Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Металлическая стенка
Охладитель
(Горячая поверхность)
— Tse
(Холодная поверхность)
-Tc
1^Sg Tsc Тс
-ДАЛ—о—ЛД/у—о—\ЛД-о
Ahx 3 АИС
Рис. 1.13. Физическая схема и тепловая цепь для примера 1.9.
а - физическая схема; б—детализированная тепловая цепь; е-упрощенная тепловая цепь.
R2=LIkA.
1.6. РАЗМЕРНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Размерной величиной называется любая измеряемая вели* чина. Например, пространство, занятое предметом, определяется размерной величиной, называемой объемом. Расстояние между двумя точками определяется размерной величиной, называемой длиной. В теории теплопередачи нам встречаются обычно следующие размерные величины: длина, время, масса, сила, количество тепла и температура.
Прежде чем проводить численные расчеты, нужно выразить каждую размерную величину в определенных воспроизводимых единицах измерения. Единицы измерения — это произвольно выбранные меры, которые позволяют определить количественно каждую размерную величину. Например, метр — единица измерения размерной величины длины. Применяются и другие
2 Зак 187
34 Глава 1
единицы, позволяющие измерить длину. Назовем некоторые из них: фут, ярд, миля, миллиметр, сантиметр, километр.
В настоящее время в мире используется несколько различных систем единиц измерения. В промышленности, науке и технике быстро распространяется и становится общепринятой система СИ (международная система единиц). Система СИ была принята Международной организацией по стандартизации и рекомендована многочисленным национальным организациям по стандартизации. Поэтому в нашей книге используется система единиц СИ.
Таблица 1.3
Основные и производные единицы измерения в различных системах
Размерная величина Система
СИ мкс сгс Техническая
СССР США
Длина M M CM M фут
Время с с с С с
Сила H H дина кг фунт силы
Масса кг кг г м-'-кГ-с2 фунт массы
Температура К °С 0C 0C 0F
Количество тепла Дж кал кал кал БТЕ
В табл. 1.3 указаны основные единицы измерения системы СИ и других общеупотребляемых систем.
1.7. ТЕОРИЯ РАЗМЕРНОСТЕЙ
Неудобства, возникающие при переходе от одной системы единиц к другой, часто можно избежать, используя безразмерные параметры, величины которых одинаковы в любой системе единиц. Процесс определения соответствующих безразмерных параметров описывается с помощью теории размерностей. Эта теория не только позволяет найти безразмерные комбинации нескольких переменных, не зависящие от системы единиц, но и облегчает интерпретацию экспериментальных данных.
Самый серьезный недостаток теории размерностей состоит в том, что она не дает сведений о природе явления. Чтобы применять теорию размерностей, нужно заранее знать, какие переменные оказывают влияние на рассматриваемое явление, и успех или неудача зависят от правильности выбора этих переменных. Поэтому необходимо иметь хотя бы предварительную теорию или глубокое физическое понимание явления, чтобы применить теорию размерностей. Однако, если определяющие переменные
Принципы теплопередачи 35
известны, теорию размерностей можно применить в большинстве задач, используя методику, которую мы опишем ниже1).
Основные размерные величины и формулы размерности
Первый шаг состоит в выборе системы основных размерных величин. Выбрать основные размерные величины можно произвольно, но через них должны выражаться формулы размерности всех определяющих переменных. В системе СИ основными размерными величинами являются длина L, время 0, температура T и масса М.
Формула размерности физической величины вытекает из определения или из физических законов. Например, формула размерности длины стержня записывается по определению как [L]2). Средняя скорость частицы жидкости равна расстоянию,
Таблица 1.4
Обозначения и размерности некоторых физических величин
Физическая величина Обозначение Размерность в системе ML6T
Длина Z,, X L
Время t 0
Масса M M
Сила F Mf W
Температура T T
Тепловая энергия Q ML4Q2
Скорость V L/Q
Ускорение a, g І/Є2
Работа W ML2/Q2
Давление P MIb2L
Плотность P MIL*
Внутренняя энергия и LW
Энтальпия h L2/Q2
Удельная теплоемкость с L2IQ2T
Динамическая вязкость M/LQ
Кинематическая вязкость V = и/р Lm
Коэффициент теплопроводности к MLIe3T
Коэффициент температуропроводности а L2/b
Термическое сопротивление R W/ML2
Термический коэффициент объемного расширения ? \/Т
Поверхностное натяжение о M/Q2
Трение на единицу площади X M/LQ2
Удельная тепловая проводимость he M(Q3T
Массовый расход m MIQ
1) Здесь мы не описываем алгебраическую теорию размерностей. Стро-. гое и содержательное изложение математических основ этой теории можно найти в гл. 3 и 4 работы [7].
2) Квадратные скобки означают, что величина имеет формулу размерности, стоящую в скобках.
2*
36 Глава 1
деленному на время, которое было затрачено на преодоление этого расстояния. Следовательно, формула размерности скорости [L/0] или [LQ-1] (т. е. длина, деленная на время). Скорость может быть выражена в метрах в секунду, футах в секунду или милях в час, поскольку все эти единицы измерения представляют собой длину, деленную на время. В табл. 1.4 представлены обозначения и формулы размерности физических величин, часто встречающихся в задачах теплопередачи.
