1034. Теоретические основы теплотехники тепломассобмен

Министерство образования Российской Федерации

Ивановский государственный энергетический университет

Кафедра теоретических основ теплотехники

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ

ТЕПЛОМАССОБМЕН

Программа дисциплины, методические указания и задания

для студентов заочного факультета теплотехнических специальностей

Часть 1

Иваново 200 2

Составители: В.В. БУХМИРОВ

Т.Е. СОЗИНОВА

М.И. ЧАСТУХИНА

Редактор А.А. ВАРЕНЦОВ

Методические указания предназначены для студентов теплотехнических специальностей заочного факультета Ивановского государственного энергетического университета. Они включают программу дисциплины Теоретические основы теплотехники раздел Тепломассообмен . Программа дисциплины содержит требования государственного образовательного стандарта ГОС , перечень всех тем и список рекомендуемой литературы по данной дисциплине. Методические указания к выполнению контрольной работы содержат основные теоретические положения, задачи и варианты заданий, а также требования к оформлению работы.

Рецензент

кафедра теоретических основ теплотехники Ивановского государственного энергетического университета

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ

раздел ТЕПЛОМАСООБМЕН

При составлении рабочей программы были учтены требования ГОС по общим естественнонаучным дисциплинам ЕН, общепрофессиональным дисциплинам ОПД и по специальным дисциплинам СД.

Студенты заочного факультета специальности 100500 изучают курс ТМО в один семестр. Студенты, работающие по двухсеместровой программе, во втором семестре выполняют курсовую работу Тепловой расчет теплообменного аппарата .

ВВЕДЕНИЕ

Предмет тепломассообмена. Область применения и значение тепломассообмена. Количество теплоты. Тепловой поток. Удельные тепловые потоки: поверхностная плотность теплового потока, линейная плотность теплового потока, объемная плотность тепловыделений. Виды теплообмена и их характеристики. Теплоотдача и теплопередача. Температурное поле. Изотермическая поверхность. Градиент температуры.

Тема 1. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

1.1. Основной закон теории теплопроводности постулат Фурье. Коэффициент теплопроводности. Коэффициент температуропроводности. Критерии Фурье и Био.

1.2. Дифференциальные уравнения теплопроводности без вывода . Частные случаи записи дифференциального уравнения теплопроводности.

1.3. Условия однозначности для решения дифференциального уравнения теплопроводности. Методы решения дифференциального уравнения теплопроводности.

1.4. Аналитические решения дифференциального уравнения теплопроводности при граничных условиях I, II и III рода. Режимы нагрева охлаждения твердых тел.

1.5. Графическое представление аналитического решения дифференциального уравнения теплопроводности при граничных условиях III рода.

1.6. Численные методы исследования нестационарного теплообмена.

1.7. Стационарная теплопроводность. Передача теплоты через плоскую и стенку при граничных условиях I и III родов.

1.8. Теплопередача через цилиндрическую стенку.

1.9. Теплопередача через шаровую стенку.

1.10. Критический диаметр цилиндрической и шаровой стенок.

Тема 2. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

2.1. Основные понятия и определения. Дифференциальное уравнение энергии движущейся среды. Уравнения движения среды уравнения Навье Стокса и уравнение неразрывности. Условия однозначности при решении дифференциальных уравнений конвективного теплообмена.

2.2. Основы теории подобия. Закон конвективной теплоотдачи закон Ньютона Рихмана. Правила и требования теории подобия. Дифференциальные уравнения конвективной теплоотдачи. Вывод критериев Нуссельта и относительной безразмерной температуры приведением дифференциального уравнения конвективной теплоотдачи к безразмерному виду.

2.3. Вывод критериев гомохронности, Фруда, Галилея, Архимеда, Грасгофа, Эйлера, Рейнольдса и Пекле. Критерий Прандтля.

2.4. Уравнения подобия. Моделирование процессов конвективного теплообмена. Получение эмпирических формул. Определяющие размер и температура.

2.5. Применение эмпирических формул для расчета конвективной теплоотдачи. Теплоотдача при свободной конвекции около вертикальной и горизонтальной поверхности, около горизонтальной трубы, в ограниченном пространстве.

2.6. Теплоотдача при продольном омывании плоской пластины, при вынужденной движении в трубах и каналах, при поперечном омывании труб и трубных пучков.

Тема 3. ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

3.1 Основные понятия и определения лучистого теплообмена. Виды лучистых потоков. Основные законы излучения абсолютно черного тела: закон Планка и закон Стефана-Больцмана. Закон Кирхгофа. Понятие серого тела.

3.2. Понятие углового коэффициента. Свойства угловых коэффициентов. Теплообмен излучением в замкнутой системе, состоящей из двух тел, разделенных лучепрозрачной средой. Лучистый теплообмен при наличии экранов.

3.3. Собственное излучение газа. Теплообмен излучением между газом и окружающей его замкнутой серой оболочкой.

3.4. Сложный теплообмен. Коэффициент теплоотдачи излучением.

Тема 4. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ

4.1. Теплоотдача при конденсации. Основные понятия и определения. Критерий Рейнольдса при конденсации. Режимы движения пленки конденсата.

4.2. Теплоотдача при пленочной конденсации неподвижного пара на вертикальной поверхности.

4.3. Теплоотдача при пленочной конденсации неподвижного пара на наклонной поверхности и горизонтальной трубе. Теплоотдача при конденсации в трубных пучках. Факторы, влияющие на теплообмен при конденсации.

4.4. Теплообмен при кипении. Физические особенности процесса кипения. Кривая кипения при граничных условиях 1 рода и 2 рода. Теплоотдача при пузырьковом кипении в большом объеме. Теплоотдача при пленочном кипении жидкости. Кризисы кипения.

4.5. Теплоотдача при кипении в трубах. Вертикальная труба. Горизонтальная труба. Расчет теплоотдачи при кипении в трубах.

Тема 5. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

5.1. Классификация теплообменников. Виды расчетов теплообменников. Уравнение теплового баланса теплообменника. Понятие водяного эквивалента.

5.2. Уравнение теплопередачи. Изменение температуры теплоносителей вдоль поверхности нагрева. Средняя разность температур.

5.3. Тепловой конструктивный и тепловой поверочный расчеты рекуперативного теплообменника.

Тема 6. МАССООБМЕН

6.1. Массообмен, молекулярная диффузия, концентрационная диффузия, термодиффузия.

6.2. Поток массы, вектор плотности потока массы.

6.3. Математическое описание процессов массо и теплообмена.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература

1. Исаченко В.П. Осипова В.А. Сукомел А.С. Теплопередача: Учебник для вузов. М. Энергоиздат, 1981. 416 с.

2. Краснощеков Е.А. Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учеб. пособие для вузов. М. Энергия, 1980. 288 с.

Дополнительная литература

3. Михеев М.А. Михеева И.М. Основы теплопередачи. М. Энергия, 1977. 344 с.

4. Пример расчета теплообменника: Метод. указания к курсовой работе /В.М. Шипилов, В.В. Бухмиров. Иваново, 1988.

5. Кириллов Л.П. Юрьев Ю.С. Бобков В.П. Справочник по теплофизическим расчетам ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы . М. Энергоатомиздат, 1984.

6. Арутюнов В.А. Бухмиров В.В. Крупенников С.А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей. М. Металлургия, 1990.

7. Основные понятия теории теплообмена: Метод. указания / Иван. гос. энерг. ун-т им. В.И. Ленина Сост. А.А. Варенцов.- Иваново, 1994.- 32 с.

8. Типовые вопросы и задачи по курсу Тепломассообмен . Раздел Стационарные процессы теплопроводности и теплопередачи . Метод. указания / Иван. энерг. ин-т им. В.И. Ленина Сост. В.В. Бухмиров, А.А. Варенцов. Иваново, 1991. — 28 с.

9. Исследование процесса нестационарной теплопроводности на численной имитационной математической модели: Метод. указания/ Иван. гос. энерг. ун-т Сост. Бухмиров В.В. Мезина Е.Е. Созинова Т.Е. Иваново, 1999. 31 с.

10. Пакет задач по разделу Радиационный теплообмен курса ТМО Метод. указания/ Иван. гос. энерг. ун-т Сост. Бухмиров В.В. Созинова Т.Е. Частухина М.И. Иваново, 1999. 16 с.

11. Воскресенский В.Ю. Тепломассообмен: Методические указания и контрольные задания для студеньов заочников энергетических специальностей вузов. М. Высшая школа, 1990. 64 с.

12. Ривкин С.Л. Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. М. Энергоиздат, 1984. 80 с.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Общие методические указания

Согласно учебному плану студенту-заочнику, изучающему курс тепломассообмен в один семестр необходимо выполнить две контрольные работы. При изучении курса в два семестра студент-заочник в первом семестре также выполняет две контрольные работы, а во втором семестре пишет и защищает курсовую работу Тепловой расчет теплообменного аппарата . И первая и вторая контрольные работы состоят из 4 вопросов и 5 задач. Задания на курсовое проектирование и методические указания к выполнению курсовой работы приведены во второй части методических указаний.

При выполнении контрольных работ отвечать на вопросы и решать задачи следует, строго придерживаясь своего варианта. Номера вопросов и вариантов задач в контрольной работе определяют по табл. В.1 Варианты заданий в зависимости от двух последних цифр шифра студента. Например, при шифре 116 или 166 две последние цифры соответственно 16 и 66 студент отвечает на вопросы и решает следующие варианты задач: 4, 20, 29, 37, 44. Формулировки контрольных вопросов и условия вариантов задач в контрольной работе нужно переписывать полностью.

Решения задач должны сопровождаться краткими объяснениями и подробными вычислениями. При расчете какой-либо величины нужно словами указать, какая величина определяется. В процессе решения задач необходимо сначала привести формулы, лежащие в основе вычислений, проделать с ними все выкладки в буквенном выражении и лишь затем подставлять соответствующие числовые значения и производить вычисления. Нужно указать единицы величин, как заданных в условии задач, так и найденных в результате решения.

Ответы на контрольные вопросы должны быть исчерпывающими, хотя и не пространными. Лаконичные ответы, так же как и ответы, списанные с учебника, не допускаются. При решении задач и в ответах на вопросы следует придерживаться принятой в учебнике 1 системы обозначений, терминов и Международной системы единиц СИ .

Точность вычислений зависит от точности заданных величин или выбранных исходных данных, но в общем случае не следует стремиться к точности выше, чем 0,5 %.

Контрольные работы выполняются в тетради. Для заметок рецензента оставляют поля и в конце работы несколько чистых страниц.

Перед выполнением контрольного задания студент заочник должен ознакомиться с методикой решения соответствующих задач по примерам, приведенным в задачнике 2 . В конце контрольной работы должна стоять подпись студента.

Таблица В.1. Варианты заданий

Две последние цифры шифра студента

Комментарии запрещены.

Реклама