Главная Процесс переноса теплоты



Теплопередача является сравнительно молодой наукой. Особенно бурно она развивается в последние десятилетия. Большой вклад в развитие учения о теплообмене сделан советскими учеными В. М. Кирпи-чевым, М. А. Михеевым, А. А. Гухманом, Г. Н. Кружилиным, С. С. Ку-тателадзе, А. В. Лыковым, А. А. Жукаускасом, Д. А. Лабунцовым, А. И. Леонтьевым, Б. С. Петуховым, В. И. Субботиным, Ю. А. Суриковым и многими другими.

в книге используется Международная система единиц измерения, сокращенно обозначаемая в русском написании СИ. Система СИ введена в СССР с 1 января 1963 г. как предпочтительная.

В третьем издании в книгу внесен ряд изменений и дополнений, учитывающих как новые сведения, полученные за время, прошедшее после предыдущих изданий, так и опыт использования книги в качестве учебника. Использована терминология теории теплообмена, рекомендованная Комитетом научно-технической терминологии АН СССР и Министерством высшего и среднего специального образования СССР к применению в учебном процессе. В связи с этим изменены некоторые термины, обозначения. В то же время для облегчения пользования книгой авторы стремились соблюсти преемственность между старыми и вновь введенными терминами. Название книги оставлено прежним, поскольку оно не изменилось и в существующих учебных планах.

Главы 4-12, 14 и 15 написаны В. П. Исаченко, гл. 13, 16-18 и § 3-12 -В. А. Осиновой, гл. 1-3, 19, 20 -А. С. Сукомелом. При написании книги авторы использовали свой опыт преподавания курса теплопередачи и опыт акад. М. А. Михеева и проф. Б. С. Петухова, которые многие годы работали на кафедре теоретических основ теплотехники МЭИ и внесли значительный вклад в постановку преподавания и развитие этого курса.

Создание этой книги во многом явилось результатом того внимания, с которым относился лауреат Ленинской и Государственной премий, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор техн. наук, проф. М. П. Вукалович к постановке преподавания теплопередачи в Московском энергетическом институте.

Авторы весьма признательны доктору техн. наук, проф. Д. А. Ла-бунцову за ценные советы, способствовавшие улучшению книги, и большую редакторскую работу над первым изданием учебника. Авторы признательны также докторам техн. наук В. И. Крутову, А. И. Леонтьеву и С. А. Скворцову за ряд советов. Много деловых замечаний авторы получили от преподавателей, аспирантов и инженеров кафедры теоретических основ теплотехники МЭИ, кафедры теплоэнергетики Саратовского политехнического института, кафедры инженерной теплофизики Ленинградского политехнического института и др., что помогло в работе над книгой.

Авторы будут признательны за все замечания и пожелания, направленные на улучшение книги. Замечания и пожелания просим направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая набережная, 10, издательство «Энергия».

Авторы



дачи теплоты от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку называется теплопередачей. Теплопередача осуществляется различными элементарными процессами теплопереноса. Парогенери-рующие трубы котельного агрегата, например, получают теплоту от продуктов сгорания топлива в результате радиационно-конвективного теплообмена. Через слой наружного загрязнения, металлическую стенку и слой накипи теплота передается теплопроводностью. От внутренней поверхности трубы к омывающей ее жидкости теплота переносится конвективным теплообменом (теплоотдачей).

Процессы теплообмена могут происходить в различных средах: чисты,\ веществах и разных смесях, при изменении и без изменения агрегатного состояния рабочих сред и т. д. В зависимости от этого теплообмен протекает по-особому и описывается различными уравнениями.

Многие процессы переноса теплоты сопровождаются переносом вещества. Например, при испарении воды в воздух, помимо теплообмена, имеет место и перенос образовавшегося пара в паровоздушной смеси. В общем случае перенос пара осуществляется как молекулярным, так и конвективным путем. Совместный молекулярный и конвективный перенос массы называют конвективным .массообменом. При наличии массообмена процесс теплообмена усложняется. Теплота дополнительно может переноситься вместе с массой диффундирующих веществ.

В общем случае перенос теплоты в смеси различных веществ может вызываться неоднородным распределением других физических величин, помимо температуры. Например, разность концентрации компонентов смеси приводит к дополнительному молекулярному переносу теплоты (диффузионный термоэффект). Обычно перенос теплоты, обусловленный подобными эффектами, сравнительно невелик и, как правило, им можно пренебречь.

При теоретическом исследовании теплообмена приходится вводить некоторые модельные представления о среде, в которой происходят изучаемые процессы. Рассматриваемые газы, жидкости и твердые тела в книге в подавляющем большинстве случаев считаются сплошной средой, т. е. средой, при рассмотрении которой допустимо пренебречь ее дискретным строением.

Различают однородные и неоднородные сплошные среды. В первых физические свойства в различных точках одинаковы при одинаковых температуре и давлении, в неоднородных средах - различны. Различают также изотропные и анизотропные сплошные среды. В любой точке изотропной среды физические свойства ее не зависят от выбранного направления, наоборот, в анизотропной среде некоторые свойства в данной точке могут быть функцией направления. Наиболее изучен и часто встречается на практике теплообмен в изотропных средах.

Сплошная среда может быть однофазной и многофазной. В однофазной среде, состоящей из чистого вещества или из смеси веществ, свойства изменяются в пространстве непрерывно. В многофазной среде, состоящей из ряда однофазных частей, на границах раздела свойства изменяются скачками. Теплообмен в однофазных и многофазных системах протекает по-разному.

Изучение как простых, так и более сложных процессов переноса теплоты в различных средах н является задачей курса теплопередачи.



Часть первая

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Глава первая

основные положения учения о теплопроводности

1-1. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

На основании представлений современной физики явления природы вообще и теплопроводности в частности возможно описать и исследовать на основе феноменологического и статистического м етодов.

Метод описания процесса, игнорирующий микроскопическую структуру вещества, рассматривающий его как сплошную среду (континуум), называется феноменологическим.

Феноменологический метод исследования дает возможность установить некоторые общие соотношения между параметрами, характеризующими рассматриваемое явление в целом. Феноменологические законы носят весьма общий характер, а роль конкретной физической среды учитываегся коэффициентами, определяемыми непосредственно из опыта.

Другой путь изучения физических явлений основан на изучении внутренней структуры вещества. Среда рассматривается как некоторая физическая система, состоящая из большого числа молекул, ионов или электронов с заданными свойствами и законами взаимодействия. Получение макроскопических характеристик по заданным микроскопическим свойствам среды составляет основную задачу такого метода, называемого статистическим.

Как первый, так и второй метод обладает своими достоинствами и недостатками.

Феноменологический метод позволяет сразу установить общие связи между параметрами, характеризующими процесс, и использовать экспериментальные данные, точность которых предопределяет и точность самого метода. В этом достоинства использования феноменологического подхода при изучении явления.

Однако сам факт проведения опытов для выявления характеристики физической среды является одновременно и недостатком метода, так как этим ограничиваются пределы применения феноменологических законов. Кроме того, современный эксперимент очень сложен н зачастую является дорогостоящим.

Статистический метод позволяет получить феноменологические соотношения на основании заданных свойств микроскопической структуры среды без дополнительного проведения эксперимента - в этом его достоинство. Недостатком статистического метода является его сложность, в силу чего получить конечные расчетные соотношения возможно лишь



0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161


0.0333