Раздел 3. Теплообмен излучением.




Список вопросов к экзамену по курсу «Тепломассообмен»

Раздел 1. Теплопроводность.

1. Основные положения теории теплопроводности. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности газов. Возрастание энтропии при передаче тепла теплопроводностью.

2. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Приближения и вывод. Условия однозначности и безразмерные критерии.

3. Теплопроводность в плоской пластине. Граничные условия 1-го и 3-го рода. Термические сопротивления.

4. Теплопроводность плоской стенки с внутренними источниками тепла. Граничные условия 1-го и 3-го рода.

5. Стационарная теплопроводность в многослойной плоской стенке. Граничные условия 1-го и 3-го рода. Термические сопротивления.

6. Теплопроводность плоской стенки с учетом температурной зависимости коэффициента теплопроводности. Переменная Кирхгофа. Распределение температуры.

7. Теплопроводность цилиндрической стенки. Граничные условия 1-го и 3-го рода. Термические сопротивления.

8. Теплопроводность многослойной цилиндрической стенки. Граничные условия 3-го рода. Термические сопротивления. Критический радиус теплоизоляции.

9. Интенсификация теплопередачи за счет оребрения. Распределение температуры в ребре. Расчет теплопередачи через оребренную стенку.

10. Стационарная теплопроводность цилиндра и шара с внутренними источниками тепла при граничных условиях 1-го и 3-го рода.

11. Охлаждение пластины, граничные условия 3-го рода. Решение уравнения теплопроводности и его асимптотики при различных числах Био.

12. Нестационарный процесс нагревания плоской пластины внутренними источниками тепла. Постановка задачи и метод решения.

13. Охлаждение бесконечного цилиндра, граничные условия 3-го рода. Решение уравнения теплопроводности и его асимптотики при различных числах Био.

14. Регулярный режим охлаждения. Теоремы Кондратьева. Определение постоянной времени при различных числах Био. Использование регулярного режима при экспериментальном определении теплофизических свойств.

15. Нагревание полуограниченного массива, граничное условие 1-го рода.

16. Распределение температуры при периодическом нагревании полупространства.

17. Нестационарная теплопроводность в симметричных телах. Теорема о перемножении решений.

 

Раздел 2. Конвективный теплообмен.

18. Основные понятия, система уравнений, определение коэффициента теплоотдачи при внешнем обтекании тел и течении в каналах.

19. Приведение системы уравнений к безразмерному виду. Критерии подобия и их физический смысл.

20. Подобие физических процессов. Значение теории подобия для обработки результатов экспериментов.

21. Связь между гидродинамическим и тепловым ламинарными пограничными слоями.

22. Гидродинамический и тепловой турбулентный пограничный слой. Модель Прандтля. Аналогия Рейнольдса.

23. Гидродинамика и теплообмен при продольном обтекании пластины. Ламинарный пограничный слой.

24. Гидродинамика и теплообмен при продольном обтекании пластины. Турбулентный пограничный слой.

25. Гидродинамика и теплообмен при обтекании тел конечных размеров. Обтекание цилиндра, шара и пучков труб.

26. Конвективный теплообмен при течении в трубах. Ламинарное течение. Граничные условия 1 рода. Распределение температуры на начальном термическом участке.

27. Уравнение теплового баланса для конвективного теплообмена при течении в трубах. Среднелогарифмический температурный напор.

28. Теплообмен при стабилизированном течении в трубах. Ламинарное течение. Граничные условия 2 рода.

29. Конвективный теплообмен при турбулентном движении в трубах. Интеграл Лайона.

30. Свободная конвекция около вертикальной пластины. Ламинарный пограничный слой.

31. Режимы естественной конвекции около ограниченных тел. Естественная конвекция вокруг цилиндра и шара.

32. Теплообмен при свободной конвекции в жидких прослойках.

33. Конвективная неустойчивость горизонтального слоя жидкости.

 

Раздел 3. Теплообмен излучением.

34. Понятие равновесного излучения. Закон Планка. Закон смещения Вина. Закон Стефана-Больцмана.

35. Равновесное излучение. Закон Кирхгофа.

36. Взаимодействие излучения с веществом. Связь между коэффициентами отражения пропускания и поглощения. Закон Ламберта.

37. Теплообмен излучением между двумя параллельными пластинами в диатермической среде.

38. Теплообмен излучением между параллельными пластинами, разделенными экранами.

39. Лучистый теплообмен между телами произвольной формы, разделенными диатермической средой. Угловые коэффициенты.

40. Теплообмен излучением между телом и его оболочкой, разделенными диатермической средой.


Типы задач

Теплопроводность

1. Насколько можно увеличить количество тепла, передаваемое через плоскую стенку заданных размеров, за счет установки ребер на одной из поверхностей? Известны коэффициенты теплоотдачи и температуры жидкости с обеих сторон, а также коэффициент оребрения (отношение площади оребренной стенки к площади стенки без оребрения). Эффективность ребра равна единице. Термическое сопротивление стенки мало.

2. Ребро выполнено из медной пластины, длина и толщина которой заданы. Как изменится снимаемый с ребра тепловой поток, если его длину уменьшить в 4 раза? Коэффициент теплоотдачи и теплопроводность ребра заданы.

3. Плоская стенка стального бака заданной площадью покрыта двухслойной изоляцией. Известны толщина стенки бака и ее теплопроводность, толщины обеих слоев изоляции, температура внутренней стенки бака, температура окружающей среды, внешний коэффициент теплоотдачи. Для первого слоя изоляции теплопроводность является известной линейной функцией температуры, для второго – заданной величиной. Определить поток тепла через стенку и температуры на границах слоев изоляции.

4. По ленте из нихрома заданной толщины течет электрический ток. Известны плотность тока, температура окружающей среды, коэффициент теплоотдачи, удельное сопротивление и теплопроводность. Найти максимальную температуру ленты. Как изменится максимальная температура ленты, если на нее нанести слой изоляции заданной толщины с известным коэффициентом теплопроводности.

5. По пластине заданной толщины пропускают электрический ток, который вызывает выделение тепла с известной плотностью источников тепла. Пластина теплоизолирована с обеих сторон, толщина и теплопроводность изоляции (разные с разных сторон) известны. Рассчитать максимальную температуру пластины и определить координату сечения, в которой температура максимальна. Заданы также толщина пластины и ее теплопроводность, коэффициенты теплоотдачи и температуры окружающей среды (разные с разных сторон).

6. Определить температуру в центре медного шара известного диаметра, погруженного в жидкий азот, через заданное время после начала охлаждения. Заданы начальная температура и коэффициент теплоотдачи.

7. Определить постоянную времени при охлаждении куба. Заданы длина ребра, коэффициент теплоотдачи и свойства материала (плотность, теплопроводность и теплоемкость).

8. Изготавливая серебряную подкову, мастер опустил горячее изделие в чан с водой. Через какое время он сможет достать изделие из воды голой рукой (т.е. температура достигнет некоторого заданного значения)? Принять, что форма подковы близка к половине окружности заданного диаметра, а сечение подковы – квадрат, длина стороны которого задана. Известны также начальная температура подковы, температура воды, коэффициент теплоотдачи, свойства материала (плотность, теплопроводность и теплоемкость).

Конвективный теплообмен

9. Пластина с известными размерами омывается потоком воды, направленным вдоль длинной стороны. Режим течения в пограничном слое ламинарный. Как изменится отводимое от пластины количество тепла, если направить поток вдоль меньшей стороны? Температуры поверхности пластины и набегающего потока заданы.

10. Тонкая лента из константана нагревается электрическим током и омывается продольным потоком воды. Определить силу тока в цепи, если температура ленты на заданном расстоянии от передней кромки известна. Заданы также скорость и температура набегающего потока, толщина и ширина ленты, удельное сопротивление.

11. Воздух с заданными скоростью и температурой обтекает плоскую пластину известной длины. Найти среднюю по поверхности плотность теплового потока. Температура пластины задана.

12. Вода с известной скоростью движется по горизонтальной трубе заданного диаметра. Определить длину трубы, необходимую для нагревания воды до некоторого заданного значения температуры, и температуру стенки на выходе. Заданы температура воды на входе и подводимая плотность теплового потока.

13. Определить длину трубы, необходимую для нагрева воды с T0 до T1, если заданы диаметр трубы, скорость потока и температура стенки трубы.

14. Определить температуру воды на выходе из трубы при известной входной температуре, если диаметр трубы, скорость потока и температура стенки заданы.

15. Горизонтальная проволока заданного диаметра нагревается в воздушной атмосфере электрическим током. Рассчитать величину пропускаемого по проволоке тока. Известны температуры проволоки и воздуха, сопротивление одного метра проволоки.

16. Вертикальная труба с заданной температурой находится в воздухе. Рассчитать тепловой поток, снимаемый с поверхности трубы за счет конвекции. Как изменится тепловой поток, если трубу расположить горизонтально? Известны диаметр трубы, ее высота, температуры воздуха и трубы.

17. Пространство между двумя горизонтальными пластинами заполнено воздухом при атмосферном давлении. Заданы температуры пластин (температура верхней пластины больше, чем нижней) и расстояние между ними. Как изменится тепловой поток, если пластины поменять местами?

18. По горизонтально расположенному в воздухе цилиндрическому медному проводу пропускают электрический ток. Провод имеет изоляцию известной толщины. Определить температуру внешней поверхности изоляции. Заданы удельное сопротивление, сила тока и диаметр провода.

Излучение

19. Между двумя параллельными поверхностями расположены три одинаковых экрана. Заданы температуры поверхностей и коэффициенты теплового излучения поверхностей (одинаковые для обоих) и экранов (одинаковые для всех трех). Рассчитать температуру среднего экрана.

20. Между плоскопараллельными поверхностями с заданными коэффициентами излучения установлены два экрана, коэффициенты излучения которых также известны. Во сколько раз за счет установки экранов удалось снизить плотность потока результирующего излучения? Температуры поверхностей после установки экранов не изменяются.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-04-14 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: