Введение. Теплофизика – это наука о тепловых процессах и свойствах вещества в широком диапазоне температур, а также о процессах тепломассопереноса в пространстве и

Теплофизика – это наука о тепловых процессах и свойствах вещества в широком диапазоне температур, а также о процессах тепломассопереноса в пространстве и времени. Условия и параметры протекания тепловых процессов данная наука исследует аналитически, экспериментально и методами компьютерного моделирования. Таким образом, теплофизика объединяет в себе задачи изучения теплофизических свойств веществ и тепло- и массообмена при различных температурах, ламинарном и турбулентном течении теплоносителя в неограниченном слое, а также в зависимости от формы поверхности и ее оребрения. Теплофизика базируется на фундаментальных законах термодинамики равновесных и неравновесных процессов.

Теплофизические свойства вещества изучаются методами феноменологической и статистической термодинамики, рассчитываются свойства идеальных и реальных газов, растворов, рассматриваются фазовые диаграммы и фазовые равновесия в простых и гетерогенных многокомпонентных системах.

Изучение тепло- и массообмена предусматривает рассмотрение задач теплопроводности в стационарных и нестационарных тепловых процессах при различной форме и оребрения поверхности теплообмена, а также при различных граничных условиях. Приводятся решения дифференциальных уравнений теплопроводности методами разделения переменных, операционным методом, с использованием функций Грина и т. д. Рассматриваются задачи конвективного теплообмена, теории пограничного слоя и подобия.

В курсе «Теплофизика» рассматривается теплообмен при фазовых переходах первого рода, в частности, теплообмен при плавлении и затвердевании, при пленочной и капельной компенсации, кипении.

Определенное внимание в курсе уделено методам расчета процессов тепло- и массообмена применительно к различным техническим приложениям и проектированию теплообменной аппаратуры. Рассмотрены системы промышленного и теплотехнического контроля и устройства для защиты конструкций от высокой температуры.

глава 1. Основные законы ТЕРМОДИНАМИКи и их
применение в теплофизике

Процессы передачи и преобразования энергии в термодинамике изучаются на основе феноменологического и статистического методов. В феноменологическом методе вещество не рассматривается с позиций молекулярно-кинетических представлений, а рассматривается как сплошная среда, характеризующаяся определенными термодинамическими параметрами в различных процессах. Данный метод позволяет получить определенные соотношения между термодинамическими параметрами в различных процессах превращения теплоты, не прибегая к особенностям его молекулярного строения. Точность данного метода базируется на экспериментальных данных. Статистический метод использует свойства микроскопической структуры вещества, что предполагает знание определенных параметров, величины которых не представляются очевидными.

В этой связи процессы теплопередачи рассматриваются с феноменологических позиций. Для перехода к основным законам термодинамики необходимо остановиться на основных понятиях и постулатах, лежащих в ее основе.

Научные основы термодинамики были заложены в первой четверти XIX века работами С. Карно, Д. Джоуля и О. Майера, в результате чего было сформулировано первое начало термодинамики. Труды У. Томсона и Р. Клаузиуса, опубликованные в середине XIX века, позволили установить второе начало термодинамики. В начале XX века при исследовании свойств тел при температурах, близких к абсолютному нулю (0 К), было установлено третье начало термодинамики. Суть данных законов будет представлена в данной главе учебного пособия.

Дата добавления: 2015-05-26