Учебный курс "Тепломассообмен"

Курс читает: д.т.н., профессор Ягов Виктор Владимирович

Программа курса

Осенний семестр

• Содержание и классификация задач конвективного теплообмена. Связь молекулярного и конвективного переноса тепла в движущейся жидкости. Коэффициент теплоотдачи, число Нуссельта.
• Общая форма уравнений сохранения при эйлеровом методе описания. Уравнение сохранения массы (неразрывности). Уравнение сохранения импульса; тензоры плотности потока импульса, давлений и вязких напряжений; различные формы дифференциального уравнения сохранения импульса. Уравнение сохранения энергии в движущейся среде; плотность потока полной энергии; различные формы дифференциального уравнения энергии. Уравнение сохранения массы компонента в бинарной смеси; влияние диффузионного потока массы компонента на перенос импульса и энергии в бинарной смеси. Аналогия процессов переноса импульса, энергии и массы компонента в смеси.
• Подобие физических явлений. Теоремы теории подобия. Подобие и аналогия. Теория подобия как научная основа экспериментальных исследований. Теория подобия и моделирование. Физический смысл чисел подобия в механике однофазных и двухфазных систем, в процессах конвективного тепло- и массообмена. Теория размерностей.
• Теплообмен при внешнем обтекании тела. Система уравнений теплового пограничного слоя. Анализ теплообмена при ламинарном течении в погранслое методами размерностей. Теплообмен при ламинарном обтекании изотермической пластины; анализ предельных по числу Прандтля случаев.
• Переход к турбулентному режиму течения пограничном слое и в каналах: основные результаты теоретического анализа устойчивости, факторы, влияющие на переход к турбулентному течению. Осредненные уравнения движения и энергии для турбулентного течения; кажущиеся напряжения турбулентного трения, турбулентный тепловой поток. Структура пристенной турбулентной области.
• Аналогия Рейнольдса для теплообмена при турбулентном течении в погранслое. Ее модернизированный вариант (двухслойная схема), расчетные соотношения для теплоотдачи.
• Теплообмен при поперечном обтекании одиночного цилиндра и пучков труб.
• Теплообмен при свободной конвекции: механизм и математическое описание, приближение Буссинеска, максимальная скорость свободной конвекции. Свободноконвективный пограничный слой на вертикальной плоской поверхности, расчет коэффициента теплоотдачи при ламинарном и турбулентном течении. Свободная конвекция у поверхности горизонтального цилиндра и сферы. Свободная конвекция на горизонтальной плоскости, в прослойках и в замкнутых объемах.
• Теплообмен при течении жидкости в каналах: математическое описание, среднемассовая скорость и температура. Стабилизированный теплообмен при граничных условиях 2-го рода, профили скорости, температуры, теплового потока при ламинарном и турбулентном течении; интеграл Лайона. Стабилизированный теплообмен при ламинарном течении. Стабилизированный теплообмен при турбулентном течении: результаты теоретического анализа для неметаллических жидкостей и жидких металлов, расчетные формулы. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в начальном термическом участке круглой трубы. Начальный гидродинамический участок. Начальный участок при турбулентном течении.

Весенний семестр

• Влияние переменности свойств жидкости на теплообмен при течении в трубах капельных жидкостей и газов. Теплообмен в однофазной сверхкритической области. Влияние свободной конвекции на теплообмен при вынужденном течении жидкостей в трубах различной ориентации. Методы интенсификации процессов однофазного конвективного теплообмена.
• Математическое описание и модели двухфазных сред. Универсальные условия совместности на межфазных границах. Специальные условия совместности для процессов тепломассообмена. Неравновесность на межфазных границах; квазиравновесное приближение.
• Пленочная и капельная конденсация. Теплообмен при пленочной конденсации на вертикальной поверхности: решение Нуссельта, анализ основных допущений. Конденсация на поверхности горизонтального цилиндра. Конденсация движущегося пара. Теплообмен при конденсации в трубах при турбулентном течении двухфазной смеси. Качественные закономерности капельной конденсации.
• Кипение жидкостей. Условия зарождения парового зародыша в объеме перегретой жидкости и на твердой поверхности нагрева. Основные закономерности роста и отрыва паровых пузырьков. "Кривая кипения". Теплообмен при пузырьковом кипении в большом объеме (механизм процесса, обоснование расчетного уравнения). Теплообмен при пленочном и переходном кипении. Кризисы кипения в большом объеме.
• Количественные характеристики и режимы течения двухфазных потоков в трубах. Характер изменения среднемассовой температуры жидкости, температуры стенки, расходного массового паросодержания по длине обогреваемого канала. Теплообмен при кипении жидкости в условиях ее вынужденного движения. Кризис теплоотдачи при кипении в трубах.

Программа государственного экзамена по тепломассообмену

Литература

Рекомендуемая литература

1. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен: учебное пособие для вузов. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Издательство МЭИ, 2005
2. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Механика двухфазных систем: учебное пособие для вузов. — М.: Издательство МЭИ, 2000
3. Теория тепломассообмена . Ред. А. И. Леонтьев. 1997
4. Петухов Б.С., Генин Л.Г., Ковалев С.А., Соловьев С.Л. Теплообмен в ядерных энергетических установках: учебное пособие. — 3-е изд., перераб и доп. — М.: Издательство МЭИ, 2003

Дополнительная литература

1. Себиси Т., Брэдшоу П. Конвективный теплообмен. М.: Мир, 1987
2. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. 1974
3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика, 1986
4. Ван-Дайк М. Альбом течений жидкости и газа

Избранные статьи

1. Лабунцов Д.А. Физические основы энергетики. Избранные труды по гидродинамике, теплообмену, термодинамике — М.: Издательство МЭИ, 2000

Билеты к контрольным опросам

Осенний семестр

• Контрольный опрос №1
• Контрольный опрос №2
• Контрольный опрос №3
• Вопросы для повторения (программа экзамена)

Весенний семестр

• Контрольный опрос №1 (новый - весна 2011)
• Контрольный опрос №2 (новый - весна 2011)
• Контрольный опрос №3

Задачи для самостоятельного решения

Осенний семестр

• Теплообмен при вынужденном обтекании плоской пластины
• Расчет среднемассовой температуры и теплоотдачи при течении жидкости в трубах
• Составление математического описания процессов тепло- и массообмена
• Применение теории подобия к решению задач гидродинамики и теплообмена
• Теплообмен при течении в трубах
• Теплообмен при поперечном обтекании труб
• Теплообмен при поперечном обтекании трубных пучков
• Теплообмен при свободной конвекции

Весенний семестр

• Теплообмен и гидравлическое сопротивление при течении в трубах жидкости и газа с переменными физическими свойствами
• Теплообмен и сопротивление трения при течении в шероховатых трубах
• Тепловой расчет теплообменных аппаратов
• Теплообмен при конденсации пара
• Теплообмен при кипении

Типовые расчетные задания

Осенний семестр
Математическое описание задач гидродинамики и теплообмена

Весенний семестр
Расчет температурного поля и коэффициента теплоотдачи при ламинарном течении в канале

Дополнительные материалы

• Значение эквивалентной песочной шероховатости для некоторых типов шероховатости
  
• Собственные функции, собственные значения и постоянные в задаче о теплообмене в круглой трубе при T_c = const
  

Следующая страница: Примерная программа-минимум кандидатского экзамена по специальности Теплофизика