Э6 - Теплофизика - МГТУ им. Н. Э. Баумана

Министерство образования Российской Федерации
Московский государственный технический университет им.Н.Э.Баумана
«УТВЕРЖДАЮ»
Первый проректор проректор по учебной работе
МГТУ им. Н.Э. Баумана
_______________ Е.Г.Юдин
«_____» __________ 2004 г.
Дисциплина
Теплообмен излучением и сложный теплообмен
(учебная программа)
Для студентов факультета «Э»
Специальности Теплофизика «Э6»
Выделено на дисциплину
Выделено часов
Аудиторная работа
Лекции
Семинары
Лабораторные работы
Самостоятельная работа
Семестровые задания
Самостоятельная проработка курса
Виды отчетности по дисциплине
Зачет по курсу
Экзамены
Факультет
Энергомашиностроение
Кафедра
Теплофизика
ВСЕГО
65
39
26
13
26
26
XI семестр
65
39
26
13
26
26
Э
Э
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Раздел 1. Указания к изучению дисциплины
Предметом курса “Теплообмен излучением” является изучение фундаментальных
законов природы о превращениях электромагнитной энергии в различных процессах и
повышении эффективности работы машин и аппаратов, в которых используются эти процессы.
Рассматриваемые в курсе вопросы являются основой для расчета и проектирования
теплоэнергетических машин и установок различного назначения. Целью дисциплины является
привитие студентам умения и навыков, необходимых при выполнении теплообменных расчетов
и для эффективного изучения материала последующих профилирующих дисциплин,
соответствующего направления. Для достижения поставленной в курсе цели студент должен
знать:
 Принципы математического и физического моделирования процессов переноса теплового
излучения.
 Студент должен уметь:
 сформулировать цель рассматриваемой проблемы, связанной с расчетом и проектированием
энергетических установок и машин различного назначения, в которых теплообмен
излучением может оказаться важным;
 разработать физическую модель процесса;
 оценить вклад радиационного теплообмена в работу различных энергетических установок и
приборов.
Материал дисциплины опирается на знания студентов, предварительно полученные при
изучении математики, физики, химии, алгоритмических языков и программирования.
В процессе преподавания дисциплины должны быть использованы персональные ЭВМ.
Необходимым условием успешного овладения материалом дисциплины является
применение активных форм обучения, включающие проведение семинарских занятий и
самостоятельную работу под контролем преподавателя.
Текущий контроль качества освоения материала осуществляется путем индивидуального
собеседования преподавателя со студентами при проведении семинарских занятий, а также
путем проведения контрольных и коллоквиумов.
Объем курса “Теплообмен излучением ” включает: лекции - 26 часов, семинары - 13
часов, самостоятельную работу студентов - 26 часов.
Раздел 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Теплообмен излучением - 26 часов.
1. Введение - 2 час.
Основные понятия теории радиационного теплообмена. Физическая природа теплового
излучения. Определение основных характеристик теории теплового излучения.
Краткие исторические сведения о развитии наук о радиационном теплообмене. Роль русских
и советских ученых в развитии теории и практики радиационного теплообмена.
2. Законы теплового излучения - 2 часов.
Законы Планка, Рэлея-Джинса и Вина. Закон смещения Вина. Закон Стефана-Больцмана.
Закон Кирхгофа. Закон Ламберта.
Связь законов теплового излучения с фундаментальными понятиями термодинамики и
статистической физики.
3. Теплообмен излучением между телами, разделенными прозрачной средой - 4 часов.
Постановка задачи и общий метод расчета теплообмена излучением между телами.
Примеры постановок задач в аэрокосмической технике и теплоэнергетике.
Угловые коэффициенты. Свойство взаимности. Методы расчета угловых коэффициентов.
Теплообмен излучением между телами простейшей формы.
Зональные методы расчета теплообмена излучением между телами.
Радиационные свойства реальных твердых и жидких тел.
4. Теплообмен излучением в нерассеивающей среде - 4 часа.
Основной закон переноса энергии излучения в излучающе-поглощающей среде.
Феноменологический вывод уравнения переноса теплового излучения. Сведения о
кинетическом выводе уравнения переноса излучения.
Постановка типичных задач теплообмена излучением в излучающе-поглощающей среде.
Интегрирование уравнения переноса излучения вдоль луча. Закон Бугера.
Расчет полусферических излучательных способностей. Приближение оптически тонкой среды.
Приближение оптически толстой среды. Расчет переноса теплового излучения в плоском слое.
Расчет мощности тепловыделения в плоском слое, обусловленном радиационными процессами
5. Теплообмен излучением в рассеивающей среде. - 2 часа.
Феноменологический вывод уравнения переноса теплового в рассеивающей среде.
Постановка типичных задач теплообмена излучением в излучающе-поглощающей и
рассеивающей среде. Формальное интегрирование уравнения переноса излучения вдоль луча.
Расчет переноса теплового излучения в плоском слое. Задача Милна.
6. Физические основы теории излучения твердых тел. - 2 часа.
Основные механизмы поглощения и испускания излучения твердыми телами. Комплексный
показатель преломления. Радиационные свойства гладких и шероховатых поверхностей
твердых и жидких материалов.
7. Физические основы теории излучения газообразных сред. - 2 часов.
Физические основы теории излучения газов. Групповые и статистические модели испускания
излучения газовыми средами.
Расчеты теплового излучения молекулярных газов. Излучательная способность основных
газовых продуктов сгорания (CO2, H2O, CO, N2, SO2)
Особенности теплового излучения плазмы.
8. Физические основы теории излучения газо-дисперсных сред. - 2 часа.
Взаимодействие теплового излучения с твердыми и жидкими частицами. Теория Ми. Предел
геометрической оптики. Расчеты теплового излучения моно- и полидисперсных сред.
9. Сложный теплообмен и современные проблемы теории радиационного теплообмена. 6 часов.
Определение понятия сложный теплообмен.
Радиационно-кондуктивный теплообмен. Постановка и метод решения задач радиационнокондуктивного теплообмена в тепловой защите космических аппаратов, входящих в плотные
слои атмосферы. Особенности радиационно-кондуктивного теплообмена в технологических
процессах выращивания кристаллов, в технологических процессах микроэлектронной
промышленности, в нанотехнологиях.
Радиационно-конвективный теплообмен. Постановка и метод решения задач о радиационноконвективном теплообмене в ударных волнах, в генераторах низко- и высокотемпературной
плазмы. Радиационно-конвективный теплообмен в задачах атмосферной оптики и физики
атмосферы и мирового океана.
Задачи астрофизики и физики ядерных реакторов. Задачи аэрокосмической техники и
создания перспективных энергетических плазменных, ядерных и термоядерных установок.
Проблемы теории и компьютерного моделирования задач теплообмена излучением.
Раздел 3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ.
№ семинара
1
2
3
4
5
6
7
8
Тема
Законы теплового излучения
Зональные методы расчета теплообмена излучением
Интегрирование уравнения переноса излучения вдоль
луча. Закон Бугера.
Задача Милна
Излучательная способность газовых продуктов сгорания.
1 часть
Излучательная способность газовых продуктов сгорания.
2 часть
Расчет оптических свойств полидисперсных сред
Расчет оптических свойств плазмы
4. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ ПРОРАБОТКА КУРСА - 26 часа.
1. Проработка отдельных тем дисциплины отнесенных для самостоятельного
изучения. Работа с учебниками. Проработка лекционного материала (12 часов).
Раздел 5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЛИТЕРАТУРА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Основная литература
1. Зигель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением. М.: Мир, 1975
2. Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков Л.Н. Теплообмен излучением. Справочник. М.:
Энергоатомиздат, 1991
3. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Книга
вторая. Под общей редакцией А.В.Клименко и В.М.Зорина. М.: Изд-во МЭИ, 2001.
4. Адрианов В.Н. Основы радиационного и сложного теплообмена. М.: Энергия,
1972.
Программа составлена на основании ГОС высшего профессионального образования по
специальности Теплофизика.
Программу составил
д.ф.-м.н., проф. каф. Э-6
Суржиков С.Т.
«______»__________г.
Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры Теплофизика «Э6»
Зав. кафедрой Э7
д.т.н., проф.
Хвесюк В.И.
«______»__________г.
Программа рассмотрена и одобрена методической комиссией ф-та «Э»
Председатель методической комиссии
д.т.н., проф.
Руководитель НУК «Э»
к.т.н., доцент
Пластинин П.И.
«______»__________г.
Суровцев И.Г.
«______»__________г.
СОГЛАСОВАНО:
Начальник методического
отдела
Васильев Н.В.
«______»__________г.