teplofizikax - Саратовский государственный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Институт химии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической
работе профессор Е.Г. Елина
___________________________
"____" _____________ 2013 г.
Рабочая программа дисциплины
Теплофизика
Направление подготовки 280700 – Техносферная безопасность
Профиль подготовки - Промышленная безопасность технологических
процессов и производств
Квалификация (степень) выпускника «Бакалавр»
Форма обучения очная
Саратов, 2013 год
2
1. Цели дисциплины «Теплофизика»
Цель - изучение основных теоретических законов и уравнений
термодинамики и теплообмена для расчета тепловых процессов.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриат
Дисциплина
«Теплофизика»
входит
в
базовую
часть
профессиональноого цикла дисциплин, по направлению 280700 –
Техносферная безопасность.
Рассматриваемая дисциплина неразрывно связана с дисциплиной
«Физика», дает возможность расширения знаний, умений и навыков,
определяемых содержанием базовых (обязательных) дисциплин и позволяет
студенту получить углубленные знания и навыки для успешной
профессиональной
деятельности
и
(или)
для
продолжения
профессионального образования в магистратуре.
Полученные в результате изучения данной дисциплины знания и
навыки найдут применение в ходе изучения дисциплин «Физическая химия»,
«Теория горения и взрыва» и подготовки выпускной квалификационной
работы.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения дисциплины «Теплофизика»
В результате изучения дисциплины студент должен обладать следующими
общекультурными (ОК) и профессиональными компетенциями (ПК):

способностью работать самостоятельно (ОК-8);

способностью к познавательной деятельности (ОК-10);

способностью применять на практике навыки проведения и описания
исследований, в том числе экспериментальных (ОК-16).

способностью принимать участие в инженерных разработках среднего
уровня сложности в составе коллектива (ПК-3);

способностью принимать участие в научно-исследовательских
разработках по профилю подготовки: систематизировать информацию по
теме исследований, принимать участие в экспериментах, обрабатывать
полученные данные (ПК-20).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: основные понятия, термины и определения, используемые в
теории тепломассообмена; методы оценки и повышения теплотехнической
надежности зданий и сооружений; основные теплофизические свойства и
характеристики материалов; характер воздействия тепловых факторов на
человека и технические системы, методы защиты от них применительно к
сфере своей профессиональной деятельности.
Уметь: использовать основные математические модели теории
теплообмена для формализации задач обеспечения и управления
безопасностью технологических процессов и производств; справочный
материал для определения типа математической модели и класса методов ее
3
исследования; идентифицировать основные опасности, возникающие при
эксплуатации теплотехнических систем и оценивать риск их реализации,
выбирать методы защиты от опасностей применительно к сфере своей
профессиональной деятельности.
Владеть:
– способностью проводить расчеты теплофизических характеристик
процессов, протекающих в конкретных технических устройствах, по
существующим методикам с использованием справочной литературы;
– готовностью к участию в проведении теплофизического эксперимента и в
обработке опытных данных;
– способностью проектировать узлы экспериментальных установок для
изучения теплофизических свойств веществ и характеристик процессов
тепло- и массообмена с использованием информационных технологий;
– готовностью к участию в разработках проектов аппаратов новой техники и
в модернизации стандартного теплообменного оборудования;
– готовностью к выполнению монтажно-наладочных работ по вводу в
эксплуатацию экспериментальных установок и аппаратов новой техники и
проведению градуировок датчиков для измерений теплофизических
параметров;
– способностью проводить выбор приборов и оборудования для замены в
процессе эксплуатации экспериментальных установок и при модернизации
стандартных теплообменных систем.
4
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 108 часов, 3зачетных единицы.
№
п/п
Раздел дисциплины
С
е
м
ес
т
р
Недел
я
семест
ра
Виды учебной
работы, включая
самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в
часах)
лек С лаб Срс
ции е
.
м. Раб
з.
.
Формы
текущего
контроля
успеваемос
ти (по
неделям
семестра)
Формы
промежуто
чной
аттестации
(по
семестрам)
1.
Введение в теорию теплофизики.
3
1-2
4
Письменн
ый отчет
2
Теория теплопроводности
3
3-6
8
10
8
3
Конвективный теплообмен
3
7-10
8
12
8
4
Лучистый теплообмен
3
11-14
8
8
8
Основы технической термодинамики 3
неравновесных процессов.
Итого часов:
15-18
8
6
10
36
36
36
5
Итого:
2
Письменн
ый отчет
интеллек
туальный
футбол
Письменн
ый отчет
Интервью
больших
групп
Защита
рефератов
Презентац
ии в
формате
«печакуча»
тестирован
ие
зачет
108
1.
Предмет и задачи курса.
1. Введение в теорию теплофизики.
Механизмы передачи тепла: теплопроводность, конвекция, излучение. Их
сравнительный анализ. Примеры видов теплопередачи. Исторический
экскурс в теплофизику. Связь её с теплотехническими дисциплинами.
Актуальные проблемы промышленной теплотехники.
2. Теория теплопроводности. Тепловой поток, плотность теплового
потока. Температурное поле, температурный градиент. Основной закон
теплопроводности (Фурье). Коэффициент теплопроводности, коэффициент
температуропроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности
(диффузии). Тепловые граничные условия. Теплопроводность при
стационарном режиме и граничных условиях первого рода. Температурное
поле плоских и цилиндрических стенок. Теплопроводность при
5
стационарном режиме. Тепловая изоляция. Критический диаметр тепловой
изоляции. Теплопередача через плоскую и цилиндрическую стенки.
Теплопроводность (диффузия) при нестационарном режиме. Безразмерная
формулировка краевой задачи теплопроводности. Критерии Био и Фурье.
Расчет процессов нагрева и охлаждения тел простой формы. Метод
регулярного теплового режима.
3. Конвективный
теплообмен.
Уравнение
Ньютона-Рихмана.
Коэффициент теплоотдачи. Свободная и вынужденная конвекция.
Ламинарный и турбулентный режим течения. Дифференциальные уравнения
переноса тепловой энергии, неразрывности, теплоотдачи в пограничном слое
и течения вязкого теплоносителя (Навье-Стокса). Условия однозначности.
Пути решения краевой задачи конвективного теплообмена. Основные теории
подобия. Основные критериальные числа (Нуссельта, Рейнольдса, Прандтля,
Грасгофа, Пекле). Виды уравнений подобия конвективного теплообмена.
Определяющие параметры. Приложение теории подобия – моделирование.
Критериальные уравнения теплоотдачи при свободном и вынужденном
движении текучей среды.
4. Лучистый теплообмен. Физическая сущность лучистого теплообмена,
виды потоков излучения и радиационные характеристики тел. Основные
законы теплового излучения (Планка, Вина, Стефана-Больцмана, Кирхгофа,
Ламберта). Эффективное излучение. Приведенный коэффициент излучения
системы тел. Лучистый теплообмен между телами, разделенными
прозрачной средой. Защита от теплового излучения.
5. Основы технической термодинамики неравновесных процессов.
Основное уравнение термодинамики неравновесных процессов.
Глобальное производство энтропии, степень превращения рабочего
вещества, время и движущие силы процесса. Работы лауреата Нобелевской
премии И. Пригожина. Элементы термодинамики сложных иерархических
систем (Гладышев). Промышленные примеры процессов теплопроводности,
конвекции и излучения безопасной эксплуатации двигателей и установок.
2.3. Перечень лабораторных работ
1.Определение удельной теплоты сгорания и удельной теплоемкости
твердого топлива методом дифференциально-интегральной
сканирующей калориметрии.
2.Исследование работы компрессора.
3.Определение коэффициента теплопроводности твердого тела
методом трубы.
4.Исследование теплоотдачи горизонтальной трубы при свободном
движении воздуха.
5.Исследование теплового излучения твердого тела.
5. Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие образовательные
технологии:
6
- лабораторные занятия с использованием как неимитационных методов
обучения: интервью больших групп, интеллектуальный футбол и защита
рефератов при использовании презентаций в формате Печа-Куча.
№ Тема занятия
п/п
1
Расчеты коэффициента температуропроводности,
чисел Био и Фурье, температуру на поверхности и в
центре пластины через фиксированное время после её
нагревания и охлаждения.
Интерактивные
методы обучения
Подготовка
вопросов к
интеллектуальному
футболу
интеллектуальный
футбол
2
Теплообмен при фазовых превращениях (при Интервью больших
конденсации
чистых
паров,
при
кипении групп
однокомпонентных жидкостей.)
3
Лучистый теплообмен
Коли
чество
часов
2
4
4
Презентации в
6
формате «печа-куча»
16
Всего
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Виды самостоятельной работы:
 Составление
опорных конспектов, различных видов таблиц
(концептуальных, сравнительных), поиск информации в сети Интернет.
 Разработка проектов (индивидуальных, групповых).
 Изучение дополнительной литературы.
Система контроля самостоятельной работы включает:
 контрольные срезы;
 подготовку и защиту рефератов;
 решение практических проблемных ситуаций;
 тестовые задания;
 зачет.
Темы рефератов
1. Сравнительная
характеристика
процессов
теплопроводности,
конвекции и излучения.
2. Критерии подобия в уравнениях конвекционного теплообмена.
3. Основные законы лучистого теплообмена (законы Планка, Вина,
Стефана-Больцмана, Кирхгофа, Ламберта).
4. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Стационарный
режим теплопроводности и граничные условия первого рода.
Нестационарный режим теплопроводности.
5. Анализ температурных полей плоских и цилиндрических стенок.
7
Теплопередача через данных видов полей.
6. Критерии Био и Фурье. Охлаждение (нагрев) конечного и бесконечного
длинного цилиндра, пластины и стержня.
7. Уравнение Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи. Свободная и
вынужденная конвекция. Ламинарный и турбулентный режим течения
жидкости.
8. Основные теории подобия и виды уравнений подобия конвективного
теплообмена.
9. Эффективное излучение. Приведенный коэффициент излучения
системы теплот. Прозрачная среда. Защита от теплового излучения.
10. Физическая сущность лучистого теплообмена. Виды потоков
излучения. Радиационные характеристики тел.
Тест
Вариант 1.
1. Выберите математическое выражение закона теплопроводности Фурье
для процессов теплопередачи в твердых телах:

а) q=α (Tc-Tж) или α= -
Тж  Тс
dT
) n 0
dn
(
dQ
q
dS
б) λ = 

T
T
n
n


dE
C
в) I0 = 0  C15  EXP 2   1
d
  T  

1
г) λmax T= 2.898 10-3
 
T
д) Е0 =  I 0 d   0T  C0  
 100 
 0
4
4
4
Т
Т
Е = ε· Е0 = εС0    С  
 100 
4
 100 
Е
е) dEφ,0 =  0  d cos 
 
2. Выберите вид уравнения процесса
dT
q
 a 2T 
d
cp
а) дифференциальное уравнение теплопроводности плоской стенки;
б) дифференциальное уравнение теплопроводности цилиндрической стенки;
в) дифференциальное уравнение теплопроводности стержня и трубы;
г) дифференциальное уравнение свободного конвективного теплообмена;
д) дифференциальное уравнение вынужденного конвективного теплообмена;
е) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена с конденсацией
газов;
ж) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена при кипении;
з) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена между телами;
и) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена газов.
8
3.Выбрать и доказать режим передачи теплоты через стенку
а) стационарный режим;
б) нестационарный;
в) сложный (комбинированный режим);
г) нестационарный режим с учетом теплоизоляции.
Вариант 2.
1. Выберите математическое выражение закона Ньютона-Рихмана для
процессов конвективного теплообмена в жидкостях и газах:
а) q=α (Tc-Tж) или α= -

Тж  Тс
dT
) n 0
dn
(
dQ
q
dS
б) λ = 

T
T
n
n


dE
C
в) I0 = 0  C15  EXP 2   1
d
  T  

1
г) λmax T= 2.898 10-3
 
T
д) Е0 =  I 0 d   0T  C0  
 100 
 0
4
4
4
Т
Т
Е = ε· Е0 = εС0    С  
 100 
4
 100 
Е
е) dEφ,0 =  0  d cos 
 
2. Выберите вид дифференциального уравнения процесса:
 d 2T d 2T d 2T 
dT
dT
dT
dT
 x
 y
 z
 a 2  2  2 
d
dx
dy
dz
dy
dz 
 dx
а) дифференциальное уравнение теплопроводности плоской стенки;
б) дифференциальное уравнение теплопроводности цилиндрической стенки;
в) дифференциальное уравнение теплопроводности стержня и трубы;
г) дифференциальное уравнение свободного конвективного теплообмена;
д) дифференциальное уравнение вынужденного конвективного теплообмена;
е) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена с конденсацией
газов;
ж) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена при кипении;
з) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена между телами;
и) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена газов.
3. Выбрать и доказать вид режима передачи теплоты через цилиндрическую
стенку:
а) стационарный режим;
9
б) нестационарный;
в) сложный (комбинированный режим);
г) нестационарный режим с учетом теплоизоляции.
Вариант 3.
1. Выберите математическое выражение закона Планка для процессов
лучистого теплообмена:
а) q=α (Tc-Tж) или α= -

Тж  Тс
dT
) n 0
dn
(
dQ
q
dS
б) λ = 

T
T
n
n


dE
C
в) I0 = 0  C15  EXP 2   1
d
  T  

1
г) λmax T= 2.898 10-3
 
T
д) Е0 =  I 0 d   0T  C0  
 100 
 0
4
4
4
Т
Т
Е = ε· Е0 = εС0    С  
 100 
4
 100 
Е
е) dEφ,0 =  0  d cos 
 
2. Выберите вид дифференциального уравнения процесса I =
dE
:
d
а) дифференциальное уравнение теплопроводности плоской стенки;
б) дифференциальное уравнение теплопроводности цилиндрической стенки;
в) дифференциальное уравнение теплопроводности стержня и трубы;
г) дифференциальное уравнение свободного конвективного теплообмена;
д) дифференциальное уравнение вынужденного конвективного теплообмена;
е) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена с конденсацией
газов;
ж) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена при кипении;
з) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена между телами;
и) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена газов.
3.
Выбрать и доказать вид режима передачи теплоты через сферическую
стенку:
а) стационарный режим;
б) нестационарный;
в) сложный (комбинированный режим);
г) нестационарный режим с учетом теплоизоляции.
10
Вариант 4.
1. Выберите математическое выражение закона Вина для процессов
теплообмена излучением:
а) q=α (Tc-Tж) или α= -

Тж  Тс
dT
) n 0
dn
(
dQ
q
dS
б) λ = 

T
T
n
n


dE
C
в) I0 = 0  C15  EXP 2   1
d
  T  

1
г) λmax T= 2.898 10-3
 
T
д) Е0 =  I 0 d   0T  C0  
 100 
 0
4
4
4
Т
Т
Е = ε· Е0 = εС0    С  
 100 
4
 100 
Е
е) dEφ,0 =  0  d cos 
 
2. Выберите вид уравнения процесса
dT
q
 a 2T 
d
cp
а) дифференциальное уравнение теплопроводности плоской стенки;
б) дифференциальное уравнение теплопроводности цилиндрической стенки;
в) дифференциальное уравнение теплопроводности стержня и трубы;
г) дифференциальное уравнение свободного конвективного теплообмена;
д) дифференциальное уравнение вынужденного конвективного теплообмена;
е) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена с конденсацией
газов;
ж) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена при кипении;
з) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена между телами;
и) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена газов.
3.Выбрать и доказать вид режима передачи теплоты в стержне (ребре):
а) стационарный режим;
б) нестационарный;
в) сложный (комбинированный режим);
г) нестационарный режим с учетом теплоизоляции.
Вариант 5.
1.Выберите и прокомментируйте закон Стефана-Больцмана для процессов
передачи теплоты методом излучения:
11
а) q=α (Tc-Tж) или α= -

Тж  Тс
dT
) n 0
dn
(
dQ
q
dS
б) λ = 

T
T
n
n


dE
C
в) I0 = 0  C15  EXP 2   1
d
  T  

1
г) λmax T= 2.898 10-3
 
д) Е0 =
 T 
 0 I 0 d   0T  C0  100 
4
4
4
Т
Т
Е = ε· Е0 = εС0    С  
 100 
 100 
4
Е
е) dEφ,0 =  0  d cos 
 
2.Выберите вид дифференциального уравнения процесса:
 d 2T d 2T d 2T 
dT
dT
dT
dT
 x
 y
 z
 a 2  2  2 
d
dx
dy
dz
dy
dz 
 dx
а) дифференциальное уравнение теплопроводности плоской стенки;
б) дифференциальное уравнение теплопроводности цилиндрической стенки;
в) дифференциальное уравнение теплопроводности стержня и трубы;
г) дифференциальное уравнение свободного конвективного теплообмена;
д) дифференциальное уравнение вынужденного конвективного теплообмена;
е) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена с конденсацией
газов;
ж) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена при кипении;
з) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена между телами;
и) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена газов.
3.Выбрать и доказать вид режима теплопередачи через оребренную плоскую
стенку:
а) стационарный режим;
б) нестационарный;
в) сложный (комбинированный режим);
г) нестационарный режим с учетом теплоизоляции.
Вариант 6.
1. Выберите математическое выражение закона Ламберта для процесса
испускания тепла в абсолютном черном теле:
а) q=α (Tc-Tж) или α= -

Тж  Тс
(
dT
) n 0
dn
12
dQ
q
dS
б) λ = 

T
T
n
n


dE
C
в) I0 = 0  C15  EXP 2   1
d
  T  

1
г) λmax T= 2.898 10-3
 
д) Е0 =
 T 
4
 0 I 0 d   0T  C0  100 
4
4
Т
Т
Е = ε· Е0 = εС0    С  
 100 
 100 
4
Е
е) dEφ,0 =  0  d cos 
 
2. Выберите вид дифференциального уравнения процесса I =
dE
:
d
а) дифференциальное уравнение теплопроводности плоской стенки;
б) дифференциальное уравнение теплопроводности цилиндрической стенки;
в) дифференциальное уравнение теплопроводности стержня и трубы;
г) дифференциальное уравнение свободного конвективного теплообмена;
д) дифференциальное уравнение вынужденного конвективного теплообмена;
е) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена с конденсацией
газов;
ж) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена при кипении;
з) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена между телами;
и) дифференциальное уравнение лучистого теплообмена газов.
3.Выбрать и доказать вид режима нагрева (охлаждения) пластины:
а) стационарный режим;
б) нестационарный;
в) сложный (комбинированный режим);
г) нестационарный режим с учетом теплоизоляции.
Вариант 7.
1. Выберите математическое выражение закона теплопроводности Фурье
для процессов теплопередачи в твердых телах:
а) q=α (Tc-Tж) или α= dQ
q
dS

б) λ = 
T
T
n
n

Тж  Тс
(
dT
) n 0
dn
13


dE
C
в) I0 = 0  C15  EXP 2   1
d
  T  

1
г) λmax T= 2.898 10-3
 
T
д) Е0 =  I 0 d   0T  C0  
 100 
 0
4
4
4
Т
Т
Е = ε· Е0 = εС0    С  
 100 
 100 
Е
е) dEφ,0 =  0  d cos 
 
4
2. Значение критерия подобия определяется (Ul0/υ). Кто установил этот
критерий?
а) Рейнодльдс Re;
б) Грасгоф Cr;
в) Прандтль Pr;
г) Пекле Pe.
3. Выбрать и доказать вид режима нагрев (охлаждение) бесконечного
длинного стержня:
а) стационарный режим;
б) нестационарный;
в) сложный (комбинированный режим);
г) нестационарный режим с учетом теплоизоляции.
Вариант 8.
1. Выберите математическое выражение закона Ньютона-Рихмана для
процессов конвективного теплообмена в жидкостях и газах:
а) q=α (Tc-Tж) или α= -

Тж  Тс
dT
) n 0
dn
(
dQ
q
dS

б) λ = 
T
T
n
n
в) I0 =

dE0
 C  
 C15  EXP 2   1
d
  T  

1
г) λmax T= 2.898 10-3
 
д) Е0 =
 T 
 0 I 0 d   0T  C0  100 
4
4
4
Т
Т
Е = ε· Е0 = εС0    С  
 100 
 100 
4
14
Е
е) dEφ,0 =  0  d cos 
 
2. Значение критерия подобия определяется (gl0βΔΤ/υ2). Кто установил
этот критерий?:
а) Рейнодльдс Re;
б) Грасгоф Cr;
в) Прандтль Pr;
г) Пекле Pe.
3. Выбрать и доказать вид режима нагрев (охлаждение) шара:
а) стационарный режим;
б) нестационарный;
в) сложный (комбинированный режим);
г) нестационарный режим с учетом теплоизоляции.
Вариант 9.
1. Выберите математическое выражение закона Планка для процессов
конвективного теплообмена в жидкостях и газах:
а) q=α (Tc-Tж) или α= -

Тж  Тс
dT
) n 0
dn
(
dQ
q
dS
б) λ = 

T
T
n
n


dE
C
в) I0 = 0  C15  EXP 2   1
d
  T  

1
г) λmax T= 2.898 10-3
 
д) Е0 =
 T 
4
 0 I 0 d   0T  C0  100 
4
4
Т
Т
Е = ε· Е0 = εС0    С  
 100 
 100 
4
Е
е) dEφ,0 =  0  d cos 
 
2. Значение критерия подобия определяется (υ/а). Кто установил этот
критерий?
а) Рейнодльдс Re;
б) Грасгоф Cr;
в) Прандтль Pr;
г) Пекле Pe.
15
3. Теплопередача при ламинарном режиме движения жидкости. Какой
критерий подобия применяется?
а) Ni;
б) Re;
в) Pr;
г) Cr.
Вариант 10.
1. Выберите математическое выражение закона Стефана-Больцмана для
процессов конвективного теплообмена в жидкостях и газах:
а) q=α (Tc-Tж) или α= -

Тж  Тс
dT
) n 0
dn
(
dQ
q
dS

б) λ = 
T
T
n
n


dE
C
в) I0 = 0  C15  EXP 2   1
d
  T  

1
г) λmax T= 2.898 10-3
 
T
д) Е0 =  I 0 d   0T  C0  
 100 
 0
4
4
4
Т
Т
Е = ε· Е0 = εС0    С  
 100 
4
 100 
Е
е) dEφ,0 =  0  d cos 
 
2. Значение комбинированного критерия подобия определяется Re· Pr. Кто
установил этот критерий?
а) Рейнодльдс Re;
б) Грасгоф Cr;
в) Прандтль Pr;
г) Пекле Pe.
3. Какой критерий подобия применяется при теплоотдаче в турбулентом и
смешанном режимах движения жидкости.
а) Ni;
б) Re;
в) Pr;
г) Cr.
Учебный материал, вынесенный на самостоятельную работу студентов
Самостоятельная работа – 36 часов
16
Темы для самостоятельного изучения
Тема 1. Условия однозначности (краевые условия) для решения
дифференциального уравнения.
Тема 2. Передача теплоты через сферическую стенку. Пути
интенсификации теплопередачи.
Тема 3. Теплопередача через оребренную плоскую стенку.
Тема 4. Расчеты коэффициента температуропроводности, чисел Био и
Фурье, температуру на поверхности и в центре пластины через
фиксированное время после её нагревания и охлаждения.
Тема 5. Критерии Рейнольда, Грасгофа, Прандтля, Релея, Пекле,
Стантона и Эйлера.
Тема 6. Смешанный режим течения жидкости в пограничном слое.
Переходный режим.
Тема 7. Теплоотдача при движении жидкости в шероховатых трубах и
трубах некруглого поперечного сечения.
Тема 8. Теплообмен при фазовых превращениях (при конденсации
чистых паров, при кипении однокомпонентных жидкостей.)
Тема 9. Интегральная степень черноты различных твердых материалов
для иллюстрации закона Стефана-Больцмана.
Тема 10. Излучение трёхатомных газов и паров.
Вопросы к зачёту
1. Механизмы передачи тепла: теплопроводность, конвекция, изучение.
Их сравнительный анализ. Примеры видов теплопередачи.
2. Исторический экскурс в теплофизику. Связь её с теплотехническими
дисциплинами. Актуальные проблемы промышленной теплотехники.
3. Теория теплопроводности. Тепловой поток, плотность теплового
потока. Температурное поле, температурный градиент.
4. Основной
закон
теплопроводности
(Фурье).
Коэффициент
теплопроводности,
коэффициент
температуру
проводности.
Дифференциальное уравнение теплопроводности (диффузии).
5. Тепловые граничные условия.
6. Теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях
первого рода.
7. Температурное
поле
плоских
и
цилиндрических
стенок.
Теплопроводность при стационарном режиме.
8. Тепловая изоляция.
9. Критический диаметр тепловой изоляции.
10.Теплопередача через плоскую и цилиндрическую стенки.
11.Теплопроводность (диффузия) при нестационарном режиме.
12.Безразмерная формулировка краевой задачи теплопроводности.
Критерии Био и Фурье.
13.Расчет процессов нагрева и охлаждения тел простой формы. Метод
регулярного теплового режима.
17
14. Конвективный теплообмен. Уравнение Ньютона-Рихмана.
15. Коэффициент теплоотдачи.
16. Свободная и вынужденная конвекция.
17. Ламинарный и турбулентный режим течения.
18. Дифференциальные
уравнения
переноса
тепловой
энергии,
неразрывности, теплоотдачи в пограничном слое и течения вязкого
теплоносителя (Навье-Стокса).
19. Условия однозначности. Пути решения краевой задачи конвективного
теплообмена.
20. Основные теории подобия.
21. Основные критериальные числа (Нуссельта, Рейнольдса, Прандтля,
Грасгофа, Пекле).
22. Виды уравнений подобия конвективного теплообмена. Определяющие
параметры.
23. Приложение теории подобия – моделирование.
24. Критериальные уравнения теплоотдачи при свободном и вынужденном
движении текучей среды.
25. Лучистый теплообмен. Физическая сущность лучистого теплообмена,
виды потоков излучения и радиационные характеристики тел.
26. Основные законы теплового излучения (Планка, Вина, СтефанаБольцмана, Кирхгофа, Ламберта).
27. Эффективное излучение. Приведенный коэффициент излучения
системы тел.
28. Лучистый теплообмен между телами, разделенными прозрачной
средой.
29. Защита от теплового излучения.
30. Основы технической термодинамики неравновесных процессов.
31. Основное уравнение термодинамики неравновесных процессов.
Глобальное производство энтропии, степень превращения рабочего
вещества, время и движущие силы процесса.
32. Работы лауреата Нобелевской премии И. Пригожина.
33. Элементы
термодинамики
сложных
иерархических
систем
(Гладышев).
34. Промышленные примеры процессов теплопроводности, конвекции и
излучения безопасной эксплуатации двигателей и установок.
Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины «Теплофизика»
а)
основная литература:
1. Техническая термодинамика и теплотехника учеб. пособие для вузов / Л.
Т. Бахшиева [и др.]; под ред. А. А. Захаровой. - 2-е изд., испр. - М.: Изд.
центр "Академия", 2008. - 272 с.
2. Теплотехника: учебник для студентов высш. учеб. заведений / под ред. М.
Г. Шатрова. - М.: Изд. центр "Академия", 2011. - 288 с.
7.
18
б) дополнительная литература:
1. Бендерский Б.Я. Техническая термодинамика и теплопередача. Курс
лекций с краткими биографиями ученых, 2005. - 264 с.
2. Ерохин В.Г., Маханько М.Г. Основы термодинамики и теплотехники. 2009.
- 224с.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Лекции – иллюстративный материал (слайды по разделам дисциплины
представляются с помощью мультимедийного проектора);

Лабораторные занятия – компьютеры для проведения вычислений,
программа статистической обработки данных. При выполнения
лабораторных
работ
используются
приборы:
дифференциальноинтегральный сканирующий калориметр, компрессор.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю
подготовки бакалавров по направлению 280700 – Техносферная
безопасность
Автор Решетов В.А.
Программа одобрена на заседании кафедры физической химии от 31 января
2013 года, протокол № 8.
Подписи:
Зав. кафедрой
Директор Института химии
д.х.н., профессор Казаринов И.А.
д.х.н., профессор Федотова О.В.