ТЕПЛОМАССООБМЕН
Методические указания для студентов
специальности 270109
«Теплогазоснабжение и вентиляция»
по курсовой работе
«Стационарные и нестационарные процессы
теплопроводности в твердых телах»
Составители: А. Н. Козлобродов
Ю.Н. Кобякова
Т о м с к 2009
Тепломассообмен: методические указания / Сост. А.Н. Козлобродов, Ю.Н. Кобякова. – Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2009. – 39 с.
Рецензент к.т.н., доцент А.Н. Хуторной
Редактор Е.Ю. Глотова
Методические указания и контрольные задания к курсовой работе по I части учебного курса «Тепломассообмен» (передача тепла теплопроводностью) предназначены для организации самостоятельной работы студентов всех форм обучения по специальности 270109.
Печатаются по решению методического семинара кафедры теплогазоснабжения и методического совета методического заочного факультета. Протокол № 6 от 29.12.2008 г.
Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе В. В. Дзюбо
с 12.01.2009
до 12.01.2014
Подписано в печать. Формат 60х90/16.
Бумага офсет. Гарнитура Таймс.
Уч.-изд. л 2. Тираж 300 экз. Заказ №
Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.
Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.
634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.
ОГЛАВЛЕНИЕ
| СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ …………….. | |
| ВВЕДЕНИЕ………………………………………………. | |
| ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ…………………………………………………. | |
| МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ……………………… | |
| ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ………. | |
| КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ………………………………… | |
| ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ………………………... | |
| ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………….. | |
| Приложение 1…………………………………………... | |
| Приложение 2 …………………………………………….. | |
| Приложение 3 ……………………………………… | |
| Приложение 4 ……………………………………… | |
| Приложение 5 ……………………………………… | |
| СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………… | |
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
R, r – радиус, м,
D, d – диаметр, м,
L, l – длина, м,
δ – толщина, м,
H, h – высота, м,
u – периметр, м,
f – площадь поперечного сечения, м2,
t – время, с,
t – температура, оС,
Q – тепловой поток, Вт,
q – плотность теплового потока, Вт/м2 ,
ql – линейная плотность теплового потока, Вт/м ,
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м оС),
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ∙оС),
k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 ∙оС),
– коэффициент температуропроводности, м2/c,
n o –единичный вектор нормали,
ρ – плотность, кг/м3 ,
с – теплоемкость, Дж/(кг оС).
ВВЕДЕНИЕ
Курс «Тепломассообмена» (ТМО), который изучают студенты очной и заочной форм обучения инженерно-экологического факультета (ИЭФ) ТГАСУ, включается в учебные планы в качестве базовой дисциплины для инженеров по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция».
Он состоит из двух частей и включает изучение способов и механизмов передачи тепла. В процессе изучения этой дисциплины у будущих специалистов формируются теоретические знания по основам теории теплопередачи, теплообмена и массообмена, а также приобретаются навыки практического решения задач, связанных с этими процессами.
Одним из основных разделов данного курса является «Теплопроводность». При изучении теории теплопроводности формируются знания о стационарных и нестационарных процессах передачи теплоты в плоских, цилиндрических и оребренных стенках, о способах определения температурных полей в многослойных системах.
Решение каждой задачи курсовой работы начинается с подробного изложения ее физической постановки с использованием входных данных, соответствующих номеру варианта. Необходимо оставлять поля для заметок преподавателя. Обязательно также ответить на вопросы, предложенные для проверки усвоения материала. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются.
При выполнении задач необходимо соблюдать следующие условия: решение задач сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указывать, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они берутся (из условия задачи, из справочника или были определены выше и т. д.); вычисле-
ния проводить в системе СИ, показывать ход решения. При решении задач рекомендуется пользоваться многофункциональным калькулятором.
Всегда, если это возможно, нужно осуществлять контроль своих действий и оценивать достоверность полученных результатов.
Выполнение курсовой работы позволяет студентам получить навыки практических расчетов тепловых режимов в твердых телах, закрепить теоретические знания по разделу «Теплопроводность».
ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа «Стационарные и нестационарные процессы теплопроводности в твердых телах» по дисциплине «Тепломассообмен» выполняется в соответствии с вариантом, который определяется по двум последним цифрам зачетной книжки, на бумаге формата А4 210x297 мм. Размеры полей: верхнее – 20 мм; нижнее – 33 мм; левое – 22 мм; правое – 18 мм.
В пояснительной записке необходимо представить последовательное изложение расчетного материала со всеми соответствующими схемами и ссылками на используемую литературу. Пояснительная записка включает в себя:
а) титульный лист;
б) содержание;
в) введение;
г) исходные данные (условие задачи, рисунки);
д) подробный расчет каждой задачи;
ж) заключение;
е) литературу.
Разделы в записке должны иметь порядковые номера, обозначенные арабскими цифрами. Переносы слов в заголовке не допускаются и в конце заголовков точки не ставятся.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Приступая к изучению теории теплообмена, необходимо усвоить механизм и физическую сущность каждого из способов передачи теплоты: теплопроводность (диффузия тепла), конвективный теплоперенос и излучение (радиационный теплоперенос). Обратите внимание на то, что все они одновременно участвуют в процессе теплопереноса, однако при различных условиях роль и значимость каждого из них может существенно изменяться. Так, в неподвижных сплошных телах основным механизмом передачи теплоты является теплопроводность. При движении среды возрастает вклад конвекции, а в условиях разреженных газов и высоких температур приоритет переходит к радиационному механизму переноса теплоты.
При рассмотрении первого способа теплопереноса – теплопроводности обратите внимание на понятие температурного поля как совокупности значений температуры для каждой точки исследуемого пространства в соответствующий момент времени. Нужно также уяснить понятия градиента температуры, теплового потока и его плотности.
Изучая основной закон теплопроводности (закон Фурье), обратите внимание на то, что в его записи q = –l grad t минус отражает факт противонаправленности векторов плотности теплового потока и градиента температуры. Здесь необходимо получить представления о численных значениях коэффициента теплопроводности l для различных материалов как характеристике их способности проводить теплоту.
Нужно понять физический смысл дифференциального уравнения теплопроводности как варианта выражения первого закона термодинамики, из решения которого при соответствующих начальных и граничных условиях может быть получено температурное поле рассматриваемого объекта.
Уясните различие между разными граничными условиями: I рода – задание значения температур на поверхности тела; II рода – задание на границе плотности теплового потока (температурного градиента); III рода – установление линейной зависимости теплового потока от температурного напора на границе в виде закона Ньютона–Рихмана 
и IV рода – равенство температур и тепловых потоков на границе контакта двух идеально соприкасающихся поверхностей. Здесь нужно понять, что коэффициент теплоотдачи a моделирует влияние на границу тела окружающей среды и зависит от ее физических свойств и условий движения.
Разберитесь с методикой решения дифференциального уравнения теплопроводности для отыскания стационарных температурных полей в простейших ситуациях плоского и цилиндрического слоев.
Обратите внимание на особенность теплоизоляции цилиндрических тел. Здесь в отличие от плоских поверхностей существует ограничение на выбор материала теплозащитного покрытия, вызванное существованием критического диаметра, при котором тепловые потери достигают максимума.
