ЗМІСТ
Передмова
Позначення
1 Стаціонарна задача теплопровідності
1.1 Загальне поняття термічного опору
1.2 Прямокутні координати
1.3 Циліндричні координати
1.4 Сферичні координати
1.5 Сумарний коефіцієнт теплопередачі
2 Вимушений конвективний теплообмін
2.1 Плоска стінка
2.2 Одиночний циліндр і сфера
2.3 Розрахунок теплофізичних характеристик суміші газів
2.4 Теплообмін при фазових перетвореннях
3 Теплообмін випромінюванням і складний теплообмін
3.1 Радіаційні властивості газів
3.2 Складний теплообмін
3.3 Вказівки до виконання курсової роботи
Висновки.
Рекомендована література
ВСТУП
В умовах інтенсифікаціїтехнологічних процесів, розробки та освоєння нової техніки суттєвезначення одержують заходи спрямовані на забезпечення функціональноїздатності конструктивних елементів, що працюють в області високих температур іінтенсивних теплових навантажень. Конструктивні елементи, що працюють в такихумовах, вимагають, як правило, ефективних засобів теплового захисту. Однією знайбільш ефективних систем теплового захисту є випарне охолодженняелементів, що захищаються. Підвищення ефективності випарного охолодження попорівнянні з чисто конвективним пов'язано з фазовим перетворенням охолоджуючої середовищав охолоджувальному контурі, яке йде з великим поглинанням тепла і практичнопри постійній температурі, близької до температури насичення. Розрахунок параметріввипарного охолодження конструктивних елементів пов'язаний з цілим комплексіврозрахунків, що включають:
розрахунок складу атмосферив робочому просторі агрегата;
розрахунок теплофізичних ірадіаційно-оптичних характеристик атмосфери;
розрахунок характеристикрадіаційно-конвективного теплообміну охолоджуваного елементу;
розрахунок теплопередачічерез робочі поверхні охолоджуваного елементу;
визначення режимуфазового переходу при випарному охолодженні.
Рішення такої комплексноїзавдання ускладнюється нелінійністю її постановки: "внутрішньої" і"Зовнішньої". Внутрішня нелінійність постановки визначаєтьсязалежністю теплофізичних характеристик матеріалу конструктивних елементіввід температури. "Зовнішня" - наявністю в якості складового -радіаційного теплообміну. Нелінійні постановки задач характерні виразомшуканих функцій в неявному вигляді, тому вирішення таких завдань пов'язане, якправило, з організацією деякого ітераційного процесу, що дозволяє знайтинаближене рішення із заданою точністю. Розглянемо основні теоретичніположення, пов'язані з розрахунком випарного охолодження конструктивнихелементів, що знаходяться в умовах радіаційно - конвективного теплообміну. ​​
ПОЗНАЧЕННЯ
а - поглинальна здатність;
а - коефіцієнттемпературопровідності, м 2 /с;
А, S - площа(Поперечного перерізу поверхні), м 2 ;
З р - питоматеплоємність при постійному тиску, Дж/(кг . К);
D - діаметр, м;
d-коефіцієнт дифузії,м 2 /с;
Е - щільність потокувласного випромінювання, Вт/м 2 ;
g - прискорення вільногопадіння, м/с 2 ;
a - коефіцієнт конвективноїтепловіддачі, Вт/(м 2. К);
J - інтенсивністьвипромінювання,
s про - постійна Больцмана, Вт/(м 2. До 4 );
l - коефіцієнт теплопровідності,Вт/(м . К);
L, l - довжина,лінійний розмір, м;
m - маса, кг;
- щільність потоку маси, кг/(м 2. з);
- масова витрата, кг/с;
М - молекулярна вага,
m - коефіцієнт динамічної в'язкості,кг/(м . з);
n - коефіцієнт кінематичноїв'язкості, м 2 /с;
Р - периметр, м;
р - питомий тиск(Тиск), Н/м 2 ;
Q - кількість тепла, Дж;
- тепловий потік, Дж/с;
q - щільність тепловогопотоку, Вт/м 2 ;
q v - об'ємнетепловиділення (об'ємний джерело тепла), Вт/м 3 ;
r - радіус, м;
R - газова постійна,
R 0 -універсальна постійна,
R - термічнийопір, К/Вт;
S - формфактортеплопровідності,
t - час, с;
t, T - температура, 0 С,До;
в - товщина, м;
w - швидкість, м/с;
до - коефіцієнттеплопередачі, Вт/(м 2. К);
u - питомий об'єм, м 3 /кг;
V - об'єм, м 3 ;
x, y, z
r, j, z координати в декартовій,циліндричної та сферичної системах, м;
r, j, q
b - термічний коефіцієнт об'ємногорозширення, 1/К;
e - випромінювальна здатність (ступіньчорноти); r - щільність,кг/м 3 .
1. СТАЦІОНАРНАЗАВДАННЯ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ
Застосуємо рівняннятеплопровідності для вирішення завдань, в яких температура залежить тільки відоднієї лінійної координати. Приймемо, що в прямокутній системі координаттемпература буде залежати тільки від x, а в циліндричній і сферичнійсистемах координат-тільки від радіуса. Передбачається, що коефіцієнттеплопровідності є постійною величиною, а тепловиділення відсутня.
Застосуємо загальну методикурішення, що складається з двох етапів. На першому етапі з рішення відповідногоспрощеного рівняння теплопровідності знаходиться розподіл температури. Зцією метою відшукується аналітичне рішення диференціального рівняннядругого порядку. Після того як рішення диференціального рівняння записано взагальному вигляді, за допомогою двох граничних умов визначаються дві постійніінтегрування. На другому етапі за допомогою закону Фур'є обчислюється кондуктивнийтепловий потік через тверде тіло.
1.1 Загальнепоняття термічного опору
Математичне вираженнязакону Гука має вигляд:
або після розділеннязмінних
,
інтегруючи в межахзміни просторової координати і у відповідному температурномуінтервалі, отримуємо
або
Вираз
називаєтьсясреднеінтегральним коефіцієнтом теплопровідності в інтервалі. При лінійної залежності
При постійному:
Таким чином, маємо
Порівнюючи отриманерівняння з виразом закону Ома
,
отримуємо рівняння,визначальне термічний опір теплопровідності в загальному випадку
(1.0)
Для отримання виразу,визначального термічний опір конвективного теплообміну, розглянемозакон Ньютона-Рихмана
Тобто термічнеопір конвективного теплообміну визначиться виразом
(1.01)
1.2 Прямокутнікоординати
Стаціонарне одномірнерозподіл температури в плоскій прямокутній стінці при відсутностівнутрішнього тепловиділення описується спрощеним рівнянням теплопровідності
d 2 T/dx 2 = 0.
Вирішення цьогодиференціального рівняння з використанням двох постійних інтегрування C 1 і С 2 має вигляд:
Т (х) = С 1 x+ З 2 .
Значення цих постійнихможна знайти, якщо задані два граничних умови. Припустимо, що в якостіцих умов задані температури на двох поверхнях стінки (малюнку 1.1):Т (0) = T 1 і T (b) = T 2 . Застосовуючи ці граничні умови,отримуємо наступний розподіл безрозмірної температури в стінці:
(1.1)
Отже,температура змінюється лінійно по x. Тепловий потік через стінку визначаєтьсязаконом Фур'є:
(1.2)
Тепловий потік на одиницюплощі називається щільністю теплового потоку і позначається q. Для плоскоїстінки
Якщо записати співвідношення(1.2) у формі закону Ома:
(1.3)
то термічнеопір плоскої стінки виражається формулою
. (1.4)
...
