В.Р. Кулінченко, C.Й. Ткаченко

Теплопередача з елементами масообміну (теорія і практика процесу)

ЗМІСТ

Передмова

Частина перша. ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ

Розділ 1. Теорія теплопровідності. Загальні дані

1.1.Температурне поле, градієнт температури і закон Фур’є

1.2. Теплопровідність речовин

1.3. Диференціальне рівняння теплопровідності

1.4. Умови однозначності

Розділ 2. Стаціонарна теплопровідність

2.1. Загальне диференціальне рівняння одномірного температурного поля для необмеженої плоскої стінки, необмеженого циліндра і кулі

2.2. Температурне поле в тілі з постійно діючим внутрішнім джерелом теплоти, питома потужність якого – довільна функція температури

2.3. Температурне поле в тілі з теплопровідністю, яка залежить від температури, і з постійно діючим внутрішнім джерелом теплоти, питома потужність якого – довільна функція координати

2.4. Температурне поле в тілі з постійно діючим внутрішнім джерелом теплоти, питома потужність якого – функція температури виду q_V = w₀(1 + bt)

2.5. Температурне поле в складовій системі з постійними внутрішніми джерелами теплоти

2.6. Ребристі поверхні

2.7. Двомірне температурне поле

Розділ 3. Нестаціонарні процеси теплопровідності

3.1. Основні методи розв’язку рівняння нестаціонарного режиму теплопровідності

3.2. Нестаціонарні процеси теплопровідності в необмеженій пластині

3.3. Кількість теплоти, що сприймається пластиною під час нагрівання

3.4. Вплив чисел Біо і Фур’є на температурне поле в пластині

3.5. Теплопровідність у тілах, утворених перерізом пластин

3.6. Температурне поле пластини з внутрішніми джерелами теплоти

3.7. Нестаціонарне температурне поле безмежно довгого циліндра

3.8. Нестаціонарне температурне поле кулі

3.9. Регулярний режим процесів теплопровідності

3.10. Хвильові теплові процеси

3.11. Числові методи розв’язку задач теплопровідності

3.12. Дослідження теплопровідності методом аналогії

Частина друга. КОНВЕКТИВНИЙ ТЕПЛООБМІН

Розділ 4. Основні положення конвективного теплообміну

4.1. Основні положення і визначення

4.2. Диференціальні рівняння теорії конвективного теплообміну

4.3. Умови однозначності конвективного теплообміну

Розділ 5. Основи теорії подібності і розмірності

5.1. Значення теорії подібності для теорії теплообміну

5.2. Поняття про подібність фізичних явищ

5.3. Умови подібності фізичних явищ

5.4.Числа і рівняння подібності конвективного теплообміну

5.5. Метод аналізу розмірності

Розділ 6. Конвективний теплообмін при вимушеному русі рідини

6.1. Основи теорії пограничного шару

6.1.1.Особливості руху в’язкої рідини при великих числах Re. Пограничний шар

6.1.2. Диференціальні рівняння динамічного, теплового і дифузійного пограничних шарів

6.1.3. Система рівнянь плоского стисливого пограничного шару з урахуванням дифузійних і хімічних реакцій

6.1.4. Потрійна аналогія

6.1.5. Інтегральні співвідношення імпульсів, енергії і дифузії

6.2. Вимушена конвекція при ламінарному режимі течії

6.2.1. Теплообмін і масообмін при обтіканні пластини потоком нестисливої рідини

6.2.2. Автомодельні рішення рівнянь динамічного, теплового і дифузійного пограничного шару

6.2.3. Теплообмін на криволінійній поверхні

6.2.4. Теплообмін при надзвукових швидкостях руху газу

6.2.5. Точне рішення рівняння енергії пограничного шару стисливого газу при др/дх = 0 і лінійній залежності в’язкості від температури

6.2.6. Наближений метод розв’язку за допомогою інтегрального співвідношення енергії

6.2.7. Тертя і теплообмін на проникливій поверхні

6.2.8. Теплообмін за наявності хімічних реакцій

6.3. Вимушена конвекція при турбулентному русі рідини

6.3.1. Виникнення турбулентної течії

6.3.2. Рівняння турбулентного пограничного шару

6.3.3. Турбулентна дотична напруга, тепловий і дифузійний потоки

6.3.4. Напівемпіричні теорії турбулентного переносу

6.3.5. Розподіл швидкостей, температур і концентрацій в плоскому пограничному шар

6.3.6. Закони тертя, теплообміну і масообміну

6.3.7. Вплив стисливості і неізотермічності на закони тертя, теплообміну і масообміну в турбулентному пограничному шарі

6.3.8. Граничні відносні закони тертя, теплообміну і масообміну в турбулентному пограничному шарі

6.4. Методи розрахунку теплообміну в турбулентному пограничному шарі

6.4.1. Розв’язок рівняння енергії турбулентного пограничного шару на непроникливій поверхні

6.4.2. Розв’язок рівняння енергії турбулентного пограничного шару на проникливій поверхні

6.5. Теплообмін при вимушеній течії рідини в трубах

6.5.1. Теплообмін при вимушеному ламінарному русі рідини в трубах

6.5.2. Теплообмін при турбулентній течії рідини в трубах

6.6. Теплообмін при поперечному обтіканні труб

6.7. Методи теплового захисту тіл від дії високоентальпійного газу

6.7.1. Конвективний теплообмін при наявності газових завіс

6.7.2. Пористе охолодження

6.8. Теплообмін при течії розріджених газів

Розділ 7. Теплообмін при природній конвекції

7.1. Теплообмін при природній конвекції у великому об’ємі

7.1.1. Вертикальна пластина

7.1.2. Горизонтальний циліндр

7.2. Теплообмін при вільному русі в обмеженому об’ємі

7.2.1. Довгі горизонтальні шари

7.2.2. Вертикальні шари

Частина третя. ТЕПЛООБМІН ПРИ ЗМІНІ АГРЕГАТНОГО СТАНУ. КОНДЕНСАЦІЯ

Розділ 8. Поверхневі явища і фазова рівновага

8.1. Капілярні ефекти першого і другого роду

8.2. Фазова рівновага

8.3. Швидкість росту тонкої плівки конденсату

Розділ 9. Крайові задачі тепломасообміну при конденсації

9.1. Диференціальні рівняння

9.2. Умови взаємодії фаз

9.3. Безрозмірні змінні величини

Розділ 10. Теплообмін при плівковій конденсації нерухомої чистої пари

10.1. Ламінарна течія плівки

10.1.1. Вертикальна плоска поверхня

10.1.2. Вертикальна труба

10.1.3. Змінна температура поверхні стінки

10.1.4. Горизонтальна труба

10.1.5. Вплив змінності фізичних властивостей конденсату

10.1.6. Вплив конвективного теплопереносу і інерційних сил

10.1.7. Вплив хвильового руху плівки

10.1.8. Порівняння аналітичних і дослідних даних

10.2. Турбулентна течія конденсату

10.3. Вплив перегріву і вологості пари

10.4. Конденсація з натіканням конденсату

10.5. Конденсація на ребристих поверхнях

10.6. Конденсація з відсмоктуванням конденсату

10.7. Відвід конденсату

Розділ 11. Теплообмін при плівковій конденсації рухомої пари

11.1. Міжфазне тертя

11.2. Конденсація на плоскій пластині

11.3. Зрив конденсату

11.4. Конденсація в трубі

11.5. Конденсація на трубі

11.6. Конденсація на пучці труб

Розділ 12. Теплообмін при конденсації пари з паро-газової суміші

12.1. Одномірні задачі дифузії

12.2. Конденсація на вертикальній стінці

12.3. Аналогія процесів теплообміну і масообміну

12.4. Тепломасообмін при конденсації в елементах теплообмінних пристроїв

Розділ 13. Теплообмін при крапельній конденсації пари

13.1. Ліофобізація

13.2. Механізм процесу

13.3. Статистичні характеристики

13.3.1. Рівняння теплообміну

13.3.2. Рівняння рівноваги

13.3.3. Рівняння народження крапель

13.4. Швидкість росту краплі

13.5. Розподіл крапель за розмірами

13.6. Теплообмін при конденсації нерухомої чистої пари

13.7. Теплообмін при конденсації рухомої пари

13.8. Конденсація пари з паро-газової суміші

Розділ 14. Теплообмін при конденсації пари на струмені рідини

14.1. Тепловий баланс струменя

14.2. Ламінарний струмінь

14.3. Турбулентний струмінь

Розділ 15. Теплообмін при конденсації пари на диспергованому струмені рідини

15.1. Швидкість прогрівання краплі

15.2. Статистичні характеристики

15.3. Теплообмін при конденсації на диспергованій рідині

Розділ 16. Теплообмін при конденсації суміші парів

16.1. Особливості процесу

16.2. Плівкова модель

16.3. Неплівкове утворення конденсату

Частина четверта. ТЕПЛООБМІН ПРИ ЗМІНІ АГРЕГАТНОГО СТАНУ. КИПІННЯ

Розділ 17. Рівновага системи рідина–пара і виникнення в ній парової фази

17.1. Умови рівноваги

17.2. Стійкість фаз

17.3. Утворення парової фази в об’ємі рідини

17.4. Виникнення зародків на твердій поверхні

17.5. Особливості поведінки паро-газових зародків

17.6. Початок кипіння на поверхні нагріву

Розділ 18. Ріст парових бульбашок

18.1. Динаміка бульбашок, які ростуть в об’ємі рідини

18.2. Швидкість росту бульбашок на твердій поверхні

Розділ 19. Внутрішні характеристики бульбашкового кипіння

19.1. Відривний розмір парової бульбашки

19.2. Частота пароутворення

19.3. Дослідження роботи одиничного центру генерації пари

19.4. Осереднені внутрішні характеристики чистих рідин і розчинів

19.5. Співставлення дослідних даних різних авторів

19.5.1. Вплив тиску на процес кипіння

19.5.2. Вплив густини теплового потоку

Розділ 20. Інтенсивність теплообміну при кипінні в умовах вільного руху

20.1. Загальні дані

20.2. Криві кипіння

20.3. Коливання температури поверхні теплообміну і киплячої рідини біля центра пароутворення

20.4. Вплив властивостей поверхні нагріву на теплообмін при кипінні

20.5. Інтенсивність теплообміну при кипінні у великому об’ємі. Розрахункові рівняння

Розділ 21. Окремі випадки кипіння

21.1. Неізотермічні поверхні нагріву

21.2. Тепловіддача в пучках гладких і ребристих труб

21.3. Кипіння у тонких плівках рідини

21.4. Кипіння у різних гравітаційних полях

21.5. Кипіння при низьких приведених тисках

21.6. Суміші і розчини

Розділ 22. Криза тепловіддачі при кипінні в умовах вільного руху

22.1. Рівняння подібності для визначення критичних теплових навантажень

22.2. Узагальнення даних для критичного теплового потоку

22.3. Криза тепловіддачі при раптовому підвищенні теплового навантаження

Розділ 23. Плівкове кипіння

23.1. Механізм процесу і інтенсивність теплообміну

23.2. Вплив сил гравітації на q_кр1

23.3. Друга критична густина теплового потоку

Розділ 24. Теплообмін при кипінні в трубах і каналах

24.1. Загальні дані і параметри процесу

24.2. Гідродинамічний режим і інтенсивність теплообміну при кипінні у трубах

24.3. Розрахунок оптимального гідродинамічного режиму

24.4. Теплообмін при кипінні в трубах і каналах

Розділ 25. Теплообмін при кипінні рідини, не догрітої до температури насичення

25.1. Особливості процесу пароутворення і формування пристінного двофазного шару при поверхневому кипінні

25.2. Інтенсивність теплообміну при поверхневому кипінні в умовах вимушеного руху рідини

Розділ 26. Погіршені режими тепловіддачі у двофазному потоці

26.1. Виникнення погіршеного режиму тепловіддачі

26.2. Температурний режим парогенеруючих труб при погіршених режимах

Розділ 27. Критичні теплові потоки при об’ємному і поверхневому кипінні рідини в трубах

27.1. Особливості переходу до плівкового кипіння в трубах. Вплив масової швидкості і паровмісту на q_кр1

27.2. Вплив діаметра, довжини і стану поверхні труби на q_кр1 при об’ємному і поверхневому кипінні

27.3. Розрахункові залежності по критичним тепловим потокам при кипінні в трубах

27.4.Криза кипіння в кільцевих каналах і при повздовжньому омиванні пучка труб

27.5.Критичні теплові потоки і коефіцієнти тепловіддачі при кипінні розчинів, які не утворюють азеотропні суміші

27.6. Теплообмін при кипінні розчинів, які утворюють азеотропні суміші

Частина п’ята. ТЕПЛОВЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ

Розділ 28. Променевий теплообмін

28.1. Основні поняття і визначення

28.2. Закони теплового випромінювання

28.2.1. Закон Планка

28.2.2. Закон зміщення Віна

28.2.3. Закон Стефана – Больцмана

28.2.4. Закон Ламберта (закон косинуса)

28.2.5. Закон Кірхгофа

28.3. Радіаційний теплообмін між тілами, розділеними діатермічним (прозорим) середовищем

28.3.1. Теплообмін між двома паралельними пластинами

28.3.2. Радіальний теплообмін між тілом і оболонкою

28.3.3. Захисні екрани

28.3.4. Радіаційний теплообмін між довільними поверхнями нагріву

28.4. Радіаційний теплообмін у поглинальних і випромінюючих середовищах

28.4.1. Особливості випромінювання у напівпрозорих середовищах

28.4.2. Об’ємне випромінювання і поглинання

28.4.3. Перенесення енергії випромінювання у напівпрозорому середовищі

28.4.4. Ступінь чорноти і поглинальна спроможність газового об’єму

28.4.5. Радіаційний теплообмін між газом і оболонкою

28.4.6. Особливості теплообміну в камерах згорання

28.5. Складний теплообмін

ДОДАТКИ

Д.1. Різні способи задавання граничних умов

Д.2. Формули температурного поля і густини теплового потоку для необмеженої плоскої стінки при q_V = const (рис.2.1)

Д.3. Формули температурного поля лінійного теплового потоку для необмеженого полого циліндра при q_V = const (рис.2.2)

Д.4. Формули температурного поля і поля теплового потоку для полої кулі при q_V = const (рис.2.3)

Д.5. Коефіцієнти теплопровідності матеріалів покривного шару

Д.6. Значення поправок при врахуванні покривного шару

Д.7. Гранична товщина ізоляційних конструкцій паропроводів

Д.8. Коефіцієнти теплопровідності теплоізоляційних матеріалів

Д.9. Коефіцієнти теплопровідності сталі

Д.10. Коефіцієнти теплопровідності металів і сплавів

Д.11. Коефіцієнти теплопровідності сплавів

Д.12. Фізичні властивості сухого повітря (В = 760 мм рт. ст. = 101 кПа)

Д.13. Температура кипіння води у залежності від тиску

Д.14. Фізичні властивості води на лінії насичення

Д.15. Фізичні властивості водяної пари на лінії насичення

Д.16.Фізичні властивості води при тиску р = 24 МПа

Д.17. Фізичні властивості води при тиску р = 30 МПа

Д.18. Підвищення температури кипіння для чистих і нечистих цукрових розчинів у порівнянні з температурою кипіння води

Д.19. Густина водних розчинів цукру при температурі 0…60 °С

Д.20. Питома теплоємність водних розчинів цукру при 20 °С

Д.21.Теплопровідність водних розчинів цукру

Д.22.Динамічна в’язкість цукрових розчинів у залежності від концентрації і температури

Д.23. Динамічна в’язкість цукрових розчинів у залежності від чистоти (?_нас = 1,00)

Д.24.Вплив температури и концентрації на коефіцієнт об’ємного розширення водних розчинів цукру

Д.25. Фізичні властивості диоксиду вуглецю при тиску р = 10 МПа

Д.26. Фізичні властивості димових газів (В = 0,101 МПа і вмісті газів: СО₂=13%, Н₂О=11%, N₂=76%)

Д.27. Фізичні властивості трансформаторного масла в залежності від температури

Д.28. Фізичні властивості масла МС-20 в залежності від температури

Д.29. Фізичні властивості масла МК в залежності від температури

Д.30. Фізичні властивості дизельного масла в залежності від температури

Д.31. Фізичні властивості турбінного масла УТ в залежності від температури

Д.32. Фізичні властивості ртуті і деяких розплавлених металів

Д.33. Області застосування сталей

Д.34. Коефіцієнти теплопровідності і лінійного розширення деяких сталей і чавунів

Д.35. Область застосування кольорових металів і сплавів

Д.36. Коефіцієнти теплопровідності сплавів кольорових металів

Д.37. Залежність густини r, кг/м³ полікарбонату різної молекулярної маси від температури

Д.38. Залежність теплоємності с_р,кДж/(кг·К) полікарбонату різної молекулярної маси від температури

Д.39. Залежність теплопровідності l,Вт/(м·К) полікарбонату різної молекулярної маси від температури

Д.40. Залежність температуропровідності а·10⁷, м²/с полікарбонату різної молекулярної маси від температури

Д.41. Залежність густини r, кг/м³ полісульфону різної молекулярної маси від температури

Д.42. Залежність теплоємності с_р, кДж/(кг·К) полісульфону різної молекулярної маси від температури

Д.43. Залежність теплопровідності l,Вт/(м·К) полісульфону різної молекулярної маси від температури

Д.44. Залежність температуропровідності а·10⁹, м²/с полісульфону різної молекулярної маси від температури

Д.45. Фізичні властивості полімерних зв’язуючих склопласти

Д.46. Сортамент труб сталевих водогазопровідних (розміри в мм) ГОСТ 3262-75

Д.47. Сортамент труб сталевих безшовних гаряче деформованих (приведений неповністю) ГОСТ 8732-78

Д.48. Сортамент труб сталевих безшовних холоднодеформованих

Д.49. Сортамент труб сталевих електрозварних прямо шовних

Д.50. Сортамент труб сталевих електрозварних зі спіральним швом загального призначення

Д.51. Ступінь чорноти повного випромінювання різних матеріалів

Д.52. Термінологічний довідник

Д.53. Довідник літературних першоджерел, які знайшли відображення у книзі (розрахований для спеціалістів галузі, студентів, магістрів, аспірантів і докторантів)

Рекомендована література для курсу