Книга построена применительно к программе курса «Теплопередача», утвержденной Министерством высшего и среднего специального образования СССР, и предназначена в качестве учебника для студентов энергетических специальностей вузов.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящая книга предназначена в качестве учебника для теплотехнических специальностей энергетических вузов и факультетов. Этим определялась структура построения книги, подбор излагаемого материала и характер его изложения.
Курс теплопередачи является базовой дисциплиной для ряда инженерных, прежде всего теплотехнических специальностей. В связи с быстрым развитием науки о теплообмене из года в год видоизменяется и совершенствуется курс теплопередачи, читаемый студентам высших учебных заведений. Объем и уровень курса должны быть достаточны для усвоения ряда специальных дисциплин.
В результате изучения теплопередачи студенты должны овладеть не только теорией, но и методами расчета основных процессов теплообмена. Ввиду этого изложение отдельных вопросов теплопередачи, как правило, сопровождается рекомендацией расчетных формул.
Однако было бы весьма ошибочным сведение курса теплопередачи к роли сборника расчетных формул. ;В наше время техника непрестанно выдвигает перед учением о теплообмене новые и разнообразные задачи, требуя от инженера умения самостоятельно и творчески использовать основные законы и методы теплопередачи.
Поэтому при написании данной книги авторы стремились уделить внимание раскрытию физических особенностей рассматриваемых процессов и дать методы решения некоторых типовых задач теплообмена.
Помимо лекций, изучение курса теплопередачи в вузе сопровождается проведением лабораторных занятий и решением задач.
Коллективом кафедры Теоретических основ теплотехники МЭИ написаны специальные учебные пособия, необходимые для проведения двух последних видов занятий [Л. 120, 189, 194]. Поэтому в данной книге опущены числовые примеры и подробное рассмотрение экспериментальных методик и установок. По этой же причине в книге отсутствуют различные справочные таблицы и графики, необходимые для решения задач. Все эти данные можно найти в задачнике [Л. 120].
Теплопередача является сравнительно молодой наукой. Особенно бурно она развивается в последние десятилетия.
Большой вклад в развитие учения о теплообмене сделан советскими учеными М. В. Кирпичевым, М. А. Михеевым, А. А. Гухманом, Л. С. Эйгенсоном, Г. Н. Кружилиным, С. О. Кутателадзе, А. В. Лыковым и многими другими. В книге широко используются отечественные работы и работы зарубежных ученых. Следует отметить, что в зарубежной буржуазной литературе до сих пор часто замалчиваются многие советские работы.
В книге используется Международная система единиц. Эта система, сокращенно обозначаемая в русском .написании СИ, введена в СССР с 1 января 1963 г. как предпочтительная.
3
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие.................................. 3
Введение ................................... 9
ЧАСТЬ ПЕРВЛ я
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
Глава первая. Основные положения теплопроводности.......... 11
1-1. Температурное поле................•......... II
1-2. Температурный градиент . . . •.................... 12
1-3. Тепловой поток. Закон Фурье . •................... 13
1-4. Коэффициент теплопроводности.................... 15
1-5. Дифференциальное уравнение теплопроводности............ 20
1-6. Условия однозначности для процессов теплопроводности . •....... 23
Глава вторая. Теплопроводность при стационарном режиме....... 26
2-1. Передача тепла через плоскую стенку (<7„ = 0)............ 27
2-2. Передача тепла через цилиндрическую стенку (q, = 0) . . ....... 36
2-3. Критический диаметр цилиндрической стенки ............. 43
2-4. Передача тепла через шаровую стенку................ 45
2-5. Пути интенсификации теплопередачи................. 46
2-6. Теплопроводность в стержне (ребре) постоянного поперечного сечения 48
2-7. Теплопередача через ребристую плоскую стенку............ 53
2-8. Теплопроводность круглого ребра постоянной толщины........ 55
2-9. Теплопроводность прямого ребра переменного сечения......... 57
2-10. Теплопроводность полуограниченной плоской однородной пластины ... 60
2-11. Пористое охлаждение пластины.................... 62
2-12. Теплопроводность при наличии внутренних источников тепла...... 66
Глава третья. Нестационарные процессы теплопроводности....... 74
3-1. Аналитическое описание процесса................... 75
3-2. Охлаждение (нагревание) пластины................. . 76
3-3. Определение количества тепла Q, которое отдается пластиной в процессе охлаждения.......................... 86
3-4. Охлаждение бесконечно длинного цилиндра.............. 87
3-5. Определение количества теплэ Q, которое отдается цилиндром в процессе охлаждения.......................... 91
i 3-6. Охлаждение шара .......................... 92
3-7. Охлаждение (нагревание) тел конечных размеров........... 95
3-8. Зависимость процесса охлаждения (нагревания) от формы и размеров
тела................................. 98
3-9. Регулярный режим охлаждения (нагревания) тел........... 99
3-10. Приближенные методы расчета задач теплопроводности........ 105
3-11. Исследование процессов теплопроводности методом аналогий..... 113
к
ЧАСТЬ ВТОРАЯ КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В ОДНОФАЗНОЙ СРЕДЕ
Глава четвертая. Основные положения конвективного теплообмена . . 121
4-1. Основные понятия и определения ................... 121
4-2. Физические свойства жидкостей.................... 122
4-3. Краткие сведения из гидродинамики.................. 125
4-4. Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена........ 128
Глава пятая. Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена.........................• • • ... 137
5-1. Приведение дифференциальных уравнений конвективного теплообмена и
условий однозначности к безразмерному виду............. 138
5-2. Критерии подобия и критериальные уравнения............. 141
5-3. Условия подобия физических процессов ................ 146
5-4. Следствия из условий подобия..................• - . 149
5-5. Методы анализа размерностей..................... 152
5-6. Моделирование процессов конвективного теплообмена......... 154
Глава шестая. Обработка и обобщение результатов опытов....... 159
6-1. Методы экспериментального определения коэффициентов теплоотдачи. . 159
6-2. Осреднение коэффициентов теплоотдачи................ 160
6-3. Осреднение температуры жидкости по сечению............. 163
6-4. Осреднение температуры жидкости и температурного напора по длине
трубы................................ 164
6-5. Получение эмпирических критериальных уравнений........... 168
Глава седьмая. Теплоотдача при вынужденном продольном смывании
плоской поверхности........................ 170
7-1. Характер течения.вдоль поверхности ................. 170
7-2. Уравнение теплового потока для пограничного слоя.......... 172
7-3. Теплоотдача при ламинарном пограничном слое ............ 173
7-4. Теплоотдача при турбулентном пограничном слое........... 182
Глава восьмая. Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах ................................. 189
8-1. Особенности движения и теплообмена в трубах . . .......... 189
8-2. Аналитический метод расчета теплоотдачи при стабилизированном течении жидкости в трубе...................... . 195
8-3. Теплоотдача при течении жидкости в гладких трубах круглого поперечного сечения............................ 198
8-4. Теплоотдача при течении жидкости в трубах некруглого поперечного сечения и в изогнутых и шероховатых трубах-............. 206
Глава девятая. Теплоотдача при вынужденном поперечном омывании
труб и пучков труб .....'.................. 209
9-1. Теплоотдача при поперечном омывании одиночной круглой трубы .... 209
9-2. Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб.......• . . 213
Глава десятая. Теплоотдача при свободном движении жидкости .... 219 10-1. Теплоотдача при свободном движении жидкости в большом объеме . . . 219 10-2. Теплоотдача при свободном движении жидкости в ограниченном пространстве .............................. 227
Глава одиннадцатая. Отдельные задачи конвективного теплообмена в
однофазной среде......................... 229
11-1. Теплоотдача при течении газа с большими скоростями......... 229
11-2. Теплоотдача жидких металлов.................... 238
11-3. Теплоотдача при наличии в жидкости внутренних источников тепла . . 243
11-4. Теплоотдача при сверхкритическом состоянии вещества . •...... 247
11-5. Теплоотдача разреженных газов................... 249
6
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ ТЕПЛООБМЕН ПРИ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ
Глава двенадцатая. Теплообмен при конденсации чистых паров .... 257
12-1. Основные положения теплообмена при конденсации чистых паров. . . 257
12-2. Теплообмен при пленочной конденсации неподвижного пара...... 265
12-3. Теплообмен при пленочной конденсации движущегося пара внутри труб 276 12-4. Теплообмен при пленочной конденсации движущегося пара на горизонтальных одиночных трубах и пучках труб............... 280
12-5. Теплообмен при капельной конденсации пара............ . . 282
12-6. Отдельные задачи теплообмена при конденсации пара......... 286
Глава тринадцатая. Теплообмен при кипении однокомпонентных жидкостей ................................. 287
13-1. Механизм процесса теплообмена при пузырьковом кипении жидкости • . 287 13-2. Структура потока при кипении жидкости в условиях свободного движения .................................. 297
13-3. Структура двухфазного потока и теплообмен при кипении жидкости
внутри труб............................. 299
13-4. Теплоотдача при пузырьковом режиме кипения жидкости....... 305
13-5. Механизм теплообмена при пленочном режиме кипения жидкости .... 309
13-6. Теплоотдача при ламинарном движении паровой пленки........ 310
13-7. Теплоотдача при турбулентном движении паровой пленки....... 313
13-8. Первый и второй кризисы кипения.................. 314
Глава четырнадцатая. Тепло- и массообмен в двухкомпонентных средах................................. 319
14-1. Основные положения тепло- и массообмена.............. 319
14-2. Дифференциальные уравнения тепло- и массообмена.......... 323
14-3. Тепло- и массоотдача......................... 328
14-4. Тройная аналогия........................... 332
14-5. Тепло- и массоотдача при испарении жидкости в парогазовую среду . . 334
14-6. Тепло- и массоотдача при конденсации пара из парогазовой смеси . . . 339
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ
Глава пятнадцатая. Основные положения и законы теплового излучения ................................. 342
15-1. Описание процесса.......................... 342
15-2. Виды лучистых потоков........................ 344
15-3. Законы теплового излучения .................... 347
Глава шестнадцатая. Теплообмен излучением между твердыми телами,
разделенными прозрачной (диатермичной) средой........ 354
16-1. Методы исследования процессов лучистого теплообмена........ 354
16-2. Теплообмен излучением в системе тел с плоскопараллельными поверхностями ................................. 355
16-3. Коэффициент излучения твердых тел и методы его определения .... 359
16-4. Теплообмен излучением между телом и его оболочкой......... 362
16-5. Теплообмен излучением между двумя телами, произвольно расположенными в пространстве ......................... 365
16-6. Геометрические свойства лучистых потоков.............. 368
16-7. Теплообмен излучением в замкнутой системе абсолютно черных или
серых тел ,............................. 370
16-8. Теплообмен излучением при наличии отражающих поверхностей .... 370
16-9. Методы определения угловых коэффициентов излучения........ 372
Глава семнадцатая. Излучение газов и паров.............. 379
17-1. Особенности излучения газов и паров................. 379
7
17-2. Уравнения переноса лучистой энергии................. 383
17-3. Лучистый теплообмен между газом и его оболочкой.........386
17-4. Сложный теплообмен.........................387
ЧАСТЬПЯТАЯ
ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Глава восемнадцатая. Тепловой расчет теплообменнцх аппаратов .... 389
18-1. Классификация теплообменных аппаратов...............389
18-2. Основные положения и уравнения теплового расчета..........390
18-3. Средняя разность температур и методы ее вычисления........394
18-4. Расчет конечных температур рабочих жидкостей............397
18-5. Методы определения температур поверхности теплообмена.......402
18-6. Тепловой расчет регенеративных теплообменных аппаратов ......404
Глава девятнадцатая. Гидромеханический расчет теплообменных аппаратов ..........................1......407
19-1. Задачи гидромеханического расчета теплообменных аппаратов.....407
19-2. Гидравлическое сопротивление элементов теплообменного аппарата . . 408
19-3. Расчет мощности, необходимой для перемещения жидкости......412
Литература..................................414
Предметный указатель.............................422
Цена: 500руб.
