Пәннің ОҚУ Әдістемелік кешені «Жылутехника»



жүктеу 0.7 Mb.
бет9/12
Дата10.01.2019
өлшемі0.7 Mb.
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12

Дәріс 9


(4 сағат, 10-11 апта)
Тақырып. Жылуөткізгіштік
Дәріс сабақтың мазмұны
1 Жылу процестері

2 Жылу өткізгіштік. Фурье заңы

3 Жылуөткізгіштік коэффициентінің физикалық мәні

4 Конвекция. Ньютон заңы

5 Жылу беру коэффициенті

Жылу процесстері

Әртүрлі температудағы денелерде жылу энергиясының бірінен екіншісіне өтуі жылуалмасу процессі деп аталады.

Жылу алмасу процесстерінің қозғаушы күші - ыстық және суық денелердің температуларының айырмасы болып табылады. Бұл қозғаушы күштің әсерінен термодинамиканың екінші заңына байланысты жылу ыстық денеден суық денеге өздігінен өтеді. Денелер арсындағы жылу алмасу еркін электрондар , атомдар және молекулалардың өзара энергия алмасуы арқасында болады. Жылу алмасуда қатынасатын денелерді жылу тасымалдағыштар деп атайды.

Жылуөту – жылу тарату процесстері жөніндегі ғылым. Жылу процесстеріне төмендегілер жатады: ысыту, суыту, конденсациялау және буландыру. Көптеген масса алмасу (Мысалы, айдау, суыту, кептіру т.б) және химиялық процесстердің өтуінде бұл процесстердің маңызы үлкен.

Жылу таратудың негізгі үш түрлі тәсілі бар: жылуөткізгіштік, жылулы сәуле шығару, конвекция.

Бірлік уақытында тасымалданатын жылуды жылулық ағын деп атайды. Оны белгілеп, Дж/с(Вт)–пен өлшейді.

Дененің беттік бірлігіне кететін жылулық ағын ағынның беттік жылулық тығыздығы деп аталады. Өлшем бірлігі Вт/м2. Ағынның беттік жылулық тығыздығы мына формуламен анықталады:




,

(1)

мұндағы - жылуалмасудың беті, м2.

Жылуөткізгіштік.

Бір-біріне тиісіп тұратын өте кіші бөлшектердің тәртіпсіз қозғалысының нәтижесінде жылу өту процессі - жылу өткізгіштік деп аталады. Бұл қозғалыс газдар және тамшымалы сұйықтарда молекулалардың қозғалысы қатты денелерде кристалдық тордағы атомдардың тербелісі немеесе металдардағы еркін электрондар диффузиясы болуы мүмкі. Қатты денелердің жылу таратуының негізгі түрі жылу өткізгіштік болып табылады.



Конвекция. Газ немесе сұйықтардың макро көлемдерінің қозғалысы және олардың араластыру нәтижесінде жылудың таралуы – конвекция деп аталады. Конвекция екі түрлі болады: еркін немесе табиғи; еріксіз.

Газ немесе сұйық көлемінің әртүрлі нүктелеріндегі температуралар аыйрмашылығы салдарынан осы нүктелердегі тығыздықтар айырмасының нәтижесінде болатын жылу алмасуды еркін немесе табиғи конвекция деп атайды. Газ немесе сұйық көлемінің әртүрлі еріксіз қозғалысы (мысалы, насосо, компрессор жәрдемімен немесе араластырғышпен араластырғанда) салдарынан жылу алмасуды еріксіз конвекция деп атайды.



Жылулы сәуле шығару. Жылу энергиясының электромагнитті толқындар жәрдемімен таралуы – жылулы сәуле шығару деп аталады. Бұл кезде жылу энергиясы кеңістікпен өтіп сосын сәулелі энергияға басқа денемен сіңіріліп қайтадан жылу энергиясына айналады. Іс жүзінде жылу алмасу бөлек алынған 1 ғана тәсілмен емес, бірнеше тәсілдермен өтеді. Мысалы,қатты қабырға мен газ арасындағы жылу алмасу конвекция, жылуөткізгіштік және жылулы сәуле шығарутәсілдерімен өтеді.жылудың қатты қабырғадан оны ағыстап өтетін газға (сұйыққа) немесе кері кері бағытта алмасуын – жылу беру деп атайды.

Ыстық газдан (сұйықтан) суық газға (сұйыққа) оларды бөліп тұрған қатты қабырға немесе бет арқылы жылу өту күрделілеу болады. Бұл процесті жылу өту деп атайды. Үздіксіз әрекетті аппараттарда әртүрлі нүктелердегі температура уақыт бойынша өзгермейді, мұндай аппараттардағы процес қалыптасқан (стационарлы) болады. Мерзімді әрекетті аппараттарда температура уақыт бойынша өзгереді. (Мысалы, ысытқанда немесе суытқанда), яғни жылу алмасу процесі қалыптаспаған (стационарлы емес)болады.



Фурье заңы. Фурье заңы жылу өткізгіштіктің негізгі заңы болып табылады. Бұл заң бойынша : жылу ағынына перпендикуляр бет арқылы уақытта өтетін жылу мөлшері, температураның градиентке, бетке және уақытқа тура пропорционал:


,

(2)

немесе жылулық ағынның тығыздығы үшін:



,

(3)

мұндағы - заттың жылуөткізгіштік коэффициенті, Вт/(мК).
Жылуөткізгіштік коэффициенті Вт/(мк), температура градиенті 1 К /м болғанда, 1 м2 беттен өтетін жылу ағынның қуатын көрсетеді.

Сонымен, - ның мәні заттың табиғатына, структурасына, ылғалдылығына, температурасына т.б факторларға байланысты болады.

Газдардың жылуөткізгіштік коэффициенті 0,00620,165 Вт/мк аралығында болады. Температура көбейгенде  көбейеді.  тек жоғарғы (2000 атм.) және өте төменгі (0.03 атм.) қысымдарда өзгереді.

Газдардың жылуөткізгіштік коэффициентін төмендегі формуламен есептеуге болады:





,

(4)

мұндағы, – газдың динамикалық тұтқырлығы, Пас;



– газдың тұрақты көлемдегі меншікті жылусыйымдылығы, Дж/кг К;

В – коэффициент, бір атомды газдар үшін В=2,5; екі атомды газдар үшін В=1,9; үш атомды газдар үшін В=1,72

Сұйықтардың жылуөткізгіштік коэффициенті 0,1 0,7 Вт/мк аралығында болып температура көбейген сайын азаяды. Сұйықтар үшін -ны төмендегі формуламен есептеуге болады:




,

(5)

мұндағы, – сұйықтың тұрақты қысымдағы меншікте жылу-сыйымдылығы, Дж/кг К;



– сұйықтың тығыздығы, кг/м3;

– сұйықтың мольдік массасы, кг;

– коэффициенті.

Жылу өткізгіштік () материалдардың кезектілігіне және ылғалдылығына байланысты. Ылғал материалдар үшін  құрғақ материалдарға қарағанда көп кезектілік  ны азайтады, себебі кезек арасындағы ауаның - сы аз. Ылғал материалдар үшін  құрғақ материалдарға қарағанда көп кезектілік  ны азайтады, себебі кезек арасындағы ауаның - сы аз.



Конвекция. Ньютон заңы. Сұйықтың барлық массасының қозғалысы қаншалықты қарқынды араласса, конвекция арқылы жылуалмасу соншалықты қарқынды өтеді. Сонымен, конвекция сұйық қозғалысының гидродинамикалық шартына көп байланысты болады. Ағынның ядросына жылуалмасуы жылуөткізгіштік және конвекция мен өткізіледі. Жылудың мұндай бірлесіп алмасуын конвекциялы жылуалмасу деп атайды.

Ортаның турбулентті қозғалысында ағын ядросындағы жылуалмасуы механизмі турбуленттік толқысулық салдарынан болатын араласудың қарқындылығымен сипатталады. Турбулентті толқысулық ядродағы температулардың мәнінің кейбір орташа t – ге дейін теңесуін қамтамасыз етеді. Сондықтан, ядродағы жылуалмасу ең алдымен тасымалдағыштың қозғалыс сипатымен анықталады. Қабырғаға жақындаған сайын жылу берудің қарқындылығы төмендейді. Қабырға жанында қалыңдығы  - ға тең жылулы шекаралық қабат т.б. Бұл қабат гидродинамикалық шекаралық қабатқа ұқсас болады, бірақ олардың қалыңдығы әртүрлі.

Конвекция жылуалмасу механизмнің өте күрделілігіне байланысты жылу беруді есептеу қиын. Қабырғадан сұйыққа (немесе сұйықтан қабырғаға) берілген жылу шамасын дәл есептеу үшін қабырға жанындағы температуралық градиентті және бет бойынша жылу тасымалдағыштың температуралық өзгеруін білу керек. Бұларды анықтау өте қиын.

Сондықтан, жылуберудің есептеуін жеңілдету үшін оның негізіне Ньютонның суыту заңын пайдаланады. Бұл заң бойынша: жылуалмасу бетінен сұйыққа (немесе керісінше сұйықтан қатты дене бетіне) берілген жылу мөлшері (dQ) қабырға бетіне (df) қабырға мен сұйықтың температураларының айырмасына (tқ-tс) және уақытқа (d) тура пропорционал:




,

(6)

мұндағы,  - жылуберу коэффициенті деп аталады. Жылуберу коэффициентінің мәні қабырға мен қоршаған орта (тамшылы сұйық немесе газ) арасындағы жылу алмасудың қарқындылығын сипаттайды. Оның  өлшем бірлігі Вт/м²к.


Осы дәрістің материалдарының негізгі түсініктерің білүі керек:

Жылуөткізгіштіктің дифференциалды теңдеуі, жылуөткізгіштіктің коэффициенті, жылуберу коэффициенті, Био критерийі, орта және нақты жылусыйымдылықтардың байланысы, Майер теңдеуі, ағын үшін термодинамиканың бірінші бастамасы.


Өздік бақылау сұрақтары

1 Жылу алмасу процесі дегеніміз не?

2 Жылу алмасу процесінің негізгі қозғаушы күшін қалай табады?

3 Жылу таратудың негізгі тәсілдерін атаңыз

4 Жылуөткізгіштік деп нені айтады

5 Фурье заңының формуласын жазыңыз

6 Жылуөткізгіштік коэффициенті нені сипаттайды?

7 Ньютон формуласын жазыңыз


Ұсынылған оқулықтар
1 Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат., 1969. – б.3-20

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

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың 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 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.
Модуль 2. Жылуөткізгіштік



Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет