1 1 1 ФБГОУ ВО Ярославский государственный технический университет Кафедра

- 2019
«Теплотехника и термодинамика»
составлен
кандидатом технических наук, доцентом Ивневым Александром Андреевичем

Курс лекций для

Часть3
Основы теплопередачи – теоретические основы работы теплопередающих устройств, аппаратов (теплотехника)

с неоднородным распределением температур или между телами, сопровождающиеся массопереносом или

определение температурного поля в телах, расчет интенсивности теплопередачи в элементах энергоустановок (теплообменниках)

Предмет изучения

Цель изучения

Дисциплина «Теплопередача»

способы переноса теплоты в твердых, жидких и газообразных телах и в пространстве при отсутствии среды

Теплопередача - это самопроизвольный и необратимый процесс переноса внутренней энергией в форме теплоты в пространстве или среде между элементами системы с разным ее (энергии) распределением: неоднородным энергетическим (температурным) потенциалом.

В.Н., Афанасьева.– 2-е изд.– М., Изд-во. МГТУ им Н.Э. Баумана,

Термическое сопротивление.

Конвективный перенос теплоты. Основной закон. Стационарная теплопередача через плоскую

Основное содержание раздела «Теплопередача»

значений температур в каждой точке тела (или среды) в каждый

Основные понятия теории теплопередачи

нормали к изотермической поверхности и направленный в сторону увеличения температуры.

Основные понятия теории теплопередачи

от более «нагретого» к менее «нагретому» телу, Вт.


Плотность (поверхностная) теплового

Основные понятия теории теплопередачи

энергии в форме теплоты в неравномерно нагретой сплошной среде, имеет

Установлено опытным путем, что количество переносимой теплоты зависит: от физической природы тела (теплопроводность), геометрии (толщина стенки, площади поперечного сечения), разности температур, длительности процесса (времени!):

Основной закон теплопроводности (гипотеза Био-Фурье) :

Вт/м2.

где λ - коэффициент теплопроводности.

. Q= (, S, , ΔT, τ) , Дж.

массы неравномерно нагретой жидкой или газообразной среды.
Конвекция

Теплоотдача (конвективная теплоотдача) - конвективный теплообмен между твердой поверхностью и окружающей средой (жидкостью или газом).

зависит от физической природы среды, свойств границы среды и твердого

Основной закон теплоотдачи (Ньютона-Римана) -
плотность теплового потока на границе жидкости (газа) и твердой поверхности пропорциональна разности их температур:

где α-коэффициент теплоотдачи;
tw-температура поверхности; tf -температура жидкости или газа.

- термические сопротивления
- полное термическое
сопротивление

где

Температуры поверхностей и на границах слоев :

где n – количество слоев

где
-полное линейное термическое сопротивление

потока

где
- суммарное линейное термическое сопротивление
Температуры поверхностей и

с низким коэффициентом теплопроводности на теплопередающей поверхности.
Назначение тепловой изоляции: снижение

являются процессы,
имеющие одинаковую физическую природу (описываются одинаковыми уравнениями);

Критерии и числа подобия – безразмерные комплексы, составленные из размерных физических величин, характерных для рассматриваемого процесса.
Критерии подобия формируются из заранее известных (определяющих) величин.
Числа подобия формируются из искомых (определяемых) величин.

Нуссельта - безразмерный коэффициент теплоотдачи.
2.Критерий Рейнольдса характеризует подобие сил

,

3.Критерий Прандтля характеризует подобие свойств текучей среды (соотношение вязкостных и инерционных тепловых свойств

4. Критерий Грасгоффа - характеризует подобие сил при свободном движении неизотермического потока: соотношение между подъемной силой единицы объема, возникающей вследствие разности плотностей, и силой вязкости.

трубы круглого сечения
Свободное движение
у горизонтальной трубы:
у вертикальной поверхности

Поперечное обтекание одиночной трубы:

площади поверхности для всего диапазона длин волн.
Поверхностная плотность потока

Излучение - вид теплопередачи в пространстве, обусловленный переносом энергии с помощью электромагнитных волн.

Излучение

поверхности и величине интервала длин волн.
Излучение

совместные процессы взаимного испускания, поглощения, отражения и пропускания электромагнитных волн

коэффициент пропускания

телам, у которых поток падающего излучения равен поглощаемому потоку:
и для

и

м/с-скорость света в вакууме;
2-ая константа излучения;
Вт*м2
1-ая константа излучения
, м.К

Закон М. Планка (1900 г.) устанавливает зависимость плотности потока собственного монохроматического излучения от длины волны и абсолютной температуры для абсолютно черного тела:

(k =1,38.10–23 Дж/К. – постоянная Больцмана)

постоянной температуре соответствует свое значение
2.С повышением температуры плотность потока

3. Спектральная плотность потока излучения имеет максимум на каждой температуре, соответствующий определенной длине волны.

4.Максимальная плотность потока излучения с повышением температуры смещается в сторону более коротких волн (закон смещения Вина).

от абсолютной температуры и от физической природы (излучательной способности) тела.
Закон

.

- постоянная Стефана-Больцмана

- коэффициент интегрального излучения

где

Плотность потока интегрального излучения по всем направлениям пропорциональна 4-степени абсолютной температуры.

интегрального излучения абсолютно черного тела
где
приведенный коэффициент интегрального излучения системы из

с1 и с2 – коэффициенты интегрального излучения 2-х «серых» тел.

отражательной способностью (R=1), предназначенная для уменьшение потока взаимного излучения.
Для одного

обладающее внутренней энергией и способное отдавать или воспринимать ее при

при одновременном их протекании
непосредственный контакт и смешение теплоносителей (градирни,деаэраторы, скрубберы)
периодический

Рекуперативные

Контактные

Регенеративные

Классификация по принципу действия

и «холодный» «теплоносители»

пучок; 3 –Трубные решетки;
4 –Крышки;

Устройство кожухотрубного теплообменного аппарата

данные:
Тепловой поток (тепловая нагрузка), Q, Вт

Конструкторский расчет рекуперативных теплообменных аппаратов

G1 и G2

теплопередачи:

обратно пропорционально их полным расходным теплоемкостям

температур имеет место для теплоносителя с меньшей расходной теплоемкостью!

температур имеет место для теплоносителя с меньшей расходной теплоемкостью!

через стенку, разделяющую горячий» и «холодный» «теплоносители»
В
Уравнение теплопередачи

для всей поверхности
- средний коэффициент теплопередачи всей поверхности
где

- площадь теплопередающей поверхности

аналитическим путем
или:
Температурный напор уменьшается вдоль поверхности теплообмена независимо от соотношения

уменьшается вдоль поверхности теплообмена по экспоненциальному закону.
При С1>С2 (m

Закон изменения температурного напора для противоточной схемы