Modelarea Fenomenelor Termice de Conductibilitate și Convecție cu Aplicații la Schimbul de Căldură între Fluide și Pereți

INTRODUCERE

În cadrul transferului de căldură sunt analizate procesele spontane ireversibile în care energia se schimbă între corpuri (sisteme) sub formă de căldură. Studiul transferului de căldură îşi propune să evidenţieze efectele fizice asociate căldurii şi să dezvolte metode ştiinţifice de analiză, care oferă informaţii legate de performanţa sau proiectarea unui anume sistem sau proces. Fără cunoaşterea legilor specifice transferului de căldură şi a proprietăţilor termofizice ale materialelor utilizate este imposibil de efectuat calculul de dimensionare al componentelor utilizate.

Calculul proceselor de transfer de căldură necesită cunoaşterea distribuţiei temperaturii în spaţiu şi timp, care se obţine prin rezolvarea unor ecuaţii diferenţiale specifice proceselor respective, ecuaţii derivate, de regulă, din bilanţuri de energie.

Obiectivele tezei de doctorat

- Analiza metodelor de calcul pe baza cărora să se determine transferul prin conductibilitate a fluxului termic în ţeava unui tun;

- Calculul caracteristicilor termodinamice ale pulberilor utilizate la armamentul de calibru mare: căldura de combustie, volumul specific, forţa şi temperatura de combustie cu ajutorul metodei simplificate;

- Modelarea numerică a transferului termic în ţevile tunurilor de calibru 100 şi 76 mm;

- Studiul transferului prin convecţie cu ajutorul analizei dimensionale şi a criteriilor de similitudine;

- Sistematizarea teoriilor de calcul numeric în schemele cu volume şi elemente finite;

- Calculul funcţiei de ajustare a temperaturii, pe exteriorul ţevii tunului de calibru 100 mm, cu ajutorul polinomului de interpolare şi a funcţiei Fourier.

- Aplicarea metodei exergetice în analiza proceselor de transfer termic.

Lucrarea are la bază preocupările de cercetare teoretică, de modelare precum şi informarea bibliografică, care cuprinde lucrări din ţară şi străinătate.

Aduc calde mulţumiri Conducerii Academiei Tehnice Militare, conducătorului ştiinţific domnul prof. univ. dr. ing. Ştefan Sterie pentru îndrumarea permanentă pe toată durata pregătirii prin doctorat, cadrelor didactice din ATM care m-au îndrumat cu ocazia susţinerii examenelor şi a referatelor de cercetare ştiinţifică, Conducerii Poligonului de Experienţe al Armatei de la Jegălia pentru organizarea tragerilor cu tunul de calibru de 100 mm, membrilor Catedrei de Sisteme Integrate de Aviaţie şi Mecanică din ATM pentru sugestiile date cu privire la elaborarea lucrării de doctorat, precum şi familiei mele pentru sprijinul moral acordat.

CAPITOLUL 1

CERCETĂRI ÎN DOMENIUL TRANSFERULUI

TERMIC PRIN CONDUCŢIE ŞI CONVECŢIE

1.1.1 Clasificarea în funcţie de modul de realizare al transferului

de căldură

Schimbătoarele de căldură se împart în două mari grupe:

• aparate cu contact indirect;

• aparate cu contact direct.

1.1.1.1 Schimbătoarele de căldură cu contact indirect (de suprafaţă)

Sunt aparate la care cei doi agenţi termici nu vin în contact direct ei fiind despărţiţi de o suprafaţă de schimb de căldură cu care vin în contact permanent sau periodic.

Fig. 1.1 Schimbătorul de căldură ţeavă în ţeavă

Din categoria schimbătoarelor de căldura cu contact indirect face parte şi schimbătorul de căldură cu strat fluidizat, la care transferul de căldură are loc între un fluid şi un material solid care se deplasează sub forma unui strat fluidizat pe lânga suprafaţa de schimb de căldură (fig. 1.3). Fluidizarea se realizează prin insuflarea unui gaz (de obicei aer) peste materialul solid granulat.

Fig. 1.2. Schimbătoare de căldură de tip regenerativ:

a) cu suprafaţă fixă, b) cu suprafaţă rotativă

Fig. 1.3. Schimbător de căldură cu strat fluidizat