Основы теории конвективного теплообмена

Основы теории конвективного теплообмена [c.402]

В ряде случаев система дифференциальных уравнении конвективного теплообмена решается численными методами с применением ЭВМ. Полученные численные значения коэффициентов теплоотдачи обобщаются на основе теории подобия в виде уравнений подобия. [c.199]

Определение а теоретическим путем весьма затруднительно, а в большинстве случаев невозможно из-за большого количества факторов, влияющих на конвективный теплообмен, поэтому он определяется, как правило, опытным путем. Исследования конвективного теплообмена проводят на моделях, а результаты исследований переносят на промышленные установки, но для этого необходимо, чтобы процессы в моделях и промышленных установках были подобными. Условия,, необходимые для создания подобных процессов, раскрываются теорией подобия. Подобными могут быть как геометрические фигуры, так и любые физические величины, а также физические процессы конвективного теплообмена, протекающего в теплообменном аппарате и его модели. Таким образом, в основе подобных процессов лежит их геометрическое подобие, т. е. геометрическое подобие промышленной установки и ее модели. [c.89]

Сложность процессов конвективного теплообмена заставляет при его изучении особенно широко использовать методы экспериментального исследования. В результате эксперимента получают синтезированные сведения о процессе, влияние отдельных факторов не всегда легко выделить. Эти трудности помогает преодолевать теория подобия, рассмотренная в гл. 5. Основой теории подобия является математическая формулировка краевой задачи. [c.137]

В книге изложены основные вопросы теории теплообмена. Рассмотрены проблемы конвективного теплообмена и вопросы, связанные с новой техникой (неизотермические течения, пограничный слой в турбомашинах, жидкометаллические теплоносители, сверхзвуковое течение газа, теплообмен в разреженном газе, при изменении агрегатного состояния и др.). Особое внимание уделено физической трактовке закономерностей теплообмена, приведены основы теплового расчета аппаратов, некоторые методы тепловой защиты элементов машин. [c.2]

Сложная взаимосвязь между скоростными и температурными нолями в вынужденном потоке при конвективно-кондуктивном и турбулентном переносе тепла ограничивает возможности аналитического расчета конвективного теплообмена. Более надежным оказывается путь экснериментального исследования и обобщения опытных данных на основе теоретического решения задачи для упрощенной модели или путем использования метода теории подобия. [c.330]

С развитием техники и ростом мощностей тепловых агрегатов стала существенно возрастать роль процессов переноса тепла. Во второй половине XIX и в начале XX в. в технической литературе появилось значительное количество фундаментальных работ, посвященных вопросам распространения и переноса тепла, в том числе ряд работ, сохранивших свою значимость и в наше время. Так, опубликованная в 1874 г. работа О. Рейнольдса Гидродинамическая теория теплообмена , в которой было установлено единство процесса переноса тепла и количества движения, оказала существенное влияние на последующую разработку теории и методов расчета конвективного теплообмена. Результаты исследований австрийских физиков И. Стефана и Л. Больцмана, опубликованные в 1879— 1884 гг., являются и теперь основой теории и практических расчетов теплообмена излучением. [c.6]

В отличие от рассмотренного в разд. 2.1 распространенного подхода к проблеме парникового эффекта и основанного на идее С. Аррениуса о радиационном прогреве атмосферы за счет поглощения ею инфракрасного излучения, упомянутые авторы исходят из доминирующего влияния конвективного теплообмена. Поэтому за основу своих рассуждений они приняли адиабатическую теорию парникового эффекта, количественно объясняющую изменение температуры в атмосфере. [c.29]

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]

В настоящее время опытное определение коэффициента теплоотдачи производится, как правило, не на самих образцах тепловых устройств, а на их упрощенных моделях, более удобных для экспериментирования. Результаты опытов, проведенных на моделях, обобщают, используя тепловую теорию подобия (см. 14.3). Основной вывод, который делают на основе этой теории, заключается в том, что нет необходимости искать зависимость коэффициента теплоотдачи от каждого из тех факторов, которые на него влияют, а достаточно найти зависимость между определенными безразмерными комплексами величин, характерных для рассматриваемых условий процесса теплоотдачи. Эти безразмерные комплексы величин называют критериями подобия. Составленные из размерных величин критерии подобия отражают физическую сущность, или, как говорят, модель процесса. Следовательно задача заключается в том, чтобы найти вид зависимостей между критериями подобия, называемых критериальными уравнениями. Составляют критерии подобия с помощью дифференциальных уравнений конвективного теплообмена, т. е. уравнений, которые дают аналитическую-зависимость меяеду параметрами, характеризующими процесс теплоотдачи в дифференциальной форме. [c.229]

Поэтому приведенные дифференциальные уравнения обычно используют для численного рещения задач конвективного теплообмена [19]. Именно на их основе строятся конечно-разностные аналоги для расчетов методом сеток. Больщинство же важнейших практических задач решены на основании экспериментальных исследований с привлечением для организации опытов и обработки результатов этих экспериментов основ теории подобия. [c.100]

Новая техника выдвинула трудную задачу построения теории теплообмена в сверхзвуковых потоках с учетом химических и фазовых превращений вещества. В ряде работ из этой области приводятся расчетные соотношения, полученные на основе упрощений и грубых приближений. Большинство исследователей при решении нестационарных задач по теплообмену использует замкнутую систему уравнений аэродинамики и уравнений кинетики химических превращений вещества. Однако не всегда эта замкнутая система уравнений является корректной. Например, часто приравнивают конвективный перенос вещества к скорости химической реакции, менаду тем как первое понятие относится к классу потоков и, следовательно, связано, с поверхностями одинакового потенциала -переноса, а второе характеризует изменение в объеме и по существу всегда скалярная величина. [c.16]

Большой вклад в науку о теплоте внесли ученые нашей Родины. Э. X. Ленц открыл закон перехода электрической энергии в тепловую И. П. Алымов, М. Ф. Окатов и др. создали классические труды по термодинамике А. Г. Столетов изучил и систематизировал законы конвективного и лучистого теплообмена. М. В. Кирпичев и А. А. Гух-ман разработали теорию теплового моделирования К- Э. Циолковский заложил основы расчета многоступенчатого ракетного двигателя, по схеме которого работают современные ракеты и запускаются в космос спутники Земли. [c.10]

Расчетные соотношения для определения конвективного теплового потока можно получить также и на основе методов теории подобия, которые, как правило, являются основными при расчетах теплообмена между стенкой и охлаждающей жидкостью. [c.36]

Конвективный теплообмен цилиндрических тел произвольной формы с жидкими металлами (модель идеальной жидкости), в теории теплообмена жидких металлов (Рг <С 1) поле течения обычно рассматривается на основе модели идеальной жидкости [19], поскольку динамический пограничный слой глубоко утоплен в тепловом. Числа Пекле в этом случае, вообще говоря, могут быть недостаточно велики для использования приближения теплового пограничного слоя. [c.185]

Приведенные завнснмостн, полученные на основе аналиi ического решения задачи теплообмена при ламинарном пограничном слое, совпадают с экспериментальными результатами обобщенных данных при постоянных физических свойствах жидкости (рис. 2.33). Такое совпадение свидетельствует о широких возможностях теории пограничного слоя при peuieiniH задач конвективного теплообмена. В этом разделе показан путь решения и анализ получен 1Ых результатов одной из [c.178]

В первой части пособия излагаются основные понятия и законы термодинамики, термодинамические свойства рабочих тел, анализ термодинамических процессов и циклов. Рассматриваются циклы тепловых двигателей и холодильных машин, приводится эксерготический анализ эффективности тепломеханических систем. Во второй части описываются явления теплопроводности, конвективного теплообмена и теплового излучения, даются основы теплового расчета теплообменных аппаратов. Изложение математической теории теплообмена и теории подобия в начале второй части пособия позволило обеспечить единый подход к рассмотрению задач теплопроводности и конвективного теплообмена и избежать повторений. [c.6]

Экспериментальные исследования сложного теплооб мена были проведены а го рящей и гомогенной среде. При этом были использованы два подхода метод физического злимииирования и комбинированный (суперин-вариантный) метод, являющийся синтезом аналитического рассмотрения процесса и его экспериментального исследования с привлечением теории подобия. Полученные на основе экспериментов инвариантные зависимости позволяют производить расчеты радиационно-конвективного теплообмена в исследованном диапазоне изменения критериев. [c.333]

Попытки теоретического и экспериментального исследования радиационно-конвективного теплообмена предпринимались рядом авторов [1 —10]. Однако ряд затруднений не позволил достигнуть существенного прогресса в этом направлении. Поэтому представляется целесообразным использовать комбинированный метод исследования процессов сложного теплообмена, предложенный в работах [7, 8]. Сущность этого метода сводится к синтезу аналитического и экспериментального путей исследования с привлечением основ теории подобия. Прежде всего согласно этому методу составляется упрощенная физическая схема процесса, допускающая возможность ее аналитического исследования. Затем проводится теоретическое решение задачи, отвечающей этой схеме. Результаты решения приводятся к безразмерной форме и рассматриваются как обобщенный критерий (суперинвариант), дающий основные связи между различными критериями процесса. Это теоретическое решение упрощенной схемы используется как основной аргумент в искомой критериальной зависимости, а влияние всех критериев определяется как поправки к этой зависимости. Величины поправочных (по всем критериям) функций отыскиваются на основе эксперимента. [c.134]

Понятие пограничного слоя, введенное Прандтлем (1904), послужило основой для дальнейшего развития теории конвективного переноса массы в последующие годы. При исследовании массообмена с умеренными скоростями движения газов, например, при горении твердого топлива или в задачах кондиционирования воздуха решения уравнений теплообмена были в равной степени справедливы и для массообмена. Для больших скоростей, имеющих место при горении жидкого топлива или при испарительном охлаждении (оба процесса вызвали большой интерес к себе в связи с развитием ракетных двигателей), потребовались другие решения. Эккерт и Либлайн (1949) и Шу (1947) одними из первых опубликовали реишния для больших скоростей течения. Последний показал также, как учесть изменяемость физических свойств среды. С того времени значение массообмена в авиационной технике сильно возросло, и многие исследователи-аэродинамики внесли свой вклад в решение этих задач. В более позднем периоде эти исследователи зачастую игнорировали работу инженеров-химиков, специалистов в области горения и др. и создали заново некоторые из их методов, а также предложили новые. [c.31]

В книге рассматривается новый метод измерения коэффициента конвективного теплообмена на границе между твердым телом и газообразной средой дана элементарная теория и произведен анализ явления нелинейности, положенного в основу метода. Рассмотрены вопросы оперделения этим методом локального теплообмена в инженерных сооружениях и их деталях, вопросы определения на основе полученных экспериментальных данных температурного поля в недоступных для измерения местах. [c.2]

Критериальных зависимостей, полученных на основе экспериментальных данных и теории размерностей для обычных жидкостей и газов, пр именнмо и к криогенным жидкостям. Од нако в криогенных си стемах жидкость часто находится в состоянии, близком к критической точке, в окрестности которой ее свойства сильно зависят от температуры и давления. Поэтому решения систем уравнений с постоянными свойствами, приводимые в обычных учебниках по теплопередаче, не могут быть использованы для описания конвективного теплообмена в этих случаях. В гл. 3 рассматриВ З-ется теплообмен в жидкости, находящейся в околокритичеоком состоянии, и приводятся формулы, позволяющие рассчитывать теплообмен в условиях вынужденной и естественной конвекции при низких температурах. [c.11]

Учение о теплообмене очень быстро развивалось в течение последних 30 лет. В эту науку наряду с зарубежными исследованиями большой вклад внесли и отечественные ученые. Особенно следует отметить работы акад. М. В. Кирпичева и его школы в области теории подобия теплофизических процессов и конвективного теплообмена, работы М. А. Михеева, Г. М. Кондратьева, А. В. Лыкова и многих других. Тепловые процессы лежат в основе многих важнейших производств металла, машин, строительных материалов, химических и пищевых продуктов и др. Достаточно вспомнить, что на выплавку в доменной печи 1 т чугуна из железных руд расходуется 600—750 кг каменноугольного ко кса. Плавка стали в мартеновских печах происходит при очень высокой температуре жидкая сталь выпускается из печи при 1500° С и выше. Тепло выделяется в печах при интенсивном сжигании газообразного или жидкого то плива. В Советском Союзе примерно 80% всей электрической энергии вырабатывается на тепловых электрических станциях, где в тепловых двигателях теплота преобразовывается в механическую работу. [c.169]

Книга 2 является продолжением кн. 1. В ней даны основы теории для конвективного теплообмена лучистого теплопотока в камере ЖРД и рассмотрены современные и перспективные методы интенсификации теплообмена, камеры с абляционной защитой поверхности. Приведены расчеты турбонасос-ной системы подачи топлива и систем подачи топлива в условиях невесомости, оптимальных параметров ЖРД, оптимального давления на срезе сопла, ргц -смотрекы основные тенденщ и развитЕш ЖРД. [c.2]

Широкие круги читателей в Советском Союзе впервые познакомятся с методикой выбора оптимальной высотности сопла при заданной программе полета. Сравнительно подробно изложены теория конвективного и лучистого теплообмена в камере сгорания и сопле. Однако следует отметить, что пример расчета охлаждения заимствован авторами из упоминавшейся выше отечественной книги Г. Б. Синярева и М. В. Добровольского (чего авторы и не скрывают), а вопросы внутреннего охлаждения изложены очень схематично и крайне конспективно. Вопросы проектирования систем подачи также изложены слишком упрощенно и без каких-либо конструктивных рекомендаций. В этой части представляют интерес лишь методика расчета минимального объема баков с учетом разброса соотношения компонентов и уравнения статических характеристик элементов двигательной установки, являющиеся основой для расчетов системы регулирования. В виде единой системы эти уравнения в отечественной многотиражной литературе не публиковались. [c.7]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...