Дәріс 13. Сәуле шығарумен жүретін жылуалмасу

Дәріс 13. Сәуле шығарумен жүретін жылуалмасу

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 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.

Qa/Qcж+Qr/Qсж+Qd/Qсж=1 (2)

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

- 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)

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
   

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

1. 
   Жылу беру коэффициенті, физикалық мәні
   
2. 
   Жылу тасымалы
   
3. 
   Жылу алмастырғыштар
   
4. 
   Жылу алмастырғыштар жылулық есебі
   

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

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.

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

Сәйкес, болғанда

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

Q= (17)

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:

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

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

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.

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
   

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