Учебное пособие для вузов. — М.: МИСиС, 2002. — 608 с.
Книга посвящена теоретическим основам металлургической
теплотехники.
Рассмотрены вопросы технической термодинамики, теории движения жидкостей и газов. Изложены методы теории подобия, основы теории тепло- и массообмена. Описаны процессы плавления металла и процессы, происходящие в барботируемой жидкой ванне.
Рассмотрены теоретические и практические аспекты теплогенерации за счет химической энергии топлива и шихты, а также за счет электроэнергии, приведены основные сведения по теории сушки. Авторы: В.А. Кривандин, В.А. Арутюнов, В.В. Белоусов, С.А. Крупенников, Г.С. Сборщиков, В.В Кобахидзе, А.В. Егоров, Ю.П. Филимонов. Предисловие.
Введение
Основы технической термодинамики
Основные понятия технической термодинамики
Термодинамическая система.
Параметры состояния и внутренняя энергия.
Теплота и работа.
Идеальный газ.
Удельная теплоемкость.
Первый закон термодинамики
Формулировки первого закона термодинамики.
Функции состояния рабочего тела.
Термодинамика рабочего тела
Термодинамические процессы идеального газа.
Термодинамика водяного пара.
Основные термодинамические процессы водяного пара.
Второй закон термодинамики
Круговые процессы.
Цикл Карно.
Формулировки второго закона термодинамики.
Термодинамика открытых систем
Первый закон термодинамики для открытых систем.
Работа теплового двигателя и компрессора.
Заторможенный поток.
Дросселирование газов и паров.
Истечение газов из сопел и диффузоров.
Сжатие газа в компрессоре.
Термодинамика теплосиловых установок
Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания.
Теоретические циклы газотурбинных установок.
Цикл паротурбинной установки (ПТУ).
Парогазовый цикл.
Механика жидкостей и газов
Основные понятия механики и кинематики жидкостей и газов
Предмет и основные понятия механики.
Некоторые понятия кинематики.
Уравнение неразрывности.
Динамика идеальной жидкости
Силы, действующие в движущейся идеальной жидкости.
Уравнения движения идеальной жидкости (уравнения Эйлера).
Постановка задачи для расчета движения идеальной жидкости.
Уравнение Бернулли для трубки тока идеальной жидкости.
Статика жидкостей и газов
Уравнения Эйлера для статики.
Распределение давления в неподвижных жидкостях и газах.
Динамика реальной жидкости
Режимы движения реальной жидкости.
Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости в трубе или канале.
Потери давления на трение и на местные сопротивления.
Принципы гидравлического расчета напорных трубопроводов и систем эвакуации продуктов сгорания.
Расчет дымовой трубы.
Истечение газов через отверстия в стенах печей.
Внутреннее трение в ламинарном потоке реальной жидкости.
Уравнения движения реальной жидкости (уравнения Навье-Стокса).
Постановка задачи для расчета движения реальной жидкости.
Стационарное установившееся ламинарное течение несжимаемой жидкости в плоском канале и в круглой трубе (течение Пуазейля).
Элементы теории гидродинамического пограничного слоя
Основные понятия.
Виды пограничных слоев.
Дифференциальные уравнения ламинарного пограничного слоя (уравнения Л. Прандтля).
Уравнения Прандтля для турбулентного пограничного слоя.
Полуэмпирическая теория турбулентности Прандтля.
Расчеты пограничных слоев на основе интегральных методов.
Движение газов и режим давления в печах
Частично ограниченные струи. Струйные приборы.
Ограниченные струи.
Организация движения газов и рациональный режим давления в печах.
Основы теории подобия и моделирование металлургических печей
Основные понятия теории подобия. Подобие гидродинамических явлений
Основные понятия теории подобия.
Связь между множителями преобразования для потока реальной жидкости. Критерии гидродинамического подобия.
Связь между критериями подобия. Основная теорема теории подобия.
Автомодельность.
Моделирование движения газов в печах.
Тепло- и массообмен
Основные понятия теории тепло- и массообмена
Поля температур и концентраций. Виды процессов тепло- и массообмена.
Молекулярные теплопроводность и диффузия.
Тройная аналогия.
Конвективный тепло- и массообмен
Вынужденная и естественная конвекция. Задачи расчета конвективной тепло- и массоотдачи.
Основные уравнения конвективного тепло- и массообмена.
Конвективная тепло- и массоотдача при вынужденном движении в случае ламинарного
и турбулентного пограничных слоев.
Конвективная теплоотдача при установившемся течении несжимаемой жидкости в трубе.
Конвективная тепло- и массоотдача при свободном движении.
Применение теории подобия для исследования процессов конвективной тепло- и массоотдачи.
Перенос тепла теплопроводностью в твердых телах
Общая характеристика и основные задачи теории теплопроводности.
Дифференциальное уравнение теплопроводности и постановка задачи теории теплопроводности.
Теплопроводность при стационарном режиме.
Теплопроводность при нестационарном режиме.
Радиационный теплообмен
Основные понятия, определения и законы радиационного теплообмена.
Расчет радиационного теплообмена в диатермичной среде.
Радиационные свойства поглощающей и излучающей среды.
Расчет радиационного теплообмена в поглощающей и излучающей среде.
Учет селективности радиационных свойств тел.
Теплогенерация
Топливо и его горение
Общая характеристика топлива.
Топливо, применяемое в металлургии.
Основы теории горении.
Горение топлива.
Расчет горения топлива.
Теплогенерация за счет электрической энергии
Общие сведения.
Теплофизические основы преобразования электрической энергии в тепловую.
Теплогенерация по закону Ленца-Джоуля.
Теплогенерация при магнитной поляризации ферромагнитных материалов.
Теплогенерация при электрической поляризации диэлектриков.
Теплогенерация за счет ускорения потока электронов.
Теплогенерация за счет электрических разрядов в газах.
Теплогенерация при использовании когерентного излучения оптического квантового генератора.
Теплогенерация за счет выгорания примесей металла шихты
Теплогенерация за счет выгорания примесей металла.
Теплогенерация за счет химической энергии сульфидных материалов.
Нагрев металла
Характеристики процесса нагрева металла и его протекание
Цели и показатели нагрева металла.
Процессы, протекающие при нагреве металла.
Режимы нагрева
Режимы нагрева термически тонких тел.
Режимы нагрева термически массивных тел.
Расчеты нагрева металла
Прогреваемая толщина металла.
Расчеты нагрева металла.
Плавление и затвердевание
Физическая картина и особенности теплообмена при протекании процессов плавления и затвердевания
Общие сведения.
Тепловые процессы при плавлении и затвердевании.
Общая постановка задач плавления и затвердевания.
Решение задач плавления и затвердевания
Затвердевание расплава на теплоотводящей поверхности.
Плавление при мгновенном удалении расплава.
Нагрев и плавление тела в расплаве.
Гидродинамика жидкой ванны
Гидродинамика барботажного слоя
Общие положения.
Взаимодействия на поверхностях раздела фаз.
Движение пузырей и капель в барботажном слое.
Газовая струя в жидкой ванне
Общие положения.
Подача газа через фурму, расположенную над уровнем жидкости.
Подача газа через фурму, расположенную под уровнем жидкости.
Сушка
Характеристики процесса сушки
Общие сведения.
Характеристики сушимого материала.
Характеристики сушильных агентов.
Тепло- и массообмен в процессе сушки
Физическая картина процесса сушки.
Тепло- и массообмен при сушке.
Расчеты процесса сушки
Постановка задачи.
h-d-диаграмма.
Использование h-d-диаграммы для расчета процессов сушки.
Рекомендательный библиографический список
Приложения
Рассмотрены вопросы технической термодинамики, теории движения жидкостей и газов. Изложены методы теории подобия, основы теории тепло- и массообмена. Описаны процессы плавления металла и процессы, происходящие в барботируемой жидкой ванне.
Рассмотрены теоретические и практические аспекты теплогенерации за счет химической энергии топлива и шихты, а также за счет электроэнергии, приведены основные сведения по теории сушки. Авторы: В.А. Кривандин, В.А. Арутюнов, В.В. Белоусов, С.А. Крупенников, Г.С. Сборщиков, В.В Кобахидзе, А.В. Егоров, Ю.П. Филимонов. Предисловие.
Введение
Основы технической термодинамики
Основные понятия технической термодинамики
Термодинамическая система.
Параметры состояния и внутренняя энергия.
Теплота и работа.
Идеальный газ.
Удельная теплоемкость.
Первый закон термодинамики
Формулировки первого закона термодинамики.
Функции состояния рабочего тела.
Термодинамика рабочего тела
Термодинамические процессы идеального газа.
Термодинамика водяного пара.
Основные термодинамические процессы водяного пара.
Второй закон термодинамики
Круговые процессы.
Цикл Карно.
Формулировки второго закона термодинамики.
Термодинамика открытых систем
Первый закон термодинамики для открытых систем.
Работа теплового двигателя и компрессора.
Заторможенный поток.
Дросселирование газов и паров.
Истечение газов из сопел и диффузоров.
Сжатие газа в компрессоре.
Термодинамика теплосиловых установок
Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания.
Теоретические циклы газотурбинных установок.
Цикл паротурбинной установки (ПТУ).
Парогазовый цикл.
Механика жидкостей и газов
Основные понятия механики и кинематики жидкостей и газов
Предмет и основные понятия механики.
Некоторые понятия кинематики.
Уравнение неразрывности.
Динамика идеальной жидкости
Силы, действующие в движущейся идеальной жидкости.
Уравнения движения идеальной жидкости (уравнения Эйлера).
Постановка задачи для расчета движения идеальной жидкости.
Уравнение Бернулли для трубки тока идеальной жидкости.
Статика жидкостей и газов
Уравнения Эйлера для статики.
Распределение давления в неподвижных жидкостях и газах.
Динамика реальной жидкости
Режимы движения реальной жидкости.
Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости в трубе или канале.
Потери давления на трение и на местные сопротивления.
Принципы гидравлического расчета напорных трубопроводов и систем эвакуации продуктов сгорания.
Расчет дымовой трубы.
Истечение газов через отверстия в стенах печей.
Внутреннее трение в ламинарном потоке реальной жидкости.
Уравнения движения реальной жидкости (уравнения Навье-Стокса).
Постановка задачи для расчета движения реальной жидкости.
Стационарное установившееся ламинарное течение несжимаемой жидкости в плоском канале и в круглой трубе (течение Пуазейля).
Элементы теории гидродинамического пограничного слоя
Основные понятия.
Виды пограничных слоев.
Дифференциальные уравнения ламинарного пограничного слоя (уравнения Л. Прандтля).
Уравнения Прандтля для турбулентного пограничного слоя.
Полуэмпирическая теория турбулентности Прандтля.
Расчеты пограничных слоев на основе интегральных методов.
Движение газов и режим давления в печах
Частично ограниченные струи. Струйные приборы.
Ограниченные струи.
Организация движения газов и рациональный режим давления в печах.
Основы теории подобия и моделирование металлургических печей
Основные понятия теории подобия. Подобие гидродинамических явлений
Основные понятия теории подобия.
Связь между множителями преобразования для потока реальной жидкости. Критерии гидродинамического подобия.
Связь между критериями подобия. Основная теорема теории подобия.
Автомодельность.
Моделирование движения газов в печах.
Тепло- и массообмен
Основные понятия теории тепло- и массообмена
Поля температур и концентраций. Виды процессов тепло- и массообмена.
Молекулярные теплопроводность и диффузия.
Тройная аналогия.
Конвективный тепло- и массообмен
Вынужденная и естественная конвекция. Задачи расчета конвективной тепло- и массоотдачи.
Основные уравнения конвективного тепло- и массообмена.
Конвективная тепло- и массоотдача при вынужденном движении в случае ламинарного
и турбулентного пограничных слоев.
Конвективная теплоотдача при установившемся течении несжимаемой жидкости в трубе.
Конвективная тепло- и массоотдача при свободном движении.
Применение теории подобия для исследования процессов конвективной тепло- и массоотдачи.
Перенос тепла теплопроводностью в твердых телах
Общая характеристика и основные задачи теории теплопроводности.
Дифференциальное уравнение теплопроводности и постановка задачи теории теплопроводности.
Теплопроводность при стационарном режиме.
Теплопроводность при нестационарном режиме.
Радиационный теплообмен
Основные понятия, определения и законы радиационного теплообмена.
Расчет радиационного теплообмена в диатермичной среде.
Радиационные свойства поглощающей и излучающей среды.
Расчет радиационного теплообмена в поглощающей и излучающей среде.
Учет селективности радиационных свойств тел.
Теплогенерация
Топливо и его горение
Общая характеристика топлива.
Топливо, применяемое в металлургии.
Основы теории горении.
Горение топлива.
Расчет горения топлива.
Теплогенерация за счет электрической энергии
Общие сведения.
Теплофизические основы преобразования электрической энергии в тепловую.
Теплогенерация по закону Ленца-Джоуля.
Теплогенерация при магнитной поляризации ферромагнитных материалов.
Теплогенерация при электрической поляризации диэлектриков.
Теплогенерация за счет ускорения потока электронов.
Теплогенерация за счет электрических разрядов в газах.
Теплогенерация при использовании когерентного излучения оптического квантового генератора.
Теплогенерация за счет выгорания примесей металла шихты
Теплогенерация за счет выгорания примесей металла.
Теплогенерация за счет химической энергии сульфидных материалов.
Нагрев металла
Характеристики процесса нагрева металла и его протекание
Цели и показатели нагрева металла.
Процессы, протекающие при нагреве металла.
Режимы нагрева
Режимы нагрева термически тонких тел.
Режимы нагрева термически массивных тел.
Расчеты нагрева металла
Прогреваемая толщина металла.
Расчеты нагрева металла.
Плавление и затвердевание
Физическая картина и особенности теплообмена при протекании процессов плавления и затвердевания
Общие сведения.
Тепловые процессы при плавлении и затвердевании.
Общая постановка задач плавления и затвердевания.
Решение задач плавления и затвердевания
Затвердевание расплава на теплоотводящей поверхности.
Плавление при мгновенном удалении расплава.
Нагрев и плавление тела в расплаве.
Гидродинамика жидкой ванны
Гидродинамика барботажного слоя
Общие положения.
Взаимодействия на поверхностях раздела фаз.
Движение пузырей и капель в барботажном слое.
Газовая струя в жидкой ванне
Общие положения.
Подача газа через фурму, расположенную над уровнем жидкости.
Подача газа через фурму, расположенную под уровнем жидкости.
Сушка
Характеристики процесса сушки
Общие сведения.
Характеристики сушимого материала.
Характеристики сушильных агентов.
Тепло- и массообмен в процессе сушки
Физическая картина процесса сушки.
Тепло- и массообмен при сушке.
Расчеты процесса сушки
Постановка задачи.
h-d-диаграмма.
Использование h-d-диаграммы для расчета процессов сушки.
Рекомендательный библиографический список
Приложения