ертханалық жұмыс № 8

 

ІК ІШІНДЕ ТҮТІК» ҮЛГІСІНІҢ ЖЫЛУ ӨТУ КОЭФФИЦИЕНТІН АНЫҚТАУ.

 

Жұмыстың мақсаты:

1. Жылу ауыстырғыштың «түтік ішіндегі түтік» үлгісінің құрылысымен және жұмысымен танысу.

2. Жылу өту коэффициентін тәжірибемен анықтап, оны есептеудің нәтижесінде алынған мәнмен салыстыру.

 

8.1. Теориялық бөлім

Әр түрлі температурадағы денелерде жылу энергиясының бірінен екіншісіне өту жылу алмасу процесі деп аталады. Жылу алмасу процесінің қозғаушы күші – ыстық және суық денелердің температураларының айырмасы болып табылады. Жылу процестеріне төмендегілер жатады: ысыту, суыту, конденсациялау және буландыру. Екі жылу тасымалдағыштар арасында жылу өту процестері «жылуалмастырғыш» деп аталатын аппараттарда жүргізіледі. «Түтік ішіндегі түтік» үлгісі жылуалмастырғыштардың ең қарапайым конструкциясы болып табылады. Бұл үлгінің басқа конструкциялардан артықшылығы конструкцияның қарапайымдылығы, жылу өту процесінің жылу тасымалдағыштардың үлкен жылдамдығында, қысымында және температурасында жүргізілуі болып табылады. Ал кемшілігіне: 1 м² жылуалмастырғыш бетін құруға кететін металдің үлкен шығыны, аппараттың үлкендігі және өнімнің аздығы жатады.

Жылуалмастырғыштың «Түтік ішіндегі түтік» үлгісінің құрылысы диаметрі әртүрлі центрлес орналасқан, бір-біріне кигізілген екі түтіктен тұрады. Ішкі түтік ішінде суық жылу тасымалдағыш қозғалады.

Тұрақты жылу тасымалдауы кезінде, жылуалмастырғышта жылудың жұмсалу мөлшері жылу өтудің негізгі теңдеуінен есептеледі:

 

(8.1)

 

Бұл жерде: К - жылу өту коэффициенті, Вт/м^2. град;

F - жылу өту беті, м²;

Δt_cp - температуралардың орташа айырмасы, К;

Тұрақталған температуралық ағыс кезінде температуралардың орташа айырмасы келесі өрнектен анықталады:

(8.2)

Бұл жерде: - жылу алмастырғыштың бір ұшындағы жылу тасымалдағыштардың температуралардың үлкен айырмасы, К.

Бұл жердегі теңдеуді кезінде қолданыламыз, егер болса, онда

(8.3)

Бұл жерде: - жылу алмастырғыштың екінші ұшындағы ұғынды жылу тасымалдағыштардың температуралардың кіші айырмасы, К.

Жылу өту коэффициенті К (8.1) өрнектен анықталады:

 

(8.4)

 

Жылу өту коэффициентінің физикалық мәні: беті 1 м² болған қабырға арқылы температуралар айырмасы 1 К тең ыстық жылу тасымалдағышқа 1 с уақыт ішінде өткен жылу мөлшерін көрсетеді, яғни жылу өту процесінің қарқындылығы сипаттайды.

Жылу беру коэффициентінің физикалық мәні – ыстық жылу тасығыштан суық жылу тасығышқа өткендегі ауаның термиялық өткізгіші болып табылады және осы жолдағы термиялық кедергілердің қосындысының кері шамасына тең:

(8.5)

 

Бұл жерде: ыстық жылу тасымалдағышының түтік қабыр-ғасыны жылу беру коэффициенті, Вт/м²К.

б₁ - ыстық жылу тасымалдағыш жағындағы қақтың (кірдің) қалыңдығы, м.

- ыстық жылу тасымалдағыш жағындағы қақ қабатының жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт/мК.

б_к – түтіктің қабырғасының қалыңдығы, м.

- түтіктің материалының жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт/мК.

б₂ – суық жылу тасымалдағыштың түтігінің қабырғасындағы қақтың қалыңдығы, м.

λ₂ - суық жылу тасымалдағыштың түтігінің қабырғасындағы ағынның жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт/мК.

α₂ – салқын жылу тасымалдағыш түтіктің қабырғасынан ағынның өзегіне жылу беру коэффициенті, Вт/м²К.

(8.5)теңдеу мына түрде жазылады:

(8.6)

Бұл жерде: – ыстық жылу тасымалдағыштың қабырғасындағы қақтың термиялық кедергісі, (м²К)/Вт.

- ыстық жылы тасымалдағыштың термиялық кедергісі, (м²К)/Вт.

- суық жылы тасымалдағыштың қабырғасындағы қақтың термиялық кедергісі, (м²К)/Вт.

- суық жылы тасымалдағыштың термиялық кедергісі, (м²К)/Вт.

– түтіктің қабырғасының термиялық кедергісі, (м²К)/Вт.

Егер жылу алмастырғыштың қабырғасында қақ жиналмаса, онда жылу беру коэффициенті келесі өрнектен анықталады:

 

(8.7)

 

Турбуленттік еріксіз тасқын кезінде жылу беру коэффициенті келесі өрнектен анықталады:

 

(8.8)

Бұл жерде: (8.9)

Nu – Нуссельт ұқсастық саны;

(8.10)

Pr – Прандтль ұқсастық саны;

(8.11)

Re – Рейнольдс ұқсастық саны;

(8.12)

d_б – тасқын қимасының балама диаметрі, м.

Тасқынның қимасының балама диаметрі түтіктің қимасы шеңбер болғанда d_б= d_i, құбыр арасындағы кеңістік үшін.

Бұл жерде: D_i – сыртқы түтіктің ішкі диаметрі, м.

d_e – ішкі түтіктің сыртқы диаметрі, м.

Pr_к – қабырғаның Прандтль ұқсастық белгісі;

П – тасқынның суланған периметрі, м.

Ғ – тасқынның шын қимасының ауданы, м².

- жылу тасымалдағыштың тұтқырлығының динамикалық коэффициенті, Па*с.

С – жылу тасымалдағыштың тұрақты қысымдағы жылу сыйымдылығы, Дж/кг*градус.

- тасқын тығыздығы, кг/м³.

(8.13)

- қалыпты жағдайдағы ауа тығыздығы, кг/м³.

- қалыпты жағдайдағы қысым және температура, атм, К.

Т, Р – жұмыс жағдайдағы қысым және температура, атм, К.

- жылу тасымалдағыш тасқынның орташа жылдамдығы, м/с.

(8.14)

- жылу тасымалдағыштың секунттық көлемдік жұмсалуы, м³/с.

- түзету коэффициенті, ол жылуды қайтып беру коэффициентіне түтіктің ұзындығының оның диаметріне қатынасының ықпал етуін ескертеді, 8.1-кестеден алынды.

 

Кесте 8.1.

 

Ренольдс белгісі Re	Түтіктің ұзындығының диаметрге қатынасы ℓ/d
					50-ден жоғары
1. 102	1,23	1,13	1,07	1,03
1. 102	1,18	1,10	1,05	1,02
1. 102	1,13	1,08	1,04	1,02
1. 103	1,10	1,06	1,03	1,02
1. 103	1,05	1,03	1,02	1,01

 

- жылу өткізгіштік коэффициенті Вт/(м*К)

- жылу тасқынның бағытын ескереді, номограммадан XIII – сурет немесе кестеден XXXІX табылады (2).

(7) теңдеудегі физикалық тұрақты мәндерді қабырғаның орташа температурасында, тасқынмен жанасқанда, алу керек.

Газға (7) өрнек ықшамдалады, мысалы ауаға мына түрде жазылады:

(18)

Жылу беру коэффициенті ауыспалы ағыс кезінде (2300<Re<10000) графикалық қатынастан (8.1-сурет) анықталады.

Жылу беру коэффициенті ламинарлы ағыс кезінде (Re 00) келесі өрнекпен анықталады:

(15)

 

Бұл жерде: Gr – Грасгоф ұқсастық саны;

- жылу тасымалдағыш пен қабырға температураларының айырмасы, К;

- ламинарлы ереженің коэффициенті;

- көлемдік ұлғаюдың коэффициенті, К^-1;

g – еркін түсу үдеуі, м/с².