«жылумассаалмасу» ПӘннің ОҚУ Әдістемелік кешені

Дәріс 9

2 Еркін конвекция кезіндегі жылуберу.

Сұйықтың барлық массасының қозғалысы қаншалықты қарқынды араласса, конвекция арқылы жылу алмасу соншалықты қарқынды өтеді. Сонымен, конвекция сұйық қозғалысының гидродинамикалықшартына көп байланысты болады. Ағынның ядросына жылу алмасуы жылу өткізгіштік және конвекция мен өткізіледі. Жылудың мұндай бірлесіп алмасуын конвекциялы жылу алмасу деп атайды. Ортаның турбулентті қозғалысында ағын ядросындағы жылу алмасуы механизмі турбуленттік толқысулық салдарынан болатын араласудың қарқындылығымен сипатталады. Турбулентті толқысулық ядродағы температулардың мәнінің кейбір орташа t–ге дейін теңесуін қамтамасыз етеді. Сондықтан ядродағы жылу алмасу 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 жылу алмасу механизмнің өте күрделілігіне байланысты жылу берудіесептеқиын.Қабырғадансұйыққа ( 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. Сондықтан жылу берудің есептеуін жеңілдету үшін оның негізіне Ньютонның суыту заңын пайдаланады. Бұл заң бойынша: жылу алмасу бетінен сұйыққа (немесе керісінше сұйықтан қатты дене бетіне) берілген жылу мөлшері (dQ) қабырға бетіне (df) қабырға мен сұйықтың температураларының айырмасына (tқ-tс) және уақытқа (d) тура пропорционал.
Өздік бақылау сұрақтары
1 Конвективті жылуалмасудың негізгі түсініктемелері қандай?

2 Конвекция кезіндегі жылуберу дегеніміз не?

3 Еркін конвекция кезіндегі жылуберу.
Осы дәрістің материалдарының негізгі түсініктерің білүі керек:

Конвективті жылуалмасу; конвекция кезіндегі жылуберу; еркін конвекция; жылуберу

2 Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». – М.: Высшая школа, 1980. – б.3-15

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың негіздері» - 2006. – б.4-16

4 Баскаков Б.В., Берг О.К., Витт и др. «Теплотехника» - М.: Энергоатомиздат., 1991. – б. 4-11, б. 40-41

5 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.
Модул 2. Конвективті жылуалмасу

Дәріс 10

2 Құбырлар бумасындағы сұйық қозғалысы

3 Құбырлар бумасындағы құбырлар қатарына байланысты режим өзгерісі

4 Сұйықтың ламинарлық ағысындағы режим өзгерісі

5 Михеев формуласы
Құбырлар бумасын сұйық көлденеңінен жуған кездегі жылу алмасуы.

Сұйық бір құбырды жуғанда күрделі гидродинамикалық құбылыс байқалса, құбырлар бумасын жуғанда, бұл құбылыс онан сайын күрделене түседі. Сұйық көлденеңінен жуатын құбырлар бумасынан тұратын жылуалмастырғыштар т.б. аппараттар техникада кеңінен пайдаланылады. Негізінен құбырлар бумасы коридор және шахмат түрінде орналасады.

Құбырлар бумасы сыртқы диаметрі, сұйықтың ағу бағытындағы құбырлардың қатар саны, және салыстырмалы қашықтығының, (құбырлардың өстерінің ара қашықтығы) құбырлардың сыртқы диаметріне қатынасы S₁ / d . Құбырлардың орналасу тәртібінен сұйық қозғалысының характері (түрі), әр қатардағы құбырларды сұйықтың жууы және бумадағы жылу алмасу процесі тәуелді.

Егер каналда сұйықтың қозғалысы турбулентті болса, онда құбырлар бумасында да сұйықтардың қозғалысы турбулентті болады. Құбырлардың бір қатарынан екінші қатарына турбуленттілік өсе береді, себебі құбырлар бумасының өзі жақсы турбуленттілік құрылығы болып спналады. Егер каналда құбырлар бумасы алдында ағын режимі ламинарлық болса, құбырлар бумасында Re санына байланысты ламинарлық немесе турбулентті де болуы мүмкін.

Сүйықтың ламинарлық ағысы кезінде изотермиялық емес қозғалыстың екі режимі кездеседі. Олар тұтқырлықты және тұтқырлықты гравитациялық болып екіге бөлінеді. Бұл екі режимнің заңдары әртүрлі.

Тұтқырлы режим тұтқырлы сұйықтардың табиғи конвекциясы болмаған кездегі ағысына сәйкес келеді. Бұл режим кезінде арнаның қабырғаларына жылу тек жылуөткізгішпен беріледі.

Тұтқырлықты – гравитациялық режим сұйықтың еріксіз ағысы табиғи конвенциямен бірге жүргенде пайда болады. Бұл режимде жылу өткізгіштік және конвекциямен беріледі.

Тұтқырлы режимде қима бойынша жылдамдықтардың таралуы таза парабола түрінде болмайды, себебі қима бойынша температураның өзгкрісінен тұтқырлық та өзгереді. Жылдамдықтардың таралуы жылу ағынының бағытынан тәуелді екенін атап өту қажет. Сұйықты қыздырғанда қабырғаға таяу жердегі температура негізі ағынның температурасынан жоғары, ал тұрақтылығы аз.

Тұтқырлықты - гравитациялық режимде еркін конвекция мен еріксіз қозғалыс бағытының маңызы зор. Олардың бағыты бір, қарама-қарсы және бір-біріне перпендикуляр болуы мүмкін.

Табиғи (еркін) конвекция мен еріксіз қозғалыс бағыттары бір болғанда қабырғадағы сұйық жылдамдығы жоғарылап, ал жылу беру өседі. Ал табиғи конвекция мен еріксіз қозғалыс бағыттары қарама- қарсы болғанда қабырғасы таяу жердегі жылдамдық азайып, жыду беру төмендейді. Ал қабырғаға таяу жерде құйынды қозғалыс пайда болғанда, жылу беру жоғарылауы мүмкін.

Табиғи конвекция мен еріксіз қозғалыс бағыттары өзара перпендикуляр кезінде, сұйықтың жақсы араласу салдарынан жылу беру өседі.

Изотермиялық емес жағдайда, тек ламинарлық режим ғана болуы мүмкін де емес.

Ламинарлық режим кезіндегі жылуалмасуды аналитикалық зерттеу өзінің толық шешімін тапқан жоқ және жылу беру коэффициентін анықтау үшін эмпириялық формулалар пайдаланылады.

Коэффициентінің орташа мәнін береді. Оларды кез келген сұйық үшін пайдалануға болады және табиғи конвекция әсерін, әрі жылу ағыны бағытын да толық ескереді. Соңғысы сұйықтың және қабырғаның Pr сандарының 0,25 дәрежесіндегі қатынастарын ескеретін эмприялық көбейткіштерді еңгізумен ескеріледі.

Ауа және екі атомды газдар үшін Прандтль саны температурадан тәуелсіз, сондықтан да
Осы дәрістің материалдарының негізгі түсініктерің білүі керек:

Құбырлар бумасындағы жылуалмасу; құбырлар бумасындағы сұйық қозғалысы; сұйықтың ламинарлық ағысы; Михеев формуласы.

2 Құбырлар бумасындағы сұйық қозғалысы қандай

3 Құбырлар бумасындағы құбырлар қатарына байланысты режим өзгерісі қалай болады

4 Сұйықтың ламинарлық ағысындағы режим өзгерісін түсіндіріңіз

5 Михеев формуласын жазып беріңіз
Ұсынылатын оқулықтар
1 Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат., 1969. – б.3-20

2 Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». – М.: Высшая школа, 1980. – б.3-15

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың негіздері» - 2006. – б.4-16

4 Баскаков Б.В., Берг О.К., Витт и др. «Теплотехника» - М.: Энергоатомиздат., 1991. – б. 4-11, б. 40-41

5 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.

Модул 2. Конвективті жылуалмасу