Тепломассообмен (физико-математические основы): Учебное пособие

Министерство  образования  Российской  Федерации

Государственное  образовательное  учреждние

высшего  профессионального  образования

"СИБИРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ"

Кафедра  теплофизики 

и  промышленной  экологии

ТЕПЛОМАССООБМЕН

(физико – математические  основы)

Учебное  пособие

Новокузнецк  2004

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Предисловие                                                                                       3

Введение                                                                                             5

Глава 1. Общие  сведения о процессах тепломассообмена             6

1.1. Параметры  и  характеристики процессов                              6

1.2. Теплообмен  излучением                                                         9

1.2.1. Виды лучистых потоков. Угловые коэффициенты              14

1.2.2. Радиционные свойства реальных твердых тел                    17

1.2.3. Теплоперенос излучением в поглощающих средах            18

1.3.  Теплопроводность                                                                   20

1.4.  Конвективный  теплообмен                                                    23

1.5.  Массоперенос                                                                          26      Глава 2. Уравнения  переноса                                                           29

2.1.  Уравнения  переноса  излучения                                            30

2.2.  Уравнение  неразрывности  потока                                         34

2.3.  Уравнения  движения  среды                                                  36

2.4.  Уравнения конвективного переноса. Уравнение теплопроводности                                                                        39

2.5. Уравнение  переноса  массы                                                 41

2.6.  Уравнения  теплоотдачи                                                      42

2.7.  Уравнения переноса  при  турбулентном режиме              43

2.8.  Уравнения  переноса в пограничных слоях                       46

2.9.  Условия однозначности                                                       48

Глава 3. Методы  решения  уравнений  переноса                            50

3.1.  Основы  теории подобия                                                        51

3.2.  Методы  преобразования уравнений                                      53

3.3.  Количественные зависимости между критериями                56

3.4.  Тройная  аналогия                                                                   58

3.5.  Метод разделения переменных                                              59

3.6.  Метод  источников                                                                  64

3.7.  Методы  интегральных  преобразований                               67

3.8.  Численные  методы                                                                 71

3.8.1. Метод  конечных  разностей                                                 72

3.8.2. Методы  решения  многомерных задач                               78

3.8.3. Метод  баланса                                                                      81

3.8.4. Методы  конечных  и  граничных  элементов                     83

3.8.5. Граничные  условия                                                              87

3.9.  Методы  решения  уравнений лучистого  теплообмена          89

3.9.1. Классический  и резольвентный зональные методы           91

3.10. Решение  задач  сложного  теплообмена                              94

   3.11. Методы гидро- и  электротепловой аналогии                      96

ПРЕДИСЛОВИЕ

Государственным  образовательным  стандартом  2002 г.  теоретические  основы  тепломассоообмена  включены  в  блок  общеобразовательных  дисциплин,  в частности  в  «Физику»,  хотя  современная   наука  об  этих   процессах   вполне  самостоятельна.  Она  объединяет  ряд  разделов  таких  классических  научных  дисциплин  как  равновесная  и  неравновесная  термодинамика,  гидро-  и  газодинамика,  физическая  химия.  Для  решения  задач  тепло-  и  массообмена  разрабатываются  специальные  математические  методы – методы  математической  физики.  Более  или  менее подробное  изложение  даже  чистой  теории  этой  дисциплины  никак  не  уложилось  бы  в  объем  одного  раздела  курса  «Физики».  Поэтому    стандартом  ГОС-2002  предполагается  в  этом  разделе  изучение  только  основных  законов,  определяющих  эти  процессы,  их  математическое  описание  с  помощью  так  называемых  уравнений  переноса,  методов  их  решения.  Прикладные   же  задачи,  связанные  с  переносом  массы  и  тепловой  энергии,  должны  быть  перенесены  в  блоки  дисциплин  специализации  и  изучаться  в  увязке  с  технологическими  процессами.