Qatlamda issiqlik almashinishining o‘ziga xos xususiyatlari

Qatlamda issiqlik almashinishining o‘ziga xos xususiyatlari
Davriy ravishda ishlaydigan rekuperativ apparatlar sanoatda keng qo‘llaniladi. Ularga reaksion apparatlar, qaynatish va bug‘latish qozonlari, suv isitgich-akkumullyatorlar (boyler-akkumullyatorlar) avtoklavlar va boshqalar kiradi. Davriy ravishda ishlaydigan apparatlar suv, turli xil muhitlar va materiallarni isitish va qandaydir bir vaqt davomida zaruriy temperatura va bosim darajasini ushlab turish uchun mo‘ljallangan. Isitish va turg‘unlashtirish vaqtida suv yoki boshqa muhitda issiqlik to‘planadi, kimyoviy reaksiyalar sodir bo‘ladi, so‘ngra esa suv iste’molchiga jo‘natiladi, ishlov berilgan muhit esa sovutiladi. Isitish sur’ati va vaqti apparatlarning mo‘ljallanishi, ishlab chiqarish texnologiyasi va muhitning fizikaviy xususiyatlari bilan belgilanadi.
Suv isitgich-akkumullyatorlar isitish tizimi va issiq suv ta’minoti tizimida pik (eng yuqori) issiqlik yuklamalarni pasaytirish uchun mo‘ljallangan. Bu holda katta suv massasini uzoq vaqt oralig‘i mobaynida nisbatan past temperaturaga ega bo‘lgan issiqlik eltuvchi bilan isitish mumkin. Boyler-akkumullyatorlarda isitilgan suv, qoidaga ko‘ra, qisqa vaqt oralig‘ida - masalan, sanoat korxonalarining dushlarida – sarflanadi.
Davriy ravishda ishlaydigan barcha apparatlarda statsionar bo‘lmagan issiqlik almashinishi sodir bo‘ladi. Statsionar bo‘lmagan ish rejimida issiqlik uzatish tenglamasi quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi
Q=kF∆tτ, (2.69)
bunda τ — apparatning ishlash vaqti; ∆t — temperaturaning t vaqt davomidagi o‘rtacha bosim kuchi.
Davriy isitish yoki sovutish jarayonida vaqt o‘tishi bilan har ikkala issiqlik eltuvchining ham, yoki ulardan faqat bittasining temperaturasi o‘zgarishi mumkin. Keyingisi, masalan, bug‘ bilan isitiladigan boyler-akkumullyatorlar uchun o‘rinli bo‘ladi. Har ikkala issiqlik eltuvchining temperaturalari o‘zgaradigan ko‘proq umumiy holatni ko‘rib chiqamiz (2.24 rasm).
2.24 rasm. Davriy ravishda ishlaydigan rekuperativ issiqlik almashtirgichda faza holatini o‘zgartirmaydigan issiqlik eltuvchi bilan isitishda teiperaturalarning o‘zgarish grafigi.
Aytaylik, τ =0 boshlang‘ich vaqt momentida akkumullyatorda bo‘lgan M2 suv massasi t'2 temperaturaga, isitish davrining oxirida esa t"2 temperaturaga ega bo‘lsin. Isitish kirishda t'1 o‘zgarmas temperatura va G1 sarfga ega bo‘lgan qaynoq issiqlik eltuvchi bilan amalga oshiriladi. Bunday statsionar bo‘lmagan issiqlik almashinishning o‘ziga xosligi shundan iborat bo‘ladiki, vaqt o‘tishi bilan isituvchi issiqlik eltuvchining chiqishdagi temperaturasi ortadi. Isituvchi issiqlik eltuvchi va isitiladigan suv temperaturasining vaqtda o‘zgarishi 2.24 rasmda tasvirlangan.
dx vaqt oralig‘ida issiqlik almashinishning butun G‘ yuzasi uchun issiqlik uzatish va issiqlik balansining tenglamasi quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi
Bu yerda ∆t – issiqlik eltuvchilar o‘rtasida vaqtning t momentidagi temperaturalarning o‘rtacha farqi; t1 – isitadigan issiqlik eltuvchi teaperaturasininng joriy qiymati va dt2 — isitiladigan suv temperaturasining dτ vaqtda o‘zgarishi. T vaqt momentidagi ∆t temperatura bosim kuchi temperaturalarning o‘rtacha logarifmiq farqi sifatida aniqlanadi:
t1 va t2 temperaturalar vaqt o‘tishi bilan o‘zgarishi sababli ∆t vaqt funksiyasi bo‘lib hisoblanadi. ∆t ni (2.70) formulaga qo‘yish bilan quyidagini olamiz
bundan
kF va G1s1 bo‘lganda N=kF/ (G1s1) doimiy kattalik ekanligi va ko‘chirib o‘tkazish birliklari soni deb atalishi avval ko‘rsatilgan edi. Shunda isitadigan suvning temperaturasi apparatdan chiqishda quyidagiga teng bo‘ladi
Bu munosabatni (2.70) ga qo‘yish bilan quyidagini olamiz
Olingan natijani quyidagi oraliqlarda integratsiyalaymiz: chap qismni — 0 dan τ gacha va o‘ng qismni — t'2 dan t"2 gacha va quyidagini topamiz
Ko‘pincha issiqlik eltuvchilarning boshlang‘ich va oxirgi temperaturalari masalaning qo‘yilishi bo‘yicha ma’lum bo‘ladi. Qoidaga ko‘ra G1,τ, M2 qiymatlar ham berilgan yoki baholangan bo‘lishi mumkin. Shunda (2.77) ifodadan ko‘chirib o‘tkazish birliklari sonini aniqlash uchun, shundan kelib chiqqan holda esa issiqlik almashinish yuzasining G‘ maydonini ham aniqlash uchun foydalanish mumkin. Bunda issiqlik uzatish koeffitsienti xuddi uzluksiz ishlaydigan apparatlardagi kabi issiqlik almashinishning konkret sharoitlarini hisobga olish bilan hisoblanadi.
2.24 rasm. Davriy ravishda ishlaydigan rekuperativ issiqlik almashtirgichda bug‘ bilan isitishda teiperaturalarning o‘zgarish grafigi.
Boyler-akkumulatorlarda qaynoq yuza va isitiladigan muhit o‘rtasidagi issiqlik almashinish tabiiy konveksiyada amalga oshiriladi. Issiqlik berish koeffitsientini hisoblash uchun suvning o‘rtacha temperaturasini bilish zarur. U yaqinlashtirilgan tarzda quyidagi nisbat bo‘yicha aniqlanishi mumkin
Isituvchi suvning chiqishdagi o‘rtacha temperaturasi issiqlik balansining tenglamasidan aniqlanishi mumkin
Bunday holda, sovuq suvni isitish bug‘ bilan amalga oshirilganda hisob-kitob nisbati anchagina soddalashadi, chunki kondensatsiyalanayotgan bug‘ning temperaturasi vaqtda o‘zgarmaydi. M2 isitiladigan suvning massasi ham doimiy bo‘ladi, bug‘ sarfi esa vaqt o‘tishi bilan kamayadi. Issiqlik eltuvchilarning temperaturalarining vaqtga bog‘lanishi 2.35 rasmda ko‘rsatilgan. Issiqlik uzatish va issiqlik balansining tenglamalari quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi
Ushbu tenglamadagi o‘zgaruvchilarni ajratish bilan quyidagini olamiz
Butun isitish davri bo‘yicha intngrallashdan keyin quyidagini topamiz
i okonchatelno – va yakunda
2.26 rasm. Davriy ravishda ishlaydigan apparatda issiqlik (a) va bug‘ (b) sarfining grafiklari.
Q1 – issiqlikning umumiy sarfi; Q2 – ishlov beriladigan muhitni isitishga issiqlik sarfi; Q3 va Q4 - apparatning konstruksiyasi va issiqlik izolyatsiyasini isitishga issiqlik sarfi; Q5 – atrof muhitga issiqlik yo‘qotilishi; D – bug‘ sarfi.
(2.80) tenglamadagi issiqlik uzatish koeffitsienti xuddi statsionar ravishda ishlaydigan issiqlik almashtirgichdagi kabi hisoblanadi. Masalan, trubali isitish yuzasiga ega bo‘lgan apparatlarda trubalar ichida bug‘ning kondensatsiyalanishi sodir bo‘ladi, tashqaridan esa issiqlik uzatish tabiiy konveksiya bilan amalga oshiriladi. Trubalarning yuzasidan isitiladigan suvga issiqlik berish koeffitsientini hisoblash uchun zarur bo‘ladigan keyingisining o‘rtacha temperaturasi quyidagi formula bo‘yicha hisoblanadi
Davriy ravishda ishlaydigan apparatlarda isitadigan issiqlik eltuvchining issiqligining bir qismi apparatning korpusi va issiqlik izolyatsiyasini isitishga va atrof-muhitga issiqlik yo‘qotilishini kompensatsiyalashga sarflanadi. Konstruksiyani isitishga ketadigan issiqlik sarfini hisobga olish uchun yuqorida olingan formulalarga M2s2 o‘rniga odatda isitiladigan muhit bilan to‘ldirilgan apparatning to‘liq issiqlik sig‘imi qo‘yiladi: Ms= (M2s2+M3s3+M4s4), bunda M3 va s3, M4 va s4 — apparat konstruksiyasi va izolyatsiyasi elementlarining massalari va solishtirma issiqlik sig‘imlari.
Isituvchi akkumullyatorlarning maksimal issiqlik quvvati, 2.26 a rasmda ko‘rsatilganidek, ularning ishlashining boshlanish davrida o‘rinli bo‘ladi. Issiqlik iste’molining ko‘proq bir tekis bo‘lgan grafigini olish uchun isituvchi-akkumullyatorlar ko‘pincha katta sig‘imli bitta apparatni bir nechta kichiklariga almashtirish bilan ketma-ket ulanadi (2.26 b rasm).
Ris. 2.27 rasm. Samarali isitish yuzalari:
a — uzilishli yassi (Plr) va jalyuzli (Jr1 — Jr5) qovurg‘alanish bilan; b — diffuzor- konfuzor trubasi; v — gofrilangan plastinkalardan hosil qilingan to‘lqinli kanal; g — ichki ko‘ndalang shaybali qovurg‘ali truba; d — bosilgan ko‘ndalang-spiralli g‘adir-budurlik elementlariga ega bo‘lgan bo‘ylamasiga o‘ralgan truba.
Laimnar va o‘tish sohaoarida konvektiv issiqlik almashinishni intensifikatsiyalan uchun uzoqqa cho‘zilgan trubalarda shnekli va boshqa zavixritellar qo‘llaniladi, ular oqimning tangensial o‘ralishini ta’minlaydi [3,67]. O‘tish sohasida uzunligi boshlang‘ich gidrodinamik uchastkaning uzunligiga teng yoki undan kichik bo‘lgan kanallarga kirishdan oldin oqimning turbulentligini oshiradigan panjaralar, shaybalar va boshqa qurilmalar o‘rnatiladi [86]. Tezlashayotgan laminar yoki turbulent chegara qatlami kanallarning kirish uchastkalarida yoki laminar tagqatlam o‘tish va turbulent sohalarda qisqa trubalar va kanallar, uzilishli yassi va jalyuzli qovurg‘alash (2.27a rasm), simli yoki sterjenli qovurg‘alash (2.8g,d 2.10e rasmlar) [15, 18, 30, 36, 50], diffuzor-konfuzor trubalar va kanallar, shaybali va ichki ko‘ndalang-spiralli qovurg‘alash va boshqa sun’iy diskret g‘adir-budurliklarga ega bo‘lgan yuzalarni (2.27b-d rasm) qo‘llash bilan sun’iy ravishda uziladi. Laminar va turbulent sohalarda kanallarning ko‘ndalang o‘lchamlari, jumladan bo‘ylamasiga ichki qovurg‘alash yordamida kichraytiriladi. O‘tish sohasida bu uslubni qo‘llab bo‘lmaydi, chunki u issiqlik berish koeffitsientlarining pasayishini chaqiradi. Agar oqim yo‘nalishida qovurg‘aning uzunligi qovurg‘alanadigan devorning uzunligiga nisbatan katta bo‘lsa, yuzani qovurg‘alash issiqlik almashinishning intensifikatsiyalashuviga olib kelmaydi. Masalan, ko‘ndalang oqimda ko‘ndalang dumaloq, spiralli yoki plastinkali silliq qovurg‘alarga ega bo‘lgan trubalarning issiqlik berish koeffitsientlari silliq trubalarga qaraganda past.
Issiqlik almashinish issiqlik eltuvchilarning tezligini oshirish, radiatsion ratkib toptiruvchini ko‘paytirish, havoning infraqizil nurlanishi uchun shaffof bo‘lgan va boshqa ikki atomli gazlar oqimlarini qattiq zarrachalar bilan changlash va ularga uch atomli va ko‘p atomli gazlarni aralashtirish bilan intensifikatsiyalanadi. Suyuqliklarning qaynashida bug‘ hosil bo‘lish markazlarinin ko‘payishiga, suyuqlikning qaynash yuzasida ko‘proq oshiqcha qizishiga, bug‘ni olib chiqib ketish sharoritlarini yaxshilashga, suyuqlikning sovuqroq qatlamlari bilan kontaktda bo‘ladigan pufakchalar yuzalarini kamaytirishga harakat qilinadi. Buning uchun qovurg‘ali trubalar va kanallar, g‘ovak qoplamali yuzalar qo‘llaniladi, suyuqlikning yupqa plenkalarda, qattiq zarrachalarning qatlamlarida qaynashi tashkil qilinadi va hokazolar. [28, 36, 48]. Bug‘ning kondensatsiyalanishida kondensat plenkasining termik qarshiligini kamaytirishga harakat qilinadi, buning uchun jarayon kichik ko‘ndalang o‘lchamlarga ega bo‘lgan kanallarda tashkil qilinadi, bug‘ning harakatlanish tezligi oshiriladi, kondensatni g‘ovak qoplamali yuzalar orqali so‘irb olish amalga oshiriladi, kondensatni olib chiqib ketish sharoitlarini yuzada kanavkalar ochish bilan yuzadagi tortish kuchlari yordamida yaxshilanadi,plenkali kondensatsiyalanishdan tomchili kondensatsiyalanishga o‘tish uchun yuza yuzaning ivib qolishini yomonlashtiradigan gidrofob moddalar bilan qoplanadi [28, 36, 58].
|