Введение. Раздел 1. Техническая термодинамика.

ТЕМА 1.1. Основные понятия технической термодинамики.

Предмет технической термодинамики. Термодинамическая система, внешняя сре­да, рабочее тело. Параметры состояния рабочего тела. Методы измерения темпе­ратуры.

В начальной теме курса рассматриваются основные понятия и определения, на базе которых строится изложение всего дальнейшего курса технической термодинамики, как науки о взаимопревращениях теплоты и работы в тепловых машинах.

Здесь необходимо обратить внимание на упрощающие предположения при введении понятия идеального газа, как абстрактной модели газа, в котором отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия и геометрические размеры его молекул пренебрежимо малы.

Вопросы для самоконтроля:

1. Термодинамическая система, внешняя среда, рабочее тело.

2. Основные термодинамические параметры состояния газа. (Удельный объем, температура, давление).

3. Физический смысл абсолютной температуры.

4. Принцип построения шкалы Цельсия.

5. Зависимость между абсолютной температурой и температурой по шкале Цельсия.

6. Абсолютное и манометрическое (избыточное) давления.

7. Единицы измерения давления.

ТЕМА 1.2. Законы и уравнения идеальных газов.

Основное уравнение кинетической теории газов. Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля. Уравнение Клапейрона. Газовая постоянная. Уравнение Клапейрона - Менделеева. Определение универсальной газовой постоянной.

Следует твердо усвоить уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона) в различных формах его записи (рv=RT; рV=mRT; р=rRT), связывающее основные параметра состояния газовой среды: абсолютное давление р, удельный объем v и абсолютную температуру T. Необходимо уяснить различие между понятиями универсальной газовой постоянной R_m, являющейся абсолютной константой и имеющей численноезначение 8314 Дж/(кмоль К), и удельной газовой постоянной R, величина которой зависит от молекулярной массы каждого конкретного газа m и определяется соотношением вида R= R_m/ m.

Вопросы для самоконтроля:

1. Основное уравнение кинетической теории газов.

2. Дать определение закона Бойля – Мариотта и указать зависимость между параметрами состояния идеального газа, устанавливаемые этим законом.

3. Вывод закона Бойля – Мариотта с применением основного уравнения кинетической теории газов.

4. Дать определение закона Гей – Люссака и указать зависимость между параметрами состояния идеального газа, устанавливаемые этим законом.

5. Вывод закона Гей – Люссака с применением основного уравнения кинетической теории газов.

6. Определение температуры абсолютного нуля с применением закона Гей – Люссака.

7. Дать определение законаШарля и указать зависимость между параметрами состояния идеального газа, устанавливаемые этим законом.

8. Вывод закона Шарля с применением основного уравнения кинетической теории газов. Графическое изображение закона Шарля.

9. Уравнения состояния идеального газа. (Уравнения Клайперона, Менделеева).

10. Удельная газовая постоянная, ее определение,физический смысл.

11. Универсальная газовая постоянная, ее определение, физический смысл.

ТЕМА 1.3. Газовые смеси.

Понятие о газовой смеси, как о рабочем теле. Способы задания газовых смесей. Средняя молекулярная масса, плотность и объем газовой смеси. Относительный объемный состав газовой смеси.

При изучении темы«газовые смеси» нужно освоить методику расчета параметров смеси, состоящей из отдельных идеальных газов. Обратите внимание на отличие расчетных формул при задании состава смеси массовыми g_i и объемнымиr_i долями. Умение рассчитывать удельную газовую постоянную и теплоемкость смеси позволит при исследовании термодинамических процессов рассматривать смесь как самостоятельный идеальный газ.

Вопросы для самоконтроля:

1. Понятие о газовой смеси как рабочем теле. Закон Дальтона.

2. Способы задания газовых смесей.

3. Состав газовой смеси, заданный массовыми до­лями.

4. Состав газовой смеси, заданный объемными долями.

5. Приведенный (парциальный) объем компонента смеси.

6. Состав смеси, заданный числом молей (мольными долями).

7. Средняя молекулярная (кажущаяся)масса газовой смеси.

8. Плотность и объем газовой смеси.

9. Относительный объемный состав газовой смеси.

10. Определение газовой постоянной смеси

ТЕМА 1.4. Теплоемкость газов и их смесей.

Понятие о количестве теплоты и теплоемкости. Массовая, объемная и киломольная теплоемкость газов. Теплоемкость газа при постоянном объеме и при посто­янном давлении. Истинная и средняя теплоемкости. Теплоемкость газовой смеси. Определение количества теплоты, необходимой для нагревания газа.

При рассмотрении теплоемкости следует освоить методику расчета средней теплоемкости и уяснить зависимость теплоемкости газа от вида термодинамического процесса, что находит отражение в уравнении Майера c_p-c_v=R. Обратите внимание на понятие показатель адиабаты k, который вводится соотношением k = c_p/ c_v и его численное значение определяется структурой молекулы газа.

Вопросы для самоконтроля:

1. Определение внутренней энергии тела.

2. Теплота и работа – формы передачи энергии.

3. Теплоемкость газа при постоянном объеме.

4. Теплоемкость газа при постоянном давлении.

5. Уравнение Майера. Зависимость между удельными теплоемкостями с_p и с_v.

6. Истинная и средняя теплоемкости.

7. Теплоемкость газовой смеси.

8. Определение количества теплоты, необходимой для нагревания газа при постоянном объеме.

9. Определение количества теплоты, необходимой для нагревания газа при постоянном давлении.

ТЕМА 1.5. Термодинамические процессы.

Термодинамическая система и процессы, протекающие в ней. Внутренняя энергия и работа термодинамической системы. Первый закон (начало) термодинамики. Энтальпия. Определение теплоты, работы и внутренней энергии. Изохорный про­цесс. Изобарный процесс. Изотермический процесс. Адиабатный процесс. Политропный процесс. Определение параметров состояния в термодинамических про­цессах.

Первый закон термодинамики – это термодинамическое выражение всеобщего закона сохранения, суть которого заключается в сохранении общего энергетического баланса при взаимопревращении энергии из одного вида в другой.

Для записи аналитического выражения первого закона термодинамики необходимо детально рассмотреть энергетические характеристики термодинамической системы, к числу которых относятся изменение внутренней энергии, изменение энтальпии, количество теплоты, работа деформации (расширения) и располагаемая (полезная) работа. При изучении энергетических характеристик необходимо усвоить различие понятий «функция состояния», к которым относятся внутренняя энергия и энтальпия, и «функция процесса» (теплота и работа). Обратить внимание на факторы, определяющие знак каждой из энергетических характеристик, и знать выражение их через изменение параметров состояния как в дифференциальной, так и в интегральной форме.

Понятие «политропные процессы» представляет собой обобщающую модель всего многообразия термодинамических процессов в идеальных газах, протекающих при постоянном значении теплоемкости. Идентификация процессов осуществляется по показателю политропы n, который определяет связь между параметрами состояния в виде уравнения политропных процессов Pvⁿ = const.

Здесь следует обратить внимание на необычное обстоятельство, выражающееся в возможности изменения численного значения теплоемкости газа в различных политропных процессах во всем диапазоне действительных чисел от - ¥ до ¥. В частности это приводит к тому, что при условиях, когда показатель политропы принимает значение в интервале 1 < n < k, теплоемкость любого газа будет иметь отрицательное значение.

Нужно научится анализировать политропные процессы по показателю политропы. Принимая конкретные значения n можно получить академически известные частные случаи газовых процессов: изобарический (n=0), изотермический (n=1), адиабатный (n= k), и изохорический (n=¥).

При изучении этого раздела необходимо приобрести навыки графического представления и анализа политропных процессов с использованием обобщенной P-v диаграммы, содержащей классические частные случаи газовых процессов

Вопросы для самоконтроля:

1. Основные термодинамические процессы. Алгоритм изучения термодинамических процессов.

2. Изохорный процесс. Уравнение, графическое изображение изохорного процесса.

3. Распределение энергии в изохорном процессе.

4. Изобарный процесс. Уравнение, графическое изображение изобарного процесса.

5. Зависимость между изменяющимися параметрами газа в изобарном процессе. (Закон Гей-Люссака).

6. Графическое изображение и аналитическое определение работы в изобарном процессе.

7. Распределение энергии в изобарном процессе.

8. Изотермный процесс. Уравнение, графическое изображение изотермного процесса.

9. Графическое изображение и аналитическое определение работы в изотермном процессе.

10. Работа и распределение энергии в изотермном процессе.

11. Определение и осуществление адиабатного процесса.

12. Уравнение адиабатного процесса.

13. Зависимость давления от температуры в адиабатном процессе.

14. Зависимость между объёмом газа и температурой в адиабатном процессе.

15. Зависимость между объёмом газа и давлением в адиабатном процессе.

16. Работа и распределение энергии в адиабатном процессе.

17. Графическое изображение адиабатного процесса. Взаимное расположение адиабаты и изотермы.

18. Преобразование энергии, работа газа в адиабатном процессе.

19. Определение и графическое изображение политропных процессов.

20. Зависимость между параметрами состояния в политропном процессе.

21. Работа газа, коэффициент распределения энергии в политропном процессе.

ТЕМА 1.6. Термодинамика газового потока.

Уравнение неразрывности. Уравнение сохранения энергии. Уравнение Бернулли. Параметры заторможенного потока. Понятие критической точки и критических параметров газа. Температура, давление заторможенного потока. Течение газа в соплах и диффузорах. Скорость истечения газа из сопла. Уравнение расхода газа. Определение секундного расхода газов и параметров заторможенного потока.

Изучение материала необходимо начинать с понятия установившегосятечения газа, записать уравнения неразрывности струи и первогозакона термодинамики для газового потока. Понять сущность критическогосостояния при истечении, связанного с переходом от дозвукового ксверхзвуковому течению, уметь определять вид сопла,рассчитывать скорость истечения и расход газа.

Вопросы для самоконтроля:

1. Уравнение Первого закона термодинамики для газового потока.

2. Истечение газа из сосуда. Скорость истечения и секундный расход.

3. Воздействие на параметры потока геометрии канала.

4. Сопло. Диффузор.

ТЕМА 1.7. Термодинамические циклы.

Прямые и обратные циклы. Коэффициент полезного действия цикла. Цикл Карно и его термический коэффициент полезного действия. Второй закон (начало) тер­модинамики. Понятие энтропии. Возрастание энтропии в реальных процессах. Цикл Отто. Особенности цикла Отто. Исследование цикла Отто. Определение па­раметров цикла Отто. Цикл Дизеля. Особенности цикла Дизеля. Исследование цикла Дизеля. Определение параметров цикла Дизеля. Цикл Брайтона. Особенно­сти цикла Брайтона. Исследование цикла Брайтона.

При знакомстве с циклическими процессами нужно усвоить понятие тепловой машины, как устройства для взаимопревращения теплоты и работы. Обратить внимание на принципиальное различие между прямыми и обратными циклами с точки зрения знака цикловой работы. Уяснить смысл термического коэффициента полезного действия (к.п.д.).

Второй закон термодинамики являясь одним из фундаментальных законов природы дополняет действие первого закона с точки зрения указания направления самопроизвольного протекания процессов. Это закон асимметрии природы, утверждающий, что все процессы развиваются в направлении установления равновесия.

В рамках технической термодинамики обратимых процессов сущность второго закона может быть сведена к двум основным положениям: - от холодного тела к горячему теплота не может переходить самопроизвольно, без затрат механической энергии; - для превращения теплоты в работу в тепловом двигателе обязательно наличие двух тепловых резервуаров, иными словами нельзя практически построить тепловую машину с к.п.д., равным единице (нельзя полностью превратить в работу всю подводимую теплоту).

Нужно детально разобраться в формулах вычислений изменения энтропии в политропных процессах через изменения параметров состояния газа. Научиться графическому анализу термодинамических процессов на T-s диаграмме, которую часто называют тепловой диаграммой по причине того, что величина площади под линией процесса на ней соответствует количеству подводимой или отводимой теплоты в зависимости от знака ds.

Изучая цикл Карно необходимо усвоить, что этот цикл составлен из последовательности дух изотермических и двух адиабатных процессов. Термический к.п.д. этого цикла зависит только от температур тепловых резервуаров h_t = 1-T_х / T_н. Здесь очень важно обратить внимание на то обстоятельство, что к.п.д. цикла Карно имеет максимально возможное значение для любых циклов в данном интервале температур.

При изучении циклов газотурбинной установки и двигателей внутреннего сгорания нужно усвоить основные упрощающие допущения термодинамического анализа: рабочее тело - идеальный газ с постоянной теплоемкостью, все процессы равновесные и обратимые, процесс сгорания топлива представляется как подвод теплоты от внешних источников. Следует научиться анализировать различные циклы, пользуясь рабочей (P-v), тепловой (T-s) и индикаторной (P-V) диаграммами. Нужно усвоить методику определения термического к.п.д. и цикловой работы каждого из рассматриваемых циклов и возможные способы их повышения.

При анализе циклов ДВС обратите внимание на отличие циклов Отто и Дизеля, связанное с различными условиями подвода теплоты при сгорании топлива. Уясните, что в циклах ДВС повышение степени сжатия является эффективным средством увеличения мощности и экономичности двигателя. Разберитесь с ролью температуры самовоспламенения топлива на ограничения величины степени сжатия.

Вопросы для самоконтроля:

1. На какие группы делятся поршневые двигатели внутреннего сго­рания?

2. Дать определения основным характеристикам циклов.

3. Дать описание индикаторной диаграммы двигателя с быстрым сгоранием топлива при постоянном объеме.

4. Дать описание идеального термодинамического цикла с подводом теплоты при постоянном объеме, изобразить pv – диаграмму цикла, вывести формулу для термического к. п. д. и дать его анализ.

5. Приведите принципиальную схему газотурбинного двигателя с подводом тепла при постоянном давлении. Изобразите цикл в P-V и T-S диаграммах.

6. Какие существуют методы повышения термического КПД газотурбинной установки?

7. По каким признакам можно классифицировать реактивные двигатели?

 

РАЗДЕЛ 2. Теплопередача.

ТЕМА 2.1. Теплопроводность при стационарном режиме.

Основные понятия и определения. Закон теплопроводности Фурье и коэффициент теплопроводности. Определение коэффициента теплопроводности материала. Те­плопроводность однослойной и многослойной плоской стенки. Теплопроводность однослойной и многослойной цилиндрической стенки. Теплопроводность одно­слойной и многослойной сферической (шаровой) стенки. Теплопроводность сте­нок различной формы.

Приступая к изучению теории теплообмена необходимо усвоить механизм и физическую сущность каждого из способов передачи теплоты: теплопроводность (диффузия тепла), конвективный теплоперенос и излучение (радиационный теплоперенос). Обратите внимание на то, что все они одновременно участвуют в процессе теплопереноса, однако при различных условиях роль и значимость каждого из них может существенно изменяться. Так в неподвижных сплошных телах основным механизмом передачи теплоты является теплопроводность. При движении среды возрастает вклад конвекции, а в условиях разряженных газов и высоких температур приоритет переходит к радиационному механизму переноса теплоты.

При рассмотрении первого способа теплопереноса - теплопроводности, обратите внимание на понятие температурного поля, как совокупности значений температуры для каждой точки исследуемого пространства в соответствующий момент времени. Нужно также уяснить понятия градиента температуры, теплового потока и его плотности.

Изучая основной закон теплопроводности (закон Фурье) обратите внимание на то, что в его записи q =-lgrad t минус отражает факт противонаправленности векторов плотности теплового потока и температурного градиента. Здесь необходимо получить представления о численных значениях коэффициента теплопроводности l для различных материалов, как характеристики их способности проводить теплоту.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется температурным полем? Виды температурных полей (стационарное, нестационарное, трехмерное, двухмерное, одномерное).

2. Дать понятие градиента температур. Как направлен градиент температур?

3. Сформулировать закон Фурье и физический смысл коэффициента теплопроводности.

4. Описать особенности теплопроводности различных веществ.

5. Записать дифференциальное уравнение теплопроводности для одно-, двух- и трехмерного стационарного и нестационарного температурных полей.

6. Физический смысл коэффициента температуропроводности.

7. Что считается известным при граничных условиях первого, второго и третьего рода?

8. Для случая постоянного коэффициента теплопроводности вывести уравнение температурного поля плоской однослойной и многослойной стенок.

9. Получите уравнение для определения плотности теплового потока плоской однослойной и многослойной стенок.

10. Представьте характер изменения температуры в плоской стенке.

11. Как определить температуру между слоями стенки?

12. Получите уравнение для определения температурного поля и теплового потока цилиндрической стенки.

13. Как изменяется температура внутри цилиндрической стенки?

14. При каких условиях термическое сопротивление цилиндрической стенки можно определять по уравнениям, полученным для плоскойстенки?

15. Вывод уравнения теплопроводности через однослойную плоскую стенку.

16. По какому закону изменяется температура в однослойной плоской стенке?

17. От каких величин зависит тепловой поток, передаваемый теплопроводностью через однослойную плоскую стенку.

18. Вывод уравнения теплопроводности через многослойную плоскую стенку.

19. Уравнение для определения эквивалентного коэффициента теплопроводности λ_эк плоской стенки, его вывод.

20. Определение температуры между слоями в многослойной плоской стенке.

21. Уравнение температурного поля для цилиндрической стенки.

22. Вывод уравнения теплопроводности через однослойную цилиндрическую стенку.

23. От каких величин зависит теплопроводность однослойной цилиндрической стенки?

24. Каков закон изменения температуры в цилиндрической стенке.

25. Вывод уравнения теплопроводности через многослойную цилиндрическую стенку.

26. Уравнение для определения эквивалентного коэффициента теплопроводности λ_эк цилиндрической стенки, его вывод.

27. Определение температуры между слоями в многослойной цилиндрической стенке.

28. Вывод уравнения теплопроводности через шаровую стенку.

 

ТЕМА 2.2. Конвективный теплообмен.

Сущность конвективного теплообмена. Факторы, определяющие его интенсив­ность. Общие положения теории подобия. Применение теории подобия к конвек­тивному теплообмену. Теплоотдача при больших скоростях движения газов.

Основной задачей раздела, посвященного конвективному механизму переноса теплоты движущейся средой (теплоносителем), является изучение методик определения коэффициента теплоотдачи и применения их для практических расчетов. Одной из таких методикявляетсяметодика определения коэффициента теплоотдачи базирующаяся на физическом моделировании и обобщении экспериментальных данных с помощью теории подобия в виде критериальных уравнений теплоотдачи.

Здесь нужно твердо усвоить физический смысл отдельных критериальных чисел подобия, участвующих в описании конвективного переноса теплоты: значением Nu оценивается интенсивность теплоотдачи с поверхности твердого тела в подвижную окружающую среду, критерии Re и Gr характеризуют интенсивность вынужденного и свободного движения теплоносителя, величина Pr показывает соотношение его механических и тепловых свойств.

Необходимо детально освоить процедуру расчета коэффициента теплоотдачи a с применением критериальных уравнений теплоотдачи.Рассмотрите теплообмен при вынужденном движении теплоносителя по трубам, а также при его свободной циркуляции. Обратите вниманиена методику получения критериальных уравнений путем обобщения экспериментальных данных по теплоотдаче в подобных условиях.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется конвективным теплообменом?

2. Какие различают виды движения жидкости?

3. Какие факторы влияют на интенсивность свободного движения жидкости?

4. Что такое вынужденный и свободный конвективный теплообмен?

5. Дайте понятие теплового и гидродинамического пограничных слоев.

6. Как влияет режим течения жидкости на формирование пограничного слоя?

7. Каков механизм передачи тепла через пограничный слой при ламинарном и турбулентном режимах течения жидкости?

8. Запишите уравнение Ньютона-Рихмана (уравнение теплоотдачи). Дайте понятие коэффициента теплоотдачи.

9. Какие факторы определяют величину коэффициента теплоотдачи?

10. Как связан коэффициент теплоотдачи с толщиной и характером течения жидкости в пределах пограничного слоя?

11. В чем сущность аналитического метода определения коэффициента теплоотдачи?

12. Напишите систему дифференциальных уравнений конвективного теплообмена (уравнения сплошности, движения, теплопроводности, теплоотдачи).

13. Почему аналитический метод определения коэффициента теплоотдачи имеет ограниченное применение?

14. Какие методы, кроме аналитического используются для определения коэффициента теплоотдачи?

ТЕМА 2.3. Лучистый теплообмен.

Основные понятия лучистого теплообмена. Законы теплового излучения. (Планка, Стефана Больцмана, Кирхгофа, Ламберта). Лучистый теплообмен между телами (между плоскими стенками, между двумя произвольно расположенными поверх­ностями). Излучение газов. Защита от излучения. Определение степени черноты тела методом сравнения.

Прежде всего нужно усвоить принципиальное отличие радиационного механизма переноса теплоты, связанного с электромагнитным излучением, от теплопроводности и конвекции.

Обратите внимание на то, что описание закономерностей радиационного теплопереноса проводится с использованием абсолютной температуры T, К.

Подробно изучите содержание и физическое проявление основных законов излучения. Особое внимание следует уделить закону Стефана-Больцмана, основного с точки зрения инженерного применения (E =es T ⁴ ). Нужно усвоить, что степень черноты e не определяет цвет тела, а характеризует его излучательную способность относительно абсолютно черного тела.

Применение законов теплового излучения нужно рассмотреть на примере теплообмена между параллельными пластинами. Здесь обратите внимание на понятие приведенной степени черноты, как характеристики излучательной способности всей системы тел, участвующих в теплообмене. Изучите вопросы экранирования, как эффективного средства борьбы с тепловым излучением. Выясните, как изменится лучистый тепловой поток при наличии экрана, какую роль при этом имеет его степень черноты.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие длины волн ограничивают спектр теплового электромагнитного излучения?

2. Что происходит с лучистой энергией падающей на поверхность твердого тела?

3. Что понимают под коэффициентами поглощения, отражения и пропускания?

4. Какие тела называются абсолютно черными, абсолютно белыми и абсолютно прозрачными?

5. Что такое собственное, эффективное и результирующее излучения тела?

6. Закон Планка. Его графическое изображение.

7. Что понимают под спектральной плотностью потока излучения?

8. Закон Вина. От чего зависит длина волны, при которой достигается максимум спектральной плотности потока излучения?

9. Закон Стефана-Больцмана. Коэффициент излучения абсолютно черного тела.

10. Что такое степень черноты? Как определить коэффициент излучения серого тела?

11. Закон Кирхгофа. Закон Ламберта.

12. Как определить поток излучения между двумя плоскопараллельными пластинами?

13. Как определить поток излучения, когда одно тело находится внутри другого?

14. Как определить поток излучения для произвольно расположенных тел?

15. Что такое коэффициент облученности (угловой коэффициент)?

16. Для какой цели используются экраны? Как определяетсятемпература экрана?

17. Какие газы можно считать прозрачными для тепловых лучей?

18. Каковы особенности излучения газов?

19. Как определить поток излучения от газа к окружающей его поверхности теплообмена.

ТЕМА 2.4. Сложный теплообмен.

Передача тепла через однослойную и многослойную плоскую стенку. Передача тепла через однослойную и многослойную цилиндрическую стенку. Теплопере­дача в охлаждаемых турбинных лопатках.

Теплопередача – это процесс переноса теплоты от одной подвижной среды (горячей) к другой (холодной) через разделяющую их твердую стенку. Весь процесс можно условно разделить на три этапа: конвективный теплообмен между горячим теплоносителем и стенкой, теплопроводность через стенку и конвективный теплообмен между стенкой и холодным теплоносителем. Каждый из этих процессов имеет вполне определенное термическое сопротивление. От его суммарной величины будет зависеть количество передаваемого тепла. При изучении темы необходимо получить уравнение теплопередачи. Сформулировать физический смысл коэффициента теплопередачи. Получить зависимости для определения коэффициентов теплопередачи и суммарного термического сопротивления стенок: плоской однослойной и многослойной, цилиндрической однослойной и многослойной. Выяснить изменение суммарного термического сопротивления и тепловых потерь через цилиндрическую стенку при увеличении ее толщины. Показать, как можно использовать понятие критического диаметра при выборе материала изоляции. Выделить основные факторы, определяющие величину коэффициента теплопередачи. Наметить пути интенсификации данного процесса. Привести примеры использования процессатеплопередачи в системах авиационной техники, транспортных машин.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется процессом теплопередачи?

2. Показать характер изменения температуры между горячим и холоднымтеплоносителями в процессе теплопередачи через плоскую ицилиндрическую стенку.

3. Вывести уравнения для определения тепловых потоков, передаваемыхчерез плоскую однослойную и многослойную стенки.

4. Что называется коэффициентом теплопередачи?

5. Что такое общее термическое сопротивление и из каких величин оноскладывается?

6. Как определить температуру поверхности стенки?

7. Может ли коэффициент теплопередачи плоской стенки быть большекоэффициентов теплоотдачи со стороны горячего и холодноготеплоносителей?

8. Получите уравнения для определения тепловых потоковцилиндрической однослойной и многослойной стенок.

9. Что называется критическим диаметром цилиндрической стенки и какон определяется?

10. При каких условиях с увеличением толщины изоляции тепловыепотери будут уменьшаться?

11. Как влияет толщина стенки и коэффициент теплопроводностиматериала стенки на процесс теплопередачи?

12. Как влияет скорость движения, коэффициент теплопроводности ивязкость жидкости на коэффициент теплопередачи?

ТЕМА 2.5. Нестационарная теплопроводность.

Описание процесса. Дифференциальное уравнение теплопроводности.

Нужно понять физический смысл дифференциального уравнения теплопроводности, как варианта выражения первого закона термодинамики, из решения которого при соответствующих начальных и граничных условиях может быть получено температурное поле рассматриваемого объекта. Уясните различие между разными граничными условиями: I рода - задание значения температур на поверхности тела; II рода - задание на границе плотности теплового потока (температурного градиента); III рода -установление линейной зависимости теплового потока от температурного напора на границе в виде закона Ньютона-Рихманаq=a(t_п – t_ср). Здесь нужно понять, что коэффициент теплоотдачи a моделирует влияние на границу тела окружающей среды и зависит от ее физических свойств и условий движения.

Разберитесь с методикой решения дифференциального уравнения теплопроводности для отыскания стационарных температурных полей в простейших ситуациях плоского и цилиндрического слоев.

Обратите внимание на особенность теплоизоляции цилиндрических тел. Здесь в отличие от плоских поверхностей существует ограничение на выбор материала теплозащитного покрытия, вызванное существованием критического диаметра, при котором тепловые потери достигают максимума.

Расчет нестационарных температурных полей путем решения уравнения теплопроводности связан со значительными трудностями математического характера. Для приобретения навыков приближенной инженерной оценки процессов нагрева или охлаждения тел с маленьким термическим сопротивлением изучите метод регулярного теплового режима.

Вопросы для самоконтроля:

1. Дать определение нестационарного температурного поля.

2. Дифференциальное уравнение теплопроводности и граничные условия для нестационарного режима.

3. Уравнение температурного полядля нестационарного режима.

4. Из каких чисел подобия составляется уравнение температурного поля?

ТЕМА 2.6. Теплообменные аппараты.

Основные определения и схемы теплообменных аппаратов. Расчет теплообменных аппаратов. Определение коэффициента теплопередачи.

Рассмотрите классификацию теплообменных аппаратов по принципу действия: рекуператоры, регенераторы, смесители. Уясните основные принципы работы устройств каждого типа.

Наиболее распространенными являются рекуперативные теплообменники, поэтому при теоретическом анализе теплопередачи можно ограничится рассмотрением только этого типа устройств. Детально разберите методику расчета рекуперативного теплообменника для прямоточной и противоточной схем движения теплоносителей. Обратите внимание на понятия средне логарифмического и среднеарифметического температурного напора. Научитесь анализировать изменение температур теплоносителей в зависимости от схемы их движения и значения водяных эквивалентов.

Вопросы для самоконтроля:

1. Поясните принцип работы рекуперативного, регенеративного и смесительного теплообменных аппаратов.

2. Какие способы оребрения трубок используются в теплообменных аппаратах?

3. Какие уравнения положены в основу проектно-конструкторского расчета теплообменного аппарата?

4. Что такое температурный напор?

5. Какие направления движения теплоносителей используются в теплообменных аппаратах?

6. Приведите график изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей.

7. Получите уравнение для определения среднего температурного напора.

8. Какие параметры являются искомыми при поверочном расчете теплообменного аппарата?