Определение теплопроводности шаровой стенки и тел неправильной формы. Анализ дифференциальных уравнений теплообмена. Исследование и характеристика процесса совместной передачи тепла конвекцией и лучеиспусканием. Рассмотрение законов теплового излучения.
Аннотация к работе
Министерство образования и науки Республики Казахстан Краткий конспект лекций Рекомендовано к изданию методическим советом энергетического факультета ПГУ им. В кратком конспекте лекций рассматриваются основные темы и приводятся основные определения, законы по дисциплине «Тепломассообмен», показаны цели дисциплины, приведены материалы по основным темам. Конспект лекций разработан в соответствии с Государственным стандартом специальности 050717 «Теплоэнергетика» ГОСО РК 3.07.094-2006 и типовой программойТеплота, кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Количество теплоты, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы; например, при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты, чем в маленькой. Часть химической энергии, содержащейся в пище, превращается в теплоту, благодаря чему температура тела поддерживается вблизи 37 градусов Цельсия. Тепловой баланс тела человека зависит также от температуры окружающей среды, и люди вынуждены расходовать много энергии на обогрев жилых и производственных помещений зимой и на охлаждение их летом. До конца 18 в. теплоту считали материальной субстанцией, полагая, что температура тела определяется количеством содержащейся в нем «калорической жидкости», или «теплорода».Существуют три основных вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен или тепловое излучение. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью; при достаточно высоких температурах в твердых телах его можно наблюдать визуально. Соотношение между этими величинами было выведено французским математиком Ж.Фурье и имеет следующий вид или , где Q, q - тепловой поток и плотность теплового потока, в Вт и Вт/м2, - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К), F-площадь поперечного сечения, м2. Это соотношение называется законом теплопроводности Фурье; знак «минус» в нем указывает на то, что теплота передается в направлении, обратном градиенту температуры. Иными словами перенос теплоты из области с одной температурой в область с другой температурой, сопровождающийся переносом самой среды называется конвекцией.Массивными конвекционными потоками в атмосфере определяются суточные изменения погодных условий на всем земном шаре. Перепады температуры в атмосфере между экваториальными и полярными областями совместно с кориолисовыми силами, обусловленными вращением Земли, приводят к появлению непрерывно изменяющихся конвекционных потоков, таких, как пассаты, струйные течения, а также теплые и холодные фронты. Перенос тепла (за счет теплопроводности) от расплавленного ядра Земли к ее поверхности приводит к извержению вулканов и появлению гейзеров. Упомянем такие наиболее важные из них, как выплавка и обработка металлов, работа двигателей, производство пищевых продуктов, химический синтез, переработка нефти, изготовление самых разных предметов - от кирпичей и посуды до автомобилей и электронных устройств.Температура изменяется только в направлении оси х. На расстоянии х выделим внутри стенки слой толщиной dx, ограниченный двумя изотермическими поверхностями. Подставляя эти значения в уравнение (2), имеем Из уравнения (3) определяется неизвестное значение плотности теплового потока q, а именно Следовательно, количество теплоты, переданное через единицу поверхности стенки в единицу времени, прямо пропорционально коэффициенту теплопроводности ?. и разности температур наружных поверхностей ?t и обратно пропорционально толщине стенки ?.Стенки, состоящие из нескольких разнородных слоев, называются многослойными. Пусть стенка состоит из трех разнородных, но плотно прилегающих друг к другу слоев (рис. Из этих уравнений легко определить температурные напоры в каждом слое Так как каждое слагаемое знаменателя в формуле (17) представляет собой термическое сопротивление слоя, то из уравнения (18) следует, что общее термическое сопротивление многослойной стенки равно сумме частных термических сопротивлений. Внутри каждого слоя температура изменяется по прямой, но для многослойной стенки в целом она представляет собой ломаную линию (рис.Рассмотрим однородную цилиндрическую стенку (трубу) длиной l, с внутренним радиусом r1 и внешним r2. Внутренняя и внешняя поверхности поддерживаются при постоянных температурах t1 и t2, причем t1>t2 (рис. Следовательно, температурное поле здесь будет одномерным, а изотермические поверхности цилиндрическими, имеющими с трубой общую ось. Выделим внутри стенки кольцевой слой радиусом r и толщиной dr, ограниченный изотермическими поверхностями. Следовательно, количество теплоты, переданное в единицу времени через стенку трубы, прямо пропорционально коэффициенту теплопроводности ?, длине l и температурному напору ?t,. и обратно пропорционально натуральному логарифму отношения внешнего диаметра трубы d2 к внутреннему d1.
План
Содержание
Введение
1. Основные виды передачи тепла
2. Роль теплоты и ее использование
3. Теплопроводность плоской стенки
3.1 Однородная стенка
3.2 Многослойная стенка
4. Теплопроводность цилиндрической стенки
4.1 Однородная стенка
4.2 Многослойная стенка
5. Теплопроводность шаровой стенки и тел неправильной формы
5.1 Однородная шаровая стенка
5.2 Тела неправильной формы
6. Теплопроводность тел с внутренними источниками теплоты
6.1 Теплопроводность плоской стенки
6.2 Теплопроводность круглого стержня
6.3 Теплопроводность цилиндрической стенки
7. Конвективный теплообмен
7.1 Общие понятия и определения
8. Дифференциальные уравнения теплообмена
9. Основы теории подобия
10. Теплообмен в жидкостях и газах
10.1 Теплоотдача при обтекании плоской поверхности (пластины)
11. Лучистый теплообмен
11.1 Виды лучистых потоков
11.2 Законы теплового излучения
11.3 Теплообмен лучеиспусканием между телами
11.4 Лучеиспускание газов
11.5 Совместная передача тепла конвекцией и лучеиспусканием
11.6 Черные температуры
11.7 Потери тепла в окружающую среду
Литература
Введение
Теплота, кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы; например, при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты, чем в маленькой.
Теплота играет важную роль в жизни человека, в том числе и в функционировании его организма. Часть химической энергии, содержащейся в пище, превращается в теплоту, благодаря чему температура тела поддерживается вблизи 37 градусов Цельсия. Тепловой баланс тела человека зависит также от температуры окружающей среды, и люди вынуждены расходовать много энергии на обогрев жилых и производственных помещений зимой и на охлаждение их летом. Большую часть этой энергии поставляют тепловые машины, например котельные установки и паровые турбины электростанций, работающих на ископаемом топливе (угле, нефти) и вырабатывающих электроэнергию.
До конца 18 в. теплоту считали материальной субстанцией, полагая, что температура тела определяется количеством содержащейся в нем «калорической жидкости», или «теплорода». Позднее Б.Румфорд, Дж.Джоуль и другие физики того времени путем остроумных опытов и рассуждений опровергли «калорическую» теорию, доказав, что теплота невесома и ее можно получать в любых количествах просто за счет механического движения. Теплота сама по себе не является веществом - это всего лишь энергия движения его атомов или молекул. Именно такого понимания теплоты придерживается современная физика.
Теплообмен или теплопередача - это процесс переноса теплоты внутри тела или от одного тела к другому, обусловленный разностью температур. Интенсивность переноса теплоты зависит от свойств вещества, разности температур и подчиняется экспериментально установленным законам природы. Чтобы создавать эффективно работающие системы нагрева или охлаждения, разнообразные двигатели, энергоустановки, системы теплоизоляции, нужно знать принципы теплопередачи. В одних случаях теплообмен нежелателен (теплоизоляция плавильных печей, космических кораблей и т.п.), а в других он должен быть как можно больше (паровые котлы, теплообменники, кухонная посуда).