ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Историческая справка из "Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике " Теорией теплопередачи или теплообмена называется наука, изучающая процессы переноса тепла в пространстве с неоднородным температурным полем. Процессы теплообмена возн икают между различными телами или отдельными частями одного и того же тела при наличии разности температур. [c.7] Наука о тен.тообмене насчитывает несколько столетий, но настоящего расцвета она достигла лишь в XX веке, найдя широкое применение при решении назревших практических задач техники. Из раздела теоретической физики учение о теплообмене превратилось в самостоятельную научно-техническую дис-цинлниу. [c.7] Проблема тепловой защиты космического летательного аппарата от высоких удельных тепловых потоков и высоких температур набегающего газового потока при входе аппарата с гиперзвуковой скоростью в атмосферы планет (и в частности Земли) разрабатывается в течение 30—40 лет. За это время проведено ш ирокое исследование различных видов теплозащитных материалов и теплозащитных покрытий, обеспечивающих надежную тепловую защиту летательного аппарата. Разработана теория н исследованы основные закономерности термодинамики н теплообмена процессов воздействия высокоэиергетических и высокотемпературных газовых потоков на различные конструкционные материалы. [c.7] Не менее важные и сложные проблемы учета теплообмена возникают при конструировании современных авиационных и ракетных двигателей. Высокая тепловая напряженность реактивных двигателей, использование криогенных топлив и многие другие важные вопросы требуют от современного конструктора этих двигателей уме1П1я произвести сложный инженерный расчет теплообмена в них и их агрегатах. [c.7] Большое значение теория теплообмена имеет в расчетах тепловых режимов летательных аппаратов, кабин таких аппаратов, систем жизнеобеспечения и кондиционирования, надежной работы радиоэлектронной аппаратуры, а также в современной атомной энергетике, в обеспечении тепловых режимов ядерных энергетических установок и их безопасности. [c.7] Учение о теплообмене является частью общего учения о теплоте, основы которого были заложены великим русским ученым М. В. Ломоносовым. Целый ряд русских ученых Г. В. Рихман (1711 —1753), Б. Б. Голицын (1862—1916), С. Я- Терешин (1863—1921) н другие исследовали процессы теплообмена и заложили основы теплопередачи. Французские ученые — математики Ж. Б. Фурье н С. Д. Пуассон в XIX столетии создали основы математической теории тепла. [c.7] Немецкий ученый М. Плаик в 1900 г. теоретически нашел закон распределения интенсивности теплового излучения по длинам волн при различных температурах, а Р. 3. Ленц провел в 1869 г. экспериментальные исследования, подтвердившие связь между коэффициентами теплопроводности и электропроводности металлов. Теория теплообмена строилась на так называемой феноменологической основе, заключающейся в рассмотрении отдельных явлений как некоторых изолированных закономерностей, которые могут быть описаны математически без раскрытия физической сущности этих явлений. Примером такого феноменологического рассмотрения явлений теплообмена может служить формальная математическая теория теплопроводности, созданная Фурье и развитая Пуассоном. Позже удалось глубже выявить физическую сущность процесса теплообмена. Одновременно с этим была разработана общая методология исследования, обработки и обобщения опытных данных, основанная на теории подобия. [c.8] определившие общие принципы построения исследовательской работы, были сформулированы советскими учеными к 1930 г. При их изложении подчеркивалось, что в противоположность старым, феноменологическим, методам исследований, основанным на изучении тепловых машин и аппаратов в целом, в новых работах по теплообмену необходимо не только аналитически, но и экспериментально детально исследовать физические явления, из которых складываются рабочие процессы изучаемых машин и аппаратов. [c.8] Конец двадцатых и начало тридцатых годов являются периодом широкого развития учения о теплообмене. Важное значение имели работы чл.-корр. АН СССР А. А. Радцига, который правильно оценил значение теплообмена в технике. [c.8] В 20-е годы развитие учения о теплообмене в СССР возглавил академик М. В. Кирпичев, школа которого заложила основы теории подобия и ее приложения к вопросам теплопередачи. Советскими учеными были разработаны оригинальные и эффективные способы расчета процесса теплопроводности с помощью теории регулярного режима и метода элементарных балансов были предложены расчет конвективного теплообмена по методу теплового пограничного слоя, расчеты теплопередачи при кипении жидкостей и конденсации паров, расчеты различных случаев теплопередачи и, в частности, теплоотдачи перегретого пара при высоких давлениях, расчеты взаимной облученности тел в задачах радиационного теплообмена. Были разработаны также оригинальные методы экспериментального изучения процессов теплоотдачи и теплопроводности различных жидкостей, газов и водяного пара, определены их коэффициенты теплопроводности при высоких давлениях и температурах, составлены таблицы водяного пара и других рабочих веществ и разработаны нормы теплового расчета паровых котлов. Были разработаны также вопросы нестационарной теплопроводности, исследованы явления теплопередачи в двигателях внутреннего сгорания и теплообмена при изменении агрегатного состояния теплоносителя. [c.8] Большое значение в технике приобрели процессы теплообмена в движущихся средах. Как известно, течение любой жидкости или газа может быть разделено иа принципиально различные области ламинарного и турбулентного течения. Теплообмен при ламинарном и турбулентном течениях имеет различный Характер. Теплообмен в движущейся среде (жидкость или газ) представляет собой конвективный теплообмен, или. короче, конвекцию. При этом перенос тепла осуществляется путем перемещения объемов жидкости или газа, а следовательно, этот вид теплообмена неразрывно связан с переносом самой среды. Обычно при технических расчетах теплообмен между потоком жидкости, газа и поверхностью твердого тела называют конвективной теплоотдачей. Различают свободную (гравитационную) и вынужденную конвекции. [c.8] Свободная, или гравитационная, конвекция осуществляется в потоке жидкости или газа в поле массовых сил при наличии разности плотностей вынужденная конвекция — в потоке жидкости или газа, создаваемом внешними воздействиями (иасос, вентилятор, статическая разность давлений и др.). [c.8] Скорости потока, возникающие при свободной конвекции, сравнительно малы, так что при наличии вынужденной конвекции она и определяет картину течения и теплообмена. [c.9] Теплоотдача при вынужденной конвекции в турбулентном потоке зависит от распределения осредненной скорости и пульсаций скорости. Однако эти вопросы исследованы еще далеко не полно. [c.9] До начала развития учения о турбулентных течениях жидкостей и газов, т. е. примерно до 1925 г., исследования теплообмена при турбулентном течении основывались на предположении, сделанном О. Рейнольдсом, о том, чт теплообмен и перенос количества движения осуществляются одним и тем же механизмом. Отсюда О. Рейнольдс пришел к выводу, что теплообмен пропорционален поверхностному трению. [c.9] В дальнейшем математический анализ осредненных уравнений движения и теплообмена в турбулентном потоке показал, что эти уравнения оказываются незамкнутыми, так как в них появляются члены, содержащие неизвестные величины пульсаций скорости и температуры. До сих пор не удалось построить теорию, позволяющую вычислить Эти величины, не прибегая к эксперименту. Поэтому широкое распространение получили так называемые полуэмпирические теории турбулентности, в основу которых положено представление о том или ином виде связи между переносимой турбулентными потоками величиной (количеством движения, количеством теплоты и т. п.) и осредненными параметрами потока. Основы полуэмпирической теории теплообмена в турбулентном потоке были заложены Л. Прандтлем и Б. Тейлором. В трудах академика Л. С. Лей-бензона была разработана гидродинамическая теория теплообмена, получившая практическое применение при исследовании теплообмена в трубопроводах. [c.9] Современные научно-технические проблемы теплообмена в потоках жидкости, газа и плазмы настоятельно требуют знания законов турбулентного движения для определения как интегральных, так и локальных характеристик. Теория теплообмена имеет непосредственную связь с одной из крупнейших научных проблем современности — созданием теории турбулентности. [c.9] В области теплообмена наметился также определенный пересмотр взглядов иа явления теплообмена и методы их изучения. Так, наряду со среднеинтеграль-иыми характеристиками (средними по времени и пространству) наметилось использование мгновенных локальных значений температур, коэффициентов теплоотдачи и трения. Появились теоретические обобщения перехода от среднеинтегральных соотношений к отдельным локальным переменным характеристикам теплообмена. [c.9] Значительное развитие теории теплообмена, вопросов тепло- н массообмена достигнуто благодаря трудам советских ученых. Большое влияние на это развитие оказали труды А. В. Лыкова и его школы. С помощью их работ получили значительное развитие самые различные вопросы теории теплообмена (теплопроводность, теплообмен при нестационарных режимах, конвективный теплообмен н др.). [c.9] Вернуться к основной статье