https://electroinfo.net

girniy.ru 1 ... 10 11 12 13 14

Дәріс 13. Сәуле шығарумен жүретін жылуалмасу


Дәріс сабақтың мазмұны


  1. Жылулы сәуле шығару

  2. Сәулелі жылуалмасудың негізгі заңдары

  3. Стефан-Больцман, Кирхгоф, Ламберт, Вин заңдары

  4. Екі дене арасындағы сәуле шығару

  5. Газ бен қабырға арасындағы сәуле шығару


Жылулы сәуле шығару

Жылулы сәуле шығару барлық денелерге тән. Егер дененің бетіне Qс.ж мөлшерде сәулелі жылу түссе оның тек бір бөлігі ғана денемен сіңіріліп жылу энергиясына айналады да басқа бөлігі дене бетінен шығарылып қалған бөлігі дене арқылы өтңп кетеді.


Qс.ж=Qa+Qr+Qd (1)


немесе

Qa/Qcж+Qr/Qсж+Qd/Qсж=1 (2)


(1,2) теңдеудегі Qa/Qcж дененің сәулелі жылуды сіңіруі, Qr/Qсж шағылысу, Qd/Qсж өзінен өткізіп жіберу қабілеттерін сипаттайды.

Егер Qa/Qcж= A Qr/Qсж=R және Qd/Qсж=V деп бейнелесек онда


A+R+D=1 (3)


A,R,D – лардың сан мәніне қарай денелер төмендегі түрлерге бөлінеді

- егер А=1(R=D=0) болса онда денеге түскен сәулелі жылудың барлығы сіңіледі мұндай дене – абсолют (мүлде) қарда деп аталады;

- егер R=1 (A=R=D) болса, онда денеге түскен сәулелі жылудың барлығы шағылысады мұндай дене абсолют ақ деп аталады;

- егер D=1 (A=R=0) болса, онда денеге түскен сәулелі жылудың барлығы денеден өтіп кетеді. Мұндай дене абсолют мөлдір дене деп аталады.

Табиғатта абсолют қара, ақ және мөлдір денелер жоқ. A,R және D лардың арасындағы байланыстар дененің табиғатына беттің түріне және оның температурасына байланысты болады. Әдетте қатты дене және сұйықтар үшін D=0 R+A =1 болады. Газдар негізінен мөлдір денелер қатарына жатады. Нақты жағдайда денелер бетіне түскен сәулелі энергияның бір бөлігі сіңіріледі, тағы бір бөлігі шағылысады, ол қалғаг бөлігі денеден өтіп кетеді. Мұндай денелер сұр денелер деп аталады.

Стефон –Больцман заңы

Беті F дененің  уақытта шығарған сәулелі мөлшерін дененің сәуле шығару қабілеттілігі деп аталады.


Е=Фсж/f=Вт/м² (4)


Стефон - Больцман заңы бойынша : сұр дененің сәуле шығару қабілеттілігі оның абсолюттік температурасының төртінші дәрежесіне тура пропорционал болып келеді.

E=C(T/100)4; (5)


С –сұр дененің сәуле шығарә коэффициенті деп аталады.

Өздік бақылау сұрақтары


  1. Жылулы сәуле шығарудың маңызы

  2. Сәуле шығару процесінің жылулық балансын жазыңыз

  3. Абсолютті ақ және қара дене дегеніміз не?

  4. Стефан-Больцман заңын жазыныз

  5. Жылу сәуле шығарудың негізгі заңдары қандай

  6. Екі дене арасындағы сәуле шығару

  7. Газ бен қабырға арасындағы сәуле шығару



Қолданылған оқулықтар.


  1. Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат, 1969. - б.212-225

  2. Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». - М.: Высшая школа, 1980. - б. 402-422

  3. Лариков Н.Н. «Тепдлтехника» - Стройиздат., 1985. б.262-267



Дәріс 14. жылу тасымалы



Дәріс сабақтың мазмұны


        1. Жылу беру коэффициенті, физикалық мәні

        2. Жылу тасымалы

        3. Жылу алмастырғыштар

        4. Жылу алмастырғыштар жылулық есебі


Жылу беру коэффициенті, физикалық мәні

Жылулық сәулелену - бұл,сәулелендіруші денелердің атомдары немесе малекулаларының жылулық қозғалысына сәйкес әртүрлі толқын ұзындығы бар электромагнитті тербелістердің таралу процессі. Барлық денелер энергияны сәулелендіруге қабілетті, ол басқа денеге жұтылып қайтадан жылуға айналады. Осыған байланысты сәулелі жылу алмасу, ол сәуле шығару және сәуле жұту процестерінен пайда болады.

Жылу жинақталған (комбинированный) жолмен беріледі. Мысалы: қатты дене мен газ орта арасындағы жылу алмасуда жылу бірдей уақытта конвекциямен,жылу өткізгіштік және сәулеленумен беріледі. Жылудың денеден газ тәрізді (сұйық) ортаға өтуі немесе керісінше бағытта болса жылу асу деп аталады.Бұдан қиын процесс, бұл, жылудың жақсы қыздырылған сұйықтықтан (газ) нашар қыздырылған сұйықтыққа, оларды бөліп тұрған қатты қабырға арқылы беру. Бұл процесс жылу беру деген атау алды .


Жылу беру, процесінде конвекциямен жылу тасымалдау, жылу өткізгіштік және сәулелену жылу алмасу мен сәйкес.

Толассыз жұмыс істейтін аппараттарда температура сол уақытта әр түрлі нүктелерде өзгермейді және жылу алмасудың өткен процесі орнықты(стационарлы) болып табылады. Периодты жұмыс істейтін аппарадтарда, яғни онда сол уақытта температура өзгерсе (қыздырғанда не суытқанда), онда орнықсыз немесе стационарлы емес жылу алмасу процесстері болып табылады.

Жылу алмасу аппаратурасының есептеуіне жатады:

Жылу ағынын анықтау, яғни жылу мөлшері Q, бір жылу тасымалдаушыдан екіншісіне белгілі уақытта берілу керек (толассыз жұмыс істейтін аппараттарда 1сек - та немесе 1 сағ - та) .Жылу ағыны, жылу баланстарды есептеу және құру жолымен есептелінеді.

Берілген уақытта талап етілген жылу мөлшерін беруді қамтамассыз ететін аппараттық жылу алмасу бетін анықтау. Жылу алмасу бетінің шамасы жылу беру жылдамдығымен анықталады, жылу беру механизіміне байланысты-жылу өткізгіштікпен, конвекциямен, сәулеленумен және олардың бір - бірімен байланысы.

Жылу алмасу бетін негізгі жылу беру теңдеуімен табады. Жылу беру коэффициенті келесі түрде көрсетіледі :


(1)


Егер Q, ккал/с болса, онда


(2)


Осыған байланысты, жылу беру коэффициенті  көрсетеді,қабырға мен сұйықтық арасында температуралар айырымы 1 град кезінде, 1сек уақытта,қанша жылу мөлшері 1м қабырға бетінен сұйықтыққа (немесе сұйықтан 1м қабырға бетіне) беріледі.

Ағындардың күрделі структурасы ізімен, әсіресе турбулентті қозғалыс жағдайында,  шамасы көптеген шамалардың күрделі функциясы болып табылады.

Жылу беру коэффициенті келесі факторлармен байланысты:

Сұйық жылдамдығы , оның тығыздығы р мен тұтқырлығы , яғни сұйық ағынының режимін анықтаушы шамалар;


Сұйықтың жылулық қасиеттері (меншікті жылу сиымдылығы, жылу өткізгіштігі ), сонымен қатар көлем ұлғаю коэффициенті ;

Геометриялық параметрлер - формалары және қабырға өлшемін анықтаушы(құбыр үшін-оның диаметрі d және L ұзындығы). Осыған байланысты (, , , , , , L, )

Жылу беру коэффициентінің, факторларының үлкен болу санына байланысты,  үшін есеп теңдеуін алу мүмкін емес. Жылу беру коэффициентін анықтау үшін сұйықтың қабырғадағы температуралық градиентін білу керек.

Жылу беру коэффициенттерінің сандық шамалары.

Кейбір таралған жылу беру процесстеріндегі шамасынан тәртібі жөнінде төменде, өндірістік жылуалмасу құралдарындағы жылу беру коэффицыиенттерінің белгіленген интервалдары көрсетілген:

Қыздырылған және суытылған кезде, вт(мград) ккал/(мгград)

Ауаның 1,16-58 1,0-50

Қыздырылған будың 23,2-116 20-100

Майлардың 58-1740 50-1500

Судың 232-11600 200-10000

Су қайнаған кезде 580-52200 500-45000

Су буының пленкалы конденсациясы 4640-17400 4000-15000

Органикалық заттардағы бу конден-

сациясы кезінде 580-2320 500-2000

Жылу тасымалы

Көрсетілгендей, практикада жылу, бір уақытта екі немесе барлық берілістің үш түрлі жолымен беріледі - конвекциямен жылу өткізгіштің және жылулық сәулеленумен. Егер жылуалмасу, қатты қабырға және газтәрізді орта арасында болса, мысалы, ауамен, онда жылу конвекциямен сәулеленумен бірге беріледі. Жылу берілудің осы тектес процесстері күрделі жылу беру атауын алады. Күрделі жылу берудің типтік мысалы болып аппараттар қабырғаларымен қоршаған ортаға жоғалған жылу табылады. Жылулық сәулелену жолымен, тек қабырға арқылы берілетін, жылу мөлшері , жалпы түрде (VII.23) теңдеуімен анықталады.және деп қабылдап, және Cr=Coдеп есептеп аламыз және оны мына теңдеумен анықтаймыз.


=5,67 (3)


Теңдеудің оң жақ бөлігін - ға көбейтіп және бөліп, оны мына түрге келтіреміз


Q= (4)


мұндағы g теңдеуімен көрсетіледі


g (5)


gшамасы сәуле шығару, жылу беру коэффициентіне байланысты, бұл жылулық сәулеленумен қоршаған ортаға қандай жылу мөлшерін беред, қабырға беті 1м, 1-сек-та, қабырға мен орта арасындағы температура айырымы 1 град болғанда көрсетеді.Конвекция және жылулық сәулелену жолына қабырғадан жылудың суммарлық берілуі құрайды


Q=Q+Q= F (6)

мұндағы,-конвекциямен жылу беру коэффициенті.


Конвекция және жылу беру суммарлық коэффициентін деп белгілеп аламыз.

Q=() (7)


Инженерлік есептеулерде жиі эмприкалық теңдеулерге ұқсас анықтайды.Сонымен, есептегенде жылу мөлшері қоршаған ортаға аппараттардың сыртқы беті арқылы жоғалған , мына формуламен табуға болады =9,3+0,058t

мұндағы t-аппарат қабырғасының сыртқы бетінің температурасы.

теңдеуі t=50-350 С

Жылутасымалдағыштардың тұрақты температура кезіндегі жылу берілісі.

Жазық қабырға Бірлік уақыт ішінде қабырға арқылы,жақсы қыздырылған ортадан нашар қыздырылған ортаға берілетін жылу мөлшерін анықтаймыз

Қабырға әртүрлі жылуөткізгіш екі қабаттан тұрады, мысалы, қабырғаның өз қалыңдығы , бұның жылуөткізгіштік коэффициенті -ге тең және жылу изоляция қабаты қалыңдығы жылуөткізгіштік коэффициенті Қабырғаның жұмыс беті F.Жылуалмасу процессі тұрақталған.Осыған байланысты, жақсы қыздырылған ортадан қабырғаға, қабырға ішіне және қабырғадан нашар қыздырылған ортаға барлық уақытта жылу мөлшері бірдей болады.Жылу мөлшері, жылу беру теңдеуі бойынша, а уақытта жақсы қыздырылған ортадан қабырғаға берілген.


Q (8)


Жылу өткізгіштік жолымен қабырға қабаты арқылы өткен жылу мөлшері (VII.13) теңдеуіне сәйкес:


және (9)


Қабырғадан нашар қыздырылған ортаға берілген жылу мөлшері


Q= (10)


Qүшін алынған мәндер мына түрде болуы мүмкін


және Q (11)


Q және (12)

Осыдан аламыз

немесе


(13)

Сәйкес, болғанда

(14)



теңдігінің оң жағында бірінші көбейткіш жылу беріліс коэффициенті деп аталады.

(15)

Сәйкес жылу тасымалдағыштардың тұрақты температура кезінде жылу беріліс теңдігінің түрі мынадай болады:


Q= (16)


Және үздіксіз процесстер үшін:

Q= (17)


теңдігіне сәйкес, жылу беріліс коэффициенттерінің өлшем бірлігі:


(18)

Осыған байланысты, жылу беріліс коэффициенттері К, бірлік уақыт ішіндегі қандай жылу мөлшері, жылу тасымалдағыштардың 1 град темпетатурасының айырымы кезінде жақсы қыздырылғаннан нашар қыздырылған жылу тасымалдағышқа өтеді. К-кері шама, жалпы термиялық кедергі деп аталады. (VII.83)теңдігінен жалпы термиялық кедергі:


(19)

мұндағы, және - жақсы қыздырылған және нашар қыздырылған орта термиялық кедергілері сәйкес.

-көп қабатты қабырғаның термиялық кедергісі.Көп қабатты қабырғаның жеке қабаттарының термиялық кедергісі шамасы бойынша айырмашылығы көп, және олардың біреуі жылуөткізгіштік қабатпен сәйкес, басқа қабаттары жылуөткізгіштігінен көп төмен болады, анықтаушы болып табылады


Таза металл қабырға (жылу изоляциясы және кірі жоқ) арқылы, жылу берілісі , термиялық кедергі қабырғадан көп емес.


К= (20)


Егер жылу беру коэффициент шамалары және , бір- бірінен көп айырмашылығы бар болса, мысалы >,онда ,-ден көп үлкен және К шамасы шамасымен анықталады.Бұл жағдайда


К (21)


теңдеуі негізінде, жылу беріліс процестерінің интенцификациясы жөнінде біршама қортынды жасауға болады.

Егер термиялық кедергілердің шамалары әртүрлі болса, онда жылу беру интенсификациясы үшін, олардың көбірегін азайту керек.Мысалы, егер анықтаушы болып аппарат қабырғасындағы кір қабатының термиялық кедергісі болса, онда жылуөткізгіштікті көбейту үшін қабат қалыңдығын азайту керек Мысалы, қыздыру бетінің периодты тазалығы.

Практикада теңдігін тек жуан қабырғалы цилиндрлік қабырғаларға қолданады, мысалы, құбырөткізгіш, жылу изоляциясы қалың қабатпен жабылған.

Жұқа қабырғалы құбыр үшін, жылу беріліс есептеулері жазық қабырғаға жақын өткізуге болады.

Жазық беттің жылуалмасу бетін деп белгілесек, онда



Q=K=K (22)


мұндағы, К-жазық қабырға үшін жылуберіліс коэффициенті.

Жылу алмастырғыштар

Жылу алмастыру аппараттары деп олардың технологиялық немесе энергетикалық жылытқыштар, қойылту, буды суға айналдыру міндеттеріне қарамай олардың жұмысшы денелерінің арасындағы жылу алмасатын аппараттарын айтамыз.

Жылу алмастыру аппараттарының технологиялық міндеті көп түрлі: жылу алмастыруаппараттарында жылу беру негізгі процесс, ал реакторларда жылу процессі қосымша роль атқарады.

Жылу алмастыру аппараттары әртүрлі белгі бойынша реттеледі.

Жылу берілу жолдары бойынша жылу араласатын жылу алмастыру аппараттары.олардың ішінде жұмысшы денелер бірбірімен түйіседі немесе араласады, беттік жылуалмастыру аппараттары жылу осы орталарды бөліп тұратын қатты қабырға арқылы бір денеден екінші денеге таралады

Негізгі атқаратын міндеті бойынша жылытқыштар буландырғыштар, тоңазытқыштар, газдың немесе будың суға айналуын жүзеге асыратын аппарат.


Өздік бақылау сұрақтары



  1. Жылу беру түрлерін атаңыз

  2. Жылу өткізгіштік тәсіл дегеніміз не?

  3. Конвекция туралы түсінік

  4. Жылулық сәулелену түсінігін берініз

  5. Жылу беру коэффициентінің физикалық мәні

  6. Жылу тасымалдау коэффициентің формуласын жазыңыз

  7. Термиялық кедергілердің түрлері

  8. Жылу алмастырғыштардың пайдаланылуы, түрлері



Қолданылған оқулықтар

  1. Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат, 1969. - б.177-184

  2. Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». - М.: Высшая школа, 1980. - б. 424-432

  3. Лариков Н.Н. «Тепдлтехника» - Стройиздат., 1985. – б.274-285





<< предыдущая страница   следующая страница >>