Termosifonlar - Kafedrasi «Issiqlik va massa almashinuv jarayonlari» fanidan

|
Kafedrasi «Issiqlik va massa almashinuv jarayonlari» fanidan
|
bet | 31/64 | Sana | 03.12.2023 | Hajmi | 6,57 Mb. | | #110142 |
Bog'liq Ma\'ruza matnlari (5)2.11.4. Termosifonlar. Termosifonlarni texnikada ko‘pincha Perkins trubalari deb ataydilar. Termosifonlarning asosiy yutug‘i konstruksiyasining soddaligi va issiqlik trubasining g‘ovak strukturasini issiqlik ajratadigan yuzaga o‘rnatish qiyin bo‘lgan taqdirda murakkab konfiguratsiyali issiqlik ajratuvchi yuzalarni sovuta olishidan iboratdir. Hozirgi kunda termosifonlarning qo‘llanilish sohalari anchagina kengaygan: bularga energetika, sovutish texnikalari (xolodilniklar), neft-kimyo sanoati, turli xil radioelektron apparaturalarni sovutish va termostabilizatsiyalash tizimlari va hokazolar kiradi.
Termosifonlar o‘zida germetik yopiq hajmni taqdim qiladi, uning bir qismi suyuq issiqlik eltuvchi bilan to‘ldiriladi. q zichlikka ega bo‘lgan issiqlik oqimi termosifonning pastki qismiga beriladi va yuqorigi qismidan chiqarib yuboriladi. Issiqlik suyuq issiqlik eltuvchiga berilganda isitish zonasida suyuqlikning bug‘lanish yoki qaynash jarayoni sodir bo‘ladi, hosil bo‘lgan bug‘lar yuqoriga ko‘tariladi va issiqlik tarmog‘ining ichki devorida kondensatsiyalanadi. Hosil bo‘lgan kondensat gravitatsiya kuchlari hisobiga isitish zonasiga oqib tushadi.
Termosifon trubalar geometriyasiga ko‘ra silindrik termosifonlar va yassi termosifonlarga, issiqlikni bug‘latgichga berish joyiga bog‘liq ravishda – issiqlik to‘g‘ridan (2.34a rasm) va yon tomondan (2.34b rasm) beriladigan termosifonlarga bo‘linadi. Konstruksiyasi va issiqlikni berish sharoitlariga ko‘ra termosifon elementining ichki bo‘shlig‘ida sodir bo‘ladigan fizikaviy jarayonlarning – suyuqlikning bug‘latish termosifoniga issiqlikni berish tomonida bug‘lanishi va qaynashi, kondensatsiyalanishning issiqlikning chiqib ketish tomonida sodir bo‘lishi, ishchi suyuqlikning kondensatordan bug‘latgichga gravitatsiya kuchlari ta’sirida qaytib kelishi va bug‘ning bug‘latish zonasidan kondensatsiyalanish zonasiga ko‘chib o‘tish mexanizmi o‘zgaradi. Oxirgi jarayon barcha termosifonlarda deyarli bir xil bo‘ladi, Shu bilan birgalikda, ba’zi bir hollarda, ayniqsa issiqlik tarmog‘i uzun bo‘lganda, u termosifonning uzatish qobiliyatiga kuchli ta’sir ko‘rsatadi. Qolgan jarayonlar turlicha konstruksiyaga ega bo‘lgan termosifonlarda anchagina farq qilishi mumkin. Qaynash va kondensatsiyalanish ular sodir bo‘ladigan yuzaning joylashuviga bog‘liq ravishda farq qiladi. Biroq issiqlik almashinishining intensivligi bu bilan belgilanmaydi. Qaynash sohasi uchun qaynash markazlari sonining ortishi xarakterlidir, isitish zonasida a issiqlik berish koeffitsientining yuqori qiymatlarini aynan shu belgilaydi. Termosifonning issiqlik uzatish qobiliyatiga neytral gazlarning bo‘lishi katta ta’sir ko‘rsatadi [15]. Termosifonlar ko‘pincha ikki fazali muhit rejimida ishlaydi, bunda isitish zonasida bug‘ snaryadlari hosil bo‘lishi va suyuqlikning kondeksatsiyalanish zonasiga ajralib chiqishi va bosimning tebranishlari sodir bo‘lishi mumkin. Bunday hollarda bug‘ va gazning aralashib ketishi sodir bo‘ladi, oqibatda kondensatsiyalanish intensivligi pasayadi.
Rasm keltiriladi
2.34-rasm. Termosifonlarning ishlash sxemalari.
Hozirgi kungacha to‘plangan eksperimental materiallar shuni ko‘rsatadiki, kondensatsiyalanish zonasida issiqlik berish koeffitsienti muhandislik hisob-kitoblari uchun zarur bo‘ladigan aniqlikda kondensatning yassi devor bo‘ylab oqishida bug‘larning kondensatsiyalanishini hisoblash uchun berilgan kriterial tenglamalar bo‘yicha aniqlanishi mumkin.
Issiqlik yon tomondan beriladigan termosifonlar ko‘proq keng tarqalgan (2.34b rasm). Bunday termosifonning ishlashi ichki bo‘shliqda issiqlik va massa ko‘chishining turli xil jarayonlari bilan xarakterlanadi. Issiqlikni berish zonasiga quyilgan issiqlik eltuvchining miqdoriga, devordagi issiqlik oqimiga va termosifonning diametriga bog‘liq ravishda bir biridan sifat jihatidan farq qiladigan ikkita rejim amalga oshishi mumkin.
Oquvchi plenka rejimi. Quyilgan issiqlik eltuvchining miqdori uzatiladigan issiqlik miqdoriga to‘liq mos keladi, ya’ni suyuqlik plenkasi ish paytida termosifonning faqatgina ichki yuzasini qoplaydi. Issiqlik tarmog‘ining pastki qismida, qoidaga ko‘ra, oshiqcha suyuqlik bo‘lmaydi.
Ikki fazali muhit rejimi (2.34v rasm). Suyuqlikni quyish sathi to‘ldirish darajasiga bog‘liv ravishda 0,3 dan 0,8 gacha o‘zgaradigan keng diapazonda tebranishi mumkin. Turlicha geometriyali termosifonlarda rejim bir-biridan tubdan farq qiladi. Nisbatan kichik diametrli termosifonlarda bug‘ fazasining bug‘latish zonasidan kondensatsiyalanish zonasiga ko‘chishi “snaryad” po‘kaklar ko‘rinishida amalga oshadi. Katta diametrli termosifonlarda alohida bug‘ pufakchalarining bug‘ po‘kaklariga birlashmasdan suzib chiqishi sodir bo‘ladi. Shu sababli termosifonlarning bunday ishlash rejimi ko‘pincha barbotajli rejim deb ataladi.
(Rasm keltiriladi)
2.35-rasm. Xladon-11 uchun p=0,1 MPa bosimda ikki fazali muhit rejimida issiqlik almashinish intensivligining issiqlik oqimiga bog‘liqligi.
Ikki fazali muhit rejimi ko‘proq keng tarqalgan. 2.35 rasmda bir qator issiqlik eltuvchilar uchun issiqlik almashinish intensivligining issiqlik oqimiga tipik bog‘lanishi keltirilgan. Keltirilgan grafik bog‘lanishdan ko‘rinib turibdiki, bunda qaynashning ikkita sohasi mavjud. Birinchi soha (kichik issiqlik oqimlari sohasi) qaynash jarayonining qandaydir-bir beqarorligi bilan xarakterlanadi. Beqarorlik shundan iborat bo‘ladiki, bunda qaynash alohida bug‘ pufakchalarining suzib chiqishi va keyinchalik ularning bug‘ snaryadlariga birlashishi bilan birgalikda kuzatiladi. Issiqlik oqimi ortishi bilan jarayon xuddi katta hajmdagi qaynashga o‘xshash bo‘lgan shiddatli qaynash sohasiga o‘tadi.
(Rasm keltiriladi)
2.36-rasm. Issiqlikning termosifon orqali uzatilish sxemasi.
Termosifonning ti temperaturali tashqi devoridan kondensatorning tk temperaturali tashqi devoriga termosifon orqali uzatiladigan issiqlik oqimini aniqlaymiz. O‘rnatilgan rejim uchun suyuqlik va bug‘ning temperaturalari berilgan bo‘lganda, termosifon devorining δ qalinligi va uning λ issiqlik o‘tkazuvchanligi ma’lum bo‘lganda quyidagi tenglamalar tizimini yozish mumkin:
formula keltiriladi.
Bunda Fi va Fk— bug‘lanish va kondensatsiyalanish zonalarida issiqlik almashinish yuzalarining maydonlari; ai va ak – ushbu zonalardagi issiqlik berish koeffitsientlari; tn – to‘yinish temperaturasi.
Har bir qatlamdagi temperatura oqim kuchlarini aniqlaymiz:
To‘rtta formula keltiriladi.
tk = tn bo‘lganligi sababli tenglamalarning chap va o‘ng tomonlarini qo‘shish bilan quyidagini olamiz:
formula keltiriladi.
(formula keltiriladi) kattalik termosifonning to‘liq termik qarshiligi deb ataladi. (2.187) tenglama bo‘yicha issiqlik oqimini hisoblash uchun ai va ak ni bilish zarur bo‘ladi. Ular muayyan (konkret) issiqlik eltuvchi uchun eksperimental yo‘l bilan aniqlanishi mumkin. Shiddatli qaynash jarayonida (q 104 Vt/m2) ai katta hajmda qaynashning xuddi shunday sharoitlariga qaraganda o‘rtacha 30% ga yuqori bo‘ladi.
misol. Issiqlik trubasi misdan tayyorlangan. Issiqlik eltuvchi – suv. Trubaning tashqi diametri d1 = 20 x 10-3 m; ichki diametri d2 = 18 x 10-3 m; δf = 1,5 x 10-3 m; pilik g‘ovakligi = 0,55 bo‘lgan mis to‘rdan tayyorlangan; kapillyar g‘ovakliklar radiusi R´ = 13 x 10-5 m; samarali issiqlik o‘tkazuvchanlik λf = 1,7 Vt/(m x K); singdiruvchanlik koeffitsienti K = 1,8 x 10-10 m2; kondensatorning uzunligi Lk = 0,3 m; transport zonasi mavjud emas (LT = 0 m); bug‘latgichning uzunligi LI = 0,3 m. Issiqlik trubasi gorizontal joylashgan.
Bug‘latish zonasida ikkinchi tartibli chegara shartlariga amal qilinadi (Q-120 Vt). Kondensatorning tashqi yuzasida chegara shartlari – uchinchi tartibli. Trubani sovutish tv = 200 C temperaturali havo oqimi bilan amalga oshiriladi; trubadan havoga issiqlik berish koeffitsienti av = 80 Vt (m2 x K).
Bug‘latgich va kondensator yuzalaridagi temperaturalarni, shuningdek kapillyar kuchlar bilan chegaralangan maksimal issiqlik oqimini topish zarur.
Yechilishi. 1. Kondensator yuzasining temperaturasi:
formula keltiriladi.
2.Kondensatsiyalanish zonasi yon devorining to‘liq termik qarshiligi:
formula keltiriladi.
Bunda λtt — misning issiqlik o‘tkazuvchanligi (λtt —380 Vt/(m x K).
Birinchi yaqinlashishda bug‘latish zonasi yon devorining Ri termik qarshiligini Ri = 1,2 x 10-3 m2 x K/Vt deb qabul qilish, ya’ni pilikdagi suyuqlik qatlamini butun issiqlik trubasining uzunligi bo‘yicha o‘zgarmas deb hisoblash mumkin.
3.Bug‘latgich yuzasining temperaturasi:
formula keltiriladi.
4.Issiqlik trubasi bug‘ kanalining ko‘ndalang kesimining maydoni:
formula keltiriladi.
5.Pilikning ko‘ndalang kesimining maydoni:
formula keltiriladi.
6.Issiqlik eltuvchining (suv va bug‘ning) fizikaviy xususiyatlari o‘rtacha temperaturada aniqlanadi:
formula keltiriladi.
Kapillyar kuchlar bilan chegaralangan maksimal issiqlik oqimi quyidagiga teng bo‘ladi:
formula keltiriladi.
Shunday qilib, berilgan geometriya va rejim parametrlarida issiqlik trubasi kapillyar kuchlar bilan chegaralangan 308 Vt maksimal issiqlik uzatish qobiliyatiga ega bo‘ladi, bu berilgan Q-120 Vt issiqlik oqimidan 2,56 marta kattadir.
|
| |