ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛОМАССООБМЕН Богословская Галина Павловна 1

Литература П. Л. Кириллов, Г. П. Богословская ТЕПЛОМАССООБМЕН В ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ, 1 -е и 2 -е издания П. Л. Кириллов, Ю. С. Юрьев, В. П. Бобков СПРАВОЧНИК ПО ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ Б. С. Петухов, Л. Г. Генин, С. А. Ковалев ТЕПЛОМАССООБМЕН В ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ П. Л. Кириллов СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ ЯДЕРНОЙ ТЕХНИКИ В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел ТЕПЛОПЕРЕДАЧА 2

Программа курса семестр Лекции 6, 7 Практические занятия 6, 7 Домашнее задание 6, 7 Компьютерное тестирование 6, 7 Контрольная работа 6, 7 Зачет 6 Лабораторные работы 7 Экзамен 7 3

Структура курса 1 2 3 4 5 6 Физические основы процессов переноса тепла и массы Тепловыделение в ядерных реакторах Теплопроводность при стационарных процессах Нестационарные процессы теплопроводности Конвективный тепло-массообмен в однофазных средах Процессы диффузии 7 Конденсация 8 Кипение 9 Гидродинамика и теплообмен двухфазных потоков 10 Кризисы теплообмена при кипении в каналах 11 Теплообмен излучением 12 Сложный теплообмен 13 Принципы расчетов активных зон ядерных реакторов 14 Особенности процессов теплообмена в различных режимах работы реактора 15 Процессы теплообмена при аварийных ситуациях 16 Основы расчета теплообменников и парогенераторов 4

Первый закон термодинамики – показывает в каких количествах один вид энергии переходит в другой для замкнутой системы Q – количество тепла, Вт A - работа, произведенная в единицу времени, Вт U - внутренняя энергия системы, Дж - время, сек 5

Первый закон термодинамики А - работа изохорный процесс V=const - теплоемкость при постоянном объеме, Дж/(кг. К) изобарный процесс Р=const - теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг. К) Если жидкость несжимаема 6

Первый закон термодинамики энтальпия энтропия 7

Второй закон термодинамики – указывает направление переноса тепла Если в среде возникла разность температур, то энергия переносится из области высокой температуры в область низкой температуры. 8

Основные понятия Теория теплообмена дополняет первый и второй законы термодинамики и дает возможность найти скорости переноса тепла в средах, которые рассматриваются как сплошные (не имеющие структуры) Феноменологический метод - упрощение, связанное с представлением о среде, как о непрерывном веществе без какой либо структуры 9

Основные понятия теплообмен тепло – массо - обмен При соприкосновении двух тел (сред), имеющих разную температуру, происходит обмен энергией (теплом). Перенос тепла часто сопровождается переносом массы Три механизма теплообмена: теплопроводность; конвективный теплообмен; тепловое излучение 10

Основные понятия теплопроводность – перенос тепла посредством передачи энергии теплового движения частиц в среде; ü в газах - диффузия молекул и атомов, ü в жидкостях и твёрдых телах-неметаллах –упругие волны. ü металлах - диффузия свободных электронов, роль упругих колебаний кристаллической решётки второстепенна. 11

Основные понятия Конвективный теплообмен – перенос тепла при перемещении среды в пространстве. При этом перенос теплоты осуществляется одновременно конвекцией и теплопроводностью. 12

Основные понятия тепловое излучение – распространение энергии электромагнитными волнами Электромагнитные волны - электромагнитные возмущения, распространяющиеся в вакууме со скоростью света с=2, 9979× 108 м/с. При поглощении электромагнитных волн какими-либо другими телами они вновь превращаются в энергию теплового движения молекул. 13

Аналогия трех механизмов переноса 1 – перенос тепла без участия среды (тепловое излучение в вакууме) 2 – перенос через неподвижную среду (теплопроводность) 3 – перенос при перемещении среды (конвективный теплообмен) 14

Основные понятия 1. Температурное поле - совокупность значений температуры в точках исследуемой области стационарное нестационарное 2. Изотермическая поверхность - совокупность точек пространства, имеющих одинаковую температуру. 3. Градиент температуры i, j, k – единичные векторы 15

Основные понятия 4. Количество тепла Q, Вт 5. Плотность теплового потока Вт/м 2 Q 6. Линейный тепловой поток: , Вт/м 16

Основные понятия 7. Объемное тепловыделение, интенсивность внутренних источников тепла , Вт/м 3 • пропускается ток • изготовлен из делящегося материала 17

Основные понятия 8. Закон Фурье (процесс теплопроводности): cледствие 2 -го начала термодинамики (разные направления теплового потока grad t и градиента t) скорость распространения тепла бесконечна Wq >>Wt Wq - скорость распространения тепла; Wt - скорость изменения температуры - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К), физическое свойство среды, характеризует способность тела проводить тепло 18

Основные понятия Атомный взрыв: Wq <<Wt с, - теплоемкость среды, Дж/кг. К; - плотность среды, кг/м 3; - время r - время релаксации Если r <<1, то получаем классическое уравнение Фурье температуропроводность, м 2/с скорость изменения температуры в теле 19

Основные понятия Теплоотдача (конвективный теплообмен) - процесс переноса тепла от охлаждаемой поверхности к теплоносителю (жидкость или газ) или от теплоносителя к нагреваемой поверхности 9. Закон Ньютона - Рихмана (конвективный теплообмен): F - поверхность тела, tw – температуры стенки, tf – температуры теплоносителя, - коэффициент теплообмена (теплоотдачи), Вт/(м 2. К) 20

Основные понятия 10. Теплопередача - перенос тепла от одного (греющего) теплоносителя к другому (нагреваемому) через твердую стенку 2 1 d, I Конв II Теплопров III Конв Термические сопротивления 21

Основные понятия Термические сопротивления конвективное со стороны 1 кондуктивное (стенки) конвективное со стороны 2 полное термическое сопротивление коэффициент теплопередачи Вт/(м 2 К) k численно равен плотности теплового потока, передаваемого через стенку при температурном напоре равном одному градусу. 22

Основные понятия 23

Электро-тепловая аналогия Закон Ома для участка электрической цепи Аналогия: 24

Многослойная плоская стенка T Полное термическое сопротивление плотность теплового потока дерево металл бетон q T 1 T 2<T 1 x T 1, T 2 – температуры на стенки разность температур в слое 25

Греческий алфавит a b g d e z h q альфа бета гамма дельта эпсилон дзета эта тета i k l m n x o p йота каппа лямбда мю ню кси омикрон пи r s t u j c y w ро сигма тау ипсилон фи хи пси омега