1. Общие вопросы теории теплообмена
1.1. Что называется "теплообменом" ?
1.2. Назовите основные случаи теплообмена.
1.3. Физический смысл всех видов теплообмена.
1.4. Дайте определения основным понятиям:
o теплопроводность;
o конвекция;
o излучение (радиация);
o конвективный теплообмен;
o теплоотдача;
o теплопередача;
o сложный теплообмен.
2. Теплопроводность
2.1. Дайте определение понятию "температурное поле" и приведите его математическое выражение.
2.2. Что такое "стационарное и нестационарное температурное поле" ? Признаки стационарности.
2.3. Что такое "одномерное температурное поле"?
2.4. Дайте определения основным понятиям и приведите их размерность:
o количество теплоты;
o тепловой поток;
o удельный тепловой поток;
o градиент температуры.
2.4. Закон Фурье для теплопроводности. Что такое "коэффициент теплопроводности"? В чем его физический смысл.? Приведите его размерность. Что определяет величина коэффициента теплопроводности при заданной величине теплового потока и заданной площади теплопередающей поверхности ?
2.5. Объясните механизм теплопроводности:
o в металлах;
o в твердых телах-диэлектриках;
o в жидкостях;
o в газах.
2.6. Теплопроводность веществ:
o какие факторы и каким образом влияют на теплопроводность металлов?
o какие факторы и каким образом влияют на теплопроводность твердых веществ- диэлектриков и строительных материалов?
o какие вещества называются теплоизоляционными?
o как влияет температура на теплопроводность металлов, теплоизоляционных и строительных материалов, жидкостей и газов?
o какие факторы и каким образом влияют на теплопроводность газов и паров?
2.7. Общий вид дифференциального уравнения Фурье для:
o одномерного (трехмерного) нестационарного температурного поля;
o одномерного (трехмерного) стационарного температурного поля.
2.8. Какой физический параметр (или совокупность каких параметров) вещества определяет скорость нагрева (охлаждения) тела?
2.9. Что такое "коэффициент температуропроводности" ? Приведите его выражение через другие теплофизические параметры и размерность.
2.10. Что такое краевые условия ? Что входит в их состав ? Для чего они необходимы ?
2.11. Что такое граничные условия 1-го, 2-го и 3-го рода?
2.12. Стационарная теплопроводность через бесконечную плоскую стенку.
o Уравнение или закон Фурье для стационарного теплового потока через однослойную и многослойную бесконечную плоскую стенку.
o Что такое тепловая проводимость и тепловое сопротивление плоской стенки? Приведите их размерности.
o По какому закону изменяется температура по толщине бесконечной плоской стенки при стационарном тепловом потоке ? (Какая элементарная функция отражает закономерность изменения температуры по толщине бесконечной плоской стенки при стационарном тепловом потоке ?)
o По какому закону изменяется градиент температуры по толщине
бесконечной плоской стенки при стационарном тепловом потоке ? (Какая элементарная функция отражает закономерность изменения градиента температуры по толщине бесконечной плоской стенки при стационарном тепловом потоке ?)
o Как влияет зависимость коэффициента теплопроводности от температуры на характер распределения температур по толщине плоской стенки при тех же граничных условиях? Рассмотрите случай, когда теплопроводность возрастает с увеличением температуры, и случай, когда теплопроводность уменьшается с увеличением температуры.
2.13. Стационарная теплопроводность черех бесконечную цилиндрическую стенку (тепловой поток направлен от внутренней поверхности к наружной).
o Уравнение или закон Фурье для стационарного теплового потока через однослойную и многослойную бесконечную цилиндрическую стенку.
o Что такое линейная плотность теплового потока через бесконечную цилиндрическую стенку?
o Что такое тепловая проводимость и тепловое сопротивление цилиндрической стенки? Приведите их размерности.
o По какому закону изменяется температура по толщине бесконечной цилиндрической стенки при стационарном тепловом потоке ? (Какая элементарная функция отражает закономерность изменения температуры по толщине бесконечной цилиндрической стенки при стационарном тепловом потоке ?)
o По какому закону изменяется градиент температуры по толщине бесконечной цилиндрической стенки при стационарном тепловом потоке ? (Какая элементарная функция отражает закономерность изменения градиента температуры по толщине бесконечной цилиндрической стенки при стационарном тепловом потоке ?)
o Как определить температуру в произвольном концентрическом сечении бесконечной цилиндрической стенки?
o Как определить градиент температуры в произвольном концентрическом
сечении бесконечной цилиндрической стенки? 2.14. Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности
методом цилиндрической стенки.
o Какие величины должны измеряться для определения коэффициента теплопроводности?
o Какие средства измерения для этого используются?
o Как определяется тепловой поток через цилиндрическую стенку в лабораторной работе №1 ?
o Как измеряется температура стенок трубы ?
o Почему в качестве расчетной используется не вся длина трубы, а только ее часть?
o Что такое "термопара" ? Что измеряется с помощью термопары ?
o Каким образом показания вторичного прибора термопары превратить в температуру ?
3. Теплоотдача
3.1. Что такое "теплоотдача" ? С какими простыми видами теплообмена она связана ?
3.2. Виды конвекции и виды движения жидкости.
3.3. Что такое "ламинарный" и "турбулентный" режимы течени жидкости ?
3.4. Что такое "пограничный слой"? Почему он возникает?
3.5. Приведите эпюры изменения скорости и температуры в поперечном сечении трубы при ламинарном и турбулентном движении жидкости.
3.6. Каким образом осуществляется передача теплоты вдоль и поперек потока жидкости при ламинарном и турбулентном течении жидкости ?
3.7. Уравнение Ньютона-Рихмана для конвективного теплообмена.
o Что такое "температурный напор"?
o Что такое "коэффициент теплоотдачи" ?
o Приведите размерность коэффициента теплоотдачи.
o Физический смысл коэффициента теплоотдачи.
3.8. Какие факторы влияют на конвективный теплообмен и на величину коэффициента теплоотдачи ?
3.9. В чем недостатки теоретического и экспериментального методов исследования конвективного теплообмена?
3.10. Перечислите основные уравнения, входящие в систему, описывающую явление конвективного теплообмена. Для определения каких параметров они в принципе могут использоваться?
3.11. Почему коэффициент теплоотдачи не является теплофизическим параметром жидкости или газа ?
3.12. Математическая постановка задачи конвективного теплообмена.
o С какой целью составляется математическое описание явления конвективного теплообмена?
o Какие уравнения входят в систему, описывающую конвективный теплообмен?
o В чем отличия уравнения энергии для теплопроводности в твердых телах от уравнения энергии движущейся жидкости?
o Что такое "субстанциальная", "локальная" и "конвективная" производные температуры и скорости?
o Какие еще условия необходимы для решения системы уравнений, описывающих конвективный теплообмен? Перечислите их.
o В чем недостатки использования уравнений, описывающих конвективный теплообмен, для определения коэффициента теплоотдачи?
o В чем трудности использования экспериментальных данных для определения коэффициента теплоотдачи?
3.13. Какая теория и какие уравнения используются для определения коэффициента теплоотдачи?
3.14. Основные положения теории подобия.
o Поясните сущность геометрического и физического подобия.
o Что такое "множители подобного преобразования"? Можно ли их назначать произвольно?
o Что такое "критерии или числа подобия" ? Как они получаются ?
o На основании чего может быть выявлена структура критериев или чисел подобия ?
o Что такое "определяющий" критерий подобия (критерий подобия)?
o Что такое "определяемый" критерий подобия (число подобия)?
o Сформулируйте 3 теоремы подобия. На какие вопросы они отвечают ?
o Какие явления можно считать подобными?
3.15. Применение теории подобия для экспериментального исследования процессов конвективного теплообмена.
o Почему теория подобия широко используется для изучения явлений конвективного теплообмена и определения коэффициента теплоотдачи ? Что она позволяет установить ?
o В каком случае можно считать, что модель (искусственно реализованное явление) подобна образцу (натуральному явлению)?
o Приведите запись числа Нуссельта. Дайте определение физическим величинам, входящим в его состав. Соотношение каких эффектов характеризует число Нуссельта ?
o Приведите запись критерия Рейнольдса. Дайте определение физическим величинам, входящим в его состав. Соотношение каких эффектов характеризует критерий Рейнольдса ? в каких случаях критерий Рейнольдса используется в критериальных уравнениях?
o Приведите запись критерия Грассгофа. Дайте определение физическим величинам, входящим в его состав. Соотношение каких эффектов характеризует критерий Грассгофа ? В каких случаях критерий Грассгофа используется в критериальных уравнениях?
o Приведите запись критерия Прандтля. Дайте определение физическим величинам, входящим в его состав. Соотношение каких эффектов характеризует критерий Прандтля ? В каких случаях критерий Прандтля используется в критериальных уравнениях?
o Что такое "критериальное уравнение" или "уравнение подобия" ? Для чего оно может быть использовано ?
o Приведите в общем виде структуру критериальных уравнений для свободного, вынужденного и смешанного видов конветивного теплообмена.
o Каким образом с помощью критериального уравнения можно исследовать
влияние различных факторов на величину коэффициента теплоотдачи?
3.16. Экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи при свободном движении жидкости.
o Какие величины должны измеряться для определения коэффициента теплоотдачи?
o Какие средства измерения для этого используются?
o Как определяется конвективный тепловой поток через поверхность трубы в лабораторной работе №2 ?
o Как измеряется температура стенок трубы ?
o Что нужно сделать в эксперименте, чтобы по данным эксперимента найти критериальное уравнение ?
o Как определить константы критериального уравнения, если считать, что функциональная связь между критериями подобия выражается в виде степенной зависимости ?
o Как изменяется величина конвективного теплового потока от поверхности трубы с увеличением температурного напора? (Какой элементарной функцией в первом приближении выражается эта зависимость ?)
o Как изменится коэффициент теплоотдачи, если диаметр трубы в лабораторной работе №2 увеличить в 2 раза при тех же граничных условиях (при тех же значениях температур поверхности и окружающей среды)?
o Как изменится тепловой поток через поверхность трубы, если ее диаметр в лабораторной работе №2 увеличить в 2 раза при тех же граничных условиях (при тех же значениях температур поверхности и окружающей среды)?
o Какой фактор оказывает наибольшее влияние на коэффициент теплоотдачи при свободном движении жидкости ?
4. Теплообмен излучением
4.1В чем состоит природа энергии излучения? Чем принципиально теплообмен излучением отличается от конвекции и теплопроводности?
4.2 Назовите диапазон длин волн теплового излучения.
4.3 Дайте определение следующим понятиям:
o полный (интегральный) тепловой поток излучения;
o монохроматическое излучение;
o излучательная способность или плотность (поверхностного) интегрального излучения;
o спектральная плотность потока излучения. Укажите размерности данных параметров.
4.4. На какие части делится энергия излучения, попадающая на поверхность твердого тела?
4.5. Что такое "поглощательная", "пропускательная" и "отражательная"
способность твердого тела? Что такое коэффициенты коэффициенты "поглощения", "пропускания" и
"отражения" ? Дайте определения понятиям "абсолютно черного тела", "абсолютно белого
тела", "зеркального тела" и "диатермичного тела" ?
4.6. Чем, в основном, определяется излучательная способность в световой части спектра ?
4.7. Чем, в основном, определяется излучательная способность в тепловой части спектра ?
4.8. Какие физические величины связывает между собой закон Планка ? Дайте его графическую интерпретацию.
o Как на основании закона Планка (его аналитического выражения) принципиально можно определить полное количество энергии, излучаемой телом?
o Как на основании закона Планка (его аналитического выражения) определить длину волны, соответствующую максимальной интенсивности при данной температуре ?
4.9. Что такое "серое тело"? Поясните его определение графической интерпретацией. Что такое "степень черноты" тела? От чего она зависит?
4.10. Между какими физическими величинами устанавливает связь закон Вина? Какой характер носит эта связь?
4.11. Какие физические величины связывает между собой закон Стефана-Больцмана? Какой характер носит эта зависимость? Что такое "константа излучения абсолютно черного тела" ? Приведите ее величину и размерность.
4.12. Сформулируйте закон Кирхгофа. Какое следствие из него вытекает?
4.13. Рассмотрите теплообмен излучением между 2-мя параллельными близко расположенными поверхностями в предположении стационарности излучения.
o Что такое "эффективное излучение"? Как его определить, если известны интенсивности собственного излучения каждого из тел и их поглощательные способности?
o Что такое "приведенный коэффициент лучеиспускания" при лучистом
теплообмене излучением между 2-мя параллельными близко
расположенными поверхностями в предположении стационарности
излучения.
4.14. Каким образом может быть снижена интенсивность теплового излучения
между 2-мя пластинами? Как называются эти устройства ?
o В каком случае интенсивность теплового излучения между 2-мя пластинами может быть снижена в 2 раза при одном экране?
o В каком случае интенсивность теплового излучения между 2-мя пластинами может быть снижена более, чем в 2 раза при одном экране?
4.15. Перечислите основные особенности излучения газов (4 особенности).
5. Теплопередача
5.1. Сущность процесса теплопередачи.
o Дайте определение процесса теплопередачи.
o С какими простыми видами теплообмена связана теплопередача?
o Какие законы и уравнения используются при расчетах процесса теплопередачи?
5.2. Какое уравнение используется для практических расчетов процесса теплопередачи (основное уравнение теплопередачи) ?
o Что такое "коэффициент теплопередачи"? Приведите его размерность и "физический смысл". От чего он зависит ?
o Почему коэффициент теплопередачи не является теплофизическим параметром вещества ?
5.3. Стационарная теплопередача через однослойную и многослойную бесконечные плоские стенки.
o Приведите выражения для коэффициента теплопередачи через однослойную и многослойную плоские стенки.
o Что такое "термическое сопротивление теплопередачи" ? Приведите его выражение для однослойной и многослойной плоских стенок и размерность. От чего оно зависит ?
5.4. Стационарная теплопередача через через однослойную и многослойную бесконечные цилиндрические стенки.
o Приведите выражение для линейного теплового потока через однослойную и многослойную цилиндрические стенки.
o Что такое "линейный коэффициент теплопередачи" ? Приведите его выражение и размерность для однослойной и многослойной цилиндрических стенок.
o Что такое "линейное термическое сопротивление" цилиндрической стенки ? Приведите его выражение и размерность.
o Какой вид примет выражение для линейного теплового потока и линейного коэффициента теплопередачи для цилиндрической стенки, если отношение внутреннего и наружного диаметров (d2 и d1) значительно меньше 2, то есть d2" d1 ?
5.5. Как определяются температуры поверхностей стенок в процессе теплопередачи, если известны температуры жидкостей и коэффициенты теплоотдачи ? Как определить коэффициенты теплоотдачи, если их величина неизвестна ?
5.6. "Критический диаметр" изоляции цилиндрической трубы.
o Что такое "критический диаметр" изоляции цилиндрической трубы.
o Объясните причины целесообразной толщины изоляции на цилиндрических трубах.
o Как определить критическую толщину изоляции цилиндрической трубы?
o При каких условиях изоляция будет уменьшать потери теплоты через цилиндрическую стенку ?
o При каких условиях изоляция будет увеличивать потери теплоты через цилиндрическую стенку ? В каких случаях это целесообразно ?
5.7. Средства интенсификации процесса теплопередачи.
o Перечислите основные средства интесификации процесса теплопередачи.
o Как интесифицировать процесс теплопередачи при резкой разнице коэффициентов теплоотдачи теплоносителей (то есть при " ) ?
o Что дает применение ребристых поверхностей ?
o За счет чего происходит увеличение коэффициента теплопередачи в случае использования ребристых поверхностей ?
o Со стороны какого теплоносителя следует проводить оребрение, если целью является увеличение коэффициента теплопередачи?
o В каких случаях и почему оребрение поверхностей может привести к снижению коэффициента теплопередачи ?
o Какие еще методы интенсификации теплообмена Вы знаете ?
6. Теплообменные аппараты (ТОА)
6 Л. Что называется теплообменным аппаратом (ТОА) ? Как классифицируются ТОА по принципу действия ?
6.2. Что такое "рекуперативный ТОА" ?
o Что представляет собой рабочая поверхность рекуперативного ТОА ?\\
o В каком режиме работает рекуперативный ТОА ?
o Преимущества рекуперативных ТОА.
o Недостатки рекуперативных ТОА.
o Область применения рекуперативных ТОА.
6.3. Что такое "регенеративный ТОА" ?
o Что представляет собой рабочая поверхность регенеративного ТОА ?\\
o В каком режиме работает регенеративный ТОА ?
o Преимущества регенеративных ТОА.
o Недостатки регенеративных ТОА.
o Область применения регенеративных ТОА.
6.4. Что такое "смесительный ТОА" ?
o В чем принципиальное отличие смесительного ТОА от рекуперативного и регенеративного ТОА ?
o В каком режиме работает смесительный ТОА ?
o В каких случаях целесообразно использование смесительных ТОА ?
o Область применения смесительных ТОА.
6.5 Как классифицируются рекуперативные ТОА в зависимости от характера и схемы движения теплоносителей ?
6.6 Какие основные уравнения используются для расчета ТОА ? Поясните входящие в них физические величины.
6.7. Приведите схемы и графики изменения температур горячего и холодного теплоносителей в функции теплопередающей поверхности (F) при ее изменении от 0 до максимального значения (Fmax) при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей.
6.8. Что такое "водяной эквивалент" теплоносителя ? Что он характеризует? Как изменяется характер изменения температур горячего и холодного теплоносителей в функции теплопередающей поверхности (F) при ее изменении от 0 до максимального значения (Fmax) при различных соотношениях водяных эквивалентов горячего и холодного теплоносителей (рассмотрите случаи прямоточной и противоточной схемы движения теплоносителей).
6.9. Как определяется средний коэффициент теплопередачи ТОА:
(а) при незначительном изменении температурного напора по поверхности?
(б) при значительном изменении температур на отдельных участках ТОА?
6.10. Какая формула используется для расчета коэффициента теплопередачи ТОА? Какие формулы или зависимости могут использоваться для определения отдельных составляющих выражения для коэффициента теплопередачи ТОА ?
6.11. Средний логарифмический температурный напор.
o Что такое "средний логарифмический температурный напор"?
o Как он определяется?
o Поясните физические величины, входящие в выражение для среднего логарифмического температурного напора для случаев прямотока и противотока теплоносителей.
6.12. Какие задачи ставятся при расчете ТОА? что такое конструктивный и поверочный расчет ТОА?
6.13. Сравнение прямоточных и противоточных ТОА.
o В чем преимущества и недостатки противотока по сравнению с прямотоком?
o В каких случаях применение прямотока и противотока равноценно?