Модул 2. Жылумассаалмасу теориясы

Модул 2. Жылумассаалмасу теориясы

• ДЩріс 13

2 Жылу йткізгіштік. Фурье заЈы

3 Жылуйткізгіштік коэффициентініЈ физикалы› мЩні

4 Конвекция. Ньютон заЈы

5 Жылу беру коэффициенті

ШртЇрлі температуда“ы денелерде жылу энергиясыныЈ бірінен екіншісіне йтуі жылуалмасу процессі деп аталады.

Жылу алмасу процесстерініЈ ›оз“аушы кЇші - ысты› жЩне суы› денелердіЈ температуларыныЈ айырмасы болып табылады. Б±л ›оз“аушы кЇштіЈ Щсерінен термодинамиканыЈ екінші заЈына байланысты жылу ысты› денеден суы› денеге йздігінен йтеді. Денелер арсында“ы жылу алмасу еркін электрондар , атомдар жЩне молекулалардыЈ йзара энергия алмасуы ар›асында болады. Жылу алмасуда ›атынасатын денелерді жылу тасымалда“ыштар деп атайды.

Жылуйту – жылу тарату процесстері жйніндегі “ылым. Жылу процесстеріне тймендегілер жатады: ысыту, суыту, конденсациялау жЩне буландыру. Кйптеген масса алмасу (Мысалы, айдау, суыту, кептіру т.б) жЩне химиялы› процесстердіЈ йтуінде б±л процесстердіЈ маЈызы Їлкен.

Жылу таратудыЈ негізгі Їш тЇрлі тЩсілі бар: жылуйткізгіштік, жылулы сЩуле шы“ару, конвекция.

Бірлік уа›ытында тасымалданатын жылуды жылулы› а“ын деп атайды. Оны белгілеп, Дж/с(Вт)–пен йлшейді.

ДененіЈ беттік бірлігіне кететін жылулы› а“ын а“ынныЈ беттік жылулы› ты“ызды“ы деп аталады. илшем бірлігі Вт/м². А“ынныЈ беттік жылулы› ты“ызды“ы мына формуламен аны›талады:

Бір-біріне тиісіп т±ратын йте кіші бйлшектердіЈ тЩртіпсіз ›оз“алысыныЈ нЩтижесінде жылу йту процессі - жылу йткізгіштік деп аталады. Б±л ›оз“алыс газдар жЩне тамшымалы с±йы›тарда молекулалардыЈ ›оз“алысы ›атты денелерде кристалды› торда“ы атомдардыЈ тербелісі немеесе металдарда“ы еркін электрондар диффузиясы болуы мЇмкі. љатты денелердіЈ жылу таратуыныЈ негізгі тЇрі жылу йткізгіштік болып табылады.

Газ немесе с±йы› кйлемініЈ ЩртЇрлі нЇктелеріндегі температуралар аыйрмашылы“ы салдарынан осы нЇктелердегі ты“ызды›тар айырмасыныЈ нЩтижесінде болатын жылу алмасуды еркін немесе таби“и конвекция деп атайды. Газ немесе с±йы› кйлемініЈ ЩртЇрлі еріксіз ›оз“алысы (мысалы, насосо, компрессор жЩрдемімен немесе араластыр“ышпен араластыр“анда) салдарынан жылу алмасуды еріксіз конвекция деп атайды.

Ысты› газдан (с±йы›тан) суы› газ“а (с±йы››а) оларды бйліп т±р“ан ›атты ›абыр“а немесе бет ар›ылы жылу йту кЇрделілеу болады. Б±л процесті жылу йту деп атайды. ®здіксіз Щрекетті аппараттарда ЩртЇрлі нЇктелердегі температура уа›ыт бойынша йзгермейді, м±ндай аппараттарда“ы процес ›алыптас›ан (стационарлы) болады. Мерзімді Щрекетті аппараттарда температура уа›ыт бойынша йзгереді. (Мысалы, ысыт›анда немесе суыт›анда), я“ни жылу алмасу процесі ›алыптаспа“ан (стационарлы емес)болады.

Фурье заЈы жылу йткізгіштіктіЈ негізгі заЈы болып табылады. Б±л заЈ бойынша : жылу а“ынына перпендикуляр бет ар›ылы уа›ытта йтетін жылу мйлшері, температураныЈ градиентке, бетке жЩне уа›ыт›а тура пропорционал:

Жылуйткізгіштік коэффициенті Вт/(мк), температура градиенті 1 К /м бол“анда, 1 м² беттен йтетін жылу а“ынныЈ ›уатын кйрсетеді.

Сонымен, - ныЈ мЩні заттыЈ таби“атына, структурасына, ыл“алдылы“ына, температурасына т.б факторлар“а байланысты болады.

ГаздардыЈ жылуйткізгіштік коэффициенті 0,00620,165 Вт/мк аралы“ында болады. Температура кйбейгенде  кйбейеді.  тек жо“ар“ы (2000 атм.) жЩне йте тйменгі (0.03 атм.) ›ысымдарда йзгереді.

ГаздардыЈ жылуйткізгіштік коэффициентін тймендегі формуламен есептеуге болады:

,(4)м±нда“ы, – газдыЈ динамикалы› т±т›ырлы“ы, Пас;

– газдыЈ т±ра›ты кйлемдегі меншікті жылусыйымдылы“ы, Дж/кг К;

В – коэффициент, бір атомды газдар Їшін В=2,5; екі атомды газдар Їшін В=1,9; Їш атомды газдар Їшін В=1,72

С±йы›тардыЈ жылуйткізгіштік коэффициенті 0,1 0,7 Вт/мк аралы“ында болып температура кйбейген сайын азаяды. С±йы›тар Їшін -ны тймендегі формуламен есептеуге болады:

Жылу йткізгіштік () материалдардыЈ кезектілігіне жЩне ыл“алдылы“ына байланысты. Ыл“ал материалдар Їшін  ›±р“а› материалдар“а ›ара“анда кйп кезектілік  ны азайтады, себебі кезек арасында“ы ауаныЈ - сы аз. Ыл“ал материалдар Їшін  ›±р“а› материалдар“а ›ара“анда кйп кезектілік  ны азайтады, себебі кезек арасында“ы ауаныЈ - сы аз.

С±йы›тыЈ барлы› массасыныЈ ›оз“алысы ›аншалы›ты ›ар›ынды араласса, конвекция ар›ылы жылуалмасу соншалы›ты ›ар›ынды йтеді. Сонымен, конвекция с±йы› ›оз“алысыныЈ гидродинамикалы› шартына кйп байланысты болады. А“ынныЈ ядросына жылуалмасуы жылуйткізгіштік жЩне конвекция мен йткізіледі. ЖылудыЈ м±ндай бірлесіп алмасуын конвекциялы жылуалмасу деп атайды.

ОртаныЈ турбулентті ›оз“алысында а“ын ядросында“ы жылуалмасуы механизмі турбуленттік тол›ысулы› салдарынан болатын араласудыЈ ›ар›ындылы“ымен сипатталады. Турбулентті тол›ысулы› ядрода“ы температулардыЈ мЩнініЈ кейбір орташа t – ге дейін теЈесуін ›амтамасыз етеді. Сонды›тан, ядрода“ы жылуалмасу еЈ алдымен тасымалда“ыштыЈ ›оз“алыс сипатымен аны›талады. љабыр“а“а жа›ында“ан сайын жылу берудіЈ ›ар›ындылы“ы тймендейді. љабыр“а жанында ›алыЈды“ы  - “а теЈ жылулы шекаралы› ›абат т.б. Б±л ›абат гидродинамикалы› шекаралы› ›абат›а ±›сас болады, біра› олардыЈ ›алыЈды“ы ЩртЇрлі.

Конвекция жылуалмасу механизмніЈ йте кЇрделілігіне байланысты жылу беруді есептеу ›иын. љабыр“адан с±йы››а (немесе с±йы›тан ›абыр“а“а) берілген жылу шамасын дЩл есептеу Їшін ›абыр“а жанында“ы температуралы› градиентті жЩне бет бойынша жылу тасымалда“ыштыЈ температуралы› йзгеруін білу керек. Б±ларды аны›тау йте ›иын.

Сонды›тан, жылуберудіЈ есептеуін жеЈілдету Їшін оныЈ негізіне НьютонныЈ суыту заЈын пайдаланады. Б±л заЈ бойынша: жылуалмасу бетінен с±йы››а (немесе керісінше с±йы›тан ›атты дене бетіне) берілген жылу мйлшері (dQ) ›абыр“а бетіне (df) ›абыр“а мен с±йы›тыЈ температураларыныЈ айырмасына (t›-tс) жЩне уа›ыт›а (d) тура пропорционал:

,(6)м±нда“ы,  - жылуберу коэффициенті деп аталады. Жылуберу коэффициентініЈ мЩні ›абыр“а мен ›орша“ан орта (тамшылы с±йы› немесе газ) арасында“ы жылу алмасудыЈ ›ар›ындылы“ын сипаттайды. ОныЈ  йлшем бірлігі Вт/мІк.

љ±бырлармен жЇретін жылутасымалда“ыштардыЈ цилиндрлі ›абыр“адан йтетін жылулы› а“ынныЈ есептеу керек.

Кйп ›абатты цилиндрлі ›абыр“а Їшін жылулы› а“ыны , Вт, мына формуламен аны›талады:

.(7)

Кйп ›абатты цилиндрлі ›абыр“а Їшін:

Жылуберу; жылулы› а“ын; жылулы› а“ынныЈ ты“ызды“ы; сызылмалы жылулы› а“ынныЈ ты“ызды“ы; жылуйткізгіштік; Фурье заЈы; жылуйткізгіштіктіЈ дифференциалды теЈдеуі; температурайткізгіштіктіЈ коэффициентті

1 Жылу алмасу процесі дегеніміз не?

2 Жылу алмасу процесініЈ негізгі ›оз“аушы кЇшін ›алай табады?

3 Жылу таратудыЈ негізгі тЩсілдерін атаЈыз

4 Жылуйткізгіштік деп нені айтады

5 Фурье заЈыныЈ формуласын жазыЈыз

6 Жылуйткізгіштік коэффициенті нені сипаттайды?

7 Ньютон формуласын жазыЈыз

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

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалы› термодинамиканыЈ 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 ЭнергетиканыЈ электронды› энциклопедиясы.

• 
  
  жүктеу/скачать 2.28 Mb.
  
  Достарыңызбен бөлісу: