double arrow

Конвективтік жылу беріліс

МЫСАЛ

Түтікті электр қыздырғыштың (ТЭҚ) спиралінен қыздырғыштың сыртқы бетіне бағытталған жылу ағынына көрсетілетін термиялық кедергіні анықтау керек (1-сурет). ТЭҚ-тың параметрлері: d=0,5 мм, D=5 мм, h = 2 мм, D1 = 10 мм, D2 = 13 мм. Толтырғыштың жылу өткізгіштік коэффициенті        λ1 = 1,5 Вт/(м· оС), сыртқы түтігінің жылу өткізгіштік коэффициенті         λ2 = 40 Вт/(м · оС).

Ұзындығы 1 м толтырғыштың термиялық кедергісін (4) өрнек бойынша анықтаймыз:

мұндағы ;    ;

Ұзындығы 1 м түтіктің термиялық кедергісіне (5) өрнек бойынша анықтаймыз:

Жылу –өткізгіштіктің жалпы термиялық кедергісін (6) өрнек бойынша анықтаймыз:

(9) өрнек бойынша баламалық (эквиваленттік) цилиндрдің диаметрін анықтаймыз:

.

(10) өрнек бойынша меншікті термиялық кедергіні (1 м2 – беттен тер-миялық кедергіні) анықтаймыз:

 

 

Конвективтік жылу беріліс

 

Конвективті жылу алмасуда қыздырғыштан қыздырылатын ортаға жылылық беріліс қыздырғыштың жанында (маңында) табиғи немесе амалсыз үзіліссіз қозғалыс жасайтын сұйықтың немесе газдың бөлшектерімен жүзеге асырылады. Қарапайым жағдайда қыздырғыштың жылу ағыны Ньютон формуласымен анықталады:

 

                                                             ,                           (12)

 

мұндағы α – қыздырғыш бетінен газ немесе сұйық ортаға жылу бергіштік коэффициеті, Вт/м2 · 0С;

 

Жылу бергіштік коэффициенті көптеген себепкер шарттарға тәуелді келеді, олардың ішіндегі негізгілері:

1) конвекцияның түрі (табиғи немесе амалсыз)

2) қыздырғыштың температурасы;

3) қыздырғыштың пішіні;

4) қыздырғыштың геометриялық өлшемдері;

5) қоршаған сұйықтың немесе газдың жылдамдығы мен қасиеттері.

Жылу алмасудың әртүрлі жағдайларына жылу бергіштік коэффи-циентінің мәндерін негізінде тәжірибе арқылы анықтайды. Зерттеу нәти-желерін ұқсастық теория көмегімен өңдейді және критерийлер теңдеулері түрінде көрсетеді. Мысалы, газ ағынында көлденең орналасқан түтікті қыздырғыштардан жылу бергіштік мына теңдеумен көрсетіледі [1,2,3,4]:

                                         ,                                  (13)

                               

- Нуссельт критерийі;

 

- Рейнольдс критерийі;

 

 - Прандтль критерийі, 

 

мұндағы α – жылу бергіштік коэффициенті;

          D – қыздырғыштың сыртқы диаметрі;

          λ – газдың жылу өткізгіштік коэффициенті;

          ω – қыздырғыштар шоғының енсіз (ең кіші) қимасындағы газ жылдамдығы;

          ν– газдың кинематикалық тұтқырлығы;

          a – газдың температура өткізгіштік коэффициенті;

         С – тұрақты; n және m – дәрежелер көрсеткіштері.

Көлденең газ ағынында шахмат тәртібімен орналасқан тегіс түтікті қыздырғыштарға, жоғарыда келтірілген (13) өрнек негізінде, жылу бергіштік коэффициенттері мына формуламен анықталады.  

сонда                                                                (14)

         

болғанда ,           (15)

 

,                                                     (16)

 

мұндағы – қыздырғыштардың диаго-наль адымы (2, а -сурет); С – бойлық бағыттағы қыздырғыштар қатарының санына түзету коэффициенті (2, б-сурет).

                                             С – түзету коэффициенті

 

                                 

 

                 Z- қатарлар саны

2-сурет. Ауа ағыны көлденең бағытталғанда түтікті электр

қыздырғштан жылу берілісті есептеуге:

а – қыздырғыштардың орналасу сұлбасы;

б – бойлық қатарлар санына түзету коэффициенті

 

Конвективтік жылу алмасуда меншікті беттік қуат, Вт/м2:

          ,                  (17)

∆t=t-t0; rT=1/α - түйіспелік кедергі деп аталатын, қабырға – сұйық немесе қабырға – газ шекарасындағы конвекцияның термиялық кедергісі,    м2 · оС/Вт.

Конвективтік жылу алмасуда қыздырғыштың актив бетінң ауданы, м2, былай анықталады:

                        ,                                         (18)

Цилиндр пішінді денелерге конвекцияның ұзындық термиялық кедергісі, (м· оС/Вт):

                   ,                                         (19)

Түтікті қыздырғыштардың спиральдеріне толық ұзындық термиялық кедергі жылу өткізгіштіктің және конвекцияның термиялық кедергілерінің қосындысы ретінде анықталады (м · оС/Вт):

 

                         ,                                                  (20)

 

ал меншікті термиялық кедергі (м2 · оС/Вт):

                                   

                                                                                             (21)

 

Меншікті беттік қуат (Вт/м2):

                                          ,                                                          (22)

мұндағы ∆t – спираль мен қыздырылатын орта температураларының айырымы.

Ауа еркін айналып ағатын ашық сым спиральге жылу бергіштікті мына формула бойынша есептеуге болады:

 

                            ,                                               (23)

 

Түрлендірулер орындағанда

  , (24)

 

 ; сонда     ,                                            (25)

       

МЫСАЛ

 

Ауа ағыны тегіс түтікті қыздырғышты көлденең бағытта айналып аққан жағдайда қыздырғыш спиралінің температурасын және меншікті беттік қуатын анықтау керек (1-сурет). Ауа ағынның жылдамдығы ω=10м/с, ауаның орташа температурасы t0=30оС. Түтікті электр қыздырғыштың (ТЭҚ) сыртқы бетінің температурасы t2=400оС. Қыздырғыштар шахмат ретімен (тәртібімен) орналастырылған. Қыздырғыштар шоғының параметрлері (2-сурет):              D = D2 = 13 мм, S1 = 26 мм, S2 = 13 мм, ауа ағынының бағыты бойынша қыздырғыштар қатарының саны Z = 5.

Қыздырғыштар шоғының диогональдық адымын анықтаймыз:

 

Өлшемсіз параметрді анықтаймыз:

 

(14) өрнек бойынша жылу бергіштік коэффициентін «α» анықтаймыз. Қажетті параметрлер:

Температура t0=30оС болғанда ауаның физикалық сипаттамалары: жылу өткізгіштік коэффициенті λ=2,58·10-2 Вт/(м· оС), кинематикалық тұт-қырлығы ν =1,66· 10-5 м2/С, Прандтль критерийі Рr=0,702. 2,б-суретте келтірілген график бойынша Z = 5 болғанда, түзететін коэффициенттің мәні С = 0,9.

Сонда (14) өрнек бойынша

Қыздырғыштың меншікті түйіспелік термиялық кедергісін анықтай-мыз:

Ұзындығы 1 м қыздырғыштың түйіспелік кедергісін анықтаймыз:

Ұзындығы 1 м қыздырғыштың жалпы термиялық кедергісін анық-таймыз:

мұндағы - ұзындығы 1 м толтырғыштың термиялық кедергісі,    1-мысалдан алынды.

(17) өрнек бойынша жалпы меншікті термиялық кедергіні анық-таймыз:

,

 

мұндағы Dэ = 3,5 мм баламалық цилиндрдің диаметрі, 1-мысалдан алынды.

Қыздырғыштың сыртқы бетіндегі меншікті қуатты анықтаймыз:

Ұзындығы 1 м қыздырғыштың меншікті қуатын анықтаймыз:

Спиральдің температурасын анықтаймыз:

Спиральдің температурасын мына формуламен де есептеуге болады

Спиральдің меншікті беттік қуатын анықтаймыз:

,

мұндағы: rТ=0,123·10-2 м2· оС/Вт – жылу өткізгіштіктің термиялық кедер-гісін, 1-мысалдан алынды.

3. Сәулеленумен жылу беріліс

Ашық қыздырғыштардан жылу беріліс конвекциямен және сәулелену-мен жүзеге асырылады. Температура жоғарылаған сайын сәулеленумен жылу беріліс конвекциямен жылу беріліспен салыстырғанда қарқынды өседі және қыздырғыш бетінің температурасы 500 оС – тан жоғары болғанда бұл әсіресе айқын болады.

Сәулелену – екі денені бөліп тұратын және жылулық сәулеленуге мөлдір келетін орта арқылы электр-магниттік толқындар көмегімен бір денеден екінші денеге жылылық тасымалдау.

Денеге кеңістіктен түскен сәулелер жарым-жартылай шағылысады, жарым-жартылай жұтылады. Әртүрлі денелердің жұту қабілеті бірдей болмайды және олардың физикалық қасиеттеріне байланысты келеді. Денені қыздыру сәулелену ағынының жұтылған бөлігімен жүзеге асырылады.

Қатты және сұйық денелер сәулелерді жақсы жұтады. Таза құрғақ ауа жылулық сәулелерге мөлдір келеді, бірақ құрамында су булары, көмір қышқылы, шаң болғанда оның мөлдірлігі өте төмендейді.

Абсолют қара дененің жұту және сәулелену қабілеті ең жоғары мәнді болады. Табиғатта кездесетін «сұр» денелердің жұту және сәулелену қабілеттері төмен келеді.

Абсолют қара дененің сәулеленуі оның температурасына тәуелді және сәулеленудің негізгі заңы – Стефан-Больцман заңымен анықталады [1,2,3,4]:

                                 ,                                         (26)

мұндағы σо =5.7· 10-8 Вт/(м2·К4)Стефан-Больцман тұрақтысы. Т-сәулеленетін беттің температурасы, К.

«Сұр» денелердің сәулелену қабілеті мына формуламен анықталады:

                                      ,                                             (27)

мұндағы ε – дененің қаралық дәрежесі, бұл шама бірдей температурадағы сұр дененің сәулелену қабілетінің абсолют қара дененің сәлелену қабілетіне қатынасына тең болады.

Екі денеден тұратын тұйық жүйеде температурасы Т1 сәулеленгіштен температурасы  Т2 болатын қыздырылатын денеге берілетін қуат мына формуламен анықталады [1,2,3,4]:         

                        ,                   (28)

мұндағы Спр – жылу алмасуға қатынасатын денелер қаралығының келтірілген дәрежесі, Вт/(м2·К4); – бір-біріне (өзара) сәулелену беті. Бұл шама былай анықталады:

                            ,                                 (29)

 

мұндағы Ғ1 және Ғ2 – жылу алмасуда қатынасатын денелердің беті; ψ12, ψ21 – денелердің орташа сәулелену коэффициенті, олар сәулелендіргіш шығаратын жартылай сфералық жылу ағынның қандай бөлігі сәулелендіретін денеге түсетінін көрсетеді. Мысалы:            Р1 – сәулелену қуаты, Р2 – денеге түсетін қуат болса

                              ,                                                  (30)

Өлшемдері F1 = F2 болатын екі параллель орналасқан жазықтықтар арасында жылу алмасу сәулеленумен жүзеге асырылатын қарапайым жағдай-да қаралықтың келтірілген дәрежесі мына өрнекпен анықталалы:

                       ,                                           (31)

Осы идеалдық жағдайда меншікті беттік қуатты мына формуламен анықталады:

         ,                      (32)

 

ӘДЕБИЕТТЕР

 

1. Электротехнология /В.А.Карасенко, Е.М.Заяц, А.Н.Баран, В.С.Корко. – М.: Колос, 1992. – 304с.

2. Электротехнология /А.М.Басов, В.Г.Быков, А.В.Лаптев, В.Б. Файн. – М.: Агропромиздат, 1985. – 256 с.

3. Гайдук В.Н., Шмигель В.Н. Практикум по электротехнологии. – М.: Агропромиздат, 1989. – 175 с.

4. Өтешев Ө. Электр-термиялық құрылғылардың теориялық және есептеу негіздері. – Алматы: ТОО «Нур-Принт», 2005. – 148 бет.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: