Учебное пособие. — Пермь: ПГТУ, 2008. — 230 с. — ISBN 978-5-398-00043-6.Рассмотрены основы теплофизики, необходимые для изучения дисциплин в техническом вузе при подготовке бакалавров по направлению «Металлургия». Дана математическая формулировка задач сложного теплообмена, в том числе при фазовых переходах, рассмотрены основы теории подобия, а также основы вычислительного компьютерного эксперимента с применением нейтральных разностных схем. Приведены примеры и вопросы для самостоятельного изучения.
Предназначено для студентов технических вузов. Может быть полезно для аспирантов и преподавателей вузов.Введение.
Основные понятия и законы тепло- и массообмена
Роль тепло-и массообмена в металлургии.
Фазовые и структурные переходы в металлах.
Виды теплообмена.
Основные понятия и определения.
Законы молекулярного тепло- и массообмена.
Законы конвективного теплообмена.
Законы теплообмена излучением.
Вопросы для самоконтроля.
Математическая формулировка краевой задачи конвективного теплообмена
Дифференциальное уравнение неразрывности.
Дифференциальное уравнение переноса энергии.
Дифференциальное уравнение движения.
Дифференциальное уравнение теплоотдачи в пограничном слое.
Условия однозначности.
Приближение Буссинеска в задачах тепловой конвекции.
Постановка задачи тепловой конвекции в динамических переменных.
Постановка задачи тепловой конвекции в переменных завихренность-функция тока.
Вопросы для самоконтроля.
Задачи теплообмена излучением
Теплообмен между телами, произвольно расположенными в пространстве.
Эффективное излучение.
Теплообмен между параллельными бесконечными пластинами.
Теплообмен излучением между телами, одно из которых заключено внутри другого.
Экранирование как способ защиты от теплового излучения.
Особенности излучения и поглощения энергии газами.
Сложный (радиационно-конвективный) теплообмен.
Вопросы для самоконтроля.
Математическая формулировка краевой задачи теплопроводности
Дифференциальное уравнение теплопроводности.
Краевые условия.
Безразмерная формулировка краевой задачи теплопроводности.
Вопросы для самоконтроля.
Задачи стационарной теплопроводности
Теплопроводность плоской стенки.
Теплопередача через плоскую стенку.
Теплопередача через ребристую стенку.
Теплопроводность цилиндрической стенки.
Теплопередача через цилиндрическую стенку.
Расчет тепловой изоляции.
Теплопроводность тел с внутренними источниками тепла.
Вопросы для самоконтроля.
Задачи нестационарной теплопроводности
Постановка задач нестационарной теплопроводности.
Теплопроводность плоской стенки. Аналитическое решение.
Метод регулярного теплового режима.
Вопросы для самоконтроля.
Основы теории подобия и моделирования явлений тепло- и массообмена
Условия подобия процессов тепло- и массообмена.
Критерии подобия.
Безразмерная формулировка краевой задачи конвективного теплообмена.
Консервативная форма уравнения переноса.
Вопросы для самоконтроля.
Задачи конвективного теплообмена
Теплообмен при вынужденном движении теплоносителя в каналах.
Теплообмен при вынужденном обтекании труб.
Теплообмен при свободном движении теплоносителя в неограниченном объеме.
Теплообмен при свободной конвекции в ограниченном объеме.
Вопросы для самоконтроля.
Тепломассоперенос при фазовых переходах
Математическая формулировка задачи теплопроводности при плавлении-затвердевании металла.
Затвердевание плоского слоя.
Метод сквозного счета в задачах теплопроводности при структурных и фазовых переходах.
Приближенный учет конвекции жидкого ядра кристаллизующегося слитка.
Вопросы для самоконтроля.
Основы вычислительного эксперимента в задачах тепломассопереноса
Основные понятия метода сеток.
Схемы аппроксимации уравнения переноса.
Анализ ошибок.
Способы аппроксимации конвективных членов.
Устойчивость.
Аппроксимация граничных условий.
Расщепление многомерного уравнения переноса.
Решение уравнения Пуассона.
Разностное уравнение как матричное уравнение.
Метод прогонки.
Метод редукции.
Метод последовательной линейной верхней релаксации.
Алгоритм решения сопряженных уравнений конвективного теплообмена.
Локальное и интегральное числа Нуссельта.
Вопросы для самоконтроля.
Список литературы
