Виды теплообмена

Во втором случае объём смеси и объём каждого компонента, входящего в смесь, одинаковы и по отдельности равны по объёму того

Виды теплообмена

Курсовой проект

Физика

Другие курсовые по предмету

Физика

Сдать работу со 100% гаранией

СОДЕРЖАНИЕ

 

Предисловие

Обозначения

1 Стационарная задача теплопроводности

1.1Общее понятие термического сопротивления

1.2Прямоугольные координаты

1.3Цилиндрические координаты

1.4Сферические координаты

1.5Суммарный коэффициент теплопередачи

2 Вынужденный конвективный теплообмен

2.1 Плоская стенка

2.2 Одиночный цилиндр и сфера

2.3 Расчёт теплофизических характеристик смеси газов

2.4 Теплообмен при фазовых превращениях

3 Теплообмен излучением и сложный теплообмен

3.1 Радиационные свойства газов

3.2 Сложный теплообмен

3.3 Указания к выполнению курсовой работы

Выводы.

Рекомендуемая литература

ВВЕДЕНИЕ

 

В условиях интенсификации технологических процессов, разработки и освоения новой техники существенное значение получают мероприятия направленные на обеспечение функциональной способности конструктивных элементов, работающих в области высоких температур и интенсивных тепловых нагрузок. Конструктивные элементы, работающие в таких условиях, требуют, как правило, эффективных средств тепловой защиты. Одной из наиболее эффективных систем тепловой защиты является испарительное охлаждение защищаемых элементов. Повышение эффективности испарительного охлаждения по сравнению с чисто конвективным связано с фазовым превращением охлаждающей среды в охлаждающем контуре, которое идёт с большим поглощением тепла и практически при постоянной температуре, близкой к температуре насыщения. Расчёт параметров испарительного охлаждения конструктивных элементов связан с целым комплексов расчётов, включающих:

расчёт состава атмосферы в рабочем пространстве агрегата;

расчёт теплофизических и радиационно-оптических характеристик атмосферы;

расчёт характеристик радиационно-конвективного теплообмена охлаждаемого элемента;

расчёт теплопередачи через рабочие поверхности охлаждаемого элемента;

определение режима фазового перехода при испарительном охлаждении.

Решение такой комплексной задачи осложняется нелинейностью её постановки: "внутренней" и "внешней". Внутренняя нелинейность постановки определяется зависимостью теплофизических характеристик материала конструктивных элементов от температуры. "Внешняя" - наличием в качестве составляющего - радиационного теплообмена. Нелинейные постановки задач характерны выражением искомых функций в неявном виде, поэтому решение таких задач связано, как правило, с организацией некоторого итерационного процесса, позволяющего найти приближенное решение с заданной точностью. Рассмотрим основные теоретические положения, связанные с расчётом испарительного охлаждения конструктивных элементов, находящихся в условиях радиационно - конвективного теплообмена.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

 

а - поглощательная способность;

а - коэффициент температуропроводности, м2/с;

А, S - площадь (поперечного сечения поверхности), м2;

Ср - удельная теплоёмкость при постоянном давлении, Дж/(кг.К);

D - диаметр, м;

d- коэффициент диффузии, м2/с;

Е - плотность потока собственного излучения, Вт/м2;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

a - коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м2.К);

J - интенсивность излучения,

sо - постоянная Больцмана, Вт/(м2.К4);

l - коэффициент теплопроводности, Вт/(м.К);

L, l - длина, линейный размер, м;

m - масса, кг;

- плотность потока массы, кг/(м2.с);

- массовый расход, кг/с;

М - молекулярный вес,

m - коэффициент динамической вязкости, кг/(м.с);

n - коэффициент кинематической вязкости, м2/с;

Р - периметр, м;

р - удельное давление (давление), Н/м2;

Q - количество тепла, Дж;

- тепловой поток, Дж/с;

q - плотность теплового потока, Вт/м2;

qv - объёмное тепловыделение (объёмный источник тепла), Вт/м3;

r - радиус, м;

R - газовая постоянная,

R0 - универсальная постоянная,

R - термическое сопротивление, К/Вт;

S - формфактор теплопроводности,

t - время, с;

t, T - температура, 0С, К;

в - толщина, м;

w - скорость, м/с;

к - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2.К);

u - удельный объём, м3/кг;

V - объём, м3;

x, y, z

r, j, z координаты в декартовой, цилиндрической и сферической системах, м;

r, j, q

b - термический коэффициент объёмного расширения, 1/К;

e - излучательная способность (степень черноты); r - плотность, кг/м3.

1. СТАЦИОНАРНАЯ ЗАДАЧА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

 

Применим уравнение теплопроводности для решения задач, в которых температура зависит только от одной линейной координаты. Примем, что в прямоугольной системе координат температура будет зависеть только от x, а в цилиндрической и сферической системах координат-только от радиуса. Предполагается, что коэффициент теплопроводности является постоянной величиной, а тепловыделение отсутствует.

Применим общую методику решения, состоящую из двух этапов. На первом этапе из решения соответствующего упрощенного уравнения теплопроводности находится распределение температуры. С этой целью отыскивается аналитическое решение дифференциального уравнения второго порядка. После того как решение дифференциального уравнения записано в общем виде, с помощью двух граничных условий определяются две постоянные интегрирования. На втором этапе с помощью закона Фурье вычисляется кондуктивный тепловой поток через твердое тело.

 

1.1 Общее понятие термического сопротивления

 

Математическое выражение закона Гука имеет вид:

 

 

или после разделения переменных

 

,

 

интегрируя в пределах изменения пространственной координаты и в соответствующем температурном интервале, получаем

 

или

Выражение

 

называется среднеинтегральным коэффициентом теплопроводности в интервале . При линейной зависимости

 

 

При постоянном:

Таким образом, имеем

 

 

Сравнивая полученное уравнение с выражением закона Ома

 

,

 

получаем уравнение, определяющее термическое сопротивление теплопроводности в общем случае

 

(1.0)

 

Для получения выражения, определяющего термическое сопротивление конвективного теплообмена, рассмотрим закон Ньютона-Рихмана

 

 

То есть термическое сопротивление конвективного теплообмена определится выражением

 

(1.01)

 

1.2Прямоугольные координаты

 

Стационарное одномерное распределение температуры в плоской прямоугольной стенке при отсутствии внутреннего тепловыделения описывается упрощенным уравнением теплопроводности

 

d2T/dx2 = 0.

 

Решение этого дифференциального уравнения с использованием двух постоянных интегрирования C1 и С2 имеет вид:

 

Т (х) = С1x + С2.

 

Значения этих постоянных можно найти, если заданы два граничных условия. Предположим, что в качестве этих условий заданы температуры на двух поверхностях стенки (рисунке 1.1): Т(0)=T1 и T(b)=T2. Применяя эти граничные условия, получаем следующее распределение безразмерной температуры в стенке:

 

(1.1)

 

Следовательно, температура изменяется линейно по x. Тепловой поток через стенку определяется законом Фурье:

 

(1.2)

 

Тепловой поток на единицу площади называется плотностью теплового потока и обозначается q. Для плоской стенки

 

 

Если записать соотношение (1.2) в форме закона Ома:

(1.3)

 

то термическое сопротивление плоской стенки выражается формулой

 

. (1.4)

 

Используя общее понятие термического сопротивления теплопроводности, (1.0), получаем аналогичное выражение

 

 

Кондуктивный тепловой поток через плоскую стенку обусловлен перепадом температур поперек стенки, и его распространению противодействует термическое сопротивление, пропорциональное толщине стенки и обратно пропорциональное коэффициенту теплопроводности стенки и площади ее поперечного сечения.

Если кондуктивный перенос тепла осуществляется через составную (многослойную) плоскую стенку, распределение температуры и тепловой поток можно найти, предполагая, что тепло течет по эквивалентной тепловой цепи, представляющей сумму термических сопротивлений, соответствующих отдельным слоям из различных материалов.

В качестве примера тепловой цепи рассмотрим плоскую стенку (индекс 1), покрытую двумя слоями различных изоляционных материалов (индексы 2 и 3). Геометрия задачи показана на рисунке 1.2. Один и тот же тепловой поток проходит последовательно через каждое термическое сопротивление, и, следовательно, тепловая цепь состоит из последовательно соединенных термических сопротивлений. Если известны свойства всех трех материалов, заданы геометрические характеристики и температуры на двух внешних поверхностях, тепловой поток можно найти с помощью соотношения, аналогичного закону Ома:

 

(1.5)

 

Поскольку тепловой поток через многослойную стенку известен, можно найти температуры на поверхностях раздела материалов, применяя закон Ома для каждого слоя. Например, температуру Тx на п

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>