Течение газа в соплах и диффузорах

Рекомендуется изучить формулы для расчёта скорости истечения газа из сопла и расхода газа. Затем выполнить анализ этих формул для критического режима течения (когда скорость потока равна скорости звука). Изобразите процесс истечения газа в i, S – диаграмме.

Проанализируйте процесс торможения сверхзвукового потока. Уясните сущность прямого и косого скачков уплотнения.

 

Дросселирование газа. Газовый эжектор

На практике часто встречаются случаи, когда в канале имеются местные сопротивления: резкое расширение, резкое сужение и т.п. Это явление сопровождается образованием вихрей и различных сопротивлений. Описанное явление носит название дросселирования потока газа. При изучении этого процесса следует обратить внимание на изменение параметров состояния, а также на изменение энтальпии, энтропии для реальных и идеальных газов.

 

Контрольные вопросы

1. Напишите уравнение расхода. Почему при резком увеличении температуры расход газа в сечении уменьшается? [1].

2. Напишите уравнение сохранения энергии для входа в компрессор, на выходе из компрессора [1].

3. Напишите уравнение Бернулли для несжимаемого потока [1].

4. Напишите уравнение Бернулли в интегральной и дифференциальной формах [1].

5. Напишите формулы для критических параметров газа [1].

6. Соотношения для М и l [1].

7. Изобразите графики газодинамических функций температуры, давления, плотности и относительной плотности тока от приведенной скорости [1].

8. Напишите уравнение обращения воздействий. Выполните анализ этого уравнения [1].

 

 

Теплопередача

Теплопроводность

 Вначале необходимо уяснить содержание следующих понятий теплопередачи:

 температурное поле; температурная поверхность; температурный градиент; тепловой поток; коэффициент теплопроводности.

 Затем изучить закон Фурье и его использование для:

- однослойной и многослойной стенок;

- однослойной и многослойной цилиндрических стенок;

- однослойной и многослойной сферических стенок.

 Напишите также формулы для коэффициента теплопроводности для различных материалов, что даст представление о тепловой защите.

 

Контрольные вопросы

1. Поясните содержание понятий: температурное поле, температурный градиент, тепловой поток [2].

2. Что называют коэффициентом теплопроводности и от каких факторов он зависит? [2].

3. Напишите и поясните формулы теплопроводности через плоскую, цилиндрическую и сферическую стенки [2].

4. Изобразите и поясните график изменения температуры через плоскую, цилиндрическую и сферическую стенки [2].

 

Конвективный теплообмен

 Конвективный теплообмен имеет место при движении жидкости или газа относительно твёрдого тела. Количество теплоты, переданного конвекцией, зависит от физических свойств теплоносителя (параметров состояния его), скорости движения и др. Студенту необходимо иметь знания о ламинарном и турбулентном движении теплоносителя, а также о пограничном слое жидкости или газа около твердого тела.

 Конвективный теплообмен описывается уравнением Ньютона-Рихмана, одним из важных параметров которого является коэффициент теплотдачи. Величина этого коэффициента зависит от характера движения теплоносителя (ламинарное или турбулентное), вида теплообмена (свободный или вынужденный), физических свойств теплоносителя и др.

Так как явление конвективного теплообмена определяется многими факторами, то в настоящее время это явление изучается в основном экспериментальным путём, причём величина коэффициента теплоотдачи представляется в виде зависимости между тепловыми и гидродинамическими критериями подобия.

Критерии подобия используются при рассмотрении двух подобных потоков, для которых записываются: уравнение теплопроводности; уравнение сплошности; уравнение теплоотдачи; уравнение движения.

Критерии подобия (Маха, Рейнольдса, Нуссельта, Прандтля и др.) являются безразмерными. Из них образуются критериальные уравнения, которые описывают различные виды теплообмена и являются основой для расчёта коэффициента теплоотдачи.

 

Контрольные вопросы

1. Поясните механизм переноса теплоты при конвективном теплообмене [2].

2. Напишите и поясните уравнение Ньютона-Рихмана для конвективного теплообмена [2].

3. Перечислите факторы, от которых зависит коэффициент теплоотдачи [2].

4. Напишите и поясните критерия подобия, отражающие: режим течения теплоносителя; характер движения теплоносителя; конвективный теплообмен; теплопроводность [2].

5. Способы интенсификации конвективного теплообмена [2].

 

    

 

Теплообмен излучением

Излучение или лучистая энергия является результатом сложных молекулярных и атомных возмущений и возникает за счёт энергии других видов, в том числе, и тепловой. Носителями лучистой энергии являются электромагнитные колебания. В зависимости от длины волны тепловые лучи обладают различными свойствами.

Рассматриваются световые и инфракрасные лучи, имеющие длину волны от 0.4 до 40 мк, называемые тепловыми лучами.  Нужно разобраться в понятиях, определяющих абсолютно чёрное тело, абсолютно белое тело, абсолютно проницаемое тело. Чтобы установить связь между излучательной способностью тела, надо изучить основные законы теплового излучения (Стефана-Больцмана, Кирхгофа). Уяснить физическую сущность процессов, происходящих при лучистом теплообмене между телами.

                                                                                                               

Контрольные вопросы

1. Каковы физические основы лучистого теплообмена? Напишите уравнение и дайте формулировку закона Стефана-Больцмана для теплового излучения газов [2].

2. Изложите суть закона Кирхгофа [2].

3. В чём отличие газового излучения от твёрдых тел? [2].

 

    

 

 

Теплообменные аппараты

 Теплообменным аппаратом называют устройство, в котором осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя к другому. По принципу действия они разделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

 В рекуперативных аппаратах теплота передаётся от горячего теплоносителя (жидкости или газа) к холодному через разделяющую их твёрдую стенку. Примерами таких аппаратов являются паровые котлы, бойлеры, воздухонагреватели, авиационные радиаторы различных типов.

 В регенеративных аппаратах одна и та же поверхность нагрева омывается поочерёдно то горячим, то холодным теплоносителем. Примерами таких аппаратов являются вращающиеся регенераторы газотурбинных двигателей.

 В смесительных аппаратах процесс теплоотдачи происходит путём непосредственного соприкосновения горячего и холодного теплоносителей. Примерами смесительных аппаратов являются градирни, камеры смешения двухконтурных турбореактивных двигателей, смесители системы кондиционирования воздушных судов и др.

 При проектировании новых теплообменных аппаратов целью расчёта является определение поверхности нагрева, размеров и массы аппарата. Если же площадь нагрева известна, то задача сводится к определению режима работы теплообменного аппарата и определение конечных температур теплоносителей. Для аппаратов, находящихся в работе, целью расчёта может быть определение коэффициента теплопередачи.

 При расчёте теплообменных аппаратов определяется коэффициент теплопередачи и средняя разность температур между теплоносителями. Этот теоретический материал должен быть изучен особенно тщательно, так как он является основным в расчётах аппаратов.

 

Контрольные вопросы

 1. Перечислите существующие типы теплообменных аппаратов [2].

 2. Что такое среднелогарифмическая разность температур? [2].

 3. Поясните работу теплообменных аппаратов, работающих по схеме прямотока, противотока и перекрёстного тока [2].