроэнергетика иэлектротехника» и «Агроинженерия».Рекомендовано к изданию учебно-методической комиссией энергетического факультета (протокол №10 от 15.05.2016 г.).© Рудобашта С.П., Бабичева Е.Л., 2016© ФГБОУ ВО РГАУ-МСХАимени К.А. Тимирязева, 2016© Издательство РГАУ-МСХА, 20162ОГЛАВЛЕНИЕВведение41.

Теоретическая часть. Основные расчетные уравнения1.1. Стационарные процессы1.1.1. Теплопроводность1.1.2. Теплоотдача1.1.3. Теплопередача1.1.4. Теплообменные аппараты1.2. Нестационарные процессы2. Задания для домашней работы2.1. Стационарный режим2.2. Нестационарный режим6667171823292941Библиографический список433ВВЕДЕНИЕСегодня практически любая область инженерной деятельности вомногом связана с проблемами энергосбережения, разработкой, внедрением и эксплуатацией ресурсосберегающих технологий, с вопросамитрансформации и передачи энергии. Учебная дисциплина «Теплотехника» призвана вооружить будущего специалиста знаниями общих законов и основанных на этом инженерных методик расчета процессов, возникающих при получении, трансформации и распространении в пространстве тепловой энергии.

Теория теплообмена – это наука, котораяизучает процессы распространения тепла в пространстве.Процессы распространения тепла в пространстве, при всем их многообразии, и являются предметом изучения этой науки. Основные понятия и законы теории теплопереноса были сформулированы в рамкахобщефизической теории на заре ее бурного развития.

Например, основыаналитической теории теплопроводности были заложены Ж. Фурье ещев 1822 году. В середине XIX века были сформулированы основы теорииподобия, а в 1915 году она впервые была применена В. Нуссельтом дляисследования процессов теплообмена. Несколько раньше О. Рейнольдсприменил ее при изучении гидродинамических процессов, высказавидею об аналогии между отдельными тепловыми и гидродинамическими явлениями.Как самостоятельная наука теория теплообмена сложилась в началеXX века, и особенно бурно она стала развиваться в послевоенные годы.Здесь решающий вклад был внесен нашими соотечественниками, средикоторых выделяются работы В.М. Кирпичева, А.А. Глухмана, М.А.

Михеева, С.С. Кутателадзе, Г. Н. Кружилина.4Теория теплообмена продолжает развиваться, расширяя и уточняясвои подходы и методы решения возникающих проблем. Теория теплообмена ориентирована на конкретную инженерную практику и всегдадоводит свои выводы и заключения до однозначных практических рекомендаций и расчетных методик.Без глубоких знаний по теории теплообмена невозможна успешнаяинженерная деятельность, и поэтому изучению данного раздела придается все возрастающее значение, в том числе для будущих специалистов, непосредственно связанных с сельскохозяйственным производством.Методические указания студентам написаны в соответствии с программой дисциплины «Теплотехника» и содержит основы теории теплообмена.51. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ1.1.

СТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ1.1.1. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬПЛОСКАЯ СТЕНКАПлотность теплового потока через плоскую стенку q, Вт/м2, содержащую n слоев:qt1  t n1,nδii 1 λ i(1.1)где i – толщина слоев стенки, м;λi – коэффициент теплопроводности материалов стенки, Вт/(м.К).Температура на границе соприкосновения двух соседних слоев:ti1  ti  qδiλi(1.2)Тепловой поток Ф, Вт, проходящий через стенку площадью А:Ф = qА.(1.3)ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ СТЕНКАЛинейная плотность теплового потока ql, Вт/м через цилиндрическую стенку, содержащую n слоев:6ql2πt1  t n1 ,n1 d i 1lndii 1 λ i(1.4)где di, di+1 – внутренний и наружный диаметры i-го слоя.Температура на границе соприкосновения двух соседних слоев:ti 1  ti qldln i 1 .2πλ idi(1.5)Соотношение размеров:di+1= di+2δi.(1.6)где δi – толщина i-го слоя, м.Тепловой поток Ф, Вт, проходящий через стенку длиной l:Ф = ql l.(1.7)1.1.2.

ТЕПЛООТДАЧАУравнение теплоотдачи:Ф = (tc - t)A.(1.8)Основные числа (критерии) подобия: Число НуссельтаNu αlλ Число Прандтля7;(1.9)Pr ν;a(1.10) Число ГрасгофаGr β g t l 3ν2;(1.11) Число РейнольдсаRe ωlν,(1.12)где Ф – тепловой поток, Вт;l – определяющий размер, м; – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2.К);λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м.К);ω – скорость движения жидкости, м/с;ν – коэффициент кинематической вязкости, м2/с;aλ– коэффициент температуропроводности, м2/с;сρβ – коэффициент объемного расширения: для газов β 1, для жидТкостей β определяется по таблицам;Т – определяющая температура, К;Δt = tс – t – разность температур между стенкой и жидкостью, оC.В уравнениях все величины, входящие в соответствующий критерий, берутся при температуре жидкости (среды); индекс "с" указывает,что величина критерия определяется по параметрам, взятым при температуре стенки.Расчет коэффициентов теплоотдачи осуществляется по критериальным уравнениям вида8Nu = f (Re, Pr, Gr),(1.13)которые находят опытным путем.Используя взятую из литературы зависимость для соответствующего случая такого рода теплообмена, вычисляют значение Nu, и определяют коэффициент теплоотдачи :αNu λl.(1.14)ПОРЯДОК РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО КОНВЕКТИВНОМУ ТЕПЛООБМЕНУ1) Определить вид движения жидкости (свободное или вынужденное).2) Выбрать определяющий размер.

Обычно для труб определяющимразмером является диаметр, для плоских поверхностей – линейный размер в направлении движения жидкости.3) Выбрать определяющую температуру – определяющей температурой является температура жидкости.4) По величине определяющей температуры по соответствующимтаблицам найти основные свойства жидкости.5) Вычислить определяющие критерии: Pr ·Gr для свободного движения жидкости, Re для вынужденного движения жидкости.6) По критериям Pr ·Gr или Rе определить режим движения жидкости(ламинарный, турбулентный или переходный).7) В зависимости от вида и режима движения жидкости с учетомособенностей теплообмена (движение жидкости в трубе, омываниетрубы или пучка труб и т.д.) выбрать расчетное уравнение дляопределения числа Нуссельта и рассчитать число Nu.8) Из числа Нуссельта определить коэффициент теплоотдачи.9) По уравнению теплоотдачи рассчитать тепловой поток Ф.9ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ1) Теплоотдача при продольном омывании плоской поверхности (определяющий размер – линейный размер в направлении движения жидкости):а) ламинарный режим движения жидкости (Re ≤ 5.105; 0,6 < Pr < 15)Pr0,330,5 Nu = 0,664Pr Rе  Prс0 , 25(1.15),для воздухаNu = 0,57Rе0,5;(1.16)б) турбулентный режим движения жидкости (Re > 5.105)Pr0,430,8 Nu = 0,037Pr Rе  Prс0 , 25(1.17),для воздухаNu = 0,032Rе0,8.(1.18)2) Теплоотдача при движении жидкости в трубах (определяющий размер – внутренний диаметр трубы):а) ламинарный режим движения жидкости (Re < 2300)Pr0,430,10,33 Nuж= 0,17Pr Gr Rе  Prс0 , 25εl(1.19)(поправку εl выбирают из таблицы 1.1 в зависимости от соотношениямежду длиной и диаметром трубы);10Таблица 1.1L/d125101520304050εl1,901,701,441,281,181,131,051,021,00б) переходный режим движения жидкости (2300 < Re < 104) PrNu = К0Pr0,43  Prс0 , 25(1.20),(коэффициент К0 выбирают из таблицы 1.2 в зависимости от числаRe).Таблица 1.2Re·10-3 2,2Ko2,22,32,53,03,5456789103,64,97,51012,216,52024273033в) турбулентный режим движения жидкостипри 104 < Re < 5.106, 0,6 < Pr < 2,5.103Pr0,430,8 Nu = 0,021Pr Rе  Prс0 , 25ε l' ε R .(1.21)Поправки ε l' и εR определяют по формулам:ε l'  1  32700 0,08l / dэe,Re(1.22)где l – длина трубы,dэ – диаметр трубы;ε R  1  1,77d э / R ,(1.23)где R – радиус кривизны для изогнутых труб (для прямых трубεR=1).11Для пределов изменения параметров 4.103 < Re < 5.106; 0,5 < Pr <5.103 можно также воспользоваться формулойξNu  8RePr (μ/μ c ) n ε l ε R900ξ1,07  12,7 (Pr 2 / 3  1)Re8,(1.24)где n = 0,11 при нагревании, n = 0,25 при охлаждении;εl = 1 при l/dэ > 60 и εl = 0,86 + 0,90(dэ/l)0,4 при 15 < l/dэ < 60.3) Теплоотдача при поперечном обтекании одиночной круглой трубы(определяющий размер – наружный диаметр трубы): Pr Nu  CRe m Pr 0,38  Prс 0 , 25(1.25).Величины коэффициентов C и m определяют по таблице 1.3.

Если угол между направлением потока жидкости и осью трубы (уголатаки) меньше 90°, значения Nu следует умножить на поправочныйкоэффициент  = 1 – сos2.Таблица1.3Условия теплоотдачиCm0,7 < Pr < 350, 5 < Re < 1030,50,50,7 < Pr < 350, 103 < Re < 2.1050,250,6124) Теплоотдача при поперечном обтекании пучков труб (определяющийразмер – наружный диаметр, труб рис.1.1):Рис. 1.1. Схема обтекания коридорного пучка труба) критерий Нуссельта для расчета среднего значения коэффициентатеплоотдачи для труб третьего и последующих рядов в коридорномпучке при 10 < Re < 150; S1/d  1,25; S2/d  1,25Nu = 1,2Pr0,330,33 Pr  Pr  сRе0 , 25(1.26), при 103 < Re < 105; 1,24 < S1/d < 4; 1,24 < S2/d < 4; 0,7 < Pr < 5000,33Nu = 0,26Pr0,65Rе0,15 (d/S2)Pr  Pr  с0 , 25;(1.27) при 105 < Re < 106; 1,3 < S1/d < 2,5; 1,3 < S2/d < 2,30,36Nu = 0,02Pr0,84 RеPr  Pr  с0 , 25,(1.28)б) критерий Нуссельта для расчета среднего значения коэффициентатеплоотдачи для труб третьего и последующих рядов шахматногопучка13Рис.

1.2. Схема обтекания шахматного пучка труб при 10 < Re < 200; S1/d  1,25; S2/d  1,25 PrNu = 1,8Pr0,33Rеж0,33  Prс0 , 25(1.29), при 103 < Re < 105; 1,3 < S1/d < 2,6; 0,6 < S2/d < 4; 0,7 < Pr < 500Pr0,330,6 Nu = 0,41Pr Rе  Prс0 , 25s,(1.30)где s = (S1/S2)1/6 при S1/S2 < 2,s = 1,12 при S1/S22; при 105 < Re < 106; 1,2 < S1/d < 25; 0,9 < S2/d < 1,5Nu = 0,021Pr0,360,84 RеPr  Pr  с0 , 25(1.31).Среднее значение коэффициента теплоотдачи для всего пучка в целом: ср 1 А1   2 А2   3 А3  ...   n AnA1  A2  A3  ...  AnДля коридорного пучка труб α1 = 0,6α3; α3 = 0,9α3.14.(1.32)Для шахматного пучка труб α1 = 0,6α3; α2 = 0,7α3; α3 = α4 = α5 =…αn;А1, А2, А3…Аn – площади поверхностей первого, второго и последующих рядов труб.Примечание.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги