МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования 
«Забайкальский государственный университет»
(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)

Факультет  Энергетический
Кафедра  Энергетики

УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 
для студентов заочной формы обучения

по дисциплине _______________«ТЕПЛОМАССООБМЕН»________________________
наименование дисциплины (модуля)

для направления подготовки 13.03.01 – Теплоэнергетика и теплотехника

Общая трудоемкость дисциплины (модуля) 7 з.е. / 252 часов

Виды занятий	Распределение по семестрам 
в часах 	Всего часов	
	4
семестр	5
семестр		
1	2	3	4	
Общая трудоемкость	108	144	252	
Аудиторные занятия, в т.ч.:	14	26	40	
лекционные (ЛК)	6	8	14	
практические (семинарские) (ПЗ, СЗ)	4	10	14	
лабораторные (ЛР)	4	8	12	
Самостоятельная работа студентов (СРС)	94	82	176	
Форма промежуточного контроля в семестре*	зачет	экзамен	-	
Курсовая работа (курсовой проект) (КР, КП)	-	-	-	

Краткое содержание курса
Предмет, цели и задачи курса, связь его с другими дисциплинами. Общие положения передачи теплоты и массы: теплопроводность, конвекция, излучение, диффузия. Основные понятия: температурное поле, градиент температуры, тепловой поток, плотность теплового потока.
Теплопроводность в твердых телах. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Закон Ньютона-Рихмана.
Перенос теплоты в плоской стенке при постоянном и переменном коэффициенте теплопроводности при различных граничных условиях. Многослойная плоская стенка. Эквивалентный коэффициент теплопроводности. Теплопередача через однослойную и многослойную цилиндрическую стенку. Критический диаметр цилиндрической стенки. Критический диаметр изоляции. Перенос теплоты в сферической стенке при различных граничных условиях.
Теплопроводность при наличии внутренних источников теплоты (бесконечные пластины, цилиндрические стержень и стенка).
Способы интенсификации теплопередачи. Перенос теплоты по стержню (ребру). Тепловой поток с поверхности ребра. Теплопередача через оребренную стенку. Коэффициент эффективности ребра. Теплопроводность в ребрах переменного сечения. Ребро минимальной массы. Теплопроводность цилиндрических ребер.
Нестационарные процессы теплопроводности. Аналитическое описание процесса. Охлаждение (нагревание) неограниченной пластины. Безразмерная форма решения задачи. Числа Био и Фурье. Анализ полученного решения при различных числах Вi и Fo. Определение количества теплоты, отдаваемого пластиной в процессе охлаждения. Температурное поле в процессе охлаждения  (нагревания) бесконечно длинного цилиндра, шара. Количество теплоты, отдаваемое цилиндром и шаром в процессе охлаждения. Задача об охлаждении тел конечных размеров. Регулярный режим охлаждения. Теоремы Кондратьева. Определение теплофизических свойств материалов методом регулярного режима.
Конвективный теплообмен в однородной среде. Математическое описание процесса конвективного теплообмена: дифференциальные уравнения энергии, движения, неразрывности. Условия однозначности. Физические свойства жидкостей и газов, существенные для процесса конвективного теплообмена
Гидродинамический и тепловой пограничные слои. Особенности теплообмена при ламинарном и турбулентном режимах течения.
Безразмерный вид математического описания конвективного теплообмена. Безразмерные комплексы, число Рейнольдса, число Грасгофа, число Нуссельта. Теория подобия и метод размерностей. Критериальные уравнения.
Теплообмен и сопротивление при ламинарном и турбулентном пограничном слое на пластине. Задачи Блазиуса и Польгаузела. Аналогия Рейнольдса.
Особенности теплообмена при движении теплоносителей в трубах и каналах. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении в трубах. Вязкостный и вязкостно-гравитационный режимы.
Теплообмен при вынужденном обтекании трубы и пучков труб. Внешнее обтекание шара.
Теплоотдача при течении жидких металлов.  Теплообмен при движении газа с большой скоростью. Теплообмен в разряженных газах.
Теплообмен при свободной конвекции. Теплоотдача при свободном движении жидкости около пластины, при ламинарном и турбулентном движении. Теплообмен при ламинарном и турбулентном режимах около трубы. Свободная конвекция в ограниченном пространстве (щели, зазоры).
Теплообмен при конденсации пара. Пленочная и капельная конденсация. Краевой угол. Уравнение Герца-Кнудсена. Задача Нуссельта. Поправочные коэффициенты на волновое течение и переменность физических свойств конденсата. Теплоотдача при турбулентном течении пленки конденсата, уравнение Лабунцова. Теория Нуссельта-Лабунцова для пленочной конденсации на горизонтальной трубе. Теплообмен при конденсации пара в трубах.
Теплообмен при кипении жидкостей. Пленочное и пузырьковое кипение. Критический радиус пузырька. Скорость роста пузырька, отрывной диаметр пузырька. Частота отрыва пузырьков. Расчет коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипени в большом объеме. Критические тепловые нагрузки при кипении. Режимы течения парожидкостной смеси. Кризис второго рода.
Физическая природа, понятия и законы теплового излучения. Интегральные и спектральные характеристики энергии излучения: поток, плотность потока, интенсивность излучения.
Методы исследования лучистых потоков. Лучистый теплообмен между двумя безграничными пластинами, концентрическими сферами и коаксиальными телами. Теплообмен между телами произвольно расположенными в пространстве, разделенными прозрачной средой. Угловые коэффициенты излучения. Свойства лучистых потоков.
Диффузия. Поток массы компонента. Вектор плотности потока массы. Закон Фика. Коэффициент диффузии. Термо- и бародиффузия. Дифференциальные уравнения совместных процессов массо- и теплообмена. Диффузионный пограничный слой. Массоотдача около полупроницаемой стенки, поток Стефана.
Классификация теплообменных аппаратов. Уравнения теплового баланса и теплопередачи. Температурный напор при прямоточной, противоточной и сложной схемах движения теплоносителей. Тепловой расчет рекуперативных теплообменников. Сравнение тепловой эффективности прямоточной и противоточной схем рекуперативных теплообменников. Понятие о расчете смесительных и регенеративных теплообменных аппаратов. Гидравлический расчет теплообменников.

Форма текущего контроля 

По учебному плану предусмотрено выполнение одной контрольной работы в 4 семестре и двух контрольных работ в 5 семестре. Контрольные работы № 1 и № 3 включают четыре задачи и четыре теоретических вопроса, контрольная работ № 2 - четыре задачи и три теоретических вопроса. Варианты заданий представлены в «Теплопередача. Методические указания и контрольные задания для студентов –заочников энергетических специальностей высших учебных заведений» / 1 / (Методические указания имеются на кафедре Энергетики). В каждой контрольной работе варианты теоретических вопросов, задач и исходных данных к ним определяются по двум последним цифрам шифра студента. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются. Методические рекомендации по выполнению заданий контрольных работ приведены в / 1 /.
Общие методические указания к выполнению контрольных работ
Каждый студент заочник должен знать, что контрольная работа – это его своеобразный отчет об успехах в овладении учебной дисциплиной.
Цель контрольной работы – освоение студентами методик проведения теплотехнических расчетов. При этом математические выражения не должны заслонять физической сущности рассматриваемых явлений (процессов преобразования энергии, теплообмена и пр.), а, наоборот, способствовать их глубокому пониманию. Следует хорошо знать размерности всех применяемых в расчетах физических величин и их перевод из одной системы единиц в другую.
Контрольное задание рекомендуется выполнять после проработки соответствующих разделов теоретического материала. 
При выполнении контрольного задания следует соблюдать следующие общие требования:
а) задание желательно выполнять в отдельной школьной тетради;
б) обязательно записывать условия каждой задачи;
в) решение задачи сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указывать: какие величины определяются и по какой формуле; какие величины входят в формулу; откуда взяты их значения и т.д.;
г) вычисления давать в развернутом виде, приводя промежуточные результаты;
д) при полученных величинах обязательно проставлять единицы измерения (размерности);
е) вычисления производить с требуемой для каждого данного случая степенью точности;
ж) графики, диаграммы и схемы желательно выполнять карандашом на отдельном листе;
з) в заключение каждой задачи должен быть приведен краткий анализ полученных результатов и даны соответствующие выводы;
и) ответы на теоретические вопросы следует давать в развернутой форме с широким привлечением необходимых формул с пояснениями, графиков, диаграмм, рисунков и пр.
Контрольная работа должна быть выполнена грамотно и аккуратно, четким разборчивым почерком. 
Оформление письменной работы должно осуществляться согласно методической инструкции МИ 4.2-5/47-01-2013 Общие требования к построению и оформлению учебной текстовой документации.
Контрольные работы рекомендуется выполнять в тетради. Для заметок рецензента следует оставлять поля и в конце работы несколько чистых страниц для внесения исправлений и дополнений. На обложку тетради следует наклеить этикетку, на которой обязательно должны быть указаны название учебной дисциплины, фамилия, имя, отчество студента, номер (шифр) его учебной группы, номер варианта контрольной работы и дата представления ее в вуз.
По завершении работы следует поставить дату ее выполнению и свою разборчивую подпись.
В случае, если письменная работа не будет зачтена, студент обязан переработать ее согласно замечаниям рецензента и представить вновь в вуз.
Переписывать (пересчитывать) незачтенную контрольную работу (задачу) следует в той же тетради на ее чистых листах.
При защите контрольной работы преподавателем задаются уточняющие вопросы по задачам и теоретическим вопросам, чтобы убедиться в самостоятельном выполнении их студентом.

Форма промежуточного контроля
Зачет
Зачет по учебной дисциплине проводится в письменной форме. 
Студенты случайным образом получают по четыре вопроса и одну задачу из предлагаемого им списка вопросов.
Перечень примерных вопросов для подготовки к зачету.
1.	Назовите основные виды теплообмена.
2.	Какой процесс называется теплопроводностью?
3.	Какой процесс называется конвекцией?
4.	Какой процесс называется теплопередачей?
5.	Что называется сложным теплообменом?
6.	Какие законы лежат в основе известных видов теплообмена?
7.	Каков механизм передачи теплоты в основных видах теплообмена?
8.	Какие виды теплообмена сопровождаются переносом массы?
9.	Что такое тепловой поток? Как он связан с количеством теплоты?
10.	Что называется плотностью теплового потока? Как эта величина связана с количеством теплоты?
11.	Дайте определение температурного градиента? Какова его размерность и физический смысл?
12.	Дайте определение температурного поля. Какое поле называется стационарным?
13.	Дайте определение температурного поля. Какое поле называется нестационарным?
14.	Напишите в общем виде уравнение двумерного температурного поля при стационарном режиме.
15.	Напишите в общем виде уравнение одномерного температурного поля при нестационарном режиме.
16.	Напишите в общем виде уравнение двумерного температурного поля при нестационарном режиме.
17.	Напишите в общем виде уравнение одномерного температурного поля при стационарном режиме.
18.	Напишите в общем виде уравнение трехмерного температурного поля при стационарном режиме.
19.	Напишите в общем виде уравнение трехмерного температурного поля при нестационарном режиме.
20.	Каков физический смысл и размерность коэффициента теплопроводности?
21.	От каких факторов зависит коэффициент теплопроводности?
22.	Что называется плотностью теплового потока? Как эта величина связана с линейной и объемной плотностями теплового потока?
23.	Что называется линейной плотностью теплового потока? Какова ее размерность? Как она связана с другими видами плотностей теплового потока?
24.	Что включают в себя условия однозначности?
25.	Какие граничные условия существуют и в чем их сущность?
26.	Какими величинами задаются граничные условия первого, второго и третьего рода?
27.	Каковы размерности коэффициентов теплопроводности, теплоотдачи, температуропроводности и теплопередачи?
28.	Каковы физический смысл и размерность коэффициента температуропроводности?
29.	Каковы физический смысл и размерность коэффициента теплоотдачи?
30.	От каких параметров (факторов) зависит коэффициент теплоотдачи?
31.	Каковы физический смысл и размерность коэффициента теплопередачи?
32.	Чем отличается теплоотдача от теплопередачи?
33.	Каков порядок величин коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов? Как меняется величина  таких материалов при увеличении температуры?
34.	Каков порядок величин коэффициента теплопроводности металлов? Как меняется величина  чистых металлов при увеличении температуры?
35.	Каков порядок величин коэффициента теплопроводности строительных материалов? Как меняется величина  таких материалов при увеличении температуры?
36.	Каков порядок величин коэффициента теплопроводности металлических сплавов? Как меняется величина  сплавов при увеличении температуры?
37.	Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности и поясните входящие в него величины.
38.	Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности и поясните, что характеризуют его слагаемые.
39.	Запишите закон Фурье и поясните входящие в него  величины.
40.	Запишите уравнение Ньютона–Рихмана. Поясните входящие в него величины.
41.	Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности для плоской стенки при стационарных условиях.
42.	Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности для плоской стенки при нестационарных условиях.
43.	Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности для плоской стенки при стационарных условиях при переменном коэффициенте теплопроводности .
44.	Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности для плоской стенки для нестационарного режима при переменном коэффициенте теплопроводности .
45.	Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности для цилиндрической стенки при стационарных условиях.
46.	Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности для цилиндрической  стенки при нестационарных условиях.
47.	Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности для цилиндрической стенки для нестационарного режима при переменном коэффициенте теплопроводности .
48.	Запишите граничные условия третьего рода для плоской стенки.
49.	Запишите граничные условия третьего рода для цилиндрической стенки.
50.	Запишите граничные условия первого рода для плоской стенки.
51.	Запишите граничные условия третьего рода для цилиндрической стенки.
52.	Покажите графически распределение температуры в плоской стенке при постоянном и переменном коэффициентах теплопроводности?
53.	Изобразите графически распределение температуры в двухслойной плоской стенке для  случая, когда   = const  , толщины   и  равны,   > .
54.	Изобразите графически распределение температуры в двухслойной плоской стенке для  случая, когда   = const  , коэффициенты  и  равны, а толщина  = 2.
55.	Изобразите графически распределение температуры в двухслойной плоской стенке для  случая, когда   = const,  коэффициенты  и  равны,  = 0,5.
56.	Изобразите графически распределение температуры в трехслойной плоской стенке при условии, что <<  < , а толщины  стенок одинаковы.
57.	Изобразите графически распределение температуры в трехслойной плоской стенке при условии, что толщины  стенок одинаковы, а коэффициенты теплопроводности слоев соотносятся между собой следующим образом: = 2= 4.
58.	Изобразите графически распределение температуры в трехслойной плоской стенке для  случая, когда   = const  , коэффициенты  =  = , а толщина = = 2 = 0,5.
59.	Изобразите графически распределение температуры в трехслойной плоской стенке для  случая, когда   = const  , коэффициенты  = 2 = , а толщина =  = 2.
60.	Что называется эквивалентным коэффициентом теплопроводности? Как он определяется?
61.	Что называется полным термическим сопротивлением теплопередачи многослойной стенки и какова его размерность?
62.	Что называется тепловой проводимостью плоской стенки и какова ее размерность?
63.	Что называется термическим сопротивлением теплопроводности многослойной стенки и какова его размерность?
64.	Запишите формулу для определения полного термического сопротивления теплопередачи многослойной плоской стенки?
65.	Запишите формулу для определения полного термического сопротивления теплопроводности многослойной цилиндрической стенки?
66.	Запишите формулу для определения полного линейного термического сопротивления теплопередачи многослойной цилиндрической стенки?
67.	Запишите формулу для определения полного термического сопротивления теплопередачи  цилиндрической стенки при отнесении к внутренней поверхности трубы?
68.	Запишите формулу для определения полного термического сопротивления теплопередачи цилиндрической стенки при отнесении к наружной поверхности трубы?
69.	От каких величин зависит тепловой поток, передаваемый теплопроводностью через однослойную плоскую стенку?
70.	От каких величин зависит тепловой поток, передаваемый теплопроводностью через однослойную цилиндрическую стенку?
71.	Что называется термическим сопротивлением теплоотдачи? Как находится сопротивление теплоотдачи для плоской и цилиндрических стенок?
72.	Запишите формулы для определения термических сопротивлений теплоотдачи цилиндрической стенки? 
73.	Изобразите графически распределение температуры в однослойной цилиндрической стенке при постоянном коэффициенте теплопроводности.
74.	По каким зависимостям распределяется температура в плоской, цилиндрической и шаровой стенке?
75.	Что называется линейным термическим сопротивлением теплопередачи и какова его размерность?
76.	Как связаны линейный коэффициент теплопередачи с коэффициентами теплопередачи при отнесении теплового потока к внутренней и наружной поверхностям?
77.	Поясните, может ли линейный коэффициент теплопередачи быть больше коэффициента теплопередачи при отнесении теплового потока к поверхности?
78.	В каких случаях линейная плотность теплового потока может быть больше плотности потока, отнесенной к поверхности?
79.	В каких случаях линейная плотность теплового потока может быть меньше плотности потока, отнесенной к поверхности?
80.	В случае использования вместо формул цилиндрической стенки формул для плоской стенки, какую поверхность следует брать в качестве расчетной?
81.	Покажите графически, как изменяется полное термическое сопротивление теплопередачи и линейная плотность теплового потока при увеличении наружного диаметра трубы.
82.	Покажите графически, как изменяются термические сопротивления при увеличении наружного диаметра трубы.
83.	Покажите графически, как изменяется термическое сопротивление теплопроводности при увеличении наружного диаметра трубы.
84.	Покажите графически, как изменяются термические сопротивление теплоотдачи при увеличении наружного диаметра трубы.
85.	По какому условию выбирается тепловая изоляция?
86.	Что называется критическим диаметром изоляции и как он определяется?
87.	В каких случаях и за счет чего можно интенсифицировать теплопередачу?
88.	При  >>  , какой из коэффициентов теплоотдачи следует изменить для увеличения коэффициента теплопередачи? 
89.	При  <<  , какой из коэффициентов теплоотдачи следует изменить для увеличения  коэффициента теплопередачи? 
90.	Какое существует общее правило для интенсификации теплопередачи?
91.	В каких случаях применяют ребристые стенки?
92.	По каким зависимостям распределяется температура в стержнях бесконечной и конечной длины?
93.	Что называется коэффициентом эффективности ребра и каково его максимальное значение?
94.	Как определяется коэффициент эффективности ребра и каков его физический смысл?
95.	Какое ребро называется идеальным? Изобразите распределение температуры по длине идеального ребра.
96.	Что называется коэффициентом оребрения? Укажите диапазон его изменения.
97.	Что называется приведенным коэффициентом теплоотдачи ребристой стенки?
98.	Как определяется коэффициент теплопередачи через ребристую стенку?
99.	Какое ребро называется ребром минимальной массы? Изобразите распределение температуры в таком ребре?
100.	Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности для однородной пластины с внутренними источниками теплоты.
101.	Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности для однородного стержня с внутренними источниками теплоты.
102.	Изобразите распределение температуры в плоской стенке при наличии в ней внутренних источников.
103.	Как определяется тепловой поток отдаваемый пластиной, если известна объемная мощность внутренних источников теплоты?
104.	Как определяется тепловой поток отдаваемый стержнем, если известна объемная мощность внутренних источников теплоты?
105.	Изобразите распределение температуры в цилиндрической стенке (трубе) при наличии в ней внутренних источников для различных вариантов отвода теплоты.
106.	В каком случае при одновременном отводе теплоты через внутреннюю и наружную поверхности трубы максимальное значение температуры  располагается в середине толщины стенки?
107.	Изобразите распределение температуры в трубе с внутренними источниками теплоты при одновременном отводе теплоты через внутреннюю и наружную поверхности для случаев, когда tж1 > tж2 ,  tж1 <  tж2 ,  tж1 = tж2 , а коэффициенты теплоотдачи равны.
108.	Каков физический смысл чисел Вi и Fo?
109.	Изобразите графически изменение температуры в плоской стенке с течением времени, когда число Bi равно 5 и 150. 
110.	Изобразите графически изменение температуры в плоской стенке с течением времени, когда число Bi равно 0,05  и 5.
111.	Изобразите графически изменение температуры в плоской стенке с течением времени, когда число Bi равно 0,05 и 150.
112.	Как определяется количество теплоты, которое отдает тело в процессе охлаждения за любой промежуток времени от = 0 до  .
113.	Как определяется температура тела ограниченного размера в случае нестационарной теплопроводности?
114.	Как определяется количество теплоты, которое отдает тело ограниченного размера в случае нестационарной теплопроводности?
115.	На какие периоды можно разделить охлаждение (нагревание) тела с постоянной начальной температурой?
116.	Что называется темпом охлаждения регулярного режима и от каких величин он зависит?
117.	Что называется регулярным режимом охлаждения (нагревания)? Чем он характеризуется?

Перечень примерных задач для подготовки к зачету.

1. Стенки рабочей камеры промышленной нагревательной печи имеют внутренний огнеупорный слой толщиной δ1=0,12 м из шамотного кирпича и наружный слой толщиной δ2=0,25 м из строительного кирпича. Температура наружной поверхности наружного слоя - t3ст=48 0С, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к окружающему воздуху α2=16 Вт/(м2·К), а температура воздуха - t2=22 0С. Определить температуру внутренней поверхности камеры печи t1ст и построить график распределения температур по толщине стенки. Каковы суточные потери тепла через стенку с площадью поверхности F=20 м2? Коэффициент теплопроводности шамотного кирпича λ1=0,86 Вт/(м·К), строительного кирпича λ2=0,7 Вт/(м·К).

2. Теплообменная поверхность рекуперативного теплообменника для охлаждения масла выполнена из нержавеющих трубок с внутренним диаметром d=20 мм и толщиной стенки δ=2,5 мм [λст=20 Вт/(м·К)]. Коэффициенты теплоотдачи от охлаждаемого масла к внутренней поверхности трубок - α1=0,35 кВт/(м2·К), а от наружной поверхности трубок к охлаждающей воде α2=3,5 кВт/(м2·К).
	Определить линейный коэффициент теплопередачи l Вт/(м2·К). Во сколько раз следует увеличить коэффициент теплоотдачи α1, чтобы при прочих неизменных условиях коэффициент теплопередачи повысился на 35%?
	Возможно ли такое повышение коэффициента теплопередачи путем увеличения коэффициента теплоотдачи α2?

3. Паропровод насыщенного пара с абсолютным давлением р=0,55 МПа имеет температуру стенки трубы с наружным диаметром d=150 мм, практически равную температуре пара. Паропровод покрыт двумя слоями изоляции одинаковой толщины δ=50 мм. Коэффициент теплопроводности изоляционного материала внутреннего слоя λ1=0,08 Вт/(м*К), а наружного слоя λ2=0,25 Вт/(м*К). Определить потери тепла на 1 пог. м паропровода при температуре окружающего воздуха 15 0С и коэффициенте теплоотдачи α2=20 Вт/(м2К). Как изменятся потери тепла, если слои изоляции поменять местами, сохранив прочие условия без изменения?

4. Плоскую поверхность необходимо изолировать так,  чтобы потери теплоты с единицы поверхности в единицу времени не превышали 450 Вт/м2. Температура поверхности под изоляцией tc1 = 4500C, температура внешней поверхности изоляции tc2 = 500C. Определить толщину изоляции для двух случаев:
а) изоляция выполнена из новоасбозурита, для которого λ = 0,144 + 0,00014 t;
б) изоляция выполнена из диатомитовой крошки, для которой λ = 0,113 + 0,00023 t.

5. Плоскую поверхность необходимо изолировать так,  чтобы потери теплоты с единицы поверхности в единицу времени не превышали 300 Вт/м2. Температура поверхности под изоляцией tc1 = 4500C, температура внешней поверхности изоляции tc2 = 500C. Определить толщину изоляции из асботермита, для которого λ = 0,109 + 0,000146 t и значения температуры на координатах 0,25из ,. 0,5из , и 0,75 из .

6. В цех из котельной подают горячую воду по стальной трубе (  = 45 Вт/(м. К)) диаметром 58 х 3,5 мм со скоростью 1,2 м/с. Вода входит в трубу с температурой  90оС и имеет средний коэффициент теплоотдачи 2000 Вт/(м2. К). К наружному воздуху с температурой 2о С теплота от трубы переходит с коэффициентом теплоотдачи  35 Вт/(м2. К). Какую теплопроводность должна иметь изоляция на трубе , чтобы при ее толщине 21 мм падение температуры воды от котельной до цеха , между которыми расстояние 120 м, не превышало  2оС?

7. По двум стальным трубам  (dвн  =  100 мм,   = 3 мм,  L = 200 м,  = 35 Вт/(м.К) ), расположенными на открытом воздухе  с температурой  5о С горячая вода , подогретая до 100о С, транспортируется к потребителю со скоростью 0,25 м/с в каждой. С какой температурой будет получать воду потребитель, если первая труба покрыта слоем минеральной ваты  (  =  0,05 Вт/(м. К),    = 50 мм) , а вторая труба не изолирована.
	Коэффициент теплоотдачи от горячей воды к внутренней поверхности труб принять 300 Вт/м2. К , а с внешней поверхности в обоих случаях  - 12,8 Вт/(м2. К).

8. Стальной паропровод (λ= 45 Вт/ (м . К)) диаметром 150 х 5 мм имеет на внутренней поверхности температуру 300 0С. Его надо покрыть двумя слоями изоляции, причем температура наружной поверхности не должна превышать 50 0С. Для изоляции предлагаются: слой А толщиной 20 мм и теплопроводностью λА = 0,037 Вт/ (м . К) и слой Б толщиной 40 мм и теплопроводностью λБ = 0,14 Вт/ (м . К). В какой последовательности надо расположить эти слои на паропроводе, чтобы получить минимальные тепловые потери?

9. Оконная рама состоит из двух слоев стекла толщиной 5 мм каждый. Между стеклами находится слой сухого неподвижного воздуха толщиной 6 мм со средней температурой 0 0С. Площадь поверхности стекла 4,5 м2. Определить потери теплоты теплопроводностью через стекло, если разность температур на внешних поверхностях стекла 25 0С. Как изменятся теплопотери, если применить стекло толщиной 3 мм, а воздушный зазор увеличить в 2 раза.

10. Определить температуру в центре и на поверхности пластины (толщина пластины во много раз меньше ее ширины и длины), выполненной из пластика толщиной 10 мм через 25 секунд после ее погружения в среду с коэффициентом теплоотдачи 15 Вт/(м2·К). Начальная температура пластины одинакова по всей толщине и составляет 100C. Среда, в которую помещается пластина, имеет температуру 1300C и поддерживается постоянной. В расчетах принять коэффициент теплопроводности пластины λ = 1 Вт/(м·К), удельную теплоемкость Ср =1000 Дж/(кг·К), плотность ρ = 1200 кг/м3. Как изменяться значения температур в определяемых точках, если значение коэффициента теплоотдачи увеличиться в 100 раз, а остальные данные останутся прежними?

Экзамен

Экзамен  по учебной дисциплине проводится в письменной форме. 
Студенты случайным образом получают по пять вопросов и одну задачу из предлагаемого им списка вопросов.
Перечень примерных вопросов для подготовки к экзамену.
1.	В чем различие понятий конвекция и конвективный теплообмен?
2.	 Что означают понятия свободной и вынужденной конвекции? В чем различие между ними?
3.	 Какие существуют особенности числа Прандтля для газов? Для жидких металлов?
4.	 Какие процессы конвективного теплообмена характеризуются  наибольшими коэффициентами теплоотдачи?
5.	 Каковы физический смысл и размерность коэффициента объемного расширения?
6.	 Какие дифференциальные уравнения используются при решении задач конвективного теплообмена?
7.	 Запишите в общем виде систему дифференциальных уравнений конвективного теплообмена.
8.	Запишите дифференциальное уравнение энергии и поясните физический смысл входящих в него слагаемых.
9.	Запишите дифференциальное уравнение энергии и поясните входящие в него величины.
10.	 Запишите дифференциальное уравнение движения и поясните физический смысл входящих в него слагаемых.
11.	Запишите дифференциальное уравнение движения и поясните входящие в него величины
12.	 Запишите дифференциальное уравнение неразрывности и поясните входящие в него величины.
13.	 Сформулируйте необходимые и достаточные условия подобия.
14.	Какие процессы называют подобными?
15.	В чем различие между аналогичными и подобными процессами?
16.	 Какие уравнения называют уравнениями подобия? Приведите пример записи в общем виде.
17.	 Сформулируйте условие, по которому выбираются константы подобия.
18.	 Какие критерии характеризуют свободную конвекцию? Какие величины входят в эти критерии?
19.	 Какие критерии характеризуют вынужденную конвекцию? Какие величины входят в эти критерии?
20.	 Поясните, почему для определения коэффициента теплоотдачи применяют теорию подобия?
21.	 Какие числа подобия характеризуют нестационарную теплопроводность?
22.	 Опишите в чем сходны и чем различаются числа  Nu  и  Bi.
23.	 Поясните физический смысл  критериев  Nu,  Gr  и  St.
24.	Какие из критериев  Pr , Re , Gr  и Nu  определяющие, а какие определяемые?
25.	 Что характеризуют числа  St ,  Re ,  Gr ?
26.	 Поясните физический смысл критериев  Pr ,  Nu ,  Pe.
27.	 Поясните физический смысл критериев  Re ,  Pr ,  Eu.
28.	 Запишите в общем виде критериальные уравнения для вынужденной и свободной конвекции.
29.	 Почему при обтекании стенки жидкостью в непосредственной близости от поверхности температурный градиент резко возрастает?
30.	 Дайте определение гидродинамического и теплового пограничных слоев.
31.	 Почему стенка кипятильной трубы котла имеет со стороны газов температуру, значительно отличающуюся от температуры газов, а со стороны воды – температуру, близкую к температуре воды?
32.	 Толщина какого пограничного слоя (теплового или гидродинамического) при обтекании тел в большей степени зависит от теплофизических свойств жидкости и почему?
33.	  Какова роль числа Прандтля в оценке соотношения между толщинами гидродинамического и теплового пограничных слоев?
34.	 Каким соотношением учитывается переменность теплофизических свойств жидкости от температуры?
35.	 Изобразите схематично, как влияет направление теплового потока на распределение скорости и температуры.
36.	 Как влияет режим течения жидкости на теплоотдачу?
37.	 Каков механизм передачи теплоты при ламинарном и турбулентном режимах течении жидкости?
38.	 При каком режиме течения жидкости изменение скорости потока в большей степени влияет на изменение теплоотдачи? Ответ обоснуйте.
39.	 Изобразите графически,  как изменяется  коэффициент  теплоотдачи по длине пластины при обтекании ее потоком жидкости при различных режимах движения.
40.	 При каких условиях (q = const или t = const) значения коэффициента теплоотдачи имеют большие значения?
41.	Чем отличаются формулы для расчета среднего коэффициента теплоотдачи от формул для местных коэффициентов?
42.	 Приведите зависимость, по которой определяется толщина гидродинамического слоя при ламинарном обтекании пластины.
43.	 Приведите зависимость, по которой определяется толщина гидродинамического слоя при турбулентном обтекании пластины.
44.	 Приведите зависимость, по которой определяется толщина теплового пограничного слоя при ламинарном обтекании пластины.
45.	 Приведите критические значения числа Рейнольдса, соответствующие переходу к турбулентному режиму течения при обтекании пластины, одиночного цилиндра, при движении в трубе.
46.	 В чем заключаются особенности теплоотдачи при течении жидкости внутри труб?
47.	 Что означает понятие "тепловая стабилизация" ? Как в этом случае определяется теплоотдача?
48.	 От каких факторов зависит длина участка тепловой стабилизации?
49.	 Схематично изобразите изменение распределения температуры по сечению при движении жидкости в трубе когда  tст  >  tж .
50.	 Схематично изобразите изменение распределения температуры по сечению при движении жидкости в трубе когда  tж  >  tст .
51.	 По какой зависимости изменяется температура жидкости при течении в трубе в случае, когда t ст = const.
52.	 По какой зависимости изменяется температура жидкости при течении в трубе в случае, когда  q  = const.
53.	 Как определяется эквивалентный диаметр для каналов некруглого сечения?
54.	 Изобразите графически,  как изменяется  коэффициент теплоотдачи по длине трубы при вынужденном течении жидкости внутри нее.
55.	 Поясните, одинаковы ли значения локального и среднего коэффициентов теплоотдачи на участке тепловой стабилизации и за его пределом?
56.	 Какое течение называют вязкостным, а какое – вязкостно-гравитационным? По значениям каких критериев определяют вид течения?
57.	 По какому критерию оценивают и при каком значении этого критерия учитывают наличие влияния свободной конвекции на теплообмен при вынужденном движении в трубе?
58.	 Изобразите профиль скорости в вертикальной трубе при совместном действии вынужденной и свободной конвекции.
59.	Изобразите профиль скорости в вертикальной трубе при противоположном  действии вынужденной и свободной конвекции.
60.	 В чем особенности теплоотдачи при вынужденном поперечном обтекании одиночной трубы?
61.	 Как влияет угол атаки потока при обтекании одиночной трубы на теплоотдачу?
62.	 Изобразите графически, как изменяется  коэффициент теплоотдачи по длине окружности одиночной трубы при вынужденном обтекании ее жидкостью.
63.	 Какие факторы оказывают влияние на местный коэффициент теплоотдачи при внешнем поперечном обтекании трубы?
64.	 Какими геометрическими величинами характеризуются пучки труб?
65.	 Изобразите график изменения  коэффициента  теплоотдачи по рядам пучков труб?
66.	 Как определяется средний коэффициент теплоотдачи для пучка труб?
67.	 Изобразите распределение температуры  и скорости в пограничном слое для случая свободноконвективного теплообмена возле вертикальной стенки.
68.	 Изобразите графически, как изменяется коэффициент теплоотдачи по длине 
окружности одиночной горизонтальной трубы при свободном движении жидкости.
69.	 Как влияет величина диаметра на теплоотдачу при свободном движении возле горизонтальной трубы?
70.	 Изобразите графически, как изменяется коэффициент теплоотдачи по длине 
вертикальной трубы при свободной конвекции.
71.	 Какие режимы кипения Вы знаете? Чем они характеризуются?
72.	 Какое кипение называют пузырьковым, пленочным?
73.	 Почему чаще возникает поверхностное кипение, а не объемное?
74. Опишите кривую зависимости теплового потока при кипении от температурного напора.
75. Опишите кривую зависимости теплового потока при кипении от температурного напора при нагревании с регулируемой температурой стенки и нерегулируемой мощностью теплового потока  от нагревателя.
76. Опишите кривую зависимости теплового потока при кипении от температурного напора при нагревании с регулируемой мощностью теплового потока от нагревателя и с нерегулируемой температурой стеки.
77. Укажите параметры первого кризиса кипения воды. Представьте их на графике зависимости теплового потока от температурного напора.
78. Укажите параметры второго кризиса кипения воды. Представьте их на графике зависимости теплового потока от температурного напора.
79. Опишите явление перехода от пузырькового режима кипения к пленочному. Приведите соответствующий график зависимости теплового потока от температурного напора.
80. Опишите явление перехода от пленочного режима кипения к пузырьковому. Приведите соответствующий график зависимости теплового потока от температурного напора.
81. Опишите влияние давления на кризис кипения первого рода,
82. Опишите влияние скорости течения жидкости на кризис кипения первого рода.
83. Опишите влияние паросодержания на кризис кипения жидкости в условиях вынужденного движения ее внутри труб и каналов.
84. Назовите два-три материала с высокой степенью черноты. Укажите возможности использования этого свойства. 
85. Назовите два-три материала с низкой степенью черноты. Укажите возможности использования этого свойства.
86. Назовите два-три материала с высокой поглощательной способностью. Укажите возможности использования этого свойства.
87. Назовите два-три материала с низкой поглощателъной способностью. Укажите возможности использования.
88. Назовите два-три материала с высокой отражательной способностью. Укажите возможности использования этого свойства.
89. Назовите два-три материала с низкой отражательной способностью. Укажите возможности -использования этого свойства.
90. Назовите два-три материала с высокой пропускной способностью. Приведите примеры их использования.
91. Что такое собственное и эффективное излучения? Их взаимосвязь.
92. Что такое отраженное и эффективное излучения? Их взаимосвязь.
93. Что такое собственное и отраженное излучения? Их взаимосвязь.
94. Какое излучение называется собственным? От каких параметров зависит величина собственного излучения?
95. Укажите связь между поглощательной, отражательной и излучателъной способностью тела.
96. Укажите связь между поглощательной способностью тела и его степенью черноты (закон Кирхгофа).
97. Укажите связь между спектральной и интегральной плотностями потока излучения. Связь между законом Планка и законом Стефана — Больцмана.
98. Объясните изменение светимости тел при их нагреваний с помощью закона Планка и закона смещения Вина.
99. Какова зависимость яркости излучения от направления, если излучение подчиняется закону Ламберта?
100. Какова зависимость угловой плотности излучения от его направления, если излучение подчиняется закону Ламберта?
101. Приведите пример; характеризующий отклонение излучения реального тела от закона Ламберта.
102. Поясните различие между действительной и радиационной температурами.
103. Поясните различие между действительной и яркостной температурами.
104. Поясните различие между цветовой и действительной температурами.
105. Какие виды теплообменных аппаратов Вы знаете? Каковы общие преимущества и недостатки каждого вида?
106. Назовите преимущества и недостатки смесительных аппаратов?
107. Назовите преимущества и недостатки регенеративных теплообменных аппаратов?
108. Назовите преимущества и недостатки рекуперативных теплообменных аппаратов?
109. Назовите и схематично изобразите схемы движения теплоносителей, которые используются в теплообменных аппаратах? 
110. В чем заключаются конструкторский и поверочный расчеты теплообменников?
111. В каких случаях схема движения теплоносителей не играет роли при определении температурного напора?
112. Изобразите схематично график изменения температуры теплоносителей в рекуперативном теплообмене при прямотоке в случае, если расходная теплоемкость горячего теплоносителя С1 больше, чем холодного теплоносителя.
113. Изобразите схематично график изменения температуры теплоносителей в рекуперативном теплообмене при прямотоке в случае, если расходная теплоемкость горячего теплоносителя С1 меньше, чем холодного теплоносителя.
114. Изобразите схематично график изменения температуры теплоносителей в рекуперативном теплообмене при прямотоке в случае, если расходные теплоемкость горячего теплоносителя и холодного теплоносителя равны.
115. Изобразите схематично график изменения температуры теплоносителей в рекуперативном теплообмене при противотоке в случае, если расходная теплоемкость горячего теплоносителя С1 больше, чем холодного теплоносителя.
116. Изобразите схематично график изменения температуры теплоносителей в рекуперативном теплообмене при противотоке в случае, если расходная теплоемкость горячего теплоносителя С1 меньше, чем холодного теплоносителя.
117. Изобразите схематично график изменения температуры теплоносителей в рекуперативном теплообмене при противотоке в случае, если расходные теплоемкость горячего теплоносителя и холодного теплоносителя равны.
118. Изобразите схематично графики изменения температуры теплоносителей в рекуперативном теплообменнике, при расходной теплоемкости С1 горячего теплоносителя большей, чем С2 холодного теплоносителя,  при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей.
119. Изобразите схематично график изменения температуры теплоносителей в рекуперативном теплообменнике, при расходной теплоемкости С1 горячего теплоносителя большей, чем С2 холодного теплоносителя,  при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей.
120. Что называется водяным эквивалентом и какова его размерность? Схематично изобразите изменения температур теплоносителей при прямотоке в и противотоке для случая, когда водяной эквивалент одного из теплоносителей стремится к бесконечности.

Перечень примерных задач для подготовки к экзамену.

1. При изучении теплообмена на модели в условиях естественной конвекции между горизонтальной трубой с температурой  t   и воздухом получены следующие данные:
                           t  ,  о С   . . . . . . . . . . .    85 ,   125 ,    145
                          α ,  Вт/м2. К . . . . . .  . .    9,4 ,   10, 4 ,  10,8.
Труба наружным диаметром 45 мм была помещена в воздух с температурой 20о С . По измерениям на модели найти обобщенную зависимость в виде формулы   Nu  = C (Gr Pr)n , используя которую, определить теплоту, передаваемую за 5 часов от горизонтальной трубы диаметром 10 мм и длиной  4 м  к воде с температурой 40о С.  Температуру на поверхности трубы принять 60о С.

2. Электрическая шина , выполненная из стали ( = 0,13. 10-6 Ом . м) с размерами  
L x b x k =5 x 0,05 х 0,001 охлаждается потоком воздуха , имеющего скорость 20 м/с  и температуру 20о С. По шине, вдоль ее длины , пропускается электрический ток  I =  100A. Вычислить среднюю по поверхности
шины температуру,  если : а) шина обдувается вдоль ее ширины b ;
                                              б) шина обдувается вдоль ее длины L .

3. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубки конденсатора паротурбинной установки к охлаждающей воде, если средняя по длине температура стенки  28о С , внутренний диаметр трубки 16 мм , температуры воды на входе и на выходе из трубки равны соответственно 10о С  и  18о С . Средняя скорость воды 2 м/с. Найти также передаваемый тепловой поток и  длину трубки.

4. Паровая труба проходит вертикально через помещение. Температура наружной поверхности трубы 60о  С,  температура неподвижного воздуха в помещении 20о  С. Наружный диаметр трубы 68 мм, длина ее участка в помещении 3,4 м. Определить тепловой поток от тубы, а также рассчитать за какое время температура в помещении повысится на 1 градус, полагая, что стены полностью теплоизолированы, а объем помещения составляет 900 м3 .

5. Найти средний коэффициент теплоотдачи в охладителе воздуха при поперечном обтекании коридорного пучка из 5-ти рядов труб. Наружный диаметр труб 16 мм, скорость воздуха в узком сечении пучка 15 м/с, средняя температура воздуха 160о С. Размеры шагов составляют  S1 = 38 мм и S2 = 38 мм. Как измениться коэффициент теплоотдачи при уменьшении диаметра до 10 мм?

6. Требуется испарить 1600 кг/ч жидкости, поступающей в испаритель при температуре кипения 127о С. Теплота парообразования жидкости  350 кДж/кг. Нагрев происходит водяным паром при давлении 4,76. 105 Па.  Определить расход греющего пара, если он влажный со степенью влажности  у = 0,22. Пар конденсируется полностью, температура конденсата 130о С. Какая при этом требуется поверхность теплообмена, если коэффициент теплопередачи составляет 750 Вт/ м 2 К.

7. В конденсаторе на горизонтальной трубе диаметром 18 мм конденсируется сухой насыщенный пар при давлении 0,00424 МПа. Найти средний коэффициент теплоотдачи и количество водяного пара, конденсирующегося за час на 1 м длины трубы, имеющей температуру стенки 100С. Как изменится коэффициент теплоотдачи, если:  а) давление пара увеличить в 10 раз; б) диаметр трубы увеличить в 3 раза; в) трубу расположить вертикально.

8. Определить расход греющего пара и поверхность нагрева противоточного пароводяного теплообменника, если известны расход нагреваемой воды  G = 5,6 кг/с, давление греющего пара  р = 0,2 МПа (пар насыщенный), температура конденсата  110о С, температура  нагреваемой воды на входе в теплообменник  10о С, температура воды на выходе 48о С. Коэффициенты теплоотдачи со стороны пара составляет 3000 Вт/ м2. К , от стенки воде 900 Вт/ м2. К , термическое сопротивление стенки составляет 0,03  м2. К/Вт.  Коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду, принять равным 0,97.

9. Между двумя безграничными пластинами( Т1 = 	1300 К, Т2 = 800 К, А1 = 0,8 , А2 = 0,7) расположен экран, для которого Аэ = 0,05. Найти плотность потока результирующего излучения и температуру экрана. Полученное значение Ерез сравнить со случаем, когда экран отсутствует.

10. Труба с внешним диаметром 25 мм охлаждается поперечным потоком трансформаторного масла. Скорость движения 0,9 м/с,  температура масла 20о С. Определить, какую температуру поверхности трубы необходимо поддерживать, чтобы плотность теплового потока составляла 45 кВт/м2 . Как изменится  температура, если поток будет натекать на трубу под углом 45 градусов.

Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература

1. Теплопередача. Методические указания и контрольные задания для студентов–заочников энергетических специальностей высших учебных заведений – М.: Высшая школа, 1989. -64 с.
2. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А.  Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 550 с.
3. Цветков Ф.Ф., Керимов Р.В., Величко В.И. Задачник по тепломассообмену. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. - 196 с.
4. Брюханов О.Н., Шевченко С.Н. Тепломассообмен. Учебник. – М.: ИНФРА-М, 2012. – 464 с.
5. Кудинов А.А. Тепломассообмен. Учеб. пособие – М.: ИНФРА-М, 2012. – 375с.
6. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергоатомиздат, 1981. - 416 с.
7. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 
288 с.

Дополнительная литература

1. Ягов В.В. Теплообмен в однофазныз  средах  и при фазовых превращениях. Учеб. пособие – М.: Издательский дом МЭИ, 2014. – 543с.
2. Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 144 с.
3. Теплообмен в ядерных энергетических установках: Учебное пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп./ Б.С. Петухов и др. – М. Издательство МЭИ, 2003.- 548с.
4. Назмеев Ю.Г., Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС. Учеб. пособие для вузов. – М. Энергоатомиздат, 1988. – 288 с.
5. Примеры и задачи по тепломассообмену: Учеб. пособие. – СПб.: Издательство «Лань». 2011. – 256с.
6. Барилович В.А., Смирнов Ю.А. Основы технической термодинамики и теории тепло- и массообмена: Учеб. пособие.- М.: ИНФРА-М, 2014. – 432 с.

Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
1.	Электронная библиотека для инженеров-теплоэнергетиков, а также научных работников и студентов вузов – URL: http://03-ts.ru/index.php?nma=index&fla=index (дата обращения 31.01.2014 г.).
2.	Электронная библиотека: Все для студента – URL: http://www.twirpx.com/library (дата обращения 31.01.2014 г.).
3.	Научная электронная библиотека – URL: http://elibrary.ru/defaultx.asp (дата обращения 31.01.2014 г.).
4.	Коллекция книг по теплоэнергетике (более 470 наименований) – URL: http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=1485172/ (дата обращения 30.01.2014 г.).
5.	Электронная библиотека учебно-методических материалов для студентов –  URL: http://www.studmed.ru/ (дата обращения 16.12.2014 г.).
6.	Электронно-библиотечная система образовательных и просветительских изданий (бесплатная регистрация) – URL: http://www.iqlib.ru/ (дата обращения 30.01.2014 г.).
7.	Производственно-массовый журнал «Энергетик» – URL: http://www.energetik.energy-journals.ru/ (дата обращения 30.01.2014 г.).
8.	Теоретический и научно-практический журнал «Теплоэнергетика» – URL: http://www.maik.ru/cgi-bin/list.pl?page=teploen (дата обращения 30.01.2014 г.).
9.	Инженерно-физический журнал – URL. http://www.itmo.by/ru/publications/ (дата обращения 01.09.2015 г.).

Ведущий преподаватель                                Мирошников С.Ф. 

Заведующий кафедрой                                    Стрельников А.С.