Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА
________________________________________________________________
Кафедра термодинамики и тепловых двигателей
Б.П. Поршаков, А.Ф. Калинин, С.М. Купцов, А.С. Лопатин, К.Х. Шотиди
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ
ЧАСТЬ II ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
ВТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ НЕФТЯНОЙ
ИГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для подготовки бакалавров, дипломированных специалистов и магистров по направлению 130500 «Нефтегазовое дело» и специальностям: 150205,
151001, 151202, 240401, 240403, 280201.
Москва 2005
1
УДК 622.276
П 76
Теоретические основы теплотехники. Часть II. Теплопередача
/ Б.П. Поршаков, А.Ф. Калинин, С.М. Купцов, А.С. Лопатин, К.Х. Шотиди.
Учебное пособие. – М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005. – 148 с.
В пособии в систематизированном виде изложены основные положе-
ния теории теплообмена и расчетные технические приложения термодинами-
ки, относящиеся к технологическим процессам нефтяной и газовой промыш-
ленности. Учебное пособие полностью отражает материалы второй части теоретических основ теплотехники, являющейся фундаментом дисциплины
«Теплотехника».
Пособие предназначено для подготовки бакалавров, дипломированных специалистов и магистров по направлению 130500 «Нефтегазовое дело» и
специальностям: 150205, 151001, 151202, 240401, 240403, 280201.
Рецензенты:
д. т. н., профессор, С.П. Зарицкий, ДОАО «Оргэнергогаз»;
д. т. н., профессор, В.А. Иванов, ТюмГНГУ.
©Б.П. Поршаков, А.Ф. Калинин, С.М. Купцов, А.С. Лопатин,
К.Х. Шотиди, 2005
©РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………….….... 4
1.Основные положения теплопередачи…..………………………….………. 6
2.Теплопроводность при стационарном
температурном поле ……………………………………..………….….…... 10
3. Теплопроводность при нестационарном температурном поле ……………………………………………..………… 26
4.Основные положения конвективного теплообмена.…................................ 41
5.Конвективный теплообмен при естественной конвекции………………… 51
6.Конвективный теплообмен при вынужденном движении жидкости .…… 56
7.Конвективный теплообмен при кипении однокомпонентной жидкости ... 65
8.Конвективный теплообмен при конденсации чистого пара …..…….…… 68
9.Конвективный теплообмен при конденсации пара
из парогазовой смеси…..…………………………………………………… 69
10.Лучистый теплообмен ………………………………………………..….... 69
11.Сложный теплообмен (теплопередача).……………………………….…. 82
12.Теплообменные аппараты и основы их теплового расчета..…….…........ 52
ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………………..…. 148
3
Введение
Россия располагает значительными запасами энергетических ресурсов и мощным топливно-энергетическим комплексом, который является базой развития экономики, инструментом проведения внутренней и внешней поли-
тики.
Энергетический сектор обеспечивает жизнедеятельность многих отрас-
лей промышленности, консолидацию субъектов Российской Федерации, во многом определяет формирование основных финансово-экономических по-
казателей страны.
Приоритетными задачами энергетической стратегии России являются:
полное и надежное обеспечение населения и экономики страны энергоресурсами по доступным и вместе с тем стимулирующим энерго-
сбережение ценам;
снижение рисков и недопущение развития кризисных ситуаций в энергообеспечении страны;
снижение удельных затрат на производство и использование энергоресурсов за счет рационализации их потребления, применения энергосберегающих технологий и оборудования, сокращения потерь при добыче, транспортировке и реализации продукции топливно-
энергетического комплекса и т.д.
Решение многих из этих задач невозможно без использования методо-
логии и математического аппарата, представленного в разделах теплотехни-
ки.
Теплотехника – общетехническая дисциплина, изучающая методы по-
лучения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также прин-
ципы действия и конструктивные особенности теплоэнергетических устано-
вок и систем.
Теоретической основой теплотехники являются термодинамика и те плопередача, которые являются фундаментальными базовыми дисциплинами для большинства инженерных специальностей.
4
Теплопередача (теория теплообмена) - называется наука изучающая процессы передачи теплоты между телами, распространение теплоты в про-
странстве и распределение температуры в твердых, жидких и газообразных телах. Эти процессы непрерывно возникают при работе теплоэнергетическо-
го оборудования. Изучение этих процессов при различных условиях их про-
текания составляют содержание учения о теплообмене.
Знание законов теплообмена позволяет определить количество переда-
ваемой теплоты, интенсифицировать теплообмен в одних случаях и затруд-
нить его в других, правильно конструировать разнообразные машины, аппа-
раты и другие технические устройства, в которых рабочие процессы сопро-
вождаются теплообменом.
Различают три основные формы передачи теплоты: теплопроводность,
конвективный теплообмен и лучистый теплообмен в пособии последователь-
но рассматриваются законы и расчетные соотношения этих видов распро-
странения теплоты.
Затем эти законы и расчетные соотношения используются для решения задач теплопередачи при одновременном действии теплопроводности, кон-
вективного и лучистого теплообмена. Рассмотрено также использование за-
конов теплопередачи в расчетах теплообменных аппаратов различного направления.
В пособии включены основные сведения по теплообмену, осложнено-
му массообменном.
1. Основные положения теплообмена
При соприкосновении двух тел с различной температурой происходит обмен энергии движения частиц этих тел (молекул, атомов, свободных элек-
тронов), в результате которого интенсивность движения частиц тела с мень-
шей температурой увеличивается, а интенсивность движения частиц тела с более высокой температурой уменьшается: тело с меньшей температурой нагревается , а другое остывает. Следовательно, для возникновения процесса
5