Теплопроводность. Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский
политехнический университет»

А.Г. ЩЕРБИНИН, В.В. ЧЕРНЯЕВ

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Утверждено …

Издательство

Пермского национального исследовательского политехнического университета

УДК 621.315

Рецензенты

Щербинин, А.Г., Черняев, В.В.

Теплопередача: учеб. пособие / А.Г. Щербинин, В.В. Черняев. Пермь: Изд-во Перм. национ. исследов. политехн. ун-та. 2012. 126

Рассмотрена стационарная и нестационарная теплопроводность, изложены вопросы конвективного теплообмена подвижных сред, лучистого теплообмена.

Предназначено для студентов направления: 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» специальности: 140611 «Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника».

Ó Пермский национальный
исследовательский политехнический
университет , 2012

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ. 3

Введение. 5

1. Теплопроводность. 5

1.1. Основные положения теплообмена. 5

1.1.1. Температурное поле. 5

1.1.2. Температурный градиент. 6

1.1.3. Тепловой поток. 7

1.1.4. Закон Фурье. 7

1.1.5. Коэффициент теплопроводности. 8

1.2. Дифференциальное уравнение теплопроводности. 9

1.3. Условия однозначности для процессов теплопроводности. 11

1.4. Теплопроводность при стационарном режиме. 14

1.4.1. Передача теплоты через плоскую стенку ( ) 14

1.4.2. Передача теплоты через плоскую стенку ( , ) Ошибка! Закладка не определена.

1.4.3. Передача теплоты через многослойную стенку, состоящую из n однородных слоев 16

1.4.4. Теплопроводность через плоскую стенку. Граничное условие третьего рода 17

1.4.5. Передача теплоты через цилиндрическую стенку ( ) Ошибка! Закладка не определена.

1.4.6. Теплопроводность многослойного цилиндра. Ошибка! Закладка не определена.

1.4.7. Теплопроводность через цилиндрическую стенку. Граничные условия третьего рода. Ошибка! Закладка не определена.

1.4.8. Критический диаметр тепловой изоляции. Ошибка! Закладка не определена.

1.4.9. Теплопроводность и теплоотдача неограниченного массива с одной трубой Ошибка! Закладка не определена.

1.4.10 Теплопроводность и теплопередача ряда труб в массиве. Ошибка! Закладка не определена.

1.4.11 Теплопроводность тел с внутренним источником тепла. Ошибка! Закладка не определена.

1.5. Нестационарные процессы теплопроводности. 20

1.5.1. Аналитическое описание процесса. 20

1.5.2. Охлаждение (нагревание) бесконечного цилиндра. Ошибка! Закладка не определена.

1.6 Приближенные методы решения задач теплопроводности. Ошибка! Закладка не определена.

2. Конвективный теплообмен в однородной среде. 28

2.1 Основные положения и определения. 28

2.2 Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена. 29

2.2.1 Уравнение энергии. 29

2.2.2 Уравнение движения. 30

2.2.3 Уравнение сплошности. 30

2.2.4 Условия однозначности. 31

2.3 Гидростатический и тепловой пограничные слои. Ошибка! Закладка не определена.

2.4 Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена. 31

2.4.1 Привидение математической формулировки краевой задачи к записи в безразмерных переменных. Ошибка! Закладка не определена.

2.4.2 Числа подобия и уравнения подобия. 31

2.4.3 Моделирование процессов конвективного теплообмена. Ошибка! Закладка не определена.

2.4.4 Условие подобия физических процессов. Ошибка! Закладка не определена.

2.4.5 Получение эмпирических формул. 33

3. Тепловое излучение. 34

3.1. Виды лучистых потоков. 35

3.2. Закон Планка. 38

3.3. Закон Стефана-Больцмана. 39

3.4. Закон Кирхгофа. 40

Введение

Различают три элементарных способа переноса теплоты: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.

Теплопроводностью называется процесс переноса тепла в твердых, жидких и газообразных телах при условии, что вещество во всем объеме рассматриваемого тела остается неподвижным. Внутренний механизм явления теплопроводности объясняется на основе молекулярно-кинематического представления.

Конвекция возможна только в текучей среде. Перенос теплоты при этом происходит за счет перемещения вещества в пространстве.

Тепловым излучением называется явление переноса теплоты в виде электромагнитных волн с двойным взаимным превращением тепловой энергии в лучистую и обратно.

Теплопроводность