Теплофизика

Изложены равновесные законы термодинамики и статистической физики, а также основы молекулярно-кинетической теории процессов тепло-и массопереноса и физической кинетики. Предназначено для студентов учреждений высшего образования по специальностям «Физика (по направлениям)», «Ядерные физика и технологии», «Физика наноматериалов и нанотехнологий». Будет полезно студентам, магистрантам, аспирантам, инженерам и научным работникам, специализирующимся в области теплофизики, энергетики (в том числе ядерной) и энергосбережения.

This tutorial is for the Baccalaureate and Master Degrees students studying thermo-physics and heat engineering within their course of Metallurgy. The physical meaning of terms and definitions, and main units of measurements of the main quantities in thermo-physics are reviewed in this tutorial. This tutorial also features a brief review of the scientists who made a significant contribution towards the development of the related scientific disciplines. This tutorial may also be helpful for the Baccalaureate and Master Degrees students of other disciplines. Рассмотрены физический смысл терминов, определений и размерность основных теплофизических величин. Приведены краткие биографические очерки ученых, внесших существенный вклад в развитие теории рассматриваемого направления науки. Предназначено для обучающихся в бакалавриате и магистратуре по направлению подготовки 22.03.02, 22.04.02 «Металлургия», изучающих теплофизические и теплотехнические курсы. Может быть полезно студентам других направлений бакалавриата и магистратуры.

Рассмотрен физический смысл терминов, определений и размерность основных теплофизических величин. Приведены краткие биографические очерки ученых, внесших существенный вклад в развитие теории рассматриваемого направления науки.

В учебном пособии изложены элементы газодинамики, необходимые для понимания сущности теплофизических процессов, происходящих в судовых энергетических установках, и выполнения теплофизических расчетов. Р ассмотрены общие закономерности движения потоков сжимаемой среды, движение газов и пара в трубах и соплах, а также особенности обтекания газовым потоком одиночного профиля и решетки профилей. Предназначено для студентов обучающихся по направлению «Техника и технологии кораблестроения и водного транспорта» по программам «Судовые энергетические установки», «Судовое оборудование», «Двигатели внутреннего сгорания», а также для специалистов занимающихся разработкой, модернизацией и эксплуатацией судовых энергетических установок.

Монография посвящена проблемам энергосбережения и экологической безопасности, ставшим особенно актуальными после прошедшего в декабре 2015 года Климатического саммита, осмыслению и осознанию этих тенденций для одного из важнейших аспектов в существовании и развитии цивилизации XXI века – техники низких температур. Использованы материалы лекций, прочитанных по магистерскому направлению подготовки 16.04.03 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения». Для научных работников, инженеров, аспирантов и студентов, овладевающих секретами генерации теплоты и холода, способов их использования при создании инновационных технологий в современных областях практической и научной деятельности.

Рассмотрены теоретические основы моделирования и расчета при проектировании или модернизации промышленных установок разделения углеводородных смесей. Приводятся основные расчетные формулы гидравлических и тепломассообменных характеристик контактных устройств. Представлены конструкции тарельчатых и насадочных контактных устройств колонных аппаратов и методы расчета эффективности тепло- и массообменных процессов. Даны конструкции новых контактных устройств и результаты экспериментальных исследований гидравлических и массообменных характеристик. Показаны примеры модернизации промышленных ректификационных колонн, насадочных абсорберов и других тепломассообменных аппаратов, внедренных на предприятиях нефтехимии с энергосберегающим эффектом. Монография предназначена для научных и инженерно-технических работников, проектировщиков тепломассообменных аппаратов. Может быть полезной преподавателям, аспирантам и студентам технических вузов.

Подробно рассмотрены основополагающие понятия технической термодинамики: термодинамические системы и процессы, формы обмена энергией в ходе этих процессов, термодинамические величины и основные термодинамические параметры, нормативные условия состояния термодинамических систем, идеальные газы. Даны способы количественной оценки состава многокомпонентных веществ. Приведены методы расчета основных свойств и параметров состояния газовых смесей, необходимых для расчетов термодинамических процессов с их участием. Рассмотрены методы количественной оценки содержания в газообразных и твердых веществах влаги при положительных и отрицательных температурах и влияние увлажнения этих веществ на их плотность. Подробно рассмотрены основные понятия теплоемкости веществ. Даны количественные показатели теплоемкости и методы их расчета у многокомпонентных веществ. Сделан краткий анализ теплоемкости газообразных, жидких и твердых веществ и современных методов расчета ее показателей. При анализе теплоемкости твердых веществ особое внимание уделено горным породам. Предназначено в качестве учебного пособия по дисциплине «Горная теплофизика» для студентов, обучающихся по направлениям подготовки «Горное дело» и «Физические процессы горного или нефтегазового производства».

Рассмотрены энергетические характеристики открытых и закрытых термодинамических систем и термодинамических процессов: внутренняя энергия, энтальпия, работа деформирования и располагаемая работа. Показан их физический смысл и даны методы расчета. Существенное внимание уделено рассмотрению энтропии, представляющей собой одно из фундаментальных положений термодинамики. Подробно рассмотрены законы термодинамики. Приведены их аналитические выражения и сделан анализ их формулировок. Рассмотрены также основные термодинамические процессы в идеальных газах. Показаны схемы распределения тепла в них, методы расчета их показателей и их рабочие и тепловые диаграммы. Рассмотрены необходимые условия работы тепловых и холодильных машин и агрегатов и основы прямого и обратного циклов Карно. Приведены примеры расчетов некоторых характеристик термодинамических систем и процессов, даны контрольные вопросы для оценки качества усвоения материала. Предназначено в качестве учебного пособия по дисциплине «Горная теплофизика» для студентов, обучающихся по направлениям подготовки «Горное дело» и «Физические процессы горного или нефтегазового производства».

Учебно-методическое пособие по дисциплине «Специальные разделы строительной физики» предназначено для проведения расчётов теплопоступлений от солнечной радиации в здание, расчётов естественного освещения с учётом энергосберегающих свойств светопрозрачных ограждающих конструкций. Для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство по профилю «Энергосбережение и энергоэффективность в зданиях» – магистратура.

В книге приведены результаты разработки методов и средств исследования теплофизических характеристик и испытаний материалов, элементов конструкции и узлов активной зоны реакторов ЯРД. Описана методика многофакторных воздействий, позволяющая оптимизировать процессы исследований и испытаний. Представлены экспериментальные данные по теплопроводности, температуропроводности, теплоемкости, термическому расширению, модулю упругости, прочности, параметру решетки материалов твэлов, теплоизоляционных пакетов и опорных решеток (карбиды, нитриды, карбонитриды урана, теплоизоляционные углеродосодержащие материалы, высокотемпературные соединения карбидов и нитридов переходных металлов и их сплавов, а также гидридов циркония и иттрия). Особенностью описанных экспериментальных данных является то, что они представляют результаты комплексного высокоинтенсивного воздействия радиационных потоков, высоких температур, механических нагрузок и агрессивных по отношению к конструкционным материалам газов на свойства исследованных материалов. Книга предназначена для научных работников и технических специалистов, работающих в области создания материалов для ядерных реакторов различного назначения.

Представлены конкретные разделы теории тепло- и массообмена в различных средах. Изложена феноменологическая теория неравновесных явлений – термодинамика необратимых процессов. Для студентов учреждений высшего образования по специальностям «Физика (по направлениям)», «Ядерная физика и технологии», «Физика наноматериалов и технологий». Будет полезно студентам, магистрантам, аспирантам, инженерам и научным работникам, специализирующимся в области теплофизики, энергетики и энергосбережения.

Приведены результаты исследований теплообменных процессов при затвердевании и охлаждении слябов на технологической линии «МНЛЗ – холодный склад». Предложена усовершенствованная методика математического моделирования теплофизических процессов формирования непрерывнолитой заготовки, улучшены некоторые существующие и разработаны новые модели техпроцессов, разработаны методики расчета показателей и выявлен ряд закономерностей. Даны рекомендации для практического применения результатов исследования. Для специалистов в области чёрной металлургии, научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов металлургических направлений.

Изложены методики расчета горения жидкого, твердого и газообразного топлива, тепловых балансов плавильных и нагревательных печей, рабочего пространства вагранок, электродуговых и индукционных печей, печей для термической обработки и нагрева сплавов под прокатку, ковку. Приведены методики расчета нагрева термически тонких и массивных тел, а также основные положения расчета рекуператоров. Представлены системы огнеупорных фугеровок плавильных и нагревательных печей. Изложены некоторые методики выбора теплогенерирующих устройств и их расчет. В приложении подобраны справочные данные, необходимые для расчетов. Для студентов, обучающихся по направлениям «Машиностроение» и «Металлургия».

Рассмотрены основные способы воздействия на непрерывно отливаемый стальной слиток, применяемые для улучшения качества и расширения сортамента металла: кондукционный способ электромагнитного перемешивания, способ торможения затопленной струи жидкой стали в кристаллизаторе машин непрерывного литья заготовок постоянным магнитным полем и способ деформации профиля сечения свободной струи стали, подаваемой в кристаллизатор при литье тонких слябов. Выполнено обобщение результатов исследований, приведены методики и формулы для расчетов. Для научных и инженерных работников, занимающихся разработкой и освоением электромагнитных устройств с целью повышения качества и расширения сортамента металла при непрерывной разливке. Издание может быть полезно преподавателям, аспирантам и студентам металлургических направлений подготовки.

В методическом пособии представлен комплекс лабораторных работ для студентов 3-го курса бакалавриата механико-математического факультета ТГУ. Цель лабораторных работ состоит в освоении практических навыков экспериментального определения температуры, тепловых потоков, коэффициентов теплоотдачи и теплоемкости для наиболее простых, но практически важных процессов. Для студентов направления «Механика и математическое моделирование» механико-математического факультета, а также других специальностей, изучающих основы теплообмена в рамках курса механики сплошных сред.

Пособие составлено в соответствии с тематикой практических занятий и программой курса «Математическая физика» для студентов физико-технического факультета направлений подготовки 16.03.01 – Техническая физика, 24.04.03 – Баллистика и гидроаэродинамика. Особое внимание уделяется аналитическому решению краевых задач для одномерного уравнения теплопроводности.

В методическом пособии на качественном уровне рассматриваются элементы зонной теории твёрдых тел. Приводится методика эксперимента по определению температурной зависимости электросопротивления металлов и полупроводников. Методические указания предназначены для студентов физических специальностей дневной формы обучения.

Практикум содержит описание семи занятий, посвященных решению гидродинамических, термодинамических и тепловых задач, в том числе с учетом горения и многофазного характера потока. Практикум предназначен для магистрантов, обучающихся по направлению подготовки 22.04.02 «Металлургия» (профиль «Теплотехника металлургических процессов»), изучающих курсы «Математическое моделирование газодинамики и теплообмена в промышленных печах» и «Гидродинамика и массообмен в многофазных системах металлургии». Практикум будет полезен магистрантам, аспирантам и научным сотрудникам, работающим в области теплофизики металлургического производства, экологии и защиты окружающей среды, которые хотят использовать для решения профессиональных задач современные программно-вычислительные комплексы.

Лабораторный практикум содержит описание шести лабораторных работ, из которых четыре выполняются только на компьютере, одна – на лабораторной установке и еще одна – в любом из этих вариантов. Лабораторный практикум предназначен для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению подготовки 22.03.02 «Металлургия», изучающих курс «Теплотехника». Лабораторный практикум может быть полезен магистрам, аспирантам и инженерам, осуществляющим теплотехнические расчеты.

В курсе лекций описаны системы автоматизированного исследования металлургических процессов, таких как получение чугуна, стали, нагрева металла в цехе горячей прокатки и термической обработки стали в цехе холодной прокатки. Предназначен для студентов, обучающихся в магистратуре по направлению подготовки 22.04.02 «Металлургия».