1209. Методические указания к курсовой работе по теплотехнике для студентов специальности

Методические указания к курсовой работе по теплотехнике для студентов специальности

Министерство образования РФ

Ижевский государственный технический университет

Чайковский технологический институт

Т.П. Чепикова

Основы теплообмена

Методические указания к курсовой работе по теплотехнике

Издание ЧТИ ИжГТУ Чайковский, 2004

УДК 621.184.64

теплотехника

Составитель: старший преподаватель Т.П. Чепикова

Т.П. Чепикова

Утверждено на заседании кафедры Автомобильного транспорта

Чайковского технологического института ИжГТУ

Протокол № от . .2004 г.

Электронная версия Word 2000 находится в ЧТИ ИжГТУ

Методические указания позволят студентам более глубоко изучить теорию тепломассообмена, самостоятельно выполнить расчет теплопередачи для плоской и цилиндрической многослойных стенок.

Введение

Методические указания предназначены для студентов специальности 150200 «Автомобили и автомобильное хозяйство», выполняющих при изучении дисциплины «Теплотехника» курсовую работу по теории тепло и массообмена.

Наряду с технической термодинамикой тепломассообмен является основным разделом дисциплины «Теплотехника».

При изучении этого раздела особое внимание следует обратить на физические основы процессов переноса энергии и массы, уяснить различие основных элементарных видов теплообмена: теплопроводности, конвекции и излучения.

Данные методические указания подробно объясняют процессы переноса теплоты теплопроводностью и конвекцией и почти не рассматривают лучистый теплообмен и теорию подобия в конвективном теплообмене. Объясняется это тем, что при расчете теплопроводности и теплопередачи коэффициент теплоотдачи будет задан, а лучистым теплообменом между телами мы пренебрегаем, т.к. в ряде случаев какой-то вид теплообмена преобладает и тогда остальные можно не учитывать. Расчет сложного теплообмена сводится обычно к определению коэффициента теплопередачи .

Надо знать различные приемы определения коэффициента теплопередачи, учет площадей, формы поверхностей и т.п.

Содержание курсовой работы, исходные данные

для ее выполнения и оформления

2.1. Задание на курсовую работу

Курсовая работа по теплообмену включает 2 задания:

1. теплопередача через плоскую многослойную стенку

2. теплопередача через цилиндрическую многослойную стенку.

Задания составлены по стовариантной системе: для каждого задания, данные, необходимые для ее решения, выбираются из соответствующей таблицы по последней и предпоследней цифре шифра номера зачетной книжки или студенческого билета .

Для выполнения курсовой работы используется литература , рекомендованная для изучения материала соответствующих тем. Прежде, чем приступить к выполнению курсовой работы, студент должен изучить указанную литературу и составить краткий конспект по каждому разделу.

. Cодержание курсовой работы

1 Определение плотности теплового потока:

а рассчитать коэффициент теплопередачи б составить уравнения плотности теплового потока для процессов

теплоотдачи и теплопроводности

в определить общее термическое сопротивление теплопередачи.

2 Определение температур поверхности стенки и между слоями:

а через соответствующие температурные напоры

б графическим способом.

3 Построение температурных графиков в x, t координатах.

Оформление курсовой работы

Курсовая работы должна содержать титульный лист, содержание задания на курсовую работу I и II , введение, основную часть расчеты и графики , заключение выводы , список использованной литературы, приложение поясняющие материалы .

Курсовую работу оформляют на листах формата А4 297х210 . На титульном листе указывают: министерство, наименование института, кафедры, полное название курсовой работы, свой вариант, группу. фамилию, инициалы студента и руководителя курсовой работы.

Страницы курсовой работы должны быть пронумерованы. Текст следует излагать, строго придерживаясь общепринятой технической терминологии и буквенных обозначений.

При выполнении курсовой работы необходимо соблюдать следующие требования:

выписать условия задания

расчеты сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором должно быть указано, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда берутся например, из условия задачи, из справочника, определены ранее

вычисления давать в развернутом виде

проставлять размерности

графики и рисунки должны быть выполнены аккуратно и четко.

После решения задания должен быть дан краткий анализ полученных результатов и даны соответствующие выводы.

На каждый из теоретических вопросов необходимо дать подробный письменный ответ.

Вариант работы должен соответствовать шифру студента. Работы, выполненные не по своему варианту не рассматриваются.

Теоретические основы теплообмена

3.1 Понятие теплопередачи

Теплопередачей или теорией теплообмена называют науку, изучающую законы переноса теплоты в твердых, жидких и газообразных телах.

Основы учения о теплоте были заложены русским ученым

М.В. Ломоносовым, в середине XVIII в. создавшим механическую теорию теплоты и основы законы сохранения и превращения материи и энергии. В дальнейшем развитии учения о теплоте разрабатывались его общие положения.

В настоящее время теплопередача вместе с технической термодинамикой составляет теоретические основы теплотехники.

3.2. Основные виды теплообмена

Различные тела могут обмениваться внутренней энергией в форме теплоты. Процесс теплообмена это самопроизвольный процесс переноса передачи теплоты в пространстве при неоднородном распределении температур. Разность температур это необходимое условие теплообмена, причем тепло распространяется от тел с большей температурой к телам с меньшей температурой. Перенос теплоты при наличии разности температур может быть осуществлен внутри твердого тела, в жидкой, газообразной среде, на границе твердого тела с окружающей его средой, в двух средах, разделенных перегородкой.

Исследования показывают, что теплообмен является сложным процессом. Однако ради простоты изучения различают три элементарных вида теплообмена: теплопроводность кондукцию , конвекцию и тепловое излучение.

Теплопроводностью называется перенос теплоты внутри тела соприкасающимися, беспорядочно движущимися микрочастицами атомами, молекулами, электронами . То есть частицы, соприкасаясь, разносят тепло. Можно наблюдать, как при нагревании металлического стержня с одного конца теплота постепенно распространяется по всему стержню. Объясняется это тем, что в нагреваемом конце стержня тепловое движение молекул, атомов и свободных электронов постепенно ускоряется, а это значит, что внутренняя кинетическая энергия их увеличивается. При соударениях часть их энергии передается дальше по стержню, что и приводит к распространению теплоты по всему стержню. В жидкостях капельных и газообразных процесс переноса теплоты теплопроводностью очень невелик.

Конвекция перенос теплоты при перемещении объемов текущей среды жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в область с другой температурой. Различают свободную и вынужденную конвекции. При свободной конвекции перемещение жидкости происходит под действием разности плотностей отдельных частей жидкости при нагревании, например, перенос теплоты от наружной поверхности горячей батареи холодному воздуху в помещении. Если перемещение вызывается искусственно вентилятором, насосом, мешалкой и т.д. то такая конвекция называется вынужденной. При этом распространение теплоты, т.е. прогревание всей массы жидкости, происходит значительно быстрее, чем при свободной.

Тепловое излучение процесс переноса теплоты в виде электромагнитных волн с двойным взаимным превращением тепловой энергии в лучистую и обратно.

Для переноса теплоты теплопроводностью и конвекцией необходима материальная среда, для передачи теплоты излучением такая среда не нужна.

При теплообмене между двумя телами внутренняя энергия тела с более высокой температурой уменьшается, а тела с менее высокой температурой, на столько же увеличивается. Процесс теплообмена протекает тем интенсивнее, чем больше разность температур тел, обменивающихся энергией. При ее отсутствии процесс теплообмена прекращается и наступает тепловое равновесие.

Рассмотренные формы переноса теплоты во многих случаях осуществляются совместно двумя, а чаще тремя способами. Например, обмен теплотой между твердой поверхностью и жидкостью или газом происходит путем теплопроводности и конвекции одновременно и называется конвективным теплообменом или теплоотдачей. В паровых котлах в процессе переноса теплоты от топочных газов к внешней поверхности кипятильных труб одновременно участвуют все три вида теплообмена теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. От внешней поверхности кипятильных труб к внутренней через слой сажи, металлическую стенку и слой накипи теплота переносится путем теплопроводности. Наконец, от внутренней поверхности труб к воде теплота переносится путем теплопроводности и конвекции. В практических расчетах такие сложные процессы иногда целесообразно рассматривать как одно целое. Так, например, передачу теплоты от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку называют процессом теплопередачи.

Рассмотрим каждый из трех способов переноса теплоты теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение , а также и объединяющий их сложный процесс переноса теплоты.

3.3. Теплопроводность

Процесс теплопроводности неразрывно связан с распределением температуры внутри тела. Поэтому, при его изучении, прежде всего необходимо установить понятия температурного поля и градиента температуры.

Температура, как известно, характеризует тепловое состояние тела и определяет степень его нагретости. Совокупность значений температуры для всех точек пространства в данный момент времени называется температурным полем. Если температура меняется во времени, поле называется неустановившимся нестационарным , а если не меняется установившимся стационарным .

При любом температурном поле в теле всегда имеются точки с одинаковой температурой. Геометрическое место таких точек образует изотермическую поверхность. Так как в одной и той же точке пространства одновременно не может быть двух различных температур, то изотермические поверхности друг с другом не пересекаются все они или замыкаются на себе или кончаются на границах тела. Следовательно, изменение температуры в теле наблюдается лишь в направлениях, пересекающих изотермические поверхности например, направление х, рис. 1

Рис 1. К определению температурного градиента.

При этом более резкое изменение температуры получается в направлении нормали n к изотермической поверхности. Предел отношения изменения температуры к расстоянию между изотермами по нормали называется градиентом температур. 1

Температурный градиент является вектором, направленным по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры. Температурный градиент показывает, насколько интенсивно резко меняется температура в толще тела и является важной величиной, определяющей многие физические явления появление трещин в хрупком теле от неравномерного нагрева, термические деформации и т.д.

Теплота самопроизвольно переносится только в сторону убывания температуры. Количество теплоты, переносимое через какую-либо изотермическую поверхность в единицу времени, называется тепловым потоком .

Тепловой поток, отнесенный к единице площади изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока :

2

Величины Q и q являются векторами, направленными по нормали к изотермической поверхности, причем за положительное направление принимается направление в сторону уменьшения температуры. Векторы теплового потока и градиента температур противоположны.

Основной закон теплопроводности закон Фурье формулируется следующим образом: плотность теплового потока пропорциональна градиенту температуры: 3

где коэффициент теплопроводности, характеризующий способность тел проводить теплоту и зависящий от химического состава и физического строения вещества, его температуры, влажности и пористости. Влага, заполняя поры тела, увеличивает теплопроводность, а пористость наоборот, уменьшает ее, так как чем пористее тело, тем больше в нем содержится воздуха, а теплопроводность воздуха, как и вообще всех газов, низкая в 20 25 раз меньше теплопроводности воды .

Приближенные значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов приведены в приложении в табл. 1.

3.4. Теплопроводность плоской стенки

Рассмотрим процесс передачи теплоты теплопроводностью в твердой стенке. Обязательным условием совершения такого процесса является разность температур поверхностей стенки. В этом случае в ней образуется поток теплоты, направленный от поверхности стенки с большей температурой к поверхности стенки с меньшей температурой.

Если рассматриваемый тепловой поток является установившимся, то по закону Фурье он прямо пропорционален площади поверхности стенки, разности температур на обеих ее поверхностях температурному напору и обратно пропорционален толщине стенки:

, 4

где тепловой поток, Вт

площадь поверхности стенки, м

— температурный напор разность температур поверхностей

стенки ,

— теплопроводность материала стенки,

Закон Фурье можно написать в форме, аналогичной закону Ома в электротехнике, введя понятие о тепловом термическом сопротивлении:

, 5

где — тепловое термическое сопротивление стенки .

Для сложной стенки, состоящей из n слоев, термическое сопротивление будет равно сумме сопротивлений отдельных слоев:

6

Стенки, состоящие из нескольких разнородных слоев, называются многослойными. Именно такими являются, например, стены жилых домов, в которых на основном кирпичном слое с одной стороны имеется внутренняя штукатурка, с другой внешняя облицовка. Загрязнение наружной теплопередающей поверхности, например, радиаторов смазочных систем или охлажденных двигателей и других теплообменных аппаратов, также можно рассматривать как наложение дополнительного слоя с низким коэффициентом теплопроводности. Это является причиной снижения теплообмена и возможности перегрева двигателя. Такой же отрицательный эффект вызывают накипь и нагар.

Таким образом, при увеличении числа слоев стенки, возрастает полное термическое сопротивление стенки и уменьшается тепловой поток.

Распределение температуры внутри каждого слоя стенки изображается прямой линией, но для многослойной стенки в целом она представляет собой ломаную линию рис. 2 .

Резюме: инженер теплотехник

Посмотрите похожие резюме в Харькове на портале Jobs.ua

2008 — н.в.

КП Харьковские тепловые сети

Должность: Инженер группы режимов наладки, ведущий инженер группы режимов и наладки.

Обязанности: Наладка и регулировка как внутриквартальных так и внутридомовых систем отопления жилых домов, юридических лиц, систем горячего водоснабжения, расчётом режимных карт работы центральных тепловых пунктов, составления графиков частного регулирования, расчёт и подбор конусов, элеваторов, насосов, оформлением данных для установки приборов учёта тепловой энергии.

Наши проекты . работа в Киеве и Украине на Jobs.ua . вакансии в Украине на Vakansii.ua . резюме в Украине на Resume.ua

#1 AnpilovVN

Отправлено 11 февраля 2011 — 17:57

Добрый день,

выполняю теплотехнические расчеты ограждающих конструкций

в т.ч. окон, витражей, светопрозрачных конструкций и пр..

Решение задач теплофизики распространения передачи тепла

в стационарной и не стационарной постановке

Результаты расчета:

o Полная детальная картина температурных полей, плотности тепловых

потоков, градиентов температур в 2-х и 3-х мерной постановке.

o Рекомендации по оптимизация профиля и конструкции окон

и светопрозрачных конструкций.

o Возможность предсказания мест выпадения конденсата.

o Определение деформирования конструктива профиля

Комментарии запрещены.

Реклама