Солодов А.П., Сиденков Д.В., Величко В.И., Солодов А.П. Тепломассообмен. Том 1

Учебник. — Под общ. ред. А.П. Солодова. — М.: Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2021. — 484 с. — ISBN 978-5-7046-2460-8.В учебнике изложены теоретические основы и методы расчета процессов теплопроводности и теплообмена излучением. Разделы конвективного тепломассообмена, включая процессы в двухфазных теплоносителях, будут рассмотрены во втором томе книги.
Изложение строится как последовательность физического описания процессов тепломассопереноса, разработки математических формулировок и получения решений для инженерных приложений (аналитическими или численными методами, с применением компьютерных технологий).
Рассмотрение теоретических основ тепломассообмена дополнено примерами решения задач в специализированных пакетах программирования и численного анализа Mathcad, MatLAB, Ansys.
Для студентов теплотехнических специальностей вузов.Предисловие.
Введение.
Принципы тепломассообмена.
Законы переноса теплоты, вещества, импульса.
Теплообмен.
Массообмен.
Трение.
Законы сохранения. Дифференциальные уравнения тепломассообмена.
Общая форма балансового уравнения.
Закон сохранения массы. Уравнение неразрывности.
Закон сохранения 1-го компонента. Уравнение конвективной диффузии.
Закон сохранения энергии. Уравнение энергии.
Закон сохранения импульса. Уравнение движения.
Система дифференциальных уравнений конвективного тепломассообмена.
Термодинамические соотношения и свойства теплоносителей.
Математическая структура уравнений конвективного тепломассообмена.
Дифференциальное уравнение турбулентной кинетической энергии.
Краевые условия.
Контрольные объемы на границе.
Граничные условия для задач теплопроводности.
Граничные условия для задач конвективного теплообмена.
Геометрия.
Визуализация решений.
Теплопроводность.
Одномерные стационарные задачи теплопроводности.
Теплопроводность плоской стенки.
Теплопередача через плоскую стенку.
Одномерные стационарные модели: общая постановка.
Плоская стенка без внутренних источников теплоты с переменным, зависящим от температуры коэффициентом теплопроводности.
Цилиндрическая стенка.
Сферическая стенка.
Теплопередача через стенки различной формы.
Интенсификация теплопередачи посредством оребрения.
Теплопроводность вдоль ребра.
Оптимизация оребрения.
Нестационарная теплопроводность: аналитические решения.
Введение.
Пластина.
Цилиндр.
Задача о прогреве полуограниченного массива.
Двух- и трехмерные нестационарные температурные поля.
Температурные поля, создаваемые точечными и линейными источниками тепла.
Численные методы теплопроводности.
Введение.
Математическая формулировка задачи.
Дискретное представление.
Метод прогонки. Вычислительные программы.
Встроенная функция Pdesolve для решения одномерных нестационарных задач.
Работа с компьютерными программами.
Численные методы для многомерных задач.
Исследование одномерных нестационарных температурных полей методом численного эксперимента.
Введение.
Физическая модель.
Математическая формулировка задачи.
Применение функций Pdesolve для решения одномерных нестационарных задач.
Исследование затухания температурных волн.
Задача о перемещающемся фронте плавления.
Гиперболическое уравнение теплопроводности.
Трудности в применении Pdesolve.
Теплообмен излучением.
Законы теплового излучения.
Количественные характеристики излучения.
Классификация потоков излучения.
Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа.
Законы излучения абсолютно черного тела.
Излучение и поглощение нечерных тел.
Теплообмен излучением в прозрачной среде.
Диатермичная среда.
Понятие углового коэффициента излучения.
Расчет угловых коэффициентов.
Теплообмен излучением в замкнутой системе.
Аналитические решения для простых систем.
Примеры, приложения.
Теплообмен излучением в системе с излучающим и поглощающим газом.
Расчет излучения и поглощения газов.
Радиационно-конвективный теплообмен в камере сгорания.
Компьютерная модель камеры сгорания.
Задачи и их решения: процессы теплопроводности.
Инженерные методы расчета.
Методы подобия и размерностей.
Теплопроводность твэла.
Компьютерное моделирование теплообмена: пакет MatLAB.
Математическая формулировка.
Задача о температурном поле твэла.
Создание модели в графическом интерфейсе пользователя.
Экспорт решения и постпроцессорная обработка.
Примеры решения задач в пакетах Mathcad и Ansys.
Список литературы.