Similar presentations:
Основы теории тепломассообмена. Теплопроводность. (Лекция 1)
1.
Деятельность преподавателя заключается в проектированииучебной деятельности, организации учебной деятельности и
управлении учебной деятельностью, а не в «передаче»
знаний.
ФГОС–3
«Основы теории тепломассообмена"
Рыжков Сергей Витальевич
Д.ф.-м.н., к.т.н., доцент кафедры теплофизики
Э-6 (502 Э и 548 л)
E-mail: [email protected]
Web sites: http://energy.power.bmstu.ru/e06/
http://www.bmstu.ru/ps/~svryzhkov/
Модульно-рейтинговая система:
• Контрольные мероприятия
• Лабораторные работы (запись + отработка)
• Домашние задания
2.
Лекции по ТТМОдоцент каф. Э6, ктн Рыжков С.В.
Э6
нергомашиностроение.
Конечной целью обучения является формирование способа
действий, обеспечивающих осуществление будущей
профессиональной деятельности, но не запоминание знаний.
Задача – ориентировать и готовить к жизни в обществе.
Лекция №1
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
•Основной закон теплопроводности
•Физический смысл дифуравнения теплопроводности
•Распространение теплоты в стенках
•Основы нестационарной теплопроводности
•Теплообмен соприкосновением
3.
Основной закон теплопроводностиТеплопроводностью называется процесс распространения теплоты в теле путем
непосредственного соприкосновения, между частицами с различной температурой.
Тепловой поток, отнесенный к единице
поверхности, называется удельным тепловым
потоком:
Q Вт
q
м2
F
q
(1)
dT
dn
λ – коэффициент теплопроводности.
Рис. 1. Изменение температуры в теле
(закон Фурье)
Q
q
F Вт
м град
dT
T
dn
n
T f ( x, )
a
c
dT
d 2T
a
d
dx 2
q (Т ст Т ж )
(2)
(4)
d 2T
0
2
dx
(3)
t 0 (1 bt )
dT
d 2T
a 2
d
dx
4.
Ориентировочные значения для различных веществ,Вт/(м*град)
Вещество
,Вт/(м*град)
Газы
0,005 - 0,60
Дерево
0,06 -0,55
Воздух 0 – 10000С
0,020 -0,08
Металлы
2 - 420
Капельные жидкости
0,06 - 0,80
Медь красная
≈ 400
Вода 0 – 1000С
0,15 - 0,29
Алюминий
≈ 210
Вещество
Строительные и изоляционные
материалы
Железо
≈ 48
0,02 - 2,9
Красный кирпич,
0 – 3000С
Минеральная шерсть
0 – 3000С
Сталь
0,5 - 0,6
10 - 60
Ртуть 0 – 5000С
0,02 - 0,06
7 - 88
5.
Распространение теплоты в однослойной и многослойной стенкахОднослойная плоская стенка
d 2Т
0
2
dx
Т C1 x C2
(5)
при x 0 Т Т ст1
при x Т Т ст 2
Т
Т ст 2 Т ст1
x Т ст1
(6)
dТ
q
q
или dТ dx
dx
Рис. 2. Теплопроводность в
однослойной плоской стенке
Т
q
x C
(Т1 Т 2 )
q (Т1 Т 2 )
(7)
Отношение δ/λ называют термическим сопротивлением стенки, а λ/δ
проводимостью стенки.
6.
Многослойная плоская стенка1
q
(Т Т )
1 ст1 ст 2
2
q
(Т ст 2 Т ст 3 )
2
..................................
n
q
(Т стn Т ст ( n 1) )
n
1
Т
Т
q
ст 2
ст1
1
2
Т ст 2 Т ст 3 q
2
............................
n
Т
Т
q
ст ( n 1)
стn
n
Рис. 3. Теплопроводность
в плоской многослойной стенке
7.
Т ст1 Т ст ( n 1)q
n
1 2
q ( ... )
1 2
n
Т ст1 Т ст ( n 1)
1 2
... n
1 2
n
Т ст1 Т ст ( n 1)
i
i 1 i
n
Однослойная цилиндрическая стенка
(8)
2 l
Q
(Т ст1 Т ст 2 )
d
ln 2
d1
(9)
Многослойная цилиндрическая стенка
2 l (Т ст1 Т ст ( n 1) )
Q
d
d
d
1
1
1
ln 2
ln 3 ...
ln n 1
1 d1 2 d 2
n
dn
Однослойная шаровая стенка
4
Q
(Т ст1 Т ст 2 )
1 1
r1 r2
(11)
Q
(10)
4 (Т ст1 Т ст 2 ) 2 T
dd
T 1 2
1 1
1 1
r1 r2
d1 d 2
δ - толщина стенки
8.
Основы нестационарной теплопроводностиdT
d 2T
a 2
d
dx
T f ( x, )
T ( ) Tж
Tнач Tж 0
(12)
f (Bi,Fo,L)
0
Рис. 4. Зависимость температуры
стенки и количества
передаваемого тепла от времени
Bi
Fo
L
l
критерий Био
a
l2
критерий Фурье
x
критерий геометрического подобия
l
l характерный размер
9.
Bil
Fo
l 2
a
l
l2
c l 3
Рис. 5. Распределение температуры в сечении стенки
cт
f (Bi,Fo), 0 f (Bi,Fo)
нач
нач
cт Tcт Tж избыточная
температура
на
поверхности
тела
0 T0 Tж избыточная
температура
в
средней
плоскости
стенки
нач Tнач Tж избыточная
начальная
температура
тела
10.
ст / начРис. 6. Зависимости
cт
f (Bi,Fo)
нач
для плоской стенки
11.
0 / начРис. 7. Зависимости
0
f (Bi,Fo)
нач
для плоской стенки
12.
Теплообмен соприкосновениемРасчёт полного термического сопротивления контакта
hmax ( м2 град)
Rc
cp
Вт
3 в
Rм
10 4 м 2 К
Вт
2,1 p м
(13)
в предел прочности при контактировании разнородных
металлов
p контактное давление
Рис. 8. Изображение контактов
двух шероховатых
поверхностей
м коэффициен т теплопроводности;
м
2 1 2
1 2
1
1
1
R Rc Rм
(14)
13.
Зависимость полного термического сопротивления контакта от нагрузкиРис. 9. Сопротивление фактического
контакта в зависимости от нагрузки
14.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Теория тепломассообмена: Учебник для технических университетов и вузов / С.И. Исаев, И.А. Кожинов,
В.И. Кофанов и др.; Под ред. А.И. Леонтьева. - 2-е изд., испр. и доп.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997.- 683
с.
2. Лабораторный практикум по термодинамике и теплопередаче: Учеб. пособие для энергомашиностроит.
спец. вузов / В.Н. Афанасьев, А.А. Афонин, С.И. Исаев и др.; Под ред. В.И. Крутова и Е.В. Шишова.- М.: Высш.
школа, 1988.- 216 с.
3. Задачник по технической термодинамике и теории тепломассообмена: учеб. пособие / В.Н. Афанасьев, С.И.
Исаев, И.А. Кожинов и др.; Под ред. В.И. Крутова и Г.Б. Петражицкого. - 2-е изд., стереотипное. - СПб.: БХВПетербург, 2011.- 384 с.
4. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. - Изд. 5-е, перераб. и доп.- М.: Атомиздат, 1979.- 416 с
5. Юдаев Б.Н., Корнейчук Н.К., Самойлов М.С., Федотов Е.И. Основы теплопередачи. - М.: Изд-во МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 1977. - 77 с.
6. Юдаев Б.Н. Теплопередача. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1973. – 360 с.
7. Головинцов А.Г., Юдаев Б.Н., Федотов Е.И. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.:
Машиностроение, 1970. - 470 с. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача: Учебник для вузов.- М.:
Высш. шк., 1988. - 478 с.
8. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973. , 1977.
9. Рыжков С.В. Учебное пособие «Основы теплообмена». Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 80 с.
10. Михатулин Д.С., Чирков А.Ю. Учебное пособие «Конспект лекций по конвективному
тепломассообмену». М.: Янус-К. Часть 1, 2007. Часть 2, 2008.
11. Рыжков С.В., Носатов В.В. Методические указания “Методика и примеры выполнения домашних заданий
по тепломассообмену”. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. - 36 с.
12. Выполнение лабораторных работ по курсу «Теория тепломассообмена»: методические указания / Под ред.
В.И. Хвостова, В.Н. Афанасьева. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 67 с.
13. Изучение теплофизических процессов и свойств веществ с использованием методов компьютерного
моделирования: учеб. пособие по курсу «Теория тепломассообмена» / [В.Н. Афанасьев и др.]; под ред. В.И.
Хвостова, В.В. Носатова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. - 82 с.
15. Контрольные вопросы
Основной закон теплопроводности
Коэффициент температуропроводности
Значения λ для различных веществ
Распространение теплоты в стенках
Многослойная плоская стенка
Цилиндрические и шаровые стенки
Основы нестационарной теплопроводности
Графики для определения температуры пластины
Теплообмен соприкосновением
Сопротивление фактического контакта в зависимости от нагрузки