Жылу алмасу түрлері

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

ШӘКӘРІМ АТЫНДАҒЫ СЕМЕЙ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

ИНЖЕНЕРЛІК-ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТІ

(ФАКУЛЬТЕТ АТАУЫ)

«ТЕХНИКАЛЫҚ ФИЗИКА ЖӘНЕ ЖЫЛУЭНЕРГЕТИКА»КАФЕДРАСЫ

(КАФЕДРА АТАУЫ)

МАМАНДЫҚҚА КІРІСПЕ

(ПӘН АТАУЫ)

СӨЖ

(жұмыс түрі)

Жылу алмасу түрлері

(жұмыстың тақырыбы)

Орындаған: Жұмақын С

Топ: ТЭ-517

Тексерген: Сейсенбаева М. К.

Семей

2015

Мазмұны

Кіріспе2

1. Жылу алмасу процесі3

1. 1 Конвективті жылу алмасу3

1. 2 Конвекция4

1. 3 Ерікті және еріксіз конвекция5

2. Жылулы сәуле шығару5

2. 1 Шектелген кеңістіктегі жылу беруі6

2. 2 Амалсыз конвекция кезіндегі жылу беруді7

Қортынды10

Пайдаланылған әдебиеттер11

Кіріспе

Жылу алмасудың техникадағы да, табиғаттағы да маңызы - денелердің физика-химиялық қасиеттері негізінде температураға, яғни жылулық күйіне байланысты. Жылулық күй жылу алмасудың шарттарымен анықталады, сол үшін олар заттың агрегаттық күйінің өзгеру процесстеріне, химиялық реакциялардың өтуіне (жеке алғанда жану процессіне), денелердің механикалық, электризоляциялық, магниттік және басқа қасиеттеріне шешуші ықпал тигізеді.

Жылу беру немесе жылу алмасу дегеніміз кеңістіктегі жылудың таралуының өздігінен өтетін қайтымсыз процесстері туралы оқу. Жылудың таралу процессі деп қарастырылып отырған жүйенің жеке элементтері мен аумақтарының арасындағы ішкі энергиямен алмасу алынады. Жылу алмасу негізгі үш тәсіл арқылы іске асырылады: жылу өткізгіштік, конвекция және жылулық сәулелену арқылы.

Жылу өткізгіштік дегеніміз қарастырылып отырған кеңістіктегі температураның өзгергіштігімен шартталған, денелердегі (немесе олардың арасындағы) жылудың молекулярлық тасымалдануы.

Булы қазандарда жылудың оттық газдан қайнатпалық құбырдың сыртқы беттеріне тасымалдану процесі барысында жылу айырбастың үш түрінің барлығы бір уақытта қатысады - жылу өткізгіштік, конвекция және жылулық сәулелену. Қайнатпалық құбырдың сыртқы беттерінен ішкі беттеріне күйе қабаты, металл қабырғасы және тосап қабаты арқылы жылу жылуөткізгіштік жолымен беріледі. Құбырлардың ішкі беттерінен суға жылу жылуөткізгіштік және конвекция арқылы беріледі, демек, жылудың өтуі кезеңдерінде жылу айырбастың элементарлық түрлері ең әртүрлі үйлестірулерде кездеседі. Есеп-қисаптарда осындай күрделі процестерді кейде біртұтас деп санау мақсатқа лайықты болады. Дәл осылай, ыстық сұйықтықтан салқынға оларды бөлуші қабырға арқылы жылудың берілуі жылу жеткізу процесі деп аталады.

1. Жылу алмасу процесі

Әртүрлі температудағы денелерде жылу энергиясының бірінен екіншісіне өжылу алмасу процесі деп аталады.

Жылу алмасу процесстерінің қозғаушы күші - ыстық және суық денелердің температуларының айырмасы болып табылады. Бұл қозғаушы күштің әсерінен термодинамиканың екінші заңына байланысты жылу ыстық денеден суық денеге өздігінен өтеді. Денелер арсындағы жылу алмасу еркін электрондар, атомдар және молекулалардың өзара энергия алмасуы арқасында болады. Жылу алмасуда қатынасатын денелерді жылу тасымалдағыштар деп атайды.

1. 1 Конвективті жылу алмасу

Табиғи конвекциялы жылу беру есептеулерінің қажеттілігі жиі кездеседі, мысалы жылу жүргізуші құбырлардың, булы және су жылытушы қазандардың, жылу жоғалуының есептеулерінде, жылытушы және қыздырушы аспаптарының есептеулерін жүргізуде және т. б кездеседі.

Табиғи конвекция кезіндегі, жылу беру жағдайының екі түрін ажыратады: жылу берудің өте көп көлемде және жылу берудің шектелген (өлшемді) көлемдегі түрлері.

Өте көп көлмдегі жылу берілу. Жылудың өте көп көлемде берілуі, тек қана бір құбылыспен сипатталады, мысалы сұйықты қыздырумен өтеді. Сұйықтың салқындауы, өте қашықта болғандық-тан процесстің өтуіне әсерін тигізбейді. Бұл процессті

t _ш . _к = 0, 5 (t _с -t _қ ) анықтайды,

мұндағы қабырғаның температурасы, °С; і _с - жылытылған денеден өте қашықтағы сұйықтың температурасы, °С.

Құбырдың тік бетінің, пластинаның жэне басқаларының табиғи конвекцияларының ламинарлы режимнен, турбулентті қозғалысқа өтуін (Ог-Рг) _кб -10 ⁹ , алмағайып кезеңі деп атайды. (Сг-Рг) _Кб >10 ⁹ мәні кезіндегі, жылу беру ламинарлы шекаралық қабаттың бастапқы бөлігіндегі h _ал . үшін, жылу беруінің есептеуі жеке жүргізіледі де, және h -h _ал . (һ _ал - алмағайып - критический) турбулентті шекаралық қабатпен орналасқанына да, осылай есептеледі. h _ал . мэнін мына шарт жағдайымен анықтайды:

1. 2 Конвекция

Сұйықтың барлық массасының қозғалысы қаншалықты қарқынды араласса, конвекция арқылы жылуалмасу соншалықты қарқынды өтеді. Сонымен, конвекция сұйық қозғалысының гидродинамикалық шартына көп байланысты болады. Ағынның ядросына жылуалмасуы жылуөткізгіштік және конвекция мен өткізіледі. Жылудың мұндай бірлесіп алмасуын конвекциялы жылуалмасу деп атайды.

Ортаның турбулентті қозғалысында ағын ядросындағы жылуалмасуы механизмі турбуленттік толқысулық салдарынан болатын араласудың қарқындылығымен сипатталады. Турбулентті толқысулық ядродағы температулардың мәнінің кейбір орташа t - ге дейін теңесуін қамтамасыз етеді. Сондықтан, ядродағы жылуалмасу ең алдымен тасымалдағыштың қозғалыс сипатымен анықталады. Қабырғаға жақындаған сайын жылу берудің қарқындылығы төмендейді. Қабырға жанында қалыңдығы  - ға тең жылулы шекаралық қабат т. б. Бұл қабат гидродинамикалық шекаралық қабатқа ұқсас болады, бірақ олардың қалыңдығы әртүрлі.

Конвекция жылуалмасу механизмнің өте күрделілігіне байланысты жылу беруді есептеу қиын. Қабырғадан сұйыққа (немесе сұйықтан қабырғаға) берілген жылу шамасын дәл есептеу үшін қабырға жанындағы температуралық градиентті және бет бойынша жылу тасымалдағыштың температуралық өзгеруін білу керек. Бұларды анықтау өте қиын.

1. атмосферада - жер бетіндегі неғұрлым жылыған (тығыздығы кем) ауа массасының немесе ағынының жекелеген бөліктерінің жоғары көтеріліп, онымен бір мезгілде неғұрлым салқын (тығыздау) ауа массасының төмен түсуі. Әдетте, ауаның көтерілу жылдамдығы бірнеше м/с болады (кейде 20-30 м/с-ке дейін барады) . Конвекцияның нәтижесінде конвекциялық бұлттар мен конвекциялық жауын-шашындар түзіледі;

2. мұхиттағы конвекция- температура немесе тұздылықтың өзгеруі нәтижесінде судың тығыздығы өзгеруінен туындайтын вертикаль қозғалысы. Конвекция нәтижесінде су араласып, оның вертикаль бойынша физикалық және химиялық сипаттары теңеседі, төменгі қабаттары оттекпен және жоғары қабаттары қоректік заттармен молығады.

3. қатты денелерде және вакуумда конвекция болмайды.

1. 3 Ерікті және еріксіз конвекция

Тұрмыста және техникада кеңінен қолданылатын табиғи конвекция жеткіліксіз болғанда, еріксіз конвенцияны пайдаланады. Мысалы, ауаның немесе газдың жылдам және біркелкі жылуы үшін оларды сорғымен немесе араластырғышпен араластырады. Салмақсыздық жағдайында табиғи конвекция мүмкін емес. Сондықтан ғарышқа ұшу барысында еріксіз конвекцияның көмегінсіз жасанды серіктің корпусы салқындамайды, шам жанбайды. Онда шырпыны, газ жанарғысын пайдалануға болмайды, өйткені жану өнімдері жалыннан алыстатылмайды және ол оттектің жетіспеушілігінен өшіп қалады.

Конвекция- атмосферада - жер бетіндегі неғұрлым жылыған ауа массасының немесе ағынының жекелеген бөліктерінің жоғары көтеріліп, онымен бір мезгілде неғұрлым салқын ауа массасының төмен түсуі. Әдетте, ауаның көтерілу жылдамдығы бірнеше м/с болады (кейде 20 - 30 м/с-қа дейін барады) . Конвекцияның нәтижесінде конвекциялық бұлттар мен жауын-шашындар түзіледі.

Cұйық немесе газ бөлшектерінің температурасындағы айырмашылықтар әсерінен туындайтын, сол бөлшектердің жоғары-төмен қозғалуымен сипатталатын ағым.

2. Жылулы сәуле шығару

Жылу энергиясының электромагнитті толқындар жәрдемімен таралуы - жылулы сәуле шығару деп аталады. Бұл кезде жылу энергиясы кеңістікпен өтіп сосын сәулелі энергияға басқа денемен сіңіріліп қайтадан жылу энергиясына айналады. Іс жүзінде жылу алмасу бөлек алынған 1 ғана тәсілмен емес, бірнеше тәсілдермен өтеді. Мысалы, қатты қабырға мен газ арасындағы жылу алмасу конвекция, жылуөткізгіштік және жылулы сәуле шығарутәсілдерімен өтеді. жылудың қатты қабырғадан оны ағыстап өтетін газға (сұйыққа) немесе кері кері бағытта алмасуын - жылу беру деп атайды.

Ыстық газдан (сұйықтан) суық газға (сұйыққа) оларды бөліп тұрған қатты қабырға немесе бет арқылы жылу өту күрделілеу болады. Бұл процесті жылу өту деп атайды. Үздіксіз әрекетті аппараттарда әртүрлі нүктелердегі температура уақыт бойынша өзгермейді, мұндай аппараттардағы процес қалыптасқан (стационарлы) болады. Мерзімді әрекетті аппараттарда температура уақыт бойынша өзгереді. (Мысалы, ысытқанда немесе суытқанда), яғни жылу алмасу процесі қалыптаспаған (стационарлы емес) болады.

Жылулық сәуле шығару:

1. қыздырылған дененің қоршаған кеңістікке сәуле таратып жылу шығару қабілеттілігі;

2. қыздыру көзінің түрлеріне қарамастан металлургиялық процестің барлық түрлерінде де жьшу шығады, демек, жылу беріледі. Жылу шығару теориясы энергияны тасымалдау жөніндегі ілімнің тармағы. Жылу шығару заттың агрегатгық күйіне, оның физикалық және химиялық қүрамына байланысты. Жылу өткізгіштік, конвекция жөне жылулық сәуле шығару қүбылыстары негізінде жүреді. Жылу шығару процесі кей жағдайларда бірнеше құбылыстардың қабаттас жүруімен де іске асырылады.

2. 1 Шектелген кеңістіктегі жылу беруі

Табиғи конвекция кезшде, осындай жылу беру сұйықтық қабатшаларында, әртүрлі орын алады, мысалы терезе рамаларының әйнектерінің арасында өтеді.

Табиғи конвекция, кезінде, сүйықтың көп көлемде салқындауы (жылытуы), бетінен қашықта өтеді де, конвекция процессіне әсерін тигізбейді. Егер, жылу беруші жэне жылу қабылдаушы бет жақын орналасса, онда, жоғары көтерілетін жэне төмен түсетін сұйық ағыны жылытушы қүрылғылармен бөлмелерді жылыту, сұйық құбырларының сууы және т. б құбырларымен өтеді. Табиғи конвекциямен пайда болуын қарастыралық, мысалы, сумен жылы-тылатын радиатордың айналасындағы конвекция.

Қыздырылған қабырғамен ауа, тікелей жұғысқаннан кейін, қызып, жеңіл болады да, Архимед заңына байланысты бетіне көтеріледі де, оның орнына суыңқыраған ауа келеді. Осылайша, қабырға бойымен тоқтаусыз ауа алмасуы жүреді. Радиатордың төменгі қабырға жағында, ауаның өте жұқа қабаты, аз жылдамдық-пен көтеріледі де, бұл жерде ламинарлы қозғалыста өтеді. Жылы ауа қабаты, жоғарлап көтерілген сайын, қабаты қалыңдай түседі, жылдамдығы артады. Қабырғаның жеткілікті биігінде өтпелі кезең шекарасынан кейін, ақырындап турбулентті қозғалысқа айналады. Сонымен, ламинарлы жэне турбулентті қозғалыстар, аралық айма-ғында өтпелі аймақ болады.

Барлық жазық беттер түрі үшін, өте көп көлемдегі табиғи конвекция кезіндегі, жазық беттің орташа жылу беру коэффи-циентін анықтаудың есепті формуласы жэне оның бейімделу іс бағыты (ориентация), сонымен қатар, қандай сүйық жэне газ болмасын жә не қандай да қысым мен температураны, мына формуламен анықтайды:

Nu _ш . _к =С(Сг-Рг) ⁿ _ш . _қ -έ, (1)

мүндағы, индекс ш. қ -- жылу жүргізгіштің, барлық физикалық қасиеті, шекаралық қабаттың (ш. қ) орташа температурасына жата-ды: бір бірімен жұғысады, сол кезде конвекция процессі қиындай-ды, сондықтан бүл күрделі процессті, бір тұтас ретінде қарастыру керек.

Осы жағдайда, жылу беруді кемітудегі, жылу жүргізгіштіктің - эквивалентті коэффициент ұғымын енгізеді (λ _э , _к ) . Мысалы, жайпақ қабатшадағы, жылу ағынының тығыздығын, мына формуламен анықтайды:

Мұндағы, δ- қабатшаның қалындығы, м; t _k -жылу беруші беттің температурасы, ^o C; t _k - жылу қабылдаушы беттің температурасы, С.

Жылу өткізгіштік коэффиценті, мына формуламен анықтайды _:

Мұндағы έ _к -тәжірбие жолымен анықтайтын конвекция коэффиценті.

2. 2 Амалсыз конвекция кезіндегі жылу беруді

Амалсыз конвекция кезіндегі интенсивті жылу беру, барлық қозғалыс сипатымен анықталады.

Құбырдағы амалсыз қозгапыс кезіндегі жылу беру. Жылу алмастырушы аспаптарды есептеуде қабылданған, Rе<2300 болған кезде, ламинарлы деп, ал толық өрістеген турбулентті кезінде Rе<10 ⁴ екеуінің мэн арасында өтпелі кезең Rе<2300<Rе<10 ⁴ орналасқан.

Резервуардан, құбырға құйындамай ағатын, сұйық ағысын қаралық Құбыр қабырғасының аузынан төмен қарай, ағынмен шекаралық қабат дамиды да, ол белгілі бір қашықтықга, құбырға кірерде қабысады да, барлық құбыр қимасымен толып ағады. Сол қимадан бастап, жылдамдық профилі өзінің пішінін сақ-тайды. Құбырдың, сол участогынан жылдамдық профилін - гидро-динамикалық ұурақталган участогы немесе бастапқы участогы деп атайды. Құбыр қимасына кірердегі, шекаралық қабатының турбулентті режимдегі ағуы, ламинарлы түрінде болып, ал одан кейін, турбулентті ағынға айналады . Егер, құбырдың қабырғасы мен сұйық ағыны, әртүрлі мәнді температурада болса, олардың арасында жылу алмасуы өтеді және жылудың шекаралық қабаты пайда болады. Қабат қалыңдығы, қүбыр аузынан кашық-таған сайын артады. Сонымен бірге, құбыр қимасындағы шекара-лық қабат, толық орналасқаннан кейін, жылу беру коэффициенті кемиді. Жылу беру коэффициенті кемігеннен кейінгі, участоктың жылу беру коэффициентін түрақталған участогы деп атайды. Осы аралық участок шегінен кейін, жылу беру тұрақты болады.

Құбырдағы сұйық ағынының тұрақтандырылуы. аламинарлы режим; б - турбулентті режим; 1 - ағын өзегі; 2 - ламинарлы шекаралық қабат; 3 - турбулентті шекаралық қабат.

Ламинарлы режим кезіндегі жылу беруінің есептеулері. Ламинарлы режим кезіндегі жылу беруге, табиғи конвекция едәуір әсерін тигізеді. Жылу беру коэффициенттерінің орташа мәні үшін, толып жатқан ғылыми тәжірибе мәліметтерінің негізінде алынған, ұқсастық теңдеуі есептеулерінің түрі:

Мұнда, анықтаушы ретінде, сұйықтың орташа температурасы І _с қабылданды, өзіне тән ұзындық өлшеміне - құбырдың диаметрі <і алынды. Бұл тендеу, әртүрлі көлденең қималы тік сызықты канал-

дарға да колданады. Бұл жағдайда, өзіне тән, геометриялық өлшемі-не эквивалентті диаметрі қабылданылды:

мұндағы S - қимыл қима ауданы, м ² ; П - ылғалданған периметр, м;

Pr=const газ үшін және έ - қысқа кұбырлар үшін l\d<50 кезінде есепке алынып, бастапқы участокқа әсерін тигізетін түзету коэффициенті.

Турбулентті режим, құбырдың ағын қимасындағы температу-расы тұрақты болып сипатталады. Ол, жұқа қабырға аймағында тез өзгереді. Бұл жағдайда табиғи конвекцияның әсерін елемеуге бола-ды. Жылу берудің, орташа мәнінің коэффициенті үшін, ұқсастық теңдеуінің есептеуін, мына формуламен анықтайды: