Теплообмен. Основные понятия теории теплообмена

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА

1.1 Виды теплообмена

Три основных способа переноса теплоты, отличающихся по своим физическим

1.2 Основные понятия и определения

Легкоподвижная среда (жидкость или газ), используемая для

Поверхностная плотность теплового потока q, [Вт/м²] –
это количество теплоты, передаваемое в

Температурным полем называется совокупность значений температуры во всех точках рассматриваемого пространства

Градиент температурного поля (grad t) – есть вектор, направленный по нормали

2 ТЕОРИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Под теплопроводностью следует понимать процесс переноса теплоты через соприкосновение структурных частиц

2.1 Закон Фурье

Поверхностная плотность теплового потока, передаваемого теплопроводностью, пропорциональна градиенту температурного

Численное значение коэффициента теплопроводности λ равно количеству теплоты, проходящей через единицу

2.2 Дифференциальное уравнение теплопроводности

Дифференциальное уравнение теплопроводности (уравнение Фурье) нестационарного температурного поля
где

2.3 Теплопроводность при стационарном режиме

Теплопроводность плоской стенки

Поверхностная плотность теплового потока:

- внутреннее термическое сопротивление теплопроводности стенки, (м2⋅К)/Вт.

Распределение

Рассмотрим для тех же условий многослойную плоскую стенку с толщиной слоев

Плотность теплового потока, проходящего через все слои, в стационарном режиме одинакова.

3 КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

3.1 Основные определения конвективного теплообмена

Конвективный теплообмен – это процесс переноса теплоты

3.2 Виды конвективного теплообмена

Естественная конвекция - свободное движение, происходящее вследствие разности

Вынужденная конвекция создается внешним источником (насосом, вентилятором, ветром). Вынужденная конвекция тем

3.3 Режимы течения и пограничный слой

Интенсивность конвективного теплообмена сильно зависит от

Режим течения характеризуется критерием Рейнольдса:

где w – скорость движения жидкости, м/с;
l

Пограничный слой

3.4 Закон Ньютона-Рихмана

Для пограничного слоя:

Закон Ньютона-Рихмана:
Тепловой поток Q, Вт, в процессе

Коэффициент теплоотдачи α – это количество теплоты, передаваемое в единицу времени

3.5 Факторы, влияющие на интенсивность конвективного теплообмена

Режим течения и ламинарный подслой
Направление

3.7 Теория подобия

3.7.1 Основы теории подобия

Теория подобия – это учение о

3.7.2 Критерии (числа) подобия

Числами (критериями) подобия называются такие безразмерные соотношения параметров,

Число Нуссельта

где α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К);
l - определяющий размер, м;
λ

Число Рейнольдса

где w - скорость движения жидкости, м/с;
l - определяющий размер,

Число Прандтля

где ν - коэффициент кинематической вязкости, м²/с;
а - коэффициент температуропроводности,

Число Грасгофа

где g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;
β=1/Т -

Число Фурье

где а - коэффициент температуропроводности, м²/с;
l - определяющий размер,

Таким образом:
критерий Re отражает влияние вынужденного движения,
критерий Gr – влияние естественной

3.7.3 Определяющие размер и температура

В числа подобия входит характерный линейный размер

Определяющая температура – это температура, при которой определяются физические свойства жидкости

3.7.4 Теоремы подобия

Основные положения теории подобия формулируются в виде трех теорем.

Первая теорема подобия (теорема Ньютона)

Первая теорема подобия для подобного течения двух

Вторая теорема подобия (теорема Букингема)

Вторая теорема подобия была доказана в 1911

Третья теорема подобия (теорема Кирпичева)

Формулировка третьей теоремы подобия была дана М.В.Кирпичевым

3.8 Уравнения подобия конвективного теплообмена

Уравнением подобия называется зависимость между каким-либо определяемым

Функциональная зависимость безразмерного коэффициента имеет вид:
при стационарной теплоотдаче и естественной конвекции
Nu