Еркін конвекция кезіндегі жылуберу.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Еркін конвекция – бірфазалы ортадағы температуралық градиент нәтижесінде туындаған біртекті емес тығыздықтың таралуының нәтижесінде гравитациялық өрісте туындайтын ортаның қозғалысы. Осының өзінде, шекаралық қабатта қозғалыс ламинарлы және турбулентті болуы мүмкін. Өріс жылдамдығы мен температура елеулі түрде бір-бірінен тәуелді.

8.1. Үлкен көлемдегі еркін конвекция

Вертикалды құбырлар мен пластиналар үшін, ламинарлы тәртіптегі жылуберу келесі формуламен анықталады:

. (166)

Анықталатын өлшем – Жылуалмасу бетінің Н биіктігі. Анықталатын температура— денеден ара қашықтықтағы сұйықтықтың температурасы (қабырғадағы температура бойынша анықталатын басқа).

мәні кезінде вертикалды беттің бастапқы аймағында ламинарлы шекаралық қабат, содан соң ол ауысып турбулентті қабат туғызады. Осы қабаттың арасындағы шекаралық биіктігінің ағысын көрсетуге болады, ол келесі формула бойынша анықталады:

. (167)

биіктігіне дейінгі ламинарлы аймақтағы жылуберу (166) формула бойынша анықталады, ал турбулентті биіктіктегі (мұндағы H — құбырдың толық ұзындығы мен пластина биіктігі) келесі формула бойынша анықталады:

. (168)

Вертикалды беттегі шекаралық қабаттың ламинарлы және турбулентті ағысы кезіндегі биіктік бойынша орташа жылуберу коэффициенті келесі формуламен анықталады:

, (169)

мұндағы және — шекаралық қабаттың ламинарлы және турбулентті аймақтарындағы орташа жылуберу коэффициенті.

Сыртқы диаметрі горизонтальды құбыр үшін :

кезінде

; (170)

кезінде

. (171)

Анықталатын өлшем — , анықталатын температура

Жоғары және төмен бағытталған жылуберу беті бар горизонтальды пластинаның жылуберуі (166) формула бойынша анықталады, екінші жағдайда алынған жылуберу коэффициентін 2 есе төмендету керек. Анықталатын өлшемге пластинаның аз бөлігі қабылданады.

кезіндегі жұқа қыздырылған сымдардың диаметрі 0,2—2 мм кезіндегі жылуберу:

, (172)

мұндағы .

Егер болса (170) формула қолданылады.

Сұйық металдар мен балқымалардың жылуберуі:

. (173)

Анықталатын температура ; Горизонтальды құбыр үшін анықталатын өлшем— сыртқы диаметр,вертикалды бет үшін—биіктік; .

Егер , онда С = 0,52, n = 0,25; егер , онда С=0,105, n=1/3.

Көлемдік ұлғаю коэффициенті жуық щамамен келесі формуламен анықталады:

8.2. Шектелген көлемдегі еркін конвекция

Тар саңылауларда, жазық және сақиналы арналар мен қабаттар арасындағы жылуалмасуды келесі түрде анықтауға болады:

кезінде —жылуөткізгіштік формула бойынша;

кезінде —

. (174)

формула бойынша анықтауға болады. Анықталатын өлшем- тесік пен саңылау ені ; Анықталатын температура , мұндағы және — тесік немесе саңылау температурасы.

Таза будың қабатты конденсациясы кезіндегі жылуберу. Сұйықтықтың қайнауы кезінде жылуберу.

Конденсация — жылу бөлінумен шығарып салатын, аса төмен қанығу температурасы және будың қабырғамен жанасатын температурасы кезінде –газтәріздес күйден суйық күйге өтетін үрдісті айтамыз.

Конденсат қабырғасының дымқылдағыштық бетінде жазық қабат туындайды(қабатты конденсация). Конденсат қабатының қозғалысы ламинарлы және турбулентті болады. Вертикалды беттен ламинарлы қабатпен ағу кезінде конденсатттың толқындық ағысы байқалады, бұл жылуберудің интенсивті өсуіне әкеледі.

Қайнау — қыздырылатын қабырғадағы немесе аса қыздырылған сұйықтықтың ішкі булы фазасының туындау үрдісі.

Аса қыздырылған сұйықтық — белгілі бір қысымдағы қанығу температурасынан -дан оның температурасының асуы.

Үлкен көлемде сұйықтықтардың қайнауы кезіндегі температуралық қысымнан немесе жылулық ағын тығыздығынан q тәуелді, қыздырылған қабырға беттерін көпіршікті немесе қабатты қайнау тәртіптері деп ерекшелейді. Қайнаудағы көпіршікті тәртіптегі максималды жылулық жүктемені жылулық ағынның бірінші критикалық шығыны деп атаймыз.

Арналарда немесе құбырда қозғалатын сұйықтықтың қайнау үрдісі аса бір ерешеліктермен сипатталады. Сұйықтықтың жылдамдығы, оның физикалық қасиеттерінен, қысымнан, құбырдың ұзындығы мен диаметрінен, оның кеңістікте орналасуынан тәуелді болуына қарай бірнеше ағыс тәртіптерін ерекшелеуге болады, мысалы, көпіршікті, снарядтық, эмульсионды, дисперсті-сақиналы, қат-қабатты.

9.1. Қозғалмайтын будың конденсациясы

; және конденсат қабатының ламинарлы ағысы кезіндегі шартындағы вертикалды беттің Н биіктігі орташа ұзындықтағы жылуберу коэффициенті келесі формула бойынша анықталады:

; (175)

Келтірілген ұзындық

; (176)

мұндағы — конденсаттың физикалық қасиетіне өзгеруіне еңгізілетін түзету; және — қабырғаның орташа температурасы арқылы анықталатын конденсаттың жылуөткізгіші мен динамикалық тұтқырлық; , , , , — қанығу температурасы арқылы анықталатын сәйкесінше конденсаттың жылуөткізгіштігі, динамикалық және кинематикалық тұтқырлық, тығыздығы мен жылусыйымдылық тығыздығы ; және r— қанығу температурасы кезіндегі қанығу тығыздығы мен буға айналу жылуы;g— еркін түсу үдеуі.

Су буының конденсация жағдайы кезіндегі (175) және (176) формулалар

келесі түрде өзгеруі мүмкін:

; (177)

, (178)

мұндағы D және А қосымшадағы бойынша 14-кестеден анықталады.

Орташа шеңбер бойынша горизонтальды құбырдың жылуберу коэффициентті (құбырдың сыртқы диаметрі d, ламинарлы ағыс — )

. (179)

Белгіленулер (175) формулағындай. (179) формула кезінде қолданылады, мұндағы — беттің созылу коэффициенті.

Сулы будың конденсациясы кезінде (179)формула келесі түрде болуы мүмкін:

, (180) мұндағы М қосымшадағы бойынша 14-кестеден анықталады.

Z>2300 кезінде вертикалды бетте конденсат қабатының:бастапқы аймағында — ламинарлы ағыс, әрі қарай— турбулентті комбинирленген ағысы байқалады. Ламинарлы ағыстан турбулентті ағысқа ауысу ағып өтетін конденсаттың жоғарғы бөлігінен орындалады:

. (181)

Сулы будың конденсациясы үшін (181) формула келесі түрде болуы мүмкін:

, (182)мұндағы A қосымшадағы бойынша 14-кестеден анықталады.

Вертикалды беттегі орташа биіктік Н бойынша конденсат қабатының комбинирленген ағысы кезіндегі жылуберу коэффициенті:

, (183)

Мұндағы , — сәйкесінше және бойынша анықталатын конденсат үшін Прандтль сандарының мәні. Егер деп белгілесек, онда сулы будың конденсациясы үшін Е қосымшадағы бойынша 14-кестеден анықтауға болады.

Егер қыздырылған бу конденсацияланса, онда жылуберу коэффициентін жоғарыда көрсетілген формулалардағы буға айналу жылуымен rауысу шамасымен анықтауға болады, мұндағы

және — сәйкесінше изобаралық жылусыйымдылық және қыздырылған будың температурасы.

Егер х құрғақ қалдық дәрежесі бойынша дымқыл бу конденсацияланса, онда (175) — (183) формулараындағы r орнынаxr қойылады.

Құбыр бетінде F, м², конденсацияланатын будың мөлшері G, кг/с, жылулық баланстың кенлесі формуласынан анықталады:

. (184)

Конденсат ағысының ламинарлы тәртібіндегі вертикалды беттің жоғарғы бөлігінен х арақашықтығындағы конденсат қабатының қалыңдығы және жылу берудің жергілікті коэффициенті келесі формулара арқылы анықталады :

; (185)

, (186)

мұндағы , , — температурасы бойынша аныықталатын конденсаттың жылуөткізгіштігі, динамикалық тұтқырлығы және тығыздығы; r— температурасы бойынша анықталатын буға айналу жылуы.

9.2. Қозғалатын будың конденсациясы

Қабырғадан салыстырмалы түрде қозғалатын бу, жылу беру коэффициентінің өзгеруіне әкелетін, конденсат қабатына динамикалық әсер етеді. Қаныққын будың жүгіруші ағынына әсер ететін жылдамдықтың әсері кезінде м/с және ескеру керек.

Цилиндрдің ішкі бетінде конденсацияланатын, будың көлдене ағысы қоршап тұратын сыртқы диаметріd горизонтальды цилиндрдың жылуберуі:

, (187)

мұндағы ; ; ; ;

, — бойынша анықталатын конденсаттың жылөткізгіштігі мен кинематикалық тұтқырлығы.

(187) формула ; кезінде қолданылады.

Горизонтальды құбырлардың будасы жоғарыдан төмен қарайқозғалатын қаныққан будың көлдене ағысы мен қоршаланылады;Жуықтап есептеу әдістемесі өзіне келесі шамаларды қосады:

1) құбырдың бірінші қатарындағы жылу беру коэффициенті:

, (188)

мұндағы — қозғалмайтын будың конденсациясы кезіндегі орташа жылу беру коэффициенті,(179) формула бойынша анықталады; , — температурасы кезіндегі конденсат пен будың тығыздығы; — құбырлардың горизонтальды қатарының тар ағысындағы будың жылдамдығы; — температурасы кезіндегі конденсаттың жылуөткізгіштігі.

(188) формула температура , ден Па қысым, Рейнольдс санының 46 дан 864 дейінгі және 0,017% дейінгі будағы ауаның көлемдік құрамы кезіндегі су буы үшін қолданылады.

2) Бірінші қатардағы құбырдың 1м ұзындығына келетін бу шығыны

, (189)

мұндағы — құбырдың бірінші қатарының алдындағы будың жылдамдығы; — бойынша аанықталатын тығыздық; — құбырдың көлденен қадамы;

3)1 секундқа құбырдың бірінші қатарының 1 м ұзындығына конденсацияланатын будың мөлшері,

, (190)

мұндағы r— кезіндегі буға айналу жылуы;

4) Екінші қатардағы құбырдың 1м ұзындығына келетін бу шығыны:

; (191)

5) Буданың барлық қатарындағы жылу беру бетінің ауданының теңсіздігі мен бірінші қатардағы құбырлардағы будың конденсациясын аздап ескеруі кезіндегі екінші қатардағы құбырлар алдындағы будың жылдамдығы

; (192)

6) (188) формуладан шыға отырып, бу жылдамдығының әсер етуін ескере отырғандағы, екінші қатардағы құбырлардың жылу беру коэффициенті:

; (193)

7) 1 секундқа құбырдың екінші қатарының 1 м ұзындығына конденсацияланатын будың мөлшері

; (194)

8) Екінші қатардағы құбырдың үстінен конденсаттан ағуының нәтижесінде жылуберуді төмендетуге енгізілген түзету

, (195)

мұндағы — і-ші қатардағы құбыр бойынша ағатын , конденсаттың қосынды мөлшері; — і-ші қатардағы құбырда туындайтын конденсат мөлшері; п — шахматты будадағы құбырлардың жартылай қатарындағы немесе сенекті буда биіктігі бойынша құбырлар қатарының саны.

Екінші қатардағы құбырлар үшін түзету:

;

9) Екінші қатардың құбырындағы жылуберудің шынайы коэффициенті

. (196)

Өзгеде басқа будалар үшін пп. 1—9 негізіндегі есеп түрінде жалғаса береді. Барлық буда үшін жылу берудің орташа коэффициенті

, (197)

мұндағы F— құбырлы буда бетінің жалпы ауданы; — құбырдың і-ші қатарының бетінің ауданы.

Әрбір n қатардағы бірдей жылуалмасу беті кезіндегі буданың орташа жылу беру коэффициенті

. (198)

9.3. Үлкен көлемдегі көпіршікті қайнау

Табиғи конденсация шарттарындағыкөпіршікті қайнау үшін анықталатын шама ретінде қанығу температурасы қабылдайды. Жылу беруді келесі жағдай үшін есептейді:

1) Жылулық жүтеме q берілген,Вт/м²:

, кезіндегі ; (199)

, кезіндегі ; (200)

2) Температулық қысым :

, кезіндегі ; (201)

, кезіндегі ; (202)

мұндағы ; ; ; ; ; r—буға айналу жылуы, Дж/кг; —қанығу температурасы, К; , , , , — сұйықтықтың жылуөткізгіштігі, кинематикалық тұтқырлығы, температуралық өткізгіштігі, меншікті жылу сыйымдылығы мен сұйықтықтың беттік керілуі; және — сұйықтық пен будың тығыздығы.

(199) — (202) формулалар келесі шарттар үшін келеді ; ; қысым Па;

Сулар үшін , , белгіленулері қосымшадағы 15-кестеде келтірілген.

Судың көпіршікті қайнауы кезіндегі орташа жылу беру коэффициенті:

, (203)

мұндағы —қанығу қысымы, МПа; q —жылу ағығының тығыздығы,Вт/м²; формула МПа кезінде қолданылады.

Горизонтальды құбырлар мен плиталарда таза металл емес сұйықтықтардың көпіршікті қайнауы кезіндегі жылу ағынның бірінші критикалық тығыздығы:

. (204)

9.4. Мәжбүрлі конвекция кезіндегі құбырлардағы көпіршікті қайнау

Қайнау кезіндегі жылуберу70 % дейінгі көлемді буқұрамы кезіндегі бір фазалы ортадың конвекциясы, сонымен қатар буға айналу үрдісін сипаттайды. Жылу жүктемесінің аз шамасы кезінде бір фазалы сұйықтықтың конвекциясы үлкен әсер етеді, ал үлкен жүктемесі кезінде – буға айналу жүреді.

Құбырлардағы қайнайтын сұйықтың мәжбүрлі ағысы кезіндегі жылу беру коэффициентін келесі түрде анықтауға болады:

егер , онда

, (205)

мұндағы — ағыстың турбулентті тәртібі кезіндегі бір фазалы сұйықтықтың жылу беру коэффициенті, (127) формула бойынша анықталады; — көпіршікті қайнаудағы жылуберу коэффициенті, (199) —(202) формула бойынша анықталады; егер , онда

; (206)

егер , онда

. (207)

МПа қысым мен көлемді буқұрамы кезіндегі су үшін (205) —(206) формулалар келеді.

9.5. Үлкен көлемдегі қабатты қайнау

Жылу беру келесі формуладан анықталады

, (208)

мұндағы ; ;

, .

С және nшамасы келесі түрде анықталады:

температурасы анықтайтын вертикалды бет үшін

; n=1/3 ;

температурасы анықтайтын горизонтальды бет үшін:

С=0,672, n=0,25, если , и

С = 0,012, n=0,5, если ;

температурасы анықтайтын сыртқы диаметрі d дөңгелек горизонтальды құбырдың беттік беті үшін

; n=0,25;

Мөлдір ортамен бөлінген, денелер арасындағы сәулеленуі бар жылуалмасу

10.1. Негізгі түсініктер мен есеп-қисап формулалар.

Сәулеленуі бар жылуалмасу- дененің ішкі энергиясының электромагнитті толқындар(немесе фотондар) энергиясына айналуы мен соңында өзге денелердің ішкі энергиясына анйналатын, жылу беру.

Инженерлік есеп-қисаптарда, мөлдір(диатермиялық) ортамен бөлінген, денелер арасындағы сәулеленуі бар жылуалмасу, сәулеленуі бар беттер-сұр және оның сәулеленуі-изотермиялық аймақтар беттерінде диффузиялық тұрақты тығыздығы жағдайымен өтеді.

Сұр дене деп оның жылулық сәулеленуі бар спектриалды коэффициент температурадан тәуелсіз және шексіздіктен нөлге дейінгі барлық диапазонда толқын ұзындығы тұрақты болып қалатын, үздіксіз сәулелену спектрі бар, сол температурадағы абсолютті қара денеге толығымен ұқсас денені айтамыз. Диффузиондық сәулелену бағыттан тәуелсіз интансивтілікті сипаттайды.

Сұр дененің жылулық сәулеленудің есеп қисаптары кезінде, дененің өзіндік сәулелену Е мен шағылысқан сәулеленудің жиынтығы, эффективті сәулелену түсініктері қолданылады.

Абсалютті температурасы бар Т, К, дененің өзіндік сәулеленуі бар ағын тығыздығы, Вт/м²,

; (209)

мұндағы — жылулық сәулеленудің интегралдық коэффициенті— реалды денеЕ мен абсолютті қара дене E₀сәулеленуі бар ағын тығыздықтарықатынасын немесе реалды дене с мен акбсолютті қара дене сәулеленуі бар денелер қатынасы. Ендеше реалды дене үшін

. (210)

с шамасы 0 ден 5,67 дейін, ал шамасы 0 ден 1 дейін өзгереді. -нің температурадан тәуелділігін ескере отырып, оны қосымшадағы 16-кестеден анықтауға болады.

және температуралары бар, екі дене арасындағы, сәулеленуі бар жылулық ағын , келесі формула бойынша анықталады:

, (211)

мұндағы — екі дене арсындағы келтірілген жылулық сәулелену коэффициент; — екі дене жүйе арасындағы келтірілген сәулеөткізгіш коэффициенті; — температурасы дене бетінің ауданы; - температурасы денелердің орташа бұрыштық сәулеөткізгіш коэффициенті.

Орташа бұрыштық сәулеөткізгіш коэффициенті (сәулелену коэффициенті) өлшемсіз сан, ол:

мұндағы - бірінші дененің жылулық ағыны; - бірінші денеден, екінші ағынға жететін жылулық ағыны

Сәулеленетін ағындар диффузионды деп есептеледі, ал шағын шамалары сәйкес беттер бойынша өзгермейді.

Бұрыштық коэффициент арсындағы байланыс қасиеті:

, (212) мұндағы , — бірінші және екінші денелердің орташа бұрыштық сәулелену коэффициенті; , — бірінші және екінші денелердің беттік ауданы.

Бұрыштық сәулелену коэффициенттері геометриялық параметрлерден және кеңістікте екі дененің орналасу әдісі тәуелділігінен анықталады:

1) бірдей диаметрлері d(15-сурет) бар және жалпы нормальда центрі бар екі паралельді дискілер:

, (213)

мұндағы h— дискілер арсындағы ара-қашықтық;

2) ) әртүрлі диаметрлері бар және жалпы нормальда центрі бар екі паралельді дискілер:

;

; (214)

3) бірдей ендегі екі паралеьді пластиналар(10.2-сурет):

, (215) мұндағы h— пластиналар арсындағы ара-қашықтық;

4) сыртқы диаметрі dжәне қадамы s құбырлар жанында орналасқан қабырға (рис. 10.3):

; (216) —құбырдың 1 м ұзындығына келетін сәуленудің бұрыштық коэффициентінің тәуелділік шарты.

Екі дене жүйесінің жылулық сәулеленуінің келтірілген коэффициенті бірінші жылулық сәулелену коэффициенті мен екінші жылулық сәулену коэффициентінің келесі түрде орналасуы бойынша анықталады:

1) кеңістікте екі дененің өз еркінше орналасу (жалпы жағдай):

; (217)

2) бұрыштық коэффициенті тең, және үлкен өлшемдегі паралель беттермен орналасуы жағдайында (217) формула келесі түрді қабылдайды:

; (218)

3) беттік ауданы дене беттік ауданы дене ішінде орналасқан. Бұрыштық коэффициенті , тең. (212) формуланы ескере отырып, (217) формула келесі түрді қабылдайды.

. (219)

кезінде тең, онда ;

4) үлкен өлшемдегі паралель беттері бар екі дене арасындағы n жазық экрандардың болуы жағдайында

, (220)

Мұндағы — 1-ші экранның жылулық сәулелену коэффициенті;

5) денелер арасында орналасқан n цилиндрлік экрандарының және сыртқы қабықшасының болуы:

, (221)

мұндағы , , — сәйкесінше сыртқы қабықшамен і-ші экранның жылулық сәулелену коэффициенті; , , — сәйкесінше сыртқы қабықшамен і-ші экранның беттік ауданы.

Вин заңы:

, (222)

мұндағы Т — дене температурасы, К; — сәулеленудің максималды спектрлік интенсивтілігіне сәйкес келетін, толқын ұзындығы, м.

Кирхгоф заңы:

, (223)

мұндағы E, — жылулық теңсіздігі шартындағы, реалды өзіндік сәулеленуі бар ағын тығыздығы мен абсалютті қара дене; А — реалды дененің жұту коэффициенті.

Интегралды сипаттағы жылулық теңсіздік шарттағы сұр денелер үшін .

Эффективті және нәтижелік денелер сәулеленуі келесі қатынастар бойынша анықталады:

; (224)

, (225)

мұндағы Е — дененің өзіндік сәулеленуі; R , А — дененің шағылу және жұтылу коэффициенті; —дененің жылулық сәулеленуіне құлайтын тығыздықтар.

Температуралары және екі дене арасындағы сәулелі-конвективті жылуалмасу:

1) жылулық ағын , Вт, және оның тығыздығы ,Вт/м²,

; (226)

, (227)

немесе

, (228)

мұндағы — сәулелі жылуалмасуды ескеруінсіз анықталатын, конвективті жылуалмасу коэффициенті. ( ортаның еркін немесе мәжбүрлеуші қозғалысы үшін арналған формулалар бойынша есептеледі) ; — сәулелелі – конвективті жылуалмасу коэффициенті ;

2) сәлеленуі бар жылуалмасудың шартты коэффициенті, ,

Жылуалмасу үрдістері

11.1. Негізгі түсініктер мен есеп-қисап тәуелділіктер.

Жылутехника есептерінде массаалмасу булану, конденсация, құрғату, желдету, ауаны суыту және т.б. үрдістерінде кездеседі.

Масса алмасу зат массасының фазалар ядросынан фазалар бетіне ауысу немесе керісінше үрдісті айтамыз. Масса алмасу кезінденгі зат мөлшері, фазалардың байланыс беттеріне пропорционалды және заттар фазасы арасында таралатын концентрацияның әр түрлі шамасы кезіндегі үрдісте қозғалатын күштерімен анықталады.

Масса алмасу үрдістерінде қозғалатын күш, сұйықтар жүйесінде – заттардың көлемдік концентрациясы әртүрлі сұйықтықпен, өлшем бірлігі кг/м³, ал газ-сұйықтық жүйесінде – компоненттің парциалды қысымының әр түрлілігімен анықталады.

Масса алмасу үрдістерінде ұқсастық сандары, жылуалмасу үрдістеріндегі ұқсастық сандарының аналогтік құрылымына ұқсас құрылымға ие. Масса алмасу үрдістерінің негізгі ұқсастық сандары:

Нуссельт диффузионды саны (Шервуда саны Sh)— маса алмасудың өлшемсіз коэффициенті:

, (230) мұндағы — масса алмасу коэффициенті, м/с; l —сипаттамалық өлшем, м; D — диффузиялық коэффициент, м²/с; — фазалар бөлімінің бетіндегі і-ші компонеттің массалар ағын тығыздығы, ; және — фазалар бөлімінің бетіндегі және одан алшақтағы і-ші компонеттің салыстырмалы массаларконцентрациясы және келесі формулалар бойынша анықталады - ; ; — компонент пен қоспаның і-ші тығыздығы , кг/м³;

Прандтль диффузионнды саны (Шмидта саны Sс) — ағындағы концентрациялық өріс пен жылдамдықтардың ұқсастық критериі:

, (231) мұндағы және —кинематикалық және динамикалық тұтқырлық;

Гухман саны — жылуалмасуға масса алмасудың әсері:

, (232)

мұндағы және — құрғақ және дымқыл термометрлердің температурасы, К;

Льюис — Семенов саны — ағындағы температуралар мен өріс концентрацияларының ұқсастық критериі:

, (233) мұндағы — температура өткізгіштік, м²/с; Lе = 1 кезінде өріс концентрациясы мен температуралар ұқсас және бұл шарттар газдық қоспадағы масса алмасу жағдайында орындалады;

Стантон диффузиондық саны:

, (234)

мұндағы — фазалар бөлінетін беттен алшақтағы қоспаның массалық жылдамдығы, ;

Пекле диффузиондық саны— молекулярлық диффузияға массалардың конвективті түрде тасымалдауын сипаттайтын қатынас:

, (235)

мұндағы — заттар массасының тасымалдау жиынтығы, м/с;

Масса мен жылуберу коэффициенттерінің арасындағы Льюис қатынасы

, (236) мұндағы — диффундирленетін заттар концентрациясының әртүрлілігіне байланысты, масса алмасу коэффициенті, м/с; — жылу беру коэффициенті , ; — меншікті изобаралық жылусыйымдылық, .

Фика заңы бойынша молекулярлық диффузия үрдісі кезінде , м қабаты арқылы өткен зат массасы ,кг, қабат бетінің ауданына F,м², заттар концентрациясының өзгеруіне , кг/м³, қабат бойынша уақытқа , с пропорционал және қабаттың өз қалыңдығына кері пропорционал екенін көруге болады:

, (237)

Мұндағы D—диффузия коэффициенті - 1 м² аудан беті арқылы уақыт бірлігі ішінде диффундирленетін, 1 м қашықтықта концентрациясының әр түрлі мәні кезіндегі бірлік шамаға ие болатын, өлшенетін зат мөлшері.

Газ бен будың қысым р мен температурадан t тәуелді диффузия коэффициенті D келесі формуламен анықталады:

, (238)

мұндағы — қалыпты физикалық шарттардағы диффузия коэффициенті; — қалыпты физикалық шарттардағы қысым; n — газ қоспасынан тәуелді, көрсеткіш дәрежесі, мысалы ауа мен сулы бу қоспасы үшін n=0,8.

Масса беру теңдеуі , (239)

мұндағы —масса ағынының тығыздығы, ; — диффундирленетін зат концентрациясының айырымына қатысты масса беру коэффициенті, м/с; , — фазалар шегі бетіндегі және одан алшақтағы диффундирленетін зат концентрациясы, кг/м³; , — фазалар шегі бетіндегі және одан алшақтағы диффундирленетін заттың салыстырмалы массалық концентрациясы; R —диффундирленетін газдың газ тұрақтысы, ; Т — шекаралық қабаттың орташа температурасы, К; , — фазалар шегі бетіндегі және одан алшақтағы диффундирленетін заттың парциалдық қысымы, Па.

Уақыт бірлігіндегі F ауданы арқылы өтетін і-ші компонентті зат массасының ағыны, кг/с,

. (240)

Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы (немесе қанығу дәрежесі) қанығу күйіндегі ауаның абсалютті ылғалдылығының өзінің абсалютті ылғалдылығына қатынасын береді:

, (241) мұндағы , — сәйкесінше қанықпаған және қаныққан күйдегі абсалютті ауа ылғалдылықтары, кг/м³; — ылғал ауадағы су буының парциалды қысымы; — қосымшадағы 17 кесте және Hd-диаграммасы бойынша анықталатын ауа температурасы( құрғақ ауа температурасы) кезіндегі, қаныққан будың парциалды қысымы.

Егер термометрдің құрғақ және дымқыл температурасы белгілі болса, салыстырмалы ылғалдылықты қосымшадағы 18 – кесте бойынша анықтауға болады.

Ылғал ауадағы будың парциалды қысымды психометр көмегімен анықтауға болады:

, (242) мұндағы — термометрдің дымқыл температурасы кезіндегі қаныққан сулы будың парциалды қысымы; А — коэффициент, формуласы бойынша анықталатын коэффициент, егер дымқыл термометрдің шары маңындағы ауа жылдамдығы м/с; , — құрғақ және дымқыл ауа термометрлерінің температуралары; В — барометрлік қысым.

Құрғақ ауаның 1 кг келетін дымқыл ауа дымқылқұрамдылық d, кг дымқыл/кг, келесі формула бойынша анықталады:

. (243)

Ауаның дымқылқұрамдылығы оның температурасының өзгеруімен өзгермейді.

Дымқыл ауаның энтальпиясы Н, кДж/кг, 1 кг құрғақ ауаға жататын, сулы будың энтальпиясы мен құрғақ ауа энтальпиясынан құралады:

, (244)

мұндағы t—ауа температурасы, °С.

t,°С температура мен В барометрлік қысым кезіндегі құрғақ ауаның тығыздығы

, (245) мұндағы B және Па өлшенеді; —тығыздық, кг/м³.

1 кг құрғақ ауаға қатысты, дымқыл ауаның көлемі

, (246)

мұндағы — құрғақ ауаның газ тұрақтысы, ол 287 тең; T - ауа температурасы, К.

Құрғату үрдісінің негізгі параметрлері келесі теңдікпен анықталады:

Буланатын будың W шығыны, кг/с:

, (247)

мұндағы L — дымқыл ауада болатын, құрғақ ауаның шығыны, кг/с; , — ауаның бастапқы және соңғы дымқыл құрамдылығы, кг дымқыл/кг.

Wкг дымқыл ауаға келетін құрғақ ауа шығыны L, кг құрғақ ауа/с:

, (248)

мұндағы l — меншікті құрғақ ауа шығыны, кг құрғақ ауа/кг дымқыл.

Құрғатқыштағы меншікті құрғақ ауа шығыны

, (249)

мұндағы , — ауаның бастапқы және соңғы дымқыл құрамдығы.

Құрғатқыштағы меншікті жылу шығыны, кДж/кг буланатын дымқыл,

. (250)

Ауаны қыздыруға кететін жылу шығыны, кВт,

, (251)

мұндағы және — қыздырғышқа кіру немесе одан шығу кезіндегі дымқыл ауаның энтальпиясы, кДж/кг.

Құрғатқыштың жылулық ПӘК

, (252)

мұндағы r— термометрдің дымқыл температурасы кезіндегі судың буға айналу жылуы (құрғату кезінде материалдың температурасы бойынша анықталады, қосымшадағы 4-кесте).

Ашық бетте буланатын, дымқыл мөлшері , кг,

, (253)

мұндағы F — су бетінің ауданы, м²; — қаныққан сулы будың парциалды қысымы, Па, қосымшадағы 17 кесте бойынша, буланатын судың температурасы бойынша анықталады; — ауадағы будың парциалды қысымы, Па; — булану үрдісінің ұзақтығы, сағ; с — булану коэффициенті, , келесі формула бойынша анықталады:

; (254) мұндағы — су бетіндегі ауаның жылдамдығы, м/с.

Екі күйдегі ауаның араласу кезіндегі: 1-күй, мөлшерінде, кг, және 2-күй, мөлшерінде, кг, — қоспаны туындайтын келесі параметрлерге ие:

Масса

немесе ; (255)

энтальпия

, немесе ; (256)

Дымқыл құрамдығы

; (257)

температура

; (258)

(255), (256) формулаларда .

Құрғату үрдісіндегі масса беру коэффициентін , м/с, келесі теңдеуден анықтауға болады

, (259)

мұндағы ; .

Анықталатын параметрлері: l —құрғату агентінің қозғалыс бағытындағы булану бетінің ұзындығы; — құрғату агентінің температурасы.

С шамасы мен Rе тәуелділігінен анықталатын n тәуелділіктері төменде көрсетілген: Rе......... 1—200 200—6000 6000—70000

С......... 0,9 0,87 0,35

n.......... 0,5 0,54 0,6

15-дәріс. Рекуперативті жылуалмастырғыштарды есептеудің негізі

Бір жылутасымалдағыштан жылуөткізгіш материалды қабырғамен бөлінген екінші жылутасымалдағышқа жылудың берілу жүретін беттік жылуалмастырғыштар рекперативті деп аталады. Жылутасымалдағыштар ағынының өзара бағыты арқылы жылуалмастырғыштарды тура ағысты(екі жылутасымалдағыш бір бағытта параллель қозғалады), кері ағысты(екі жылутасымалдағыш кері бағытта қозғалады), бір немесе көпкратты қиылысты(екі жылутасымалдағыш қарама қарсы бағытта қозғалады) және қиын қозғалысты сүлбелі болып бөлінеді.

Әр түрлі нұсқаулы жылулық және гидромеханикалық есептеулерден және басқа талаптарды ескере отырып салыстырмалы бағалаудың нәтижесінде ғана жылуалмастырғыштардың соңғы сүлбесі таңдалады.

Жылуалмастырғыш есептеулерін конструктивті және сенімді деп бөледі. Бірінші жағдайда есептеудің мақсаты болып, жылуалмастырғыштың негізгі өлшемдері мен жылуалмасу бетін анықтау болып табылады. Екінші жағдайда берілген жылуалмасу беті мен өлшемі үшін жылу ағыны мен жылутасымалдағыштың шекті температурасын(энтальпия) анықтайды.

12.1. Жылуалмастырғыштың жылулық есебі.

А. Жылуалмастырғыштың жылулық балансының теңдеуі, коэффициентін қоршаған ортаға жылулық шығынның таралуын ескере отырып, қыздырылған ортамен қабылданған жылумен және қыздырылатын жылутасымалдағышпен берілетін теңдікті сипаттайды.

Жылутасымалдағыштың агрегатты күйінің өзгеруісіз қалатын жылутасымалдағыштар үшін

, (260)мұндағы Q —жылу ағыны, Вт; т — жылутасымалдағыштың массалық шығыны, кг/с; с – жылутасымалдағыштың меншікті жылусыйымдылығы, ; және — сәйкесінше жылутасымалдағыштың кірісі мен шығысындағы жылутасымалдағыш температурасы.

Жылутасымалдағыштың бір агрегатты күйінің өзгеруі кезінде

, (261) мұндағы және —жылуалмастырғыштың кірісі мен шығысындағы жылутасымалдағыш энтальпиясы, Дж/кг.

Қыздырылатын қаныққан бу суыту кезінде конденсатқа айналады, ал қыздырылатын сұйықтық температурасына кіреді және құрғақ қаныққан бу күйіне дейін жеткізілетін (үрлеу жылу шығынын ескеруінсіз) буландырғыш үшін

, (262) мұндағы , — қыздырылған бу мен оның конденсатының энтальпиясы (қосымшадағы 4 және 3 кесте бойынша табылады); және r— қанығу температурасы мен қыздырылатын сұйықтықтың буға айналу жылуы.

Қыздырылатын бу суытылып, келесі конденсаттың суытылуы шығысындағы температурасына жеткізілетін қанығу күйіне өтетін және өз агрегатты күйін өзгермейтін конденсатор үшін:

, (263) мұндағы және —қыздырылған будың меншікті жылусыйымдылығы мен оның конденсаты; және — белгілі бір қысымдағы қыздырылған бу мен қанығу температурасы; — ден дейінгі конденсаторда қыздырылатын, суытылатын сұйықтықтың меншгікті жылусыйымдылығы.

Б. Жылу бепру теңдеуі:

жылуалмасу беті F ауданды жазық қабырға арқылы

; (264)

ұзындығы l цилиндрлікқабырға арқылы

; (265)

Шарлы қабырға арқылы

. (266)

, , жылу беру коэффициенттері сәйкесінше(12), (20), (28) формулалар арқылы анықталады.

Жылуалмасу беті бойынша екі жылутасымалдағыш арасындағы орташа температуралық қысым келесі әдістермен анықталады:

Орташа логарифмдік қысым

, (267)

мұндағы , — жылуалмастырғыш шегіндегі екі жылутасымалдағыш температураларының үлкен және аз мәнді айырымы (19-сурет); - ны қосымшадағы П.13 суреттің номограммасы бойынша анықтауға болады.

Орташа арифметикалық қысым— жылуалмасу бетінің маңындағы жылутасымалдағыш температураларының аз өзгерісі ( кезінде ).

. (268)

Жылутасымалдағыштың қиылысты тоқ және қиын қозғалысы үшін:

, (269) мұндағы —анықталған керітоқ үшін, орташа логарифмдік тоқ үшін; — жылутасымалдағыш қозғалысының сүлбесі мен Pжәне R параметрлерінен тәуелді қосымшадағы П. 14 сурет бойынша анықталатын коэффициент; осы кезде

(270)

В. Жылутасымалдағыштың массалық шығын теңдеуі :

, (271) мұндағы — жылутасымалдағыш қозғалысының жылдамдығы, м/с; — жылутасымалдағыш тығыздығы, кг/м³; f — ағынның ағып жатқан ағысының ауданы, м².

Құбырдағы жылутасымалдағыш қозғалысы кезіндегі ағынның ағып жатқан ағысының ауданы:

, (272) мұндағы және n— жылуалмастырғыш құбырының ішкі диаметрі мен және олардың жалпы саны; z — жылуалмастырғыштағы жылутасымалдағыш жүрісінің саны.

Құбырлы тордың көлденен ағысы кезінде:

, (273) мұндағы — құбырдың көлденен қадамы, орташа түрде оны келесі түрде қабылдауға болады: ; және l — құбырдың сыртқы диаметрі және ұзындығы.

Г. Жылуалмастырғыштың сенімді коэффициенті келесі түрде анықталады: белгі бір F, , , шамалар кезінде және ұзындық бойынша температуралардың сызықты таралуы кезінде( кезінде) жылуалмасу бетінің температулар маңында аз өзгерісі кезінде келесі формула қолданылады

, (274) мұндағы , — жылутасымалдағыштың толық массалық жылусыйымдылық шығындары(сулы эквиваленттер), Вт/К, .

Температуралық қысымның экспоненциалды өзгеруі кезінде жылуалмастырғыш ұзындығы бойынша, жылутасымалдағыш қозғалысының сүлбесін ескеру арқылы температулар айырымы анықталады.

Тура ағысты сүлбеде:

ыстық жылутасымалдағыш үшін

суық жылутасымалдағыш үшін (275)

мұндағы қосымшадағы П.15 сурет бойынша анықталады; туратоқ кезіндегі берілетін жылудың мөлшері

. (276)

Кері ағысты сүлбе кезінде,

(277)

мұндағы қосымшадағы П.16 сурет бойынша анықталады;

. (278)

Жылуалмастырғыш эффективтілігі (ПӘК)

, (279)

мұндағы Q — жылудың факт жүзінде берілетін мөлшері; — идеалды керіағысты жылуалмастырғышта берілетін максималды жылу мөлшері; - мен минималды сулы эквивалент.

Жылу тасымалдау бөлшектер саны ( числа единиц переноса теплоты)жылуалмастырғыштарды есептеу әдісімен анықталады

(280) жылуалмастырғыштарды есептеу әдісі келесі түрде анықталады:

Конструктивті есептеу кезінде

, егер ,

немесе , егер . Қосымшадағы П.12 суреттегі график бойынша, ЧЕП – тің E-ден тәуелділігі, және жылутасымалдағыштардың қозғалыс сүлбесі анықталады. Жылуалмасу беті F белгілі жылуберу коэффициенті кезінде (280) формула қолданылады.

Тексеру есептеуі кезінде ЧЕП (280) формула бойынша анықталады және содан кейін қосымшадағы П. 12 сурет бойынша -дан жылутасымалдағыштың қозғалыс тәуелділік графигінен Е анықталады. және жылутасымалдағыштың шекті температурасы және анықталады.

12.2. Жылуалмастырғыштардыңт гидромеханикалық есебі.

Есептеудің мақсаты болып, жылутасымалдағыштың қыздыру кезінде көлемнің өзгеруінінін нәтижесінде арна ұзындығы бойынша инерциалық күштердің үдеулеуі; гравитациалық өрісте ауырлық күштерінің болуы; ағын жолында жергілікті кедергілерді; жылутасымалдағыштың қозғалысы кезіндегі кедергілерді болдырмау үшін қажетті, кіру пен шығу аумағындағы жылутасымалдағыштың қысымдар айырымын анықтау басты мақсаты болып табылады.

Көлденең ағыс кезіндегі құбырдың шахматты будасы(шоғыры) кезіндегі кедергі келесі түрде анықталады:

, (281)

мұндағы d— құбырдың сыртқы диаметрі; , — құбырдың көлденең және диагональді қадамы.

Егер , онда кедергі,

. (282)

Егер А > 0,53, онда кедергі,

, (283)

мұндағы z — ағыс бойынша құбыр реттерінің саны.

Көлденең ағыс кезіндегі құбырлардың сенекті будасы кезіндегі кедергі келесі түрде анықталады (13-сурет).

Буданың геометрлік параметрін келесі түрде белгілейміз

, (284) мұндағы — құбырдың бойлық қадамы.

Егер , онда кедергі

. (285)

Егер , онда кедергі

. (286)

Rе кезіндегі дәреже көрсеткіші келесі формула бойынша анықталады:

, кезінде , (287)

немесе

, кезінде

(288), (282), (283), (285), (286) формулаларында — буданың тар ағысы кезіндегі ағын жылдамдығы.

Сорғы қоздырғышы мен желдеткіш қолданатын қуат N, кВт,

, (289) мұндағы V, т — жылутасымалдағыштың көлемді, м³/с, және массалық, кг/с, шығыны; — жылутасымалдағыш қозғалысының толық гидравликалқ кедергісі, Па; — жылутасымалдағыш тығыздығы, кг/м³; , , — сәйкесінше сорғы(желдеткіш), берілу және қоздырғыштыі ПӘК.

Жылуалмастырғыш арқылы жылутасымалдағыштың қозғалысы кезіндегі толық кедергі келесі формула бойынша анықталады:

, (290) мұндағы — үйкеліс кедергісі; — жергілікті кедергі; — ағын үдеуінің кедергісі. Жылутасымалдағыштың қозғалысы кезіндегі үйкеліс кедергісі:

, (291) мұндағы —үйкеліс кедергісінің коэффициенті; l — арнаның ұзындығы; D=4F/П—эквивалентті (гидравликалық) диаметр (F— арнаның көлденен ағысының ауданы, П —арнаның периметрі); , — жылутасымалдағыштың тығыздығы мен орташа жылдамдығы.

Үйкеліс кедергісінің коэффициенті келесі түрде анықталады:

Жазық тік арналар үшін изотермиялық шарттарда ламинарлы ағыстың реттелген тәртібінде:

, (292) мұндағы құбыр үшін A₀=64, сақиналы, шаршы тәріздес арналар үшін А₀=96;

ағындардың ламинарлы изотермиялық емес ағысы кезінде,

; (293)

ағыстың турбулентті изотермиялық тәртібі кезінде,

; (294)

ағыстың турбулентті изотермиялық емес тәртібі кезінде,

; (295)

Құбырдың кедір-бұдырлығын ескергендегі, ағыстың турбулентті тәртібі кезінде,

, (296) мұндағы — құбырдың ішкі диаметрі; — құбыр қабырғаларының эквивалентті абсолютті кедір-бұдырлығы, оның мәнін келесі түрде қабылдауға болады: тігісі жоқ жаңа болатты құбырлар үшін 0,014 мм; дәнекерленген жаңа болат құбырлар үшін 0,05 мм; даттанатын құбырлар үшін 0,5 мм; ескі даттанған құбырлар үшін 1 мм; бұрын қолданыста болған шойын құбырлар үшін, 1 мм; өте ескі құбырлар үшін мм.

Жергілікті гидравликалық кедергі:

, (297) мұндағы —анықтама кітапшасы бойынша анықталатын жергілікті кедергі коэффициенті [11]; кейбір жағдайда оның мәнін келесі түрде анықтауға болады:

ағынның бұрышқа иілуі кезінде,

; (298)

ағынның кенеттен ұлғаюы кезінде,

, (299) мұндағы және — ұлғаюға дейінгі және кейінгі ағыс ауданы;

Ағынның кенеттен ұлғаюы кезінде:

…….0,01 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

……..0,5 0,47 0,42 0,38 0,34 0,3 0,25 0,20 0,15 0,09 0

Тұрақты ағысы бар арнаның изотермиялық емес ағысы кезіндегі газ ағынының үдеулету кезіндегі кедергі,

, (300) мұндағы 1 және 2 индекстері арнаның кірісі мен шығыс ағысы кезіндегі анықталған шамалар.

Дөңгелек жылан типтес құбырлар:

кезінде ( § 6.3 қара) үйкеліс кедергісінің коэффициенті:

; (301)

кезінде үйкеліс кедергісінің коэффициенті:

, (302) мұндағы — (294) — (296) формулаларындағы сол шамасы кезіндегі тік құбыр үшін турбулентті қозғалыс кезіндегі үйкеліс кедергісінің коэффициенті.

8. Әдебиетер тізімі.

8.1. Негізгі әдебиет.

1.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. «Теплопередача», Энергия, Москва 1975;

2. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена, М.-Л., Машгиз,1962;

3. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.,Энергия, 1973;

4.Садуакасова Г.Б. Конспект лекции.

5.Садуакасова Г.Б. Методические указания к практическим занятиям.

8.2.Қосымша әдебиет

1. Сполдинг Л.Б. Конвективный массоперенос. Издательство «Энергия», Москва 1965.

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 2172; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!