2014-02-24
859РАЗДЕЛ 1. Основные понятия теплообмена
Тепломассообмен
Тепломассообмен (ТМО) – наука о самопроизвольных необратимых процессах распространения теплоты и массы в пространстве в переменном поле температур и переменном поле концентраций.
Согласно второму закону термодинамики самопроизвольный процесс передачи теплоты и массы направлен в сторону уменьшения температуры и концентрации данного компонента смеси.
В отличие от термодинамики ТМО рассматривает развитие процессов в пространстве и времени. В результате расчета процессов тепломассообмена находят распределения температур, концентраций компонентов смеси, а также потоков теплоты и массы как функции координат и времени.
В нашем кратком курсе будем рассматривать только процессы теплообмена в данном теле или системе тел, поэтому наша задача научиться рассчитывать температурные поля и тепловые потоки и их развитие в пространстве и времени.
Температурное поле есть совокупность значений температуры во всех точках данной расчетной области и во времени.
|
|
|
Температурное поле измеряют в градусах Цельсия и Кельвинах и обозначают также как и в ТТД:
,где хi - координаты точки в пространстве, в которой находят температуру, в метрах [м]; τ – время процесса теплообмена в секундах, [с]. Т. о. температурное поле характеризуется количеством координат и своим поведением во времени.
В тепловых расчетах используют следующие системы координат:
хi = х1, х2, х3 – произвольная ортогональная система координат;
хi = x, y, z – декартовая система координат;
хi = r, φ, z – цилиндрическая система координат;
хi = r, φ, ψ – сферическая система координат.
В зависимости от числа координат различают трехмерное, двумерное, одномерное и нульмерное (однородное) температурные поля.
Температурное поле, которое изменяется во времени, называют нестационарным температурным полем. И наоборот, температурное поле, которое не изменяется во времени, называют стационарным температурным полем.
Примеры записи температурных полей:
T(x,y,z,τ) – трехмерное нестационарное температурное поле;
T(τ) – нульмерное нестационарное температурное поле;
T(x) – стационарное одномерное температурное поле;
T = const – нульмерное стационарное температурное поле – частный случай температурного поля, характеризующего термодинамическое равновесие системы.
Изотермическая поверхность – поверхность равных температур.
Свойства изотермических поверхностей:
а) изотермические поверхности не пересекаются;
б) в нестационарных процессах изотермические поверхности перемещаются в пространстве.
|
|
|
В нашем курсе мы будем рассматривать тела, так называемой, простой или классической формы. Таких тел три:
— бесконечная или неограниченная пластина – пластина, у которой толщина много меньше (в несколько раз) длины и ширины;
— бесконечный цилиндр – цилиндр, у которого диаметр меньше (в несколько раз) длины цилиндра;
— шар или сфера.
Примеры изотермических поверхностей в телах простой формы:
|
параллельные образующим плоскостям данную пластину (см. рис.1);
б) изотермические поверхности в бесконечном цилиндре при одинаковых по всей его поверхности условиях теплообмена – соосные (коаксиальные) цилиндрические поверхности или, другими словами, вложенные друг в друга цилиндры меньшего диаметра (см. рис.2);
Рис. 1.1. Изотермические поверхности
в бесконечной пластине
Рис. 1.2. Изотермические поверхности в бесконечном цилиндре
в) в шаре при равномерном нагреве или охлаждении изотермические поверхности – вложенные друг в друга сферы.
