Основные дифференциальные уравнения теплообмена

ОСНОВНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНА [c.14]

Запишите основные дифференциальные уравнения теплообмена уравнения энергии, теплоотдачи, движений, сплошности. Объясните физический смысл членов, входящих в уравнения энергии и движения. [c.162]

При других, более общих условиях теплообмена на наружной поверхности твэла [например, (2.10)], в отличие от описываемого условием (2.2) случая, решение основного дифференциального уравнения теплопроводности должно предшествовать решению сопряженного уравнения. Только после этого можно будет найти распределение по поверхности твэла параметра Р(Гв) с помощью соотношений (2.9), (2.11), что даст возможность сформулировать граничное условие (2.13). [c.32]

Если ограничиться размерами каналов на один или два порядка большими, чем размеры пузырей (этот случай чаще всего встречается в практике) то вполне допустимо считать весь поток однофазным. Процессы теплоотдачи и парообразования можно учесть, вводя уравнения взаимодействия между паровой, жидкой и твердой фазой (стенкой канала). В этих условиях для описания всей совокупности явлений следует признать справедливой систему основных дифференциальных уравнений конвективного теплообмена (соответственно уравнений движения, сплошности и теплопроводности в жидкой фазе) [c.53]

Суть задачи сводится к тому, что дифференциальные уравнения теплообмена и движения необходимо записывать в форме, учитывающей переменность входящих в них физических свойств, и присоединить к ним функции, определяющие зависимости этих свойств от температуры. При этом в основных дифференциальных уравнениях процесса физические константы попадают также под знак дифференциального оператора (см., например, уравнения (2.17), (3.2)). В этой связи уравнения теплопереноса и движения, написанные в предположении постоянства физических свойств, должны быть заменены следующей, более сложной системой уравнений [c.268]

В технике часто возникает необходимость исследования теплообмена и распределения температур в телах цилиндрической формы, плоских дисках, цилиндрических оболочках, круглых стержнях и др. В этих случаях удобнее записать основное дифференциальное уравнение теплопроводности не в декартовой, а в цилиндрической системе координат. [c.24]

Основными расчетными уравнениями, записанными в дифференциальной форме, являются уравнение теплопередачи для элемента площади поверхности теплообмена йР [c.422]

Замена одной рабочей жидкости другой еще более усложняется ввиду переменности физических параметров. Чтобы учесть влияние переменности физических параметров, необходимо изменить систему дифференциальных уравнений конвективного теплообмена, полученную ранее. При выводе уравнений переменные значения физических параметров нельзя выносить из-под знака производных. Кроме того, к основной системе дифференциальных уравнений нужно присоединить уравнения вида [c.167]

Чтобы учесть влияние переменности физических параметров, необходимо изменить систему дифференциальных уравнений конвективного теплообмена. При выводе уравнений переменные значения физических параметров нельзя выносить из-под знака производной. Кроме того,, к основной системе дифференциальных уравнений нужно присоединить уравнения вида [c.186]

Сущность рассматриваемой аналогии состоит в допущении определенного соотношения между ей и ет. Согласно основной модели турбулентного обмена (модели Рейнольдса) еи= ет- Пока мы будем использовать именно это соотношение. В дальнейшем мы уточним модель Рейнольдса и выясним причины отличия еи/ет от единицы. При числах Прандтля, достаточно близких к единице, результаты расчета, основанного на предположении о равенстве коэффициентов турбулентного переноса импульса и тепла, хорошо согласуются с опытными данными. При известной величине независимо от принимаемого соотношения между е и ет расчет теплообмена становится аналогичным соответствующему расчету для ламинарного течения с заменой в дифференциальном уравнении энергии а на ет + й. Таким образом, задача лишь незначительно усложняется. [c.191]

Приведенная система дифференциальных уравнений теплопроводности (энергии), движения и уравнения сплошности описывает множество явлений распространения тепла в движущемся потоке жидкости, так как она получена при использовании общих законов сохранения энергии и вещества, поэтому она характеризует лишь основные принципиальные стороны этих явлений, общие для всего указанного множества. Частные особенности отдельных конкретных тепловых явлений характеризуются так называемыми условиями однозначности. Применительно к процессам конвективного теплообмена условиями однозначности задаются геометрическая форма и размеры системы, в которой изучаются процессы конвективного теплообмена физические свойства жидкости, входящие в рассмотренную систему дифференциальных уравнений распределение температуры и скорости в прост-ранстве нной области, в которой исследуется явление для какого-то начального момента времени распределение скорости на твердых и жидких границах исследуемой пространственной области. На жидких границах (во вход- [c.137]

В большинстве аналитических работ [1—3] рассматривалось только изолированное тело. Поскольку теплообмен в гиперзвуковом потоке играет огромную роль, в настоящей работе, посвященной обтеканию клина гиперзвуковым вязким потоком, мы учитываем также и влияние теплообмена. Вначале рассматриваются основные уравнения гиперзвукового вязкого потока, т. е. уравнения пограничного слоя в гиперзвуковом потоке. Введение температурной функции S и некоторых аппроксимаций, связанных с гиперзвуковым течением, интегральный метод энергии и количества движения снова привели к двум обыкновенным дифференциальным уравнениям относительно основных неизвестных толщины пограничного слоя о х) и функции теплоотдачи /(х). [c.101]

Система дифференциальных уравнений для осредненного (во времени) турбулентного течения является незамкнутой, поэтому решение задач с помощью чисто математических методов невозможно. В связи с этим была развита полуэмпирическая теория турбулентного теплообмена, в основе которой лежит ряд гипотез и постоянных, определяемых из опыта. Основные соотношения этой теории обоснованы экспериментально лишь для изотермического течения несжимаемой жидко-10 [c.10]

Остановимся теперь на расшифровке понятия коэффициент массообмена . Общность дифференциальных уравнений конвективного теплообмена и массообмена позволяет принять, что основные критерии подобия диффузионных процессов должны иметь одинаковый вид с критериями подобия тепловых процессов. [c.77]

В уравнение (9.2) входят коэффициент теплопередачи и температура пограничного слоя, которые сами, в свою очередь, являются сложными функциями параметров потока, граничных условий и времени. Для того чтобы система уравнений, описывающая тепловое состояние тела, стала замкнутой, необходимо присоединить к зависимостям (9.1) (9.3) основные соотношения газовой динамики G учетом конвективного теплообмена на границе тела и сверхзвукового потока. Однако составленная таким образом полная система дифференциальных уравнений оказывается весьма громоздкой и неудобной для анализа условий подобия и моделирования. [c.203]

Анализ работ, посвященных теоретическим и экспериментальным исследованиям гидромеханики и тепло- и массообмена двухфазных потоков, показывает, что при изучении данных процессов применялись в основном два метода исследования. В первом случае исходили из строго теоретического рассмотрения данной проблемы. Однако в силу особой сложности рассматриваемых процессов авторы шли по пути упрощения исходных дифференциальных уравнений, что приводило к значительному искажению модели действительного механизма процесса. Поэтому при изучении процесса теплообмена используют второй метод — метод экспериментального исследования. [c.16]

Аналитические методы позволяют описать статику и динамику теплотехнических объектов управления с достаточной для решения многих задач степенью точности. Уравнения статики, как правило, получают на стадии теплотехнических расчетов обьекта. Описание динамики вновь проектируемых объектов обычно отсутствует. Дифференциальные уравнения являются наиболее общей формой описания динамических свойств объекта. Составление дифференциальных уравнений базируется на использовании физических законов, определяющих процессы в системе. При описании теплотехнических объектов используют уравнения теплового и материального балансов, уравнения теплообмена, теплопроводности и другие конкретные формы выражения основных физических законов сохранения энергии, вещества, количества движения и т.д. [c.551]

При выводе дифференциального уравнения теплопроводности Фурье были приняты за основу самые общие законы физики сохранения энергии и теплопроводности Фурье. Поэтому оно не связано никакими ограничивающими конкретными условиями теплообмена и является основным уравнением математической физики для расчетов различных условий теплопередачи в телах. Так, если внутри нагреваемого (охлаждаемого) тела имеется дополнительный самостоятельный источник теплоты с удельной мощностью со, ккал/(м -ч), то для описания процесса теплопередачи к дифференциальному уравнению прибавляется дополнительный член [c.24]

В отличие от других исследователей А. С. Невский рассматривает излучение с учетом особенностей реального селективного излучения, что исключает ошибки, возникающие при использовании условного серого излучения. Кроме того, он не вводит в систему дифференциальных уравнений, описывающих процесс в печи и подлежащих анализу методом теории подобия, таких классических уравнений, как уравнение движение Навье-Стокса, уравнение сплошности, состояния газа и другие, так как в условиях лучистого теплообмена эти уравнения не являются основными, определяющими, а поэтому дают второстепенные для данного случая критерии подобия, выполнение требований которых только затрудняет проведение экспериментов. [c.153]

Поэтому данная книга ни в коей мере не заменяет и не дублирует существующий справочник по теплотехнике и теплопередаче, так как, во-первых, методически она построена по иному принципу и, во-вторых, в основном рассматривает взаимосвязанные процессы тепломассопереноса и математическую теорию переноса, которая в одинаковой мере применима к переносу как тепла, так и массы вещества. Вследствие этого вопросы передачи тепла излучением, задачи чистого теплообмена и ряд других разделов теплопередачи в книге не рассматриваются. Большое внимание уделяется аналитической теории переноса тепла и массы, в частности нестационарным задачам теплопроводности (разд. 2), где путем введения обобщенных функций удалось одновременно описать одномерные температурные поля в телах классической формы, по-новому, в более простом виде, описать распространение температурных волн, дать обобщение регулярным режимам теплового нагрева тел и ряд других обобщений. На основе дальнейшего развития аналитической теории теплопроводности приведены последние работы по решениям системы дифференциальных уравнений тепломассопереноса (разд. 6), подробно рассмотрены гиперболические уравнения диффузии тепла и массы с учетом конечной скорости распространения. Установлена связь этого нового направления в описании явлений тепломассопереноса с работами американской школы по диффузии массы в пористых средах. [c.4]

Рассмотрим процессы теплообмена, в которых теплопроводность является основным фактором в переносе тепла. Дифференциальное уравнение Фурье — Кирхгофа (1-9-4) описывает перенос энергии в движущейся среде. Если пренебречь диффузионной теплопроводностью (Q = 0) и переносом тепла за счет диффузии, то в отсутствие поля внешних сил уравнение примет вид [c.95]

В гл. V и VI были рассмотрены задачи нестационарной теплопроводности, в которых теплообмен между поверхностью тела и окружающей средой происходил в основном излучением. В практике тепловых расчетов встречаются задачи, в которых теплообмен между телом и окружающей средой происходит конвекцией. Если в задачах стационарного конвективного теплообмена применяются граничные условия третьего рода, то в задачах нестационарного конвективного теплообмена и в задачах стационарного теплообмена при точной формулировке проблем необходимо применять граничные условия четвертого рода. Например, при обтекании плоской пластины, в соответствии с теорией пограничного слоя, дифференциальное уравнение переноса тепла для жидкости можно написать так [c.363]

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]

Как указывалось в 14.1, основное назначение приведенных дифференциальных уравнений конвективного теплообмена состоит в том, что они позволяют установить вид критериев подобия. [c.234]

Поскольку основной целью внутренней задачи является исследование теплового воздействия на различные конструкции, используется дифференциальная модель без уравнения сохранения компонентов. Источниковый член в уравнении (5.15) может быть описан либо с применением математической модели горения, либо с использованием экспериментальных данных. При описании лучистой составляющей теплового потока в уравнении (5.15) могут быть использованы различные модели, упрощающие процесс вычисления лучистого теплообмена, причем использование моделей оптически тонкого и оптически толстого слоев позволяет решать уравнение (5.15) без дополнительного уравнения лучистого теплообмена. Применение модели оптически тонкого или оптически толстого слоя зависит от величины критерия Ви в каждом элементарном объеме пространственной сетки. При значении Ви=й(7 )Дг<1 применяется модель оптически тонкого пограничного слоя, при Ви>1 —модель оптически толстого пограничного слоя. Обычно величина к(Т) для данного вида пожарной нагрузки определяется экспериментально, а величина А соответствует шагу по пространственной координате, реализуемому при численном эксперименте. [c.226]

Целью настоящей статьи является анализ проблемы теплоотдачи при вынужденном движении (проблемы Грэтца) с учетом вязкой диссипации и внутреннего тенловыделения с помощью вариационного метода. Вариационные методы и раньше использовались для решения ряда задач теплообмена [3,]. Пользуясь математической терминологией, можно сказать, что основное дифференциальное уравнение чаще всего является самосопряженным. Вариационные формулировки обычно могут быть построены по образцу принципа Гамильтона, который приводит к уравнениям Эйлера — Лагран-н<а. Можно использовать также хорошо известные методы Рэлея — [c.325]

Основные определения и положения теории массообме-на изложены в 1.1. Как и в теории конвективного теплообмена (см. п. 1.4.1), метод решения конкретной задачи выбирают, сообразуясь с особенностями ее постановки, и требуемой точностью результат . Интегрирование системы дифференциальных уравнений конвективного тепломассообмена может потребоваться при высоких (звуковых и сверхзвуковых) скоростях течения, больших перепадах температуры и концентрации, значительных изменениях физических параметров смеси. Более оперативными, но менее универсальными и точными являются различные модификации интегрального метода (см. п. 1.4.1). [c.53]

Выполненный ранее анализ уравнения интенсивности теплообмена [3] не доведен до конца, в частности не получены определяющие числа подобия и не установлено их количество. Несложно провести анализ размерностей переменных уравнения и определить количество чисел подобия. Согласно теории подобия функцией чисел подобия может быть представлен интеграл дифференциального уравнения интенсивности теплообмена [3 a(At)/At =—amdP. В то же время согласно л-теореме теории анализа размерностей количество (сумма) определяемых и определяющих чисел подобия должно быть равно разности количества размерных переменных в уравнении и количества независимых (основных) размерностей. Перечислим переменные и их размерности [c.43]

Решение сопряженных задач теплообмена связано с преодолением принципиальных математических трудностей. Основная трудность состоит в том, что приходится решать систему уравнений в частных производных, и1кеющих различный вид на разных интервалах, в случае стационарных задач мы сталкиваемся даже с дифференциальными уравнениями разных типов для жидкости получается уравнение в частных производных параболического типа, а для твердого тела —эллиптического типа. Наиболее рациональным подходом к решению сопряженных задач является введение на границе сопряжения неизвестной функции, равной температуре или тепловому-потоку на этой границе, которое позволяет свести систему уравнений в частных производных к двум несвязанным краевым задачам. Неизвестная функция определяется в дальнейшем из оставшихся условий сопряжения. [c.259]

Краткое содержание. Гиперзвуковой вязкий поток, обтекающий наклонный клин в условиях теплообмена, исследуется с помощью обобщен -ного интегрального метода Кармана, справедливого для уравнений пограничного слоя сжимаемой жидкости. Введение температурной функции 5 позволяет свести основные уравнения пограничного слоя к двум обыкновенным дифференциальным уравнениям относительно толщины пограничного слоя 8(х) и функции теплоотдачи f x) с параметром S-j, характеризующим интенсивность теплообмена. Обсуждаются решения л х) и f(x) при различных Sq. Числовые примеры наглядно иллюстрируют эффект взаимодействия ударной волны с гиперзвуковым пограничным слоем в условиях как интенсивного, так и малого теплообмена. Показано, что значения локальных коэффициентов поверхностного трения и теплоотдачи зависят в основном от коэффициента вязкости на поверхности тела. [c.100]

Для определения основных параметров движения виброустановки, движение которой возбуждается пневмопоршневым приводом, приходится решать совместно систему дифференциальных уравнений движения механической части, уравнение теплового баланса полости и уравнение состояния воздуха. Так как возможны различные случаи, рассмотрим наиболее общий случай одновременного нанолнения воздухом и истечения воздуха из полости переменного объема с учетом теплообмена с окружающей средой и утечек. Пусть из бесконечно большого объема, давление и температуру воздуха в котором можно считать постоянными (например, из магистрали), поступает сжатый воздух в количестве е в полость переменного объема V (рис. [c.299]

Анализ системы дифференциальных уравнений, описывающих процесс конвективного теплообмена методом теории подобия, приводит к следующему общему виду критериальной зависимости критерия подобия Ми, содержащего коэффициент а (неопределяющий критерий), от других критериев подобия, содержащих все основные параметры, от которых зависит коэффициент к (определяющие критерии) [c.15]

В первой части книги рассмотрены основные законы термодинамики, термодинамические процессы, дифференциальные уравнения термодинамики и истечения газов и паров. Кроме того, да ю изложение циклов двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных, паротурбинных установок и атомных электростанций. Вторая часть посвящена изложению законов теплопроводности при стационарном и нестационарном режимах, теории подобия, конвективного теплообм иа и излучения. В каждой главе помешены числовые примеры. В да1том издании (второе вышло в 197.5 г.) улучнюна редакция, уточнены терминология, формулировки, приведены новые данные. [c.248]

Таким образом, основная ценность выведенных выше неинтегриру-емых дифференциальных уравнений процесса конвективного теплообмена состоит в том, что они позволяют установить критерии подобия для описываемых ими явлений. В качестве примера найдем критерии подобия из дифференциального уравнения теплопроводности Фурье (14.6) [c.237]

IB этой области течения не решена в удовлетворительном виде до сих пор основная проблема — проблема формулирования соответствующих дифференциальных ура1внений и граничных условий, описывающих течение газа. Для некоторой части этой области, примыкающей к области континуума, в ряде работ предполагалось возможным использование уравнений Навье-Стокса (или их предельного случая — уравнений Л. Прандтля для пограничного слоя) в сочетании с граничными условиями, предполагающими скольжение газа (Л. 5—9]. Однако результаты появившихся в последнее В1ремя опытных исследований показали в большинстве случаев непригодность полученных таким путем решений. Аналитические решения различных авторов плохо согласуются друг с другом и с экспериментом. Такое положение в теории объясняется, в известной мере, отсутствием детальных опытных сведений об этой области течения. Имеющиеся экспериментальные данные весьма ограниченны и очень малочисленны. На графиках рис. 1 г оказаны диапазоны всех известных в настоящее время исследований сопротивления и теплообмена в промежуточной области, между континуумом и свободно молекулярным течением. [c.463]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...