Пәннің ОҚУ-Әдістемелік кешені 050730 «Құрылыс материалдары бұйымдары және құрылымдарының өндірісі» мамандығы үшін процестер мен аппараттар-2

Дәріс жоспары.

1. Жылу баланс тендеуі. Жылу ағыны. Меншікті жылу ағыны.

2. Жылу өтудің негізгі тендеуі. Жылуөту коэффициентің есептеу. Жылу беру коэффициентің есептеу.

3.Орташа температуралық тегеуірін.

4. Жылу алмасу бетің анықтау.

Жылу тасымалдағыштардың өзара жылуалмасуында ыстық жылу тасымалдағыштың энтальпиясы кеміп, суық жылу тасымалдағыштың энтальпиясы көбейеді. Төмендегі белгілерді қабылдайық:

Онда жылу балансының теңдеуі:

Демек, , яғни ыстық жылутасымалдағыштың берген жылуы суық жылу тасымалдағышты ысытуға және қоршаған ортаға таралатын жылудың орнын толтыруға жұмсалады. Жылуалмастырғыш аппараттардағы жылу шығыны 2-3 % тен аспайды және оларды есепке алмауға болады. Онда жылу балансының теңдеуін былай жазуға болады:

немесе

Егер жылуалмасу процесінде жылу тасымалдағыштардың агрегаттық күйі өзгермесе, онда олдардың энтальпиялары жылу сыйымдылықтарымен температураның көбейтіндісіне тең болады:

Техникалық есептеулерде энтальпияларды берілген температураларда анықтамалардан немесе жылу және энтропиялық диаграммалардан анықтайды.

Егер жылу алмасу процесінде жылу тасымалдағыштардың агрегаттық күйі өзгерсе (мысалы, будың конденсациялануы, сұйықтың булануы және т.б.) немесе жылу эффектімен өтетін химиялық реакциялар болса, онда жжылу балансында физикалық немесе химиялық өзгерістерде бөлінетін жылу шамалары есепке алынуы керек. Мысалы, қаныққан бу жәрдемімен ысытқанда ол конденсацияланады. Бұл кезде (7.2)-теңдеудегі мәні аппаратқа берілетін будың, ал - аппараттан шығатын конденсаттың энтальпиялары.

Аса ысытылған бу жәрдемімен ысытқанда оның жылуы будың бастапқы температурасы - дан қаныққан температура - ға дейін суытылу , будың конденсациялану және конденсаттың суытылу жылуларынан құралады:

мұнда – конденсациялану жылуы, Дж/кг;

және – будың және конденсаттың меншікті жылу сиымдылықтары, Дж/кг^. К;

- аппараттан шыққан конденсаттың температурасы.

Қаныққан бумен ысытқанда конденсат суытылмаса, яғни болса, онда (3.3)- теңдеудің оң жағындағы бірінші және екінші мүшелер жылу балансында есепке алынбайды, яғни
(3.3а)
Жылу тасымалдағыш мөлшерінің /G/ оның орташа меншікті жылу сыйымдылығына / / көбейтіндісін сулы эквивалент / W / деп аталады. Егер жылу тасымалдағыштардың жылу сыйымдылықтары С₁ және С₂ температураға байланысты емес деп есептесе, онда жылу балансын төмендегіше жазуға болады:

(3.4)

немесе
(3.4а)

(4.1)-теңдеу бойынша ыстық жылу тасмалдағыштан суық жылу тасмалдағышқа берілген жылу мөлшері жылу алмасу бетіне /F/, орташа температуралық тегеуірінге / / және уақытқа /  / тура пропорционал.

Үздіксіз әректті жылу алмасу процестері үшін жылу өту тендеуі төмендегіше жазылады
(4.2)
(4.1) және (4.2) -тендеулерінен жылу өту коэффициетінің физикалық мәні және өлшем бірлігі; егер және болса.

Жылу беру коэффициетінің физикалық мәні: ыстық жылу тасмалдағыштан суық жылу тасмалдағышқа олардың температуралар аиырмасы 1 К болғанда 1 м² жылу алмасу бетінен 1с уақыт бірлігінде берілетін жылу мөлшерін /Дж/ көрсетеді.

Жазық қабырға үшін жылу өту коэффициенті мына формуламен анықталады:


, (4.3)
Мұндағы :

₁ - ыстық жылу тасымалдағыштан жылу алмасу бетіне жылу беру коэффициенті, Вт/м²К

₂ – жылу алмасу бетінен суық жылу тасымалдағышқа жылу беру коэффициенті, Вт/м²К

 - қабырғаның қалыңдығы, м

 - қабырға материалының жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт/мК.

- ның физикалық мәні: температуралар айырмасы 1К болған 1м жылу алмасу бетінен 1с уақыт ішінде қабырға қалыңдығының бірлігінен /1м/ жылу өткізгіштік арқылы өткен жылу мөлшерін көрсетеді, яғни дененің жылу өткізгіштік қабілетін сипаттайды.

-ның мәні заттың табиғатына, структурасына, ылғалдылығына, температурасына және т.б факторға байланысты болады.

Орташа температуралық тегеуірін жылу алмасу беті бойынша жылу тасмалдағыштандың температураларының өзгеруіне байланысты болады.

Орташа қозғаушы күш немесе температуралық тегеуіріннің мәні келесі формуламен анықталады:

егер , онда ; (4.4)

егер жылу тасымалдағыштардың температураларының өзгеруі болса және жеткілікті дәлдік дәрежесімен орташа арифметикалық мәнің есептеуге болады:
, (4.5)
Ыстық жылу тасымалдағыштың температурасы t_1б-ден t_1с-ға төмендейді, ал суық жылу тасымалдағыштың температурасы t_2б-дан t_2с-ға дейін өзгереді. Сондықтан жылу тасымалдағыштардың арасындағы үлкен және кіші айырымдар мына формула арқылы анықталады:

t_ү = t_1б – t_2б

t_к = t_1с – t_2с

Жылу алмасу кезінде жылу тасымалдағыштардын агрегаттық күйі өзгермесе, онда жылу тасымалдағыштар параллель және қарама-қарсы қозғалған және бумен ысытқан кезде /17/ және /18/ формулалардан жылу тасымалдағыштардың температураларының орташа айырымын анықтайды.

Жылу тасымалдағыш ысыту бет бойымен қозғалғандағы үздіксіз жылу алмасу процесі кезінде жылу тасымалдағыштардың екеуінің немесе біреуінің температурасы өзгереді. Жылу алмасу процесі жылу тасымалдағыштардың температурасының өзгеруі негізіндегі олардың агрегаттық күйіне және қозғалыстың өзара бағытына тәуелді болады.

Суретте жылу тасымалдағыштардың жылу алмасу аппаратындағы өзара бағыттары және жиі кездесетін жылу тасымалдағыштардың температураларының өзгеру графиктері көрсетілген.

Жылу алмастырғыш аппараттарының жылу алмасу бетті F, (м²):
(4.6)
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.

1. Жылу балансын құру принципінің мәні қандай? 2. Қандай жылу шығыны бар және олардың шамасы қанадай? 3. Жылуалмасудың негізгі түрлерінің жалпы жіктелуі?