Отынның техникалық талдануы

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 31 бет
Таңдаулыға:

1 ОТЫННЫҢ ТЕХНИКАЛЫҚ ТАЛДАНУЫ

1.1 Жұмыстың мақсаты:

1) студенттердің отынның құрамы туралы білімін тереңдету және оларды
отынды талдауды жүргізу әдістерімен таныстыру;
2) таскөмірдегі ылғалдылықтың, күлдің, ұшқыш заттардың мөлшерін
анықтау.
1.2 Теориялық негіздеме
Отынның маңызды құрама бөлігі болып көміртегіден, сутегіден,
оттегінен, азоттан және күкірттен тұратын органикалық масса табылады.
Отынның органикалық массасының құрамы, оның ең маңызды сипаттамаларының
бірі болып табылатын, жану жылуын анықтайды. Отынның жану жылуы деп бір
килограмм қатты немесе сұйық, 1 м3 газ тәріздес отын толық жанған кезде
бөлінетін джоульмен (Дж) берілген жылу мөлшерін атайды.
Минералды қоспалар көмір сапасын едәуір төмендетеді. Көбінесе көмірдің
минералды қоспаларының 95% кремнийдің, алюминийдің, темірдің, кальцийдің
және магнийдің қосылыстарынан тұрады. Қалған 5% түсті және сирек металдар
үлесіне тиеді.
Көмірді жағу кезінде оның құрамындағы минералдық қоспалар, бастапқы
минералдық заттардағы элементтерден тұратын күл түзейді. Дегенмен, бұл
қосылыстардың пішіні едәуір өзгереді.
Көмірдегі ылғалдылық оның қасиеттеріне көп ықпал етеді. Ол тек қана
басқа компоненттер мөлшерін төмендетіп қоймай, сонымен қатар булану және
одан ары қарай су буларын жану өнімдері температурасына дейін қыздыру үшін
біраз жылу мөлшерін керек етеді. Отын құрамында ылғалдылық мөлшері көп
болған сайын, оның құндылығы төмен болады.
Көмірдегі ылғалдылық екі түрге бөлінеді: а) сыртқы ылғалдылық –
мөлшері көмірлі жер қабатының сулылығына тәуелді, көмір бөлшектерінің
беттігін қымтайтын жұқа су қабыршағы түрінде; ә) байланысты немесе
гигроскопиялық Wг – оның мөлшері, негізінен, көмірдің адсорбциялық
қабілетіне байланысты болады. Гигроскопиялық ылғалдылық қоршаған ортамен
тепе – теңдікте болады, сондықтан да оның мөлшері қоршаған ортаның
ылғалдылығы мен температурасына тәуелді.
Гигроскопиялық ылғалдылық деп ұнтаққа дейін майдаланған және ауалы-
құрғақ күйге дейін келтірілген көмірдегі қоршаған орта температурасы 20°С,
ал ауаның салыстырмалы ылғалдылығы 65% кезіндегі ылғалдылықты айтады.
Сыртқы ылғалдылық пен ауалы – құрғақ ылғалдылық қосындысы жалпы
ылғалдылықты береді.
Отынның минералдық бөлімінде жоғары температуралар кезінде
аласталатын, гидраттық немесе кристаллизациялық деп аталатын ылғалдылық та
болады. Гидраттық ылғалдылық мөлшері басқа ылғалдылықтармен салыстырғанда
көп емес, сондықтан отынның жануын есептеуде есепке алынбайды.
Көмірді ауасыз жерде белгілі бір температураға дейін қыздыру кезінде
оның органикалық массасы мен кейбір қоспаларының ыдырауы жүреді. Көмірдің
ыдырауының сұйық және газ тәріздес өнімдері түзеледі. Олар ұшқыш заттар
деп, ал қатты қалдығы кокстік қалдық деп аталады. Ұшқыш заттармен қатар
көмір құрамындағы ылғалдылықта аласталады.
Таскөмірлер он маркаға бөлінген (1.1 - кесте).

1.1 - кесте
Көмір маркасы Шартты Жану массасына шаққандағы
белгілері ұшқышаттар заттар шығымы
%
Ұзынжалынды ҰЖ 37
Газдық Г 35
Газды-майлы ГМ 27-35
Майлы М 27-35
Коксті-майлы КМ 18-27
Коксті бірінші KI 18-27
Коксті екінші К2 18-27
Әлсіз күйежентектелген ӘК 18-27
Кедей күйежентектелген КК 14-22
Кедей К 9-17

Көмірдің ұшқыш заттары шығымын анықтағаннан кейін алынған қатты
қалдық (кокстік королек), өзінің сыртқы түріне және беріктігіне қарай
келесідей жіктеледі:
а) ұнтақ тәріздес;
ә) жабысқан түрде (жеңіл басқан кезде ұнтаққа айналады);
б) әлсіз күйежентектелген (жеңіл басқан кезде сынып жеке бөлшектерге
бөлінеді);
в) бірқалыпты тығыз күйежентектелген (жеке бөлшектерге бөлу үшін күш
салуды қажет етеді);
г) тығыз күйежентектелген (жеке бөлшектерге бөлу үшін едәуір күш
салуды қажет етеді, саусақпен басқанға бөлінбейді);
д) балқып күйежентектелген көтерілмеген ("г" п. сияқты, бірақ беттікте
күміс секілді металдық жылтыр болады, кокстік қалдық тығыз шелпек түрде);
е)балқып күйежентектелген әлсіз көтерілген ("д" п. сияқты, бірақ
кокстік қалдық беттігінде аз ғана көтерілген жерлер немесе көбіктер
болады);
ж) балқып күйежентектелген көтерілген (беріктігі бойынша "в" п.
сияқты). Кокстік қалдық биіктігі 15 мм дейін жетеді. Кокстік қалдықтың
ыдырау жері көтеріле көбіктенген түрде болады;
з)балқып күйежентектелген өте күшті көтерілген (беріктігі бойынша "ж"
п. сияқты). Кокстік қалдық биіктігі 15 мм жоғары.
Кокстік қалдықты сындырған кезде біраз қуыс жер байқалады.
1.3 Жұмысты орындау тәртібі
Техникалық талдау кезінде отындағы ылғалдылық, ұшқыш заттар мөлшерін,
кокстік қалдық сапасын және күлді анықтау қажет. Әрбір анықтаманы паралель
екі сынамамен жүргізеді, олардың нәтижелері бірдей болуы немесе жеберілетін
айырмашылықтар шегінде болуы қажет.

1.3.1 Көмірдегі ылғалдылық мөлшерін анықтау

Массасы 1,00 г. көмір өлшендісін алдын ала өлшенген ыдысқа (бюкске)
салып, оны температурасы 102-105°С дейін қыздырылған кептіргіш шкафқа
орналастырады. Осы температурада ұстау уақыты келесідей: қоңыр көмір мен
антрациттер үшін - 2 сағ., ал басқа көмірлер үшін - I сағ. Ұстау уақыты
аяқталған соң өлшенді салынған ыдысты (бюксті) кептіргіш шкафтан шығарады
және эксикаторда суытады.
Суытылған ыдыс (бюкс) таразыда өлшенеді. Осыдан соң тұрақты массаға
дейін бақылау кептіруі жүргізіледі. Шкафта кептіру кезінде өлшенді салынған
ыдыс жартылай ашық болуы, ал эксикаторда суыту және өлшеу кезінде жабық
болуы керек. Көмір сынамасына қатысты, пайызбен есептелген массаның жалпы
жоғалымын ылғалдылық мөлшері деп қабылдайды Wжұ. Екі паралель талдау
арасындағы айырманың жіберілетін шегі 0,2%.
Тәжірибелік мәліметтер 1.2 - кестеге келтіріледі.

1.2 - кесте
Талдау Бюкс Бюкс Бірінші Екінші Көмір Көм.
нөмірі массасы, гмассасы өлшеу, г өлшеу, г масс. ылғ.,
+1г көм., шығ., г %
г
1 16,6400 17,6400 17,6100 17,5900 0,05 5
2 18,8200 19,8200 19,7800 19,7700 0,05 5

Бірінші талдауды есептеу мысалы:
Бюкс массасы 16,6400 г.
Ылғалды өлшенді +1,0000 г.
Бюкс пен көмір массасы 17,6400 г.

17,6100 г
Бірінші өлшеу – бюкс пен көмір массасы
17,6400 г

17,6100 г
Бірінші өлшеуде көмір массасының жоғалымы
0,03 г
Екінші өлшеу
17,5900 г
Бюкс пен көмір массасы
17,6400 г

17,5900 г
Қайтара өлшеуде көмір массасының жоғалымы 0,05 г
Үшінші өлшеу
17,5900 г
Бюкс пен көмір массасы
17,6400 г

17,5900 г
Көмір массасының жоғалымы 0,05 г
Көмір массасының тұрақты жоғалымын алдық 0,050 г
Зерттеліп отырған көмірдің ылғалдылығы:

%

1.3.2 Көмірдің күлдігін анықтау – Ажұ

Массасы 1,0 г. Көмір өлшендісі алдын ала өлшенген табаға салынады.
Көмір салынған таба температурасы 800°С дейін қыздырылған муфель пешінің
алдыңғы жағына орналастырылады. Пеш есігін ашық қалдырады. Осы жағдайда
табаны 10 минут ұстайды, содан соң 1 минутта 1см. жылдамдықпен оны
муфельдің қатты қызған аймағына жылжытады. Пеш есігін жауып 800°С
температурасында 40 минут уақыт ұстайды. Муфельден алынған күлі бар табаны
алдымен ауада 5 мин., содан соң эксикаторда суытады. Мұздаған таба
өлшенеді.
Өлшеулер арасындағы айырмашылықтың жіберілетін шегі 0,3 %.
Тәжірибе мәліметтері 1.3 - кестесіне келтіріледі.
1.3 - кесте

Талдау Таба Көмір мен Күл мен табаКүл массасы,Күл, %
нөмірі массасы, г таба массасы, г г
массасы, г
1 9,5400 10,5400 10,2200 0,078 7,8

Мысал: Таба массасы 9,5400 г
Көмір сынамасы массасы 1,000 г
Көмір мен таба массасы 10,5400 г
Таба мен күл массасы 9,6130 г
___________________________________ ___________________
Күлдің массасы
0,0780 г

Зерттелетін көмірдің күлдігі Ажұ:
Ажұ = (0,078*100)1 = 7,8 %

1.3.3 Ұшатын заттардың шығымын анықтау және кокстік
қалдықтың жіктелуі

Массасы 1,0 г көмір өлшендісі тигельге салынып, беті қақпақпен
жаубылып, тұғырға орнықтырылады. Температурасы 850°С дейін қыздырылған
муфельдік пештің есігін ашып, тұрақты температура аймағына тез арада тигель
қойылады. Пештің есігі жабылып, тигель пеш ішінде 7 минут ішінде
ұсталынады. Тәжірибені жүргізу процесінде пеш температурасы бақыланады және
850 ± 20°С шегінде ұсталып тұрады.
Тәжірибе басындағы температураның ауытқуы алғашқы 3 мин ішінде
қалыптасуы керек. Егер бұл шарт орындалмаса, онда тәжірибені қайталау
қажет.
Алынған тигельді тұғырмен бірге алдымен 5 минуттай ауада, содан соң
эксикаторда суытады. Суыған тигель таразыда өлшенеді. Ылғалдылық мөлшерін
ескере отырып есептелінген массаның жоғалымы ұшқыш заттар шығымын
көрсетеді.
Екі паралель талдаулар арасындағы айырмашылықтың жіберілетін шегі 0,5
%. Тәжірибе нәтижелері 1.4 - кестеде келтіріледі.

1.4 - кесте

Тигель Көмір мен Тигель мен Массаның Ұшқыш заттарҰшқыш
массасы, гтигель кокстық қосынды шығымы, г заттар
массасы, г қалдық жоғалымы, г шығымы, %
массасы, г
13,7500 14,7500 14,4000 0,35 0,3 30,0

Мысал: Тигель массасы 13,7500 г
Көмір сынамасы массасы 1,000 г
Көмір мен тигель сынамасы массасы 14,7500 г
Тигель мен кокстік қалдық массасы 14,4000 г
Массаның қосынды жоғалымы 0,3500 г
1,0 г көмірдегі ылғалдылық мөлшері 0,05 г
___________________________________ ___________________________
Ұшқыш заттар шығымы 0,3 г

Ұшқыш заттар шығымы (%) = (0,3*100) 1,0 = 30 %
Алынған қатты қалдық теориялық негіздемеде келтірілген жіктеу бойынша
сипатталады.

1.4 Бақылау сұрақтары
1. Отынның элементарлық құрамы қандай?
Отынның органикалық, жанғыш, құрғақ және жұмысшы массасы дегеніміз не?
3. Отынның жалпы жіктелуі.
4. Кокс өндірісі.
5. Сұйық отын, мазут.
6. Газ тәріздес отындардың артықшылығы.
7. Отынның жану жылуы.
8. Шартты отын және калориялық эквивалент.
9. Отынның элементарлық құрамының сипаттамалары.

4 Отқа тӨзімділердің термиялық тұрақтылығын анықтау

4.1. Жұмыстың мақсаты:

Отқа төзімді материалдарды, кезеңді әрекеттегі жылу техникалық
агрегаттарда жұмыс істеу жарамдылығын білу үшін оларды салыстыру.

4.2 Теориялық негіздеме

Отқа төзімді материалдардың термиялық тұрақтылығы деп олардың
температуралардың кенеттен ауытқуына (өзгеруіне) жарылмай, бұзылмай қарсы
тұру қабілетін атайды.
Бұйымдардың көрсетілген бұзылуы ішкі кернеулердің пайда болуына
байланысты жүреді. Егер дене гомогендік және изотроптық болса, онда еркін
термиялық кеңею кезінде кернеу пайда болмайды. Дегенмен егер үлгінің
кеңеюіне әлде не кедергі келтірсе, онда ішкі кернеу пайда болады. Үлгіні
қыздыру кезінде сығу кернеуі пайда болады, өйткені дене кеңеюге ұмтылады.
Ал суыту кезінде тартылу кернеуі пайда болады.
Теңдей жағдайлар кезінде материалдағы ішкі кернеулер (сығылу немесе
тартылу) материалдың сызықтық кеңею коэффициентіне тәуелді және оның
жоғарылауымен артады. Бұйымның бұзылуына қарсы тұрушы тартылыс күштері,
материалдың серпімді күйі шегінде ығысу немесе тартылу кезіндегі
серпімділік модулімен сипатталады. Модульдердің шамасының артуымен материал
кедергісі, ондағы термиялық кернеудің пайда болуымен, төмендейді.
Серпімділік модульдері сығылу кезіндегі беріктік шегіне тура пропорционал,
яғни термиялық тұрақтылық сығылу кезіндегі беріктік шегіне кері
корреляциялық тәуелділікте болады.
Отқа төзіімді бұйымдардың бұзылуы термиялық кернеуге байланысты, екі
стадияда өтетін процесс болып табылады:
I)стадия – жарықшақтың пайда болуы;
2)стадия - жарықшақтың өрбуі, таралуы.
Термиялық кернеу салдарынан жарықшақтың пайда болуы сол материалдың
(қатты дененің) термомеханикалық қасиеттерімен анықталады.
Жылуалмасу жағдайына қарай гомогендік материал үшін тез және жәй
() қыздыру кезінде термиялық тұрақтылық пен жарықшақтың пайда болуына
қарсы тұру сәйкес критериялармен анықталады:

,

мұндағы: Рбұз. – созылудың бұзу кернеуі (созылу кезіндегі беріктік шегі);
Е – Юнга модулі;
μ – Пуассон коэффициенті;
α - термиялық кеңею коэффициенті;
λ – жылуөткізгіштік коэффициенті.
Жәй қыздыру кезінде жарықшақтың пайда болу қабілеттілігі кеуектіліктің
артуымен сызықты азаяды. Отқа төзімді бұйымдардың бұзылуының екінші
стадиясы – жарықшақтың өрбуі мен таралуы, материал құрылымына және
құрылысына негізделеді. Термиялық тұрақты макроқұрылым бұйым көлемінің жеке
– дара хаостық орналасқан элементарлық көлемдер мен фрагменттерге
мүшеленуімен сипатталады. Олар өзара белгілі қалыңдықтағы жарықшақтармен
бөлінген және материал қасиетіне, температуралар градиентінің өзгеру
жылдамдығы мен шамасына тәуелді оптималды мөлшері бар. Бұйым денесіндегі
температуралар градиентінің өзгеру жылдамдығы мен шамасы сол бұйымның
пішіні мен шамасына және температуралардың өзгеруінің сыртқы жағдайларына
тәуелді болғандықтан, термиялық тұрақтылықтың екінші стадиясыда бұйымның
пішіні мен шамасына және сынау жағдайына тәуелді болады. Термиялық
тұрақтылықты екі стадиялық процесс ретінде қарастыру практикадан алынатын
нақтылықты түсіндіруге мүмкіндік береді, екі термиялық тұрақсыз
материалдан, мысалы, магнезит пен хромиттен, жоғары термиялық тұрақтылықты
магнезитті хромитті бұйым алуға болады. Әртүрлі отқа төзімділер үшін
процестің бірінші және екінші стадияларының ролі нәтижеленетін термиялық
тұрақтылықта бірдей емес.
Егер жарықшақтың туу ықтималдығы өте аз материалды қарастырсақ, онда
мұндай бұйымдардың макроқұрылымы бұйымның термиялық тұрақтылығында
соншалықты маңызды роль атқармайды. Және, керісінше, өз табиғатында
термиялық тұрақты емес материалдар үшін, бұйымның термиялық тұрақтылығын
анықтауда макроқұрылым шешуші роль атқарады. Бұйымның макроқұрылымы олардың
кеуектілігімен тығыз байланысты, бірақ термиялық тұрақтылық пен кеуектілік
арасында тікелей тәуелділік жоқ, өйткені макроқұрылым кеуектердің жалпы
көлемімен сипатталмайды, ал кеуектер мөлшерімен және олардың бөлінуімен
сипатталады.
Термотұрақты макроқұрылымды немесе бұйым көлемінің жеке фрагменттерге
бөлінуін өндіріс технологиясының параметрлеріне байланысты алады. Мұндай
технологияның жалпы принципі болып күйдіру кезінде, сызықтық өзгерісі
әртүрлі, екі затты қолдану табылады, мысалы, хромит пен магнезит, отқа
төзімді саз бен шамот немесе жоғары күйдірілген магнезит пен аз күйдірілген
магнезит және т.б.
Отқа төзімділерден тұрғызылған пештер, металдарды балқыту кезінде,
металдық бұйымдарды немесе басқа да материалдарды қыздыру кезінде, жоғары
температуралардың ұзақ немесе кезеңді ықпалына түседі. Сөйтіп,
пешқұрылысына қолданылған отқа төзімділер ауыспалы қыздыру мен суыту
ықпалында болады.
Ауыспалы қыздыру мен суыту отқа төзімділерді, механикалық бұзылыспен
жүретін, құрылымдық өзгеріске ұшыратады. Пеш қалауындағы отқа төзімділердің
ауыспалы температура ықпалындағы қасиеттері мен жағдайын анықтау үшін
оларды термиялық тұрақтылық бойынша сынақтан өткізеді. Сынақ кезінде
жасанды түрде қатаң температуралық жағдай жасалады, бұл кезде отқа
төзімділер көп рет пеште қыздырылып және суда суытылады. Стандарт бойынша
отқа төзімді материалдардың термиялық тұрақтылығы сулы жылу ауысым санымен
анықталады, яғни 850 °С дейін қыздырылып, содан соң ағынды суда суытылады,
осылай қашан бұйым өзінің беріктігін жоғалтқанша жалғасады.

4.3 Жұмыстың орындалу тәртібі мен әдістемесі

Отқа төзімді материалдардың термиялық тұрақтылығын анықтау келесідей
түрде өтеді.
Стандартты мөлшердегі екі түрлі отқа төзімді кірпішті немесе отқа
төзімділердің сәйкес үлгілерін бүйір бетімен пешке орналастырады, токты
қосып пешті 850° дейін қыздырады. Температураның 850° кезінде 10 минутқа
ұстап, сонан соң сыналатын кірпіштерді пештен шығарып қызған жағымен ағынды
суық сулы былауға салады. Кірпішті былауда 2 минутқа қалдырады, содан соң
судан алып ауада 3минут уақыт ұстайды. Отқа төзімді кірпіштерді сынаудың
осы баяндалған циклі бір сулы жылу ауысымды құрайды.
Жоғарыда айтылған әдіс бойынша отқа төзімді кірпіштерді сынау,
сыналатын кірпіштің немесе сол үлгінің толық бұзылуына дейін жүргізіледі
(жарықшақ пайда болғанға дейін).
Термиялық өңдеуден кейін кірпіш беттігінде пайда болған жарықшақтар
сипатын суретке салу керек. Сынау нәтижелерін кесте түрінде рәсімдейді (4.1
кесте).

4.1 кесте - Отқа төзімді кірпіштердің термиялық тұрақтылығы
Атауы Жылу ауысым саны Жарықшақ сипаты
Динас кірпіші Суретін салу
Шамот кірпіші Суретін салу
Магнезит Суретін салу

4.3 Бақылау сұрақтары

Отқа төзімділердің термиялық тұрақтылығы. Оларды анықтау әдістері.
Отқа төзімділерді материалдарға қойылатын талаптар.
Отқа төзімділердің қожға тұрақтылығы. Балқыту пештеріне қолданылатын отқа
төзімділерді қожға тұрақтылығы бойынша таңдау принциптері. Отқа
төзімділердің қожға тұрақтылығын арттыруға арналған шаралар.
Шамоттан жасалған бұйымдардың сипаттамалары, маңызды жұмысшы қасиеттері,
қолданылу аймақтары.
Магнезитті және хромомагнезитті отқа төзімділердің құрамы, жұмысшы
қасиеттері және қолданылу аймақтары.
Жеңіл салмақты отқа төзімділердің, отқа төзімді сыламалар мен мертельдердің
қолданылу аймақтары.
5 Күрделі жылуалмасуды модельдеу жӘне экспериментті зерттеу

1. Жұмыстың мақсаты:

Жылуөткізгіштік теориясы бойынша білімді тереңдету, қалыптаспаған
жылуөткізгіштік процесін экспериментті зерттеу әдістемесін зерделеу және
жылуөткізгіштік теңдеуін критериалдық пішінде шешу жолымен қатты денелерді
қыздыру есептемесімен танысу.
2. Теориялық негіздеме

Өнеркәсіпте металдар мен басқа материалдарды қыздыру өте кең мақсатта,
көп жағдайларда температура 1100-1600 °С кезінде жүргізіледі. Мұндай
температуралар кезінде жылудың берілуінің негізгі түрі жылулық сәулелену
болып табылады. Стефан-Больцман,заңына сәйкес, дене сәулелейтін жылу
мөлшері мына теңдеумен анықталады:

(5.1)

мұндағы: ε – дененің қаралық дәрежесі;
Со – абсолют қара дененің сәулелену коэффициенті,
Т – дене температурасы, К.
Пештен қыздырылатын металға жылудың берілуі кезіндегі жылу ағынының
шамасы келесідей анықталады:

(5.2)

Жоғары температуралы пештерде конвекциямен жылудың берілуі бағынышты
мәнде болады және Ньютон – Рихман заңымен анықталады:

(5.3)

Сонымен, металды қыздыру процесінде металл беттігіне жылу сәулеленумен
де, конвекцияменде келеді. Металл беттігіне келетін бұл жылу ағыны, сыртқы
жылу ағыны qсырт деп аталады.
Бірақ металды қыздыру дегеніміз, ол оның тек беттігін ғана емес,
барлық қалыңдығын қыздыру. Сондықтан, металдың қызу процесіне металдың
беттігінен оның ортасына берілетін жылу ағыны да ықпал етеді.
Сыртқы және ішкі ағындар өзара тең болмауы мүмкін. Бұл ағындардың
қатынастары қыздыру теориясы мен практикасында өте үлкен роль атқарады.
Егер сыртқы жылу ағын Спр, немесе α, шамаларымен сипатталатын болса, онда
ішкі жылу ағын, үлкен дәрежеде, металдың жылуөткізгіштік коэффициенті
λ (Втм К) шамасына тәуелді болады. λ = 0 және λ = ∞ кезіндегі екі шеткі
жағдайды қарайық.
Бірінші жағдайда жылу металл беттігінен оның ішіне өтпейді, беттіктің
жылулық тепе-теңдігіне сәйкес температураға дейінгі қызуы тез өтеді.
Егер λ = ∞, онда керісінше, дене беттігіне қанша жылу келсе соның
барлығы онымен жұтылады. Реал денелер осы шеткі жағдайлардың арасында
жатады, сондықтан оларды қыздыру кезінде qішкі мен qсырт. Арасында әртірлі
қатынастар болады. Бұл қатынастар қыздыру шартымен де, металдың қалыңдығы
мен физикалық қасиетімен де анықталады. Осыған байланысты дененің жылулық
массивтілігі деген ұғым енгізілген, ол арқылы барлық денелер жұқа және
массивті болып бөлінеді.
Жылуөткізгіштік процесінің осындай жазылуы Фурьенің дифференциальдық
теңдеуіне кіреді:

, (5.4)

радиусі r шексіз ұзын цилиндр үшін келесі түрде болады:

, (5.5)

мұндағы t – дененің осы нүктесіндегі температура, °С;
a – температура өткізгіштік коэффициенті, м2 с.

мұндағы: λ – жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт(м К);
Cр - жылусыйымдылық, Джкг К;
ρ – дене материалының тығыздығы, кгм3.
Дифференциальдық теңдеуді шешу үшін келесідей қосымша шарттар
қолданылады:
- температураның бастапқы таралуы дененің барлық нүктелері үшін бірдей
мәндермен сипатталады (tбас).
- қызу мен суу тұрақты температурадығы ортада өтеді (tс.).
- жылу беру коэффициенті тұрақты (). Бұл жағдайларда
дифференциалдық теңдеулерді шешу келесідей тәуелділіктерде болады:
а) цилиндр беттігінің температурасы үшін:

(5.6)
б) цилиндрдің орташа бөлігінің температурасы үшін:
(5.7)
θn θcp – Ғо және Ві критерияларының функциясы болып табылатын
температуралық симплекстер:

(5.8)

мұндағы: a – температура өткізгіштік коэффициенті;
r - цилиндр радиусі, м.

5.3 Лабораториялық қондырғыны кескіндеу және жұмысты орындау тәртібі

Қондырғы жұмысшы кеңістігінің мөлшері 190 х 110 х 280 мм электр
муфельдік пештен тұрады, онда тұрақты температура ұсталады. Көміртекті
болаттан немесе шамоттан жасалған, d = 44 мм, = 120 мм, цилиндр үлгі
қыздырылады.
Үлгілерге терможұптар орнықтырылады, олардың көмегімен үлгінің ортасы
мен беттігінің температурасы өлшенеді.
Жұмысты бастау алдында студент үлгілерді қандай температураға дейін
қыздыру қажеттігі туралы оқытушыдан тапсырма алады. Пеш температурасы
тұрақты болуы шарт.
Үлгіні пешке орналастырып, оның ортасы мен беттігі температурасын
өлшеу үшін терможұптар енгізеді. Осы сәттен бастап әрбір 2 минут сайын
терможұптар жалғанған потенциометрдің көрсеткіші жазылады.
Үлгіні пешке орналастырғаннан соң, бүкіл тәжірибе уақытында, пеш
температурасының тұрақтылығы кезеңмен тексеріліп тұрады. Жазу тәжірибенің
барлық жүру уақытында жүргізіледі және пеш температурасы мен үлгінің
ортасының температурасы арасындағы айырмашылық 30-40°С жеткенше орындалады.
Тәжірибе нәтижелері t (0С) орт. – τ (мин) графигіне түсіріледі.
Цилиндр ортасы температурасының уақытқа тәуелділігін аналитикалық
жолмен де алуға болады, ол үшін үлгілерді қыздыруды келесідей түрде
есептейді:
1) Сәулелену мен конвекциядан алынатын жылуберу коэффициентінің орташа
мәні есептеледі:

(5.9)
αсәу. Орташа мәні келесі теңдеумен шешіледі:
(5.10)
мұндағы: С0 – абсолют қара дененің сәулелену коэффициенті;
εкел. – дененің келтірілген қаралану дәрежесі;
Бір дене екіншісін қамтыған кезде:

Бұл жерде F1 – қаралану дәрежесі ε1 үлгінің беттігін қаралану дәрежесі ε2
пеш беттігі F2 қамтиды. Қаралану дәрежелерінің ε1 және ε2 мәндері
анықтамалардан алынады.
Тпеш – пеш температурасы, К;
Тбет. – тәжірибе уақытындағы үлгі беттігіндегі орташа температура:

Температурасы 600 °С жоғары және мәжбүрсіз циркуляциялы пештердегі
конвекцияның жылуберу коэффициентін жуық шамамен 15-20 Втм2 К
тең деп алуға болады.
2) Bi және Fо критерияларының мәнін (5.8) теңдеуі бойынша анықтаймыз.
Бұл критерияларға кіретін үлгі материалы тұрақтыларының әртүрлі физикалық
параметрлерін орташа температура кезінде алу дұрыс:

Fо критерияларының мәндері үлгіні қыздырудың әртүрлі ұзақтығына
есептеледі (алынған эксперименттік мәліметтерге бағытты).
3) Bi және Fо критериялары негізінде температура критериясы
θ (симплекс) анықталады.
Функциялар шамасы графиктер бойынша алынады (1, 332 бет), онда
абсцисса осіне Fо критерияларының мәндері, ал ордината осіне θ функциясының
шамасы салынған, графиктер қисықтары Ві критериясының тұрақты мәніне
сәйкес.
4) Үлгінің орта бөлігі температурасының мәні келесі өрнекпен
есептеледі :
θ =
(5.12)

Қыздыру ұзақтығыҒо критериясының Температуралық Үлгі ортасының
мәні критерия θ мәні есептелген
температурасы
tцен.

5) Есептеу нәтижелері t 0С ортасы ƒ(τ) графиктер түрінде көрсетіледі,
ол тәжірибе мәліметтері бойынша алынған графикпен салыстырылады.

5.4 Есепке қойылатын талап

Жұмыс бойынша есепке жұмыстың қысқаша мазмұны, эксперимент
мәліметтері, үлгінің орта бөлігін қыздырудың әртүрлі ұзақтығы кезіндегі
температура есептемесі, t 0С ортасы ƒ(τ) температурасының өзгеру графиктері
кіреді. Есеп соңында жуықтама есептеу көмегімен алынған мәліметтер мен
тәжірибелік мәліметтер арасындағы айырмашылықтарға түсініктеме беріледі.

5. Бақылау сұрақтары

1. Фурьенің дифференциалдық теңдеулерін шешу кезіндегі 3-ші
тектегі шекті шарттың маңызы.
2. Массивті және жұқа денелер туралы ұғым. Массивтілік өлшемі.
3. Әртүрлі температуралы пештерде конвекция және сәулеленумен
жылудың берілуінің салыстырмалы ролі.
4. Осы жұмыс жағдайындағы конвекция мен сәулелену
жылуберілістері коэффициенттерін есептеу әдістемесі.
5. 3-ші текті шектік шарттар кезінде Фурьенің дифференциалдық
теңдеуін шешудің критериалдық пішіні. Қыздыру процесін
есептеу үшін графиктерді қолдану.
6. Экспериментті жүргізу тәртібі.
7. Осы пеште денені қыздыру процесінде 3-ші текті шектік
шарттардың дәл сақталу мүмкіндігі (tпечи = соnst), (α =
соnst).

5. ЕРКІН КОНВЕКЦИЯ КЕЗІНДЕГІ ЖЫЛУБЕРУ КОЭФФИЦИЕНТІН АНЫҚТАУ

6.1 Жұмыстың мақсаты: Тәжірибелік қондырғыда пештің көп қабатты
қабырғасы арқылы өтетін жылу шығынын анықтау және теориялық теңдеулер
бойынша жылу шығындарын есептеудің әдістемесімен танысу.

6.2 Стационарлық жылуөткізгіштік теориясының негізі

Жылу өткізгіштік құбылысы, әртүрлі температурадағы дененің жеке
бөліктері немесе жеке денелердің тікелей жанасқан кезіндегі жылу
энергиясының таралу процесін көрсетеді.
Жылуөткізгіштіктің аналитикалық теориясы заттың молекулярлық
құрылымына көңіл аудармайды және оны тұтас орта ретінде қарастырады.
Денелер біртекті және изотропты болады. Изотропты деп барлық бағыт бойынша
бірдей физикалық қасиетте болатын денелерді атайды.
Мұндай денені қыздыру кезінде оның температурасы әртүрлі нүктеде уақыт
бойында өзгереді және жылу жоғары температуралы орыннан төменгі
температуралы орынға қарай таралады. Бұдан қатты денеде жылудың
жылуөткізгіштікпен берілу процесі, жалпы жағдайда, температураның
кеңістікте де, уақыт бойында да өзгеруімен жүретіні байқалады.
t = f (x, y, z ,)
(6.1)
мұндағы: x,y,z - нүктенің кеңістікті координаталары;
- уақыт.
Бұл функция қаралатын денедегі температуралық өрісті анықтайды.
Математикалық физикада температуралық өріс деп процесс өтетін сәулеленетін
кеңістіктің барлық нүктелері үшін осы уақыт кезеңіндегі температуралар
мәнінің жиынтығын атайды.
Температуралық өріс қалыптасқан және қалыптаспаған болып бөлінеді.
Теңдеу (6.1), температура уақыт бойында бір нүктеден екіншісіне
өзгергендегі температуралық өрістің жазылуының жалпы түрі болып табылады.
Мұндай өріс жылу өткізгіштіктің қалыптаспаған режиміне жауап береді және
қалыптаспаған температуралық өріс деп аталады.
Егер жылу режимі қалыптасқан болса, онда өрістің әрбір нүктесіндегі
температура уақыт бойында тұрақты болып қалады және мұндай температуралық
өріс қалыптасқан деп аталады. Бұл жағдайда температура тек қана
координаттар функциясы болып табылады
t = f(x,y,z); (6.2)
Өрістің бірдей температурадағы нүктелері изотермиялық беттік құрайды.
Бір нүкте бір мезгілде әртүрлі температурада бола алмайтындықтан
изотермиялық беттіктер қиылыспайды.
Денедегі температураның өзгеруін тек қана бір изотермиялық сызықтан
немесе беттіктен екіншісіне кез келген бағытта өте отырып алуға болады,
және де ұзындық бірлігіне келетін температуралық құлама максимумы
нормальдың изотермиялық беттікке бағытында өтеді.
Нормаль бағытында температураның изотермиялық беттікке өсуі
температура градиентімен сипатталады. Температура градиенті, нормаль
бойынша изотермиялық беттікке температураның өсу жағына қарай бағытталған
вектор және сан мәнінде осы бағытта температураның туындысына тең, яғни:

(6.3)
мұндағы n0 – изотермиялық беттікке қалыпты және температураның өсу жағына
бағытталған бірлікті вектор.
Кез-келген денеде немесе кеңістікте жылудың таралуы үшін
температуралар айырмасы болуы керек. Бұл шарт, дененің әртүрлі
нүктелеріндегі температура градиенті нөлге тең болмаған кездегі, жылу
өткізгіштікпен берілуге қатысты.
Изотермиялық беттікке орналасқан, уақыт аралығында элементарлық
аудан арқылы dF өтетін, жылу мөлшері мен температуралық градиент
арасындағы байланыс Фурье теңдеуімен немесе заңымен орнықтырылады:
, Дж (6.4)
Оң бөлігіндегі минус таңбасы жылу ағынының таралу бағытында
температураның кемитінін көрсетеді.
Пропорционалдық көбейткіш λ жылуөткізгіштік коэффициентін белгілейді,
ол заттың физикалық параметрі болып табылады. Жалпы жағдайда
жылуөткізгіштік коэффициенті заттың температурасына, қысымына және тегіне
тәуелді болады. Көптеген заттар үшін жылуөткізгіштік коэффициенті
тәжірибелік жолмен анықталады.
Изотермиялық беттік бірлігі арқылы уақыт бірлігінде өтетін жылу
мөлшерін жылу ағынының тығыздығы немесе тығыздық векторы деп атайды:
, Втм2 (6.5)
Жылу ағыны тығыздығының векторы нормаль бойынша ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.