Kratkie itogi leksii - Kafedrasi «Issiqlik va massa almashinuv jarayonlari» fanidan

|
Kafedrasi «Issiqlik va massa almashinuv jarayonlari» fanidan
|
bet | 21/64 | Sana | 03.12.2023 | Hajmi | 6,57 Mb. | | #110142 |
Bog'liq Ma\'ruza matnlari (5)Kratkie itogi leksii:
Regenerativ issiqlik almashinish apparatlari deb issiqlikni bir issiqlik eltuvchidan boshqasiga uzatishni nasadka deb ataluvchi issiqlikni akkumullyatsiyalaydigan massa yordamida amalga oshirish imkonini beradigan qurilmalarga aytiladi.
Nasadka regeneratorlarning ishlashining samaradorligini belgilaydigan asosiy element bo‘lib hisoblanadi.
Nasadkalar yuqori issiqlik o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan materiallardan tayyorlanadi (mis, latun, bronza). Nasadkalarning (VRU) ixchamligi nasadka yuzasi maydonining egallanadigan hajmga nisbati bilan belgilanadi va 1000-2000 m2 / m3 ni tashkil qiladi.
Regenerativ havo qizitgichlar 500 000 m3/soat gacha havoni 1300°S temperaturagacha isitib bera oladi.
12-MA’RUZA.Qatlamda issiqlik almashinishining o‘ziga xos xususiyatlari.
Zich va qaynash (muvozanatlangan) qatlamlar.
Zich qatlamda issiqlik almashinishi.
Qaynash qatlamda issiqlik almashinishi.
Material qatlamida issiqlik almashinishi metallurgiya, energetika, kimyo sanoati va sanoatning boshqa tarmoqlaridagi apparatlarda sodir bo‘ladi. Zarrachalarning o‘zini tutishiga bog‘liq ravishda zich va qaynayotgan (muvozanatlangan) qatlamlar farqlanadi. Zich qatlamda gaz bilan puflanganda zarrachalar o‘zaro bir-biriga tegib turishini saqlab qoladi. ajratilganlik – zarrachalar orasidagi bo‘shliq hajmining butun qatlamning hajmiga nisbati – qatlamning holatini belgilaydigan parametr bo‘lib hisoblanadi. Zich qatlam uchun = 0,35--0,55. Qaynayotgan qatlamda zarrachalar kamerada tartibsiz aralashib ketadi, biroq puflanayotgan gaz oqimi bilan undan olib chiqib ketilmaydi. Qaynayotgan qatlam uchun ajratilganlik 0,6 dan oshiq bo‘ladi.
Zich qatlamda uchta asosiy xususiyati bilan xarakterlanadigan murakkab issiqlik almashinish sodir bo‘ladi:
I) nasadka yuzasidagi temperatura faqatgina gazdan nasadkaga issiqlik berilishi (tashqi issiqlik almashinish) bilan emas, balki uning ichida issiqlikning ko‘chib o‘tishi (ichki issiqlik almashinish) bilan ham belgilanadi;
2) nasadkaning bir elementidan boshqasiga tashqi issiqlik almashinishi issiqlik o‘tkazuvchanlik, nurlanish va konveksiya bilan amalga oshiriladi;
3) ichki issiqlik ko‘chishi nasadka elementlarining o‘lchamlari va shakli, ularning issiqlik o‘tkazuvchanligi, yuzadagi issiqlik almashinish bilan belgilanadi.
Yuqorida ko‘rsatilgan xususiyatlarning hammasi ham qatlamdagi issiqlik almashinishga bir xil ta’sir ko‘rsatmaydi. Masalan, to‘g‘ri sferik yuzaga ega bo‘lgan nasadka uchun nasadka elementlari o‘rtasidagi issiqlik o‘tkazuvchanlikni hisobga olmaslik mumkin, chunki ular o‘rtasidagi nuqtali tutashuvda ular o‘rtasida issiqlik amalda uzatilmaydi. Bunday qatlam ideal qatlam bo‘lib hisoblanadi. Real qatlamda nasadkalarning elementlari yuzalari bilan tutashadi va issiqlik o‘tkazuvchanlik orqali issiqlik almashinishi sodir bo‘ladi. Bu hodisaning miqdoriy xarakteristikalari eksperimental tarzda topilishi mumkin.
Tashqi issiqlik almashinish bir elementdan boshqasiga nurlanish va konveksiya bilan sodir bo‘ladi. Qatlamning ichida gazning nurlanishining roli elementlar orasidagi kanallar o‘lchamining katta emasligi va nurlatuvchi gazlar konsentratsiyasining yuqori bo‘lmasligi sababli unchalik katta bo‘lmaydi. Eksperimental va hisob-kitob ma’lumotlari shuni ko‘rsatadiki, bir elementdan ikkinchisiga nurlanishni 500 0S dan yuqori temperaturalarda hisobga olish lozim bo‘ladi. Past temperaturalarda qatlamdagi issiqlik almashinishi ko‘proq kanallarning formalari va o‘lchamlarining qatlamning balandligi bo‘ylab uzluksiz o‘zgarishi hisobiga gaz oqimining nasadkada kuchli turbulizatsiyalanishi sababli intensivligi yuqori bo‘lgan konveksiya bilan belgilanadi.
Gazdan qatlam elementlariga bo‘lgan tashqi issiqlik qarshiligi ichki issiqlik qarshiligining kichik qiymatlarida issiqlik almashinishni belgilaydi. Agar Bi<0,25 bo‘lsa, u holda qatlamni tarkib toptiruvchi zarrachalarga termik jihatdan yupqa deb qarash va issiqlik hisob-kitoblarida ichki issiqlik qarshiligining ta’sirini hisobga olmaslik mumkin. Bunday yo‘l qo‘yilish bilan bog‘liq bo‘lgan xatolik 5% dan oshiq bo‘lmaydi, bu qatlamli pechlar va qurilmalarining muhandislik hisob-ketoblariga to‘g‘ri keladi deb qabul qilinadi.
Ko‘rsatilgan xususiyatlar, garchi issiqlik uzatilishining ba’zi bir turlarida solishtirma qiymat temperatura va jarayonning boshqa parametrlariga bog‘liq ravishda biroz o‘zgarishi mumkin bo‘lsada, qaynaydigan qatlam uchun ham o‘rinli bo‘ladi.
Qatlamda issiqlik almashinishni ko‘rib chiqishda ko‘pgina hollarda tajribalar bilan yaxshi mos keladigan quyidagi yo‘l qo‘yilishlardan kelib chiqiladi:
zarrachalar qatlami o‘zining fraksion tarkibi bo‘yicha bir xildir;
gazdan zarrachalarga bo‘lgan issiqlik oqimi har qanday nuqtada gaz bilan zarrachalar yuzasi o‘rtasidagi temperaturalar farqiga proporsionaldir, ya’ni Nyuton qonuni bilan aniqlanadi;
3.4 rasm. Qo‘zg‘almas qatlamda issiqlik almashinishi to‘g‘risidagi masalani yechishga doir.
gazdan zarrachalarga issiqlik berish koeffitsienti faqatgina zarrachalar yuzasining barcha nuqtalari emas, balki qatlamning butun balandligi va kesimi bo‘yicha ham bir xildir;
qatlam va gaz zarrachalarining issiqlik-fizikaviy xossalari temperaturaga bog‘liq bo‘lmaydi, ular o‘rtacha deb qabul qilinadi;
gaz va qatlamda issiqlikni zarrachadan zarrachaga issiqlik uzatuvchanlik yo‘li bilan uzatish mavjud bo‘lmaydi;
gaz va qatlam hajmining temperatura o‘zgarishlariga bog‘liq bo‘lgan o‘zgarishlari unchalik katta bo‘lmaydi, shu sababli ularni hisobga olmaslik mumkin;
gaz oqimi qatlamning ko‘ndalang kesimi bo‘ylab bir tekis taqsimlanadi va uning vaqtdagi sarfi o‘zgarmasdir;
apparatning qatlam joylashgan devorlari gazni o‘tkazmaydi va issiqlikdan ideal darajada izolyatsiyalangan.
Bunday yo‘l qo‘yilishlar qatlamda issiqlik almashinishini nisbatan sodda analitik bog‘lanishlar bilan ifodalash imkonini beradi. Unda nasadkaning materiali bo‘ylab bo‘ylama va ko‘ndalang yo‘nalishlarda issiqlikning oqib o‘tishi hisobga olinmaydigan qo‘zg‘almas qatlamni ko‘rib chiqamiz. Bunday qatlamda uning isishi va sovushi paytidagi temperatura maydonlarining shakllanish qonuniyatlari ajratilganlik va 1 m2 ko‘ndalang kesimga ega bo‘lgan qatlamda issiqlik almashinishini tahlil qilish bilan aniqlanishi mumkin (3.4 rasm).
Gazning qatlamga kirish kesimidan u masofada dy elementar qatlamni ajratamiz. Qatlamning bu elementi orqali gaz W ixtiyoriy kesimga tegishli bo‘lgan tezlik bilan dτ vaqt davomida o‘tadi.
Elementar qatlamda gaz entalpiyasining to‘liq o‘zgarishi uning gaz oqimining yo‘llari va vaqt bo‘yicha o‘zgarishi bilan aniqlanadi, masalan, nasadka qatlamining sovushida
(3.1)
Bunda dy/dτ = vτ; vτ = Wτ ; vτ – gazning zarrachalar orasidagi kenglikdagi tezligi; cτ – gazning solishtirma (massa) issiqlik sig‘imi; rτ – uning zichligi.
Qatlam nasadkasining sovushi hisobiga gaz oladigan issiqlik miqdori quyidagiga teng:
(3 2)
bunda av — qatlamning hajm birligiga tegishli bo‘lgan issiqlik berish koeffitsienti (hajm koeffitsienti); T va t – gaz va nasadkaning temperaturasi.
(3.1) va (3.2) ning o‘ng tomonlarini tenglashtirish bilan, qisqartirishdan keyin gaz uchun issiqlik almashinish tenglamasini olamiz:
(3.3)
Material entalpiyasining o‘zgarishi elementar qatlamda faqatgina vaqtda sodir bo‘ladi deb faraz qilish bilan quyidagini yozish mumkin:
(3.4)
bunda sm — materialning solishtirma (massa) issiqlik sig‘imi; rnas= rm (1— ) — rm zichlikka ega bo‘lgan materialdan tayyorlangan qatlamning qoplama zichligi.
Olingan (3.3) va (3.4) tenglamalar bilan issiqlik almashinish hodisasi to‘liq tasvirlanadi. Yechimning bir qiymatli bo‘lishi uchun bu tizimni chegara shartlari va boshlang‘ich shartlar bilan to‘ldirish lozim bo‘ladi, ular quyidagicha ifodalanadi: gazning qatlamga kirishdagi temperaturasi o‘zgarmas, ya’ni, u=0, T=T´; jarayonning boshlanishida material temperaturasi qatlamning butun hajmi bo‘yicha bir xil, ya’ni, τ=0 bo‘lganda t=t0 .
Yangi o‘zgaruvchilarni kiritamiz
(3.5)
Y o‘zgaruvchi uchun
yoki sgrgWg = SgWg ekanligi hisobga olingan, bunda Sg - 1 m3 gazning issiqlik sig‘imi; Wg0 — gazning normal sharoitlarga tegishli bo‘lgan tezligi.
Qo‘zg‘almas qatlam uchun y/Wg τ, shu sababli
(3.6)
Chegara shartlari va boshlang‘ich shartlarda
(3.7) (3.8)
Qayta shakllantirishlardan keyin quyidagini olamiz:
(3.9) (3.10)
3.5 rasmda bu tenglamalar tizimini yechish natijalari keltirilgan.
(rasm keltiriladi)
3.5-rasm. Qatlamda issiqlik almashinishini hisoblash uchun grafik.
av – hajmiy issiqlik berish koeffitsienti qatlamda issiqlik almashinishining intensivligini belgilaydigan kattalik bo‘lib hisoblanadi.
Bu koeffitsientning umum tomonidan qabul qilingan, 1 m2 yuzaga tegishli bo‘lgan koeffitsient bilan bog‘lanishi G‘ – 1 m2 qatlamdagi zarrachalar yuzasining maydoni bilan aniqlanadi. Haqiqatan ham
bunda F — nasadka formasining koeffitsienti, sferik formadagi zarrachalar uchun 0,6 ga teng.
Issiqlik berish koeffitsientlarining qiymati eksperimental yo‘l bilan olinadi. Qo‘zg‘almas va qo‘zg‘aluvchan zich qatlamlar uchun V.N. Timofeev formulalari ko‘proq keng tarqalishga ega bo‘lgan [92].
|
| |