Теплопроводность плоской однослойной стенки при стационарном режиме 1.4.2. <...> Средний логарифмический температурный напор между теплоносителями в процессе теплопередачи 1.8. <...> Что дает теория подобия для решения задач конвективного теплообмена Глава 3. <...> Особенности процесса теплоотдачи при поперечном омывании одиночных труб и пучков труб. <...> Пленочная конденсация чистого пара на вертикальной поверхности 3.4.3. <...> Количественное описание процесса теплоотдачи при пузырьковом кипении Глава 4. <...> Исследование теплоотдачи при вынужденном поперечном омывании воздухом нагретой одиночной трубы Лабораторная работа 2. <...> Исследование теплоотдачи при свободном движении воздуха около нагретой горизонтальной трубы Лабораторная работа 3. <...> Исследование теплоотдачи при кипении воды в большом объеме при атмосферном давлении Лабораторная работа 4. <...> Исследование процесса теплопередачи в теплообменном аппарате с оребренными стенками труб Библиографический список 210 242 Список основных обозначений – коэффициент температуропроводности, м2/c; – теплоемкость, Дж/(кг·К); – диаметр, м; – ускорение свободного падения, м/с2; – массовый расход, кг/с; – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К); l – длина, м; – удельная энтальпия, Дж/кг; – масса, кг; – нормаль к поверхности; – давление, Па; – плотность теплового потока, Вт/м2; удельная теплота, Дж/кг; l – линейная плотность теплового потока, Вт/м2; – термическое сопротивление, (м2·К)/Вт; отражательная способность; радиус, м; газовая постоянная, Дж/(кг·К); – температура, °С; – теплота парообразования, Дж/кг; - абсолютная температура, К; – средняя температура, К; – средний температурный напор, К; – скорость, м/c; – координата, м; α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К); δ – толщина стенки, м; толщина пограничного слоя, м; ν – коэффициент кинематической вязкости, м2/c; λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К). <...> Этим занимается техническая термодинамика – наука о взаимопревращениях одной формы энергии в другую <...>
Основы_теплопередачи_и_массообмена__учебное_пособие.pdf
УДК 66.021.3/4(075)
ББК 35.112/113я7
Дьяконов В. Г.
Основы теплопередачи и массообмена : учебное пособие /
В. Г. Дьяконов, О. А Лонщаков; М-во образ. и науки России, Казан. нац.
исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2015. – 244 с.
ISBN 978-5-7882-1813-7
В доступной и краткой форме изложены основы процессов теплопередачи
и массообмена. Приведено математическое описание процесса
конвективного теплообмена на основе применения известных
физических законов сохранения: энергии, количества движения, массы
и граничных условий стенка-жидкость. Запись этой системы дифференциальных
уравнений в относительных величинах позволила сформулировать
основные положения теории подобия как метода расчета
сложных процессов, которые нельзя строго рассчитать аналитическим
путем.
Предназначено для студентов всех форм обучения, изучающих
дисциплину «Основы теплопередачи».
Подготовлено на кафедре теоретических основ теплотехники
КНИТУ.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического
университета
Рецензенты: канд. техн. наук, проф. каф. ТОТ КНИТУ (КАИ)
Ф. Н. Дресвянников
д-р техн. наук, проф. каф. теплоэнергетики
КГАСУ Р. А. Садыков
ISBN 978-5-7882-1813-7 © Дьяконов В. Г., Лонщаков О. А., 2015
© Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2015
- 2 -
Стр.2
О Г Л А В Л Е Н И Е
Список основных обозначений
ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ПЕРЕНОСА
ТЕПЛОТЫ
1.1. Теплопроводность при стационарном режиме
1.2. Основной закон теплопроводности. Закон Фурье
1.3. Дифференциальное уравнение теплопроводности
1.4. Применение дифференциального уравнения
теплопроводности для решения практических задач
1.4.1. Теплопроводность плоской однослойной стенки при
стационарном режиме
1.4.2. Теплопроводность плоской многослойной стенки
1.4.3. Теплопроводность однослойной цилиндрической
стенки
1.4.4. Теплопроводность многослойной цилиндрической
стенки
1.5. Конвективный теплообмен. Теплоотдача
1.5.1. Теплопередача. Теплопередача через плоскую
стенку. Основное уравнение теплопередачи. Коэффициент
теплопередачи
1.5.2. Теплопередача через однослойную цилиндрическую
стенку
1.5.3. Интенсификация процессов теплопередачи
1.5.4. Теплопередача через оребренную стенку
1.6. Тепловая изоляция
1.7. Элементы классификации теплообменных аппаратов
1.7.1. Основы расчета теплообменных аппаратов
1.7.2. Средний логарифмический температурный напор
между теплоносителями в процессе теплопередачи
1.8. Вопросы анализа экономичности теплоиспользующих
установок
1.8.1. Эксергетический метод термодинамического анализа.
Q,τE
– диаграмма. Эксергетическая температура
1.8.2. Потери эксергии от конечной разности температур
1.8.3. Эксергетический КПД теплообменого аппарата
- 4 -
8
9
10
12
12
13
15
18
18
19
21
24
25
27
29
33
35
37
40
42
45
49
50
51
52
Стр.4
Глава 2.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ КОНВЕКТИВНОГО
ПЕРЕНОСА ТЕПЛОТЫ
2.1. Конвективный теплообмен
2.1.1. Гидродинамический пограничный слой
2.1.2. Тепловой пограничный слой
2.2. Аналитическое описание процесса конвективного
теплообмена
2.2.1. Дифференциальное уравнение теплоотдачи
2.2.2. Дифференциальное уравнение энергии
2.2.3. Дифференциальные уравнения движения
2.2.4. Дифференциальное уравнение неразрывности
2.2.5. Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена
для пограничного слоя
2.3. Теория подобия
2.3.1. Приведение системы дифференциальных уравнений,
описывающих подобные процессы для пограничного слоя,
к безразмерной форме записи (метод масштабных преобразований)
2.3.2.
Дифференциальное уравнение движения для двух
подобных процессов в относительных величинах
2.4. Теоремы подобия
2.5. Что дает теория подобия для решения задач конвективного
теплообмена
Глава 3.
ТЕПЛООТДАЧА В ПОТОКАХ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
3.1. Расчет коэффициентов теплоотдачи при вынужденном
движении различных жидкостей в трубах
3.2. Расчет коэффициента теплоотдачи при вынужденном
ламинарном вязкостно-гравитационном течении
3.2.1 Физика протекания процесса теплоотдачи при
вынужденном ламинарном движении в вертикальных трубах
при совпадении и прямо противоположных направлениях
вынужденного и свободного движений
3.2.2 Расчет коэффициентов теплоотдачи при вынужденном
ламинарном вязкостно-гравитационном течении в горизонтальных
трубах при Re<2300
3.2.3. Расчет коэффициента теплоотдачи при турбулентном
движении различных жидкостей
- 5 -
55
55
60
61
62
62
63
65
68
71
73
76
81
81
85
87
87
88
88
89
90
Стр.5
3.3. Особенности процесса теплоотдачи при поперечном
омывании одиночных труб и пучков труб. Гидродинамика
и теплоотдача при движении жидкости в пучках труб
3.4. Теплоотдача при фазовом превращении (конденсации и
кипении)
3.4.1. Теплоотдача при конденсации пара
3.4.2. Пленочная конденсация чистого пара на вертикальной
поверхности
3.4.3. Теплоотдача при кипении
3.4.4. Режимы кипения
3.4.5. Количественное описание процесса теплоотдачи при
пузырьковом кипении
Глава 4.
ТЕПЛО- И МАССООБМЕН В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ
СРЕДАХ
4.1. Диффузия. Закон Фика, коэффициент молекулярной диффузии,
градиент концентрации. Термическая диффузия, бародиффузия.
Диффузия в движущейся среде. Конвективный
массообмен. Уравнения тепло- и массоотдачи
4.2. Аналогия процессов теплообмена и массообмена. Уравнение
подобия для описания процессов массообмена. Коэффициент
массоотдачи. Диффузионные числа
Глава 5.
ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ
5.1. Перенос теплоты путем теплового излучения
5.2. Спектры излучения
5.3. Законы теплового излучения
5.3.1. Закон Планка
5.3.2. Закон смещения Вина
5.3.3. Закон Стефана-Больцмана
5.4. Расчет теплового излучения между двумя телами
5.5. Назначение экранов
5.6. Особенности расчета излучения газов
5.7. Сложный теплообмен
и
113
116
116
116
118
118
118
119
120
121
122
124
Глава 6.
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО
К ЭКСПЕРИМЕНТУ. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ 126
6.1. Теплотехнические измерения
126
- 6 -
91
96
97
97
101
104
106
108
108
Стр.6
6.1.1. Измерения температуры
6.1.2. Измерение давления
6.1.3. Измерение расходов
6.1.4. Измерение тепловых потоков
6.2. Оценка погрешности эксперимента
6.2.1. Общие сведения
6.2.2. Вычисление погрешности измерения
6.2.3. Пример
Лабораторная работа 1. Исследование теплоотдачи при вынужденном
поперечном омывании воздухом нагретой одиночной
трубы
Лабораторная работа 2. Исследование теплоотдачи при свободном
движении воздуха около нагретой горизонтальной трубы
Лабораторная работа 3. Исследование теплоотдачи при кипении
воды в большом объеме при атмосферном давлении
Лабораторная работа 4. Исследование местной теплоотдачи
при вынужденном турбулентном движении воздуха в трубе
127
127
128
128
129
129
130
131
134
150
165
180
Лабораторная работа 7. Определение степени черноты металлов 194
Лабораторная работа 14. Исследование процесса теплопередачи
в теплообменном аппарате с оребренными стенками труб
Библиографический список
210
242
Стр.7