ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Предисловие ко второму изданию из "Основы теории теплопередачи Изд.2 " В настоящей книге систематически излагаются основы теории теплопередачи в объеме, отвечающем задачам общей дисциплины для энергетических специальностей втузов. Книга может быть также использована студентами как введение в специальные курсы и инженерно-техническими работниками как пособие для повышения квалификации. [c.3] Расчетные формулы приводятся только для иллюстрации теоретических соображений и для обеспечения практических занятий типовым исходным материалом. Таким образом, книга не претендует на роль настольного справочника для проектировщиков, потребности которых должны удовлетворяться соответствующими сборниками нормативов и периодической литературой. [c.3] По сравнению с первым изданием книги в настоящем, втором издании, основательно расширены разделы, посвященные теплопроводности и конвекции. В первом из них подробнее рассматриваются нестационарные процессы и дополнительно — процессы, обусловливаемые наличием внутренних источников тепла. В разделе конвекции большее внимание уделено механизму процессов, теплоотдаче при свободном движении и, в особенности, явлениям, связанным с кипением. Включен новый параграф, касающийся массопереноса. [c.3] Значительное место уделено в книге освещению смысла и значения анализа в безразмерных переменных. Как и прежде, формирование идей, возникающих на почве этого анализа, в частности, соображений теории подобия и моделирования, производится в разделе теплопроводности. Эта методика изложения, апробированная в течение ряда лет, естественным образом вытекает из возможностей наглядного сопоставления отвлеченных рассуждений с точными решениями конкретных краевых задач. [c.3] Современная техника выдвигает ряд проблем теплопередачи, которые совершенно не затронуты в настоящем курсе. Рассмотрение этих новых проблем, как и дальнейшее продвижение в уже проложенных здесь направлениях, должно производиться, на мой взгляд, выборочно, с учетом частных потребностей данного профиля специализации. [c.4] Считаю нужным отметить, что 6-2, касающийся теплоотдачи при кипении, составлен А. В. Жуковским. За советы, высказанные по прочтении рукописи, приношу благодарность В. М. Боришан-скому. [c.4] Замечания и пожелания по настоящей книге просьба направлять по адресу. Ленинград, Д-41, Марсово поле, 1, Ленинградское отделение издательства Энергия . [c.4] Энергетический обмен между взаимодействующими физическими областями, необходимой и достаточной причиной которого служит неодинаковость температур этих областей, называется теплообменом или теплопередачей. Поскольку рассматриваемый вид энергетического обмена обусловливается температурным состоянием его участников, а температура, с молекулярно-кинетической точки зрения, является величиной статистического характера, т. е. приобретает смысл только применительно к макроскопическим телам, то и вся проблема должна в первую очередь рассматриваться в рамках макрофизики. Именно в таком освещении будет строиться дальнейшее изложение. Микрофизическая трактовка процессов передачи тепла производится в курсах теоретической физики и здесь может быть затронута самым поверхностным образом. [c.5] Мерой теплопередачи служит количество перенесенной теплоты. За единицу измерения количества теплоты в теплотехнике принималась до самого последнего времени килокалория, теперь же преимущество должно отдаваться килоджоулю в связи с необходимостью переходить постепенно на систему единиц СИ 1 ккал = = 4,19 кдж-, 1 кдж = 0,239 ккал. [c.5] В условиях нашей повседневной деятельности приходится наблюдать совершенно определенное направление переноса тепла, а именно от тел более нагретых к телам менее нагретым. Указанный факт нужно понимать в том смысле, что энергия ограниченной физической области, имеющей более высокую температуру, вследствие теплопередачи убывает, энергия же области с меньшей температурой возрастает, если только указанные изменения энергии не компенсируются каким-либо энергетическим обменом с другими телами. С этой последней оговоркой можно утверждать, что конечный результат теплообмена между ограниченными телами или частями одного и того же тела заключается в уравнивании их температур, после чего процесс прекращается. [c.5] Большое распространение имеют разного рода теплоносители — посредники в переносе тепла от теплоотдающих тел к тепловоспринимающим. В качестве теплоносителей в технике обычно служат специальным образом организуемые потоки жидких или газообразных сред, которые в частных случаях увлекают за собой также и твердые дискретные частицы. Поверхности тел, отличающиеся своим агрегатным состоянием от агрегатного состояния потока теплоносителя и пронизываемые потоками тепла, называются поверхностями теплообмена (поверхностями теплоотдачи или теп-ловосприятия, соответственно). [c.6] Следует различать две формы переноса тепла — соприкосновением и излучением. Перенос тепла в первой форме наблюдается при непосредственном контакте, соприкосновении физических областей, имеющих неодинаковые температуры. Что касается переноса тепла излучением, то он происходит и при отсутствии контакта между телами, т. е. и тогда, когда отделяющее их пространство не заполнено каким-либо веществом (вещество противопоставляется здесь излучению). Примером может служить получение Землей теплоты от Солнца, несмотря на ничтожно малую плотность распределения вещества в космическом пространстве. Материальным носителем излучения служит электромагнитное поле, которое является таким же посредником в распространении лучистой теплоты, каким оно является в распространении света. [c.6] Перенос тепла соприкосновением происходит в свою очередь либо путем теплопроводности, либо конвекцией. Теплопроводность наблюдается в твердых телах, а также в жидкостях и газах, если только последние во всем своем объеме находятся в неподвижности. В тех более частых случаях, когда внутри жидкостей или газов имеет место относительное движение частиц, передача тепла осуществляется, вообще говоря, конвекцией, эффект же собственно теплопроводности становится второстепенным. Здесь под частицами понимаются не микроструктурные элементы вещества, а столь обширные совокупности молекул, что их следует трактовать именно в качестве частиц жидкости, жидких комков , как иногда образно выражаются. [c.6] Явления конвекции тепла классифицируются по характеру причин, вызывающих относительное движение частиц жидкости. [c.6] Свободной конвекции тепла противопоставляется вынужденная конвекция, происходящая в условиях вынужденного движения жидкости. Это последнее всецело обусловливается работой сил, приложенных к поверхностям, границам жидкости и действующих по причинам, не имеющим отношения к рассматриваемому местному процессу переноса тепла. Вынужденная конвекция может происходить в потоке, создаваемом вентилятором, эксгаустером, насосом, ветром или, напротив, в неподвижной (в целом) среде, относительно которой перемещается тело, имеющее отличную от среды температуру, например самолетный радиатор. В указанных условиях роль силы тяжести, как правило, пренебрежимо мала. Впрочем, могут встретиться и смешанные случаи, когда эффекты свободной и вынужденной конвекции соизмеримы и накладываются друг на друга, как это бывает во многих внутри-котловых процессах, при медленном течении жидкостей в трубах, в атмосферном бассейне и т. п. [c.7] Вопросы конвекции тепла будут рассматриваться в дальнейшем только в узкой постановке. Жидкая среда омывает какое-либо твердое тело. Вследствие наличия температурных разностей соответствующее количество теплоты отдается средой телу или телом среде, так что поверхность тела пронизывается направленным в ту или иную сторону потоком тепла. Определение последнего и является целью анализа. Что касается развития конвекции во всем объеме жидкости, то эта сторона вопроса затрагивается лишь постольку, поскольку необходимо для достижения поставленной ограниченной цели. [c.7] Учение о теплообмене имеет своей задачей создать физико-математические основы для определения температурного поля, устанавливающегося в результате действия того или иного механизма переноса тепла, и для последующего вычисления количества перенесенного тепла. При этом сперва рассматриваются простейшие случаи, когда действует только один единственный механизм переноса тепла. Инженерный расчет более сложных случаев производится путем простого наложения результатов расчета отдельных сторон явления. Подлинно комплексное изучение этих сложных вопросов выходит за рамки тех книг, которые посвящены основам теории теплообмена. [c.8] В деле изучения вопросов теплообмена в элементах теплоэнергетического оборудования и в создании соответствующих нормативных материалов для практических расчетов большие заслуги принадлежат отечественным исследователям. Первоначальными центрами зарождения обширной семьи советских ученых-тепло-техников были созданные в первые же годы претворения в жизнь ленинского плана электрификации страны Всесоюзный теплотехнический институт им. Дзержинского (ВТИ) и теплотехнический отдел Ленинградской физико-технической лаборатории ВСНХ, переросший впоследствии в Центральный котлотурбинный институт им. Ползунова (ЦКТИ). Признанными основоположниками нашей школы физической теплотехники являются М. В. Кирпичев и его ближайшие сотрудники, среди которых необходимо отметить А. А. Гухмана, Г. Ф. Кнорре и М. А. Михеева. В настоящее время исследования теплообмена интенсивно развиваются как в названных институтах, так и в академических учреждениях, во многих высших учебных заведениях и в различных отраслевых институтах. [c.8] Теплопроводностью называется та форма передачи тепла, которая всецело обусловлена зависящими от местной температуры движениями микроструктурных элементов тела. В газах микро-структурными движениями являются беспорядочные молекулярные движения, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры. Подобно тому как молекулярное движение обусловливает перенос массы—диффузию, перенос импульса — вязкость, таким же образом оно приводит к переносу энергии—теплопроводности. В твердых металлах при средних температурах передача тепла происходит вследствие движения свободных электронов, в совокупности образующих электронный газ , который по своему поведению похож на обычный газ. В неметаллических твердых телах теплопроводность осуществляется в основном упругими, акустическими волнами, образуемыми вследствие согласованности смещений всех молекул и всех атомов из их равновесных положений. Взаимодействие волн приводит к энергетическому обмену между ними, что проявляется в изменении одних амплитуд за счет других, а также в сдвиге фаз колебаний. Выравнивание температуры из-за теплопроводности можно понимать, имея в виду описанный механизм, как переход к беспорядочному распределению накладывающихся друг на друга волн, при котором распределение энергии колебаний равномерно во всем теле. Следует заметить, что упругостная составляющая теплопроводности способна играть некоторую роль и в металлических телах. Что касается жидкости, то там она вновь получает первостепенное значение. Микрофизические теории теплопроводности отличаются большой сложностью и во многом еще не завершены. В настоящем курсе, как было уже сказано, вся проблема будет рассматриваться только в макроскопическом плане. [c.9] Из сказанного не следует делать вывод, что в жидкостях и газах возможность чистой теплопроводности исключается. Возьмем, к примеру, воздушную прослойку между двумя оконными стеклами. При неодинаковой температуре наружного и внутреннего стекол сквозь прослойку происходит в соответствующем направлении передача тепла. Впустив в воздух облачко дыма, можно сделать видимым его движение и обнаружить, что у теплого стекла воздух поднимается, у холодного —опускается, причем задымленная область при своем перемещении увеличивается в объеме и постепенно размывается. и,иркуляция воздуха в прослойке, возбуждаемая неодинаковостью температур на ее границах, является в данном случае той основой, которая определяет интенсивность переноса тепла. Таким образом, в данном примере речь идет о свободной конвекции. Разумеется, в этом явлении некоторое участие принимает также механизм теплопроводности. [c.10] Вернуться к основной статье