6–rasm. Ko‘p qatlamli Silindrik devor.
Amalda bir qatlamli Silindrik devorlar kam uchraydi. Odatda quvur sirti qo‘yqa, shlak, yog‘ yoki issiqlik izolyatsiya qatlami bilan qoplangan bo‘ladi. Yuqoridagi barcha hollarda ko‘p qatlamli Silindrik devor bilan ish qilishga to‘g‘ri keladi.
6–rasmda uch qatlamli Silindrik devor tasvirlangan.
Uning geometrik o‘lchamlari, har bir qatlamning issiqlik o‘tkazuvchanligi, ichki va tashqi sirt temperaturalari t1 va t4 ma’lum, qatlamlar tegib turgan joylardagi temperatura t2 va t3 noma’lum. Statsionar tartibda devorning har qaysi qatlami orqali o‘tadigan issiqlik oqimi kattaligi jihatdan o‘zgarmas va barcha qatlamlar uchun bir xil bo‘ladi.
U holda (29) formulaga asosan quyidagilarni yozish mumkin:
Birinchi qatlam uchun:
ikkinchi qatlam uchun;
uchinchi qatlam uchun
Yuqoridagi tenglamalardan har bir qatlamdagi temperatura o‘zgarishini aniqlaymiz:
(8-30)
bundan
U holda
(31)
n qatlamli devor uchun:
(32)
Noma’lum bo‘lgan t2 va t3 temperaturalarni aniqlash uchun (31) tenglamadan ql ni (30) tenglikka qo‘yish kerak.
Sharsimon devorning issiqlik o‘tkazuvchanligi
Issiqlik oqimi sharsimon devordan o‘tadi va issiqlik manbai sharning ichida joylashgan deb hisoblaymiz. Temperatura faqat radius bo‘ylab o‘zgaradi. Ichki sirt temperaturasi tashqi sirt temperaturasi devorning issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsienti ga teng.
Fure qonuniga asosan radiusi r va qalinligi dr bo‘lgan shardan o‘tayotgan issiqlik oqimi quyidagiga teng bo‘ladi:
yoki
Oxirgi tenglamani t va r bo‘yicha integrallaymiz va chegara shartlaridan r=r1 da da ni aniqlaymiz. U holda:
(33)
Ixtiyoriy shakldagi jismning issiqlik o‘tkazuvchanligi
Yuqorida ko‘rib chiqilgan mavzulardan ko‘rinib turibdiki, turli shakldagi jismlar uchun ma’lum bir issiqlik o‘tkazuvchanlik tenglamalari mavjud.
Ixtiyoriy shakldagi jismdan o‘tayotgan issiqlik miqdorini quyidagi tenglama yordamida aniqlash mumkin:
(34)
bu yerdaFo‘rt – ixtiyoriy shakldagi jism yuzasi. Yassi va Silindrik devorlar uchun F2/F1<2 (F1 – jismning ichki yuzasi; F2 – jismning tashqi yuzasi) bo‘lganda
Fo‘rt=(F1+F2)/2 (35)
Silindrik sirtlar uchun F2/F1>2 bo‘lganda
Fo‘rt=(F2-F1)/2,3 lgF2/F1 (36)
Sharsimon davr uchun
(37)
Yuqorida keltirilgan barcha formulalar taxminiy hisoblar uchun qo‘llaniladi.
Murakkab shaklga ega bo‘lgan jismlarni issiqlik o‘tkazuvchanligini hisoblashda, odatda, alohida elementlar bo‘yicha hisoblash olib boriladi. Lekin, bunday usul ham taxminiy xarakterga ega. Shuning uchun, murakkab ob’ektlarning issiqlik o‘tkazuvchanligi haqidagi aniq ma’lumotlar tajriba yo‘li bilan olinadi. Agar devor temperaturasi har xil joylarda turlicha bo‘lsa, u holda devorning hisoblangan o‘rtacha temperaturasini aniqlash lozim:
(38)
bu yerda F1, F2 … Fn – temperaturasi o‘zgarmas bo‘lgan devor qismlari; t1, t2,…tn – alohida qismlar temperaturasi.
Chegara shartlarining uchinchi turida statsionar issiqlik o‘tkazuvchanlik. Issiqlik uzatish koeffitsienti.
Yassi bir qatlamli va ko‘p qatlamli devor orqali issiqlik uzatish
7-rasm. Isituvchi muhitdan isitiladigan muhitga yassi devor orqali issiqlikning uzatilishi
Issiqlikni issiq muhitdan sovuq muhitga ular orasidagi ajratuvchi qattiq devor orqali uzatishga issiqlik uzatish deyiladi. Sanoatning istalgan sohasida qo‘llaniladigan turli issiqlik almashinuv qurilmalarida issiqlik taShuvchilar o‘rtasidagi issiqlik almashinuvi issiqlik uzatish yo‘li bilan amalga oshadi. Ajratuvchi devor issiqlikni yaxshi o‘tkazishi lozim bo‘lsa, u issiqlik o‘tkazuvchanligi yuqori bo‘lgan materialdan tayyorlanadi. Boshqa hollarda, masalan, issiqlik isroflarini kamaytirish lozim bo‘lsa, devor issiqlik izolyatsiya xossalari yaxshi bo‘lgan materialdan tayyorlanadi.
Issiqlik uzatish jarayonining asosiy masalasi, bu vaqt birligi ichida issiqlik taShuvchilar o‘rtasidagi ajratuvchi devor orqali uzatiladigan issiqlik miqdorini aniqlashdir.
Bundan tashqari issiqlik uzatish jarayonini o‘rganishda quyidagi masalalar ham ko‘rib chiqiladi:
berilgan issiqlik miqdoriga qarab, issiqlik taShuvchilar o‘rtasidagi devorning zarur bo‘lgan yuzasini aniqlash;
materialni ichki temperaturasi maksimal yo‘l qo‘yilgan qiymatidan ortmasligi uchun har bir qatlam sirtidagi temperaturani hisoblash.
Issiqlik uzatish nixoyatda murakkab jarayon bo‘lib, unda issiqlik barcha usullar; issiqlik o‘tkazuvchanlik, konvektsiya va nurlanish bilan uzatiladi. Haqiqatdan ham, devor bo‘lishi munosabati bilan issiqlik uzatish uch jarayondan tashkil topadi. Birinchi jarayon– issiqlikni konvektsiya usuli bilan issiq muhitdan devorga uzatilishi. Konvektsiya xar doim issiqlik o‘tkazuvchanlik bilan birga, ba’zida esa nurlanish bilan birga ro‘y beradi. Ikinchi jarayon - issiqlikni devordan issiqlik o‘tkazuvchanlik usuli bilan uzatilishi. Uchinchi jarayon-issiqlikni konvektsiya yo‘li bilan devorning ikkinchi sirtidan sovuq muhitga uzatilishi.
Qaynoq issiqlik taShuvchidan (issiq muhit) devorga berilgan issiqlik miqdori Nyuton-Rixman formulasidan aniqlanadi:
(38)
bu yerda: -temperaturasi t1 bo‘lgan qaynoq issiqlik taShuvchidan devor sirtiga issiqlik berish koeffitsenti; F- yassi devorning yuzasi.
Issiqlik o‘tkazuvchanlik usuli bilan devor orqali uzatilgan issiqlik oqimi quyidagi tenglamadan aniqlanadi:
Q (39)
Devorning ikkinchi sirtidan sovuq muhitga uzatilgan issiqlik miqdori:
(40)
bu yerda: - devorning ikkinchi sirtidan sovuq muhitga issiqlik berish koeffitsenti.
Ko‘rib chiqilayotgan issiqlik uzatish jarayoni statsionar tartibda borganligi sababli, devor qancha issiqlik olsa, Shuncha uzatadi. Yuqoridagi tenglamalarni temperaturalar farqiga nisbatan yechamiz:
Tengliklarni xadma-xad qo‘shib issiqlik oqimini
(41)
yoki issiqlik oqimining zichligini aniqlaymiz:
(42)
(42) tenglamadagi kattalik k xarfi bilan belgilanadi va issiqlik uzatish koeffitsenti deb aytiladi:
(43)
u holda
yoki (44)
Issiqlik uzatish koefitsenti devorning yuza birligidan vaqt birligi ichida qaynoq issiqlik taShuvchidan sovuq issiqlik taShuvchiga, ularning temperaturalari farqi 10 bo‘lgandagi uzatilgan issiqlik miqdoriga teng.
(44) tenglama issiqlik uzatish tenglamasi deyiladi. k ni aniqlash uchun, avvalo va larni aniqlash lozim. k ning qiymati har doim eng kichik qiymatidan ham kichikroq bo‘ladi. Issiqlik uzatish koeffitsentiga teskari kattalik issiqlik uzatilishining termik qarshiligi deyiladi:
(45)
Agar issiqlik ko‘p qatlamli devor orqali uzatilgan bo‘lsa, u holda (42) formulaning maxrajiga barcha qiymatlarning termik qarshiliklarining yig‘indisini qo‘yish lozim:
(46)
Ko‘p qatlamli davrning issiqlik uzatish koeffitsienti:
(47)
va umumiy termik qarshiligi:
(48)
Yassi devor sirtlaridagi temperaturalarni aniqlaymiz:
Agarda va k ma’lum va bo‘lsa, tdev, va t dev2 larni quyidagi formulalardan aniqlash mumkin:
1(t1 - tdev1) =k(t1-t2), (49)
2(tdev2- t2) =k(t1-t2),
tdev1= t1- k(t1-t2),
tdev2= t2 + (t1-t2).
Bir qatlamli va ko‘p qatlamli Silindrik devor orqali issiqlik uzatish
8-rasm.
Bir jinsli Silindrik devor orqali temperaturasi t1 va issiqlik berish koeffitsienti 1 bo‘lgan qaynoq issiqlik taShuvchidan, temperaturasi t2 va issiqlik berish koeffitsienti 2 bo‘lgan sovuq issiqlik taShuvchiga issiqlik uzatilayotgan bo‘lsin (8-rasm).
U holda issiqlik oqimi uchun quyidagi uchta tenglamani yozish mumkin:
Bu uch tenglamani temperaturalar farqiga nisbatan yechib, keyin xadma-xad qo‘shib quyidagini hosil qilamiz:
(50)
bu yerda
(51)
issiqlik uzatishning chiziqli koeffitsienti deb aytiladi, uningi birligi Vt/(mgrad).
Silindrik devordan o‘tayotgan issiqlik oqimining zichligi quyidagiga teng.
Issiqlik uzatilishining chiziqli koeffitsienti, uzunligi 1 m bo‘lgan quvurdan vaqt birligi ichida qaynoq issiqlik taShuvchidan sovuq issiqlik taShuvchiga, ularning temperaturalari farqi 1 bo‘lganda uzatilayotgan issiqlik miqdoriga teng. Shuning uchun (8-32) tenglamani quyidagicha yozish mumkin:
Q=kts l (t1–t2) (52)
Ko‘p qatlamli silindrik devordan o‘tayotgan issiqlik oqimi quyidagiga teng:
(53)
Ichki yoki tashqi sirtlarga nisbatan olingan issiqlik oqimining zichligi quyidagi tenglamalardan aniqlanadi:
Issiqlik uzatishning chiziqli koeffitsientiga teskari bo‘lgan kattalikka issiqlik uzatishning chiziqli termik qarshiligi deb aytiladi:
(54)
bu yerda -tashqi termik qarshiliklar; - ko‘p qatlamli Silindrik devorning termik qarshiligi; Rts ning o‘lchov birligi mgrad/Vt.
Ichki sirtning temperaturasini quyidagi formuladan aniqlaymiz:
(55)
tashqi sirtniki esa:
(56)
Silindrik devorning kritik diametri
Ma’lumki, issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsienti 0,2 Vt/(mgrad) dan kichik bo‘lgan materiallar issiqlik izolyatsiya materiallari deyiladi. Bunday materiallarga asbest, po‘kak, kigiz, yog‘och qipig‘i, shisha tolasi, torf va Shunga o‘xshash materiallar kiradi. Quvurni izolyatsiyalash uchun ishlatilayotgan materiallarni issiqlik isroflarini kamaytirish shart-sharoitlarini ko‘rib chiqaylik. Silindrik quvur bir qatlamli izolyatsiya bilan qoplangan bo‘lsin. 1, 2, d1, d2, 1, 2, t1 va t2 lar o‘zgarmas bo‘lgan holda, termik qarshilik izolyatsiya qalinligi o‘zgarishi bilan qanday o‘zgarishini ko‘rib chiqaylik.
Ikki qatlamli Silindrik devorning termik qarshiligi tenglamasidan
izolyatsiyaning diametri d3 ortishi bilan izolyatsiya qatlamining qarshiligi ham ortadi, lekin Shu bilan bir vaqtda devordan tashqi muhitga issiqlik berishning termik qarshiligi kamayadi . Yuqoridagi tenglamani o‘ng qismidan d3 bo‘yicha birinchi hosilani olib, uni nolga tenglaymiz:
U holda q=f(d3) egri chiziqning ekstremalp nuqtasiga mos keluvchi kritik diametr quyidagi formuladan aniqlanadi:
(57)
Bu tenglamadan ko‘rinib turibdiki, izolyatsiyaning kritik diametri quvurning o‘lchamlariga bog‘liq emas ekan. U izolyatsiyaning issiqligi o‘tkazuvchanlik koeffitsienti qanchalik kam bo‘lsa, Shunchalik kamayadi va 2 kamayishi bilan ortadi. Yuqoridagi tenglamani Rts bo‘yicha ikkinchi hosilasi noldan katta, demak, kritik diametr termik qarshilikning minimumiga va issiqlik oqimining maksimumiga muvofiq keladi (9-rasm). (57) tenglama taxlili Shuni ko‘rsatadiki, diz ortsa, lekin dkr dan kichik bo‘lib qolsa, u holda issiqlik isroflari ortadi va izolyatsiyasiz quvurning issiqlik isroflaridan ham yuqori bo‘ladi (AK egri chiziq).
9-rasm
diz=dkr bo‘lganda (K nuqta) isroflar maksimal bo‘ladi. Izolyatsiya diametrini bundan keyingi ortishi bilan diz>dkr, issiqlik isroflari diz=dkr holga qaraganda kamayadi (BK egri chiziq). Faqat diz=d3 bo‘lgandagina, issiqlik isroflari yana izolyatsiyalangan quvurning issiqlik isroflari kabi bo‘ladi. Demak, izolyatsiya samarali ishlashi uchun, kritik diametr izolyatsiyasiz quvurning diametridan kichik bo‘lishi dkr d2 kerak (9-rasm).
Shunday qilib izolyatsiya devorning issiqlik isroflarini kamaytirishi uchun
bo‘lishi lozim.
(39) tenglamadan ko‘rinib turibdiki, agar po‘lat quvur uchun =46 Vt/(mK) va 2 =14 Vt/(m2K) bo‘lsa, u holda dkr=246:14=6,6 m bo‘ladi.
Shunday qilib, metall quvurlar uchun kritik diametrning chegara qiymati nihoyatda katta bo‘lib, u metrlarda o‘lchanadi. Diametrning bundan keyingi ortishi esa, quvurdan uzatilayotgan issiqlikni kamayishiga olib keladi. Shu diametr chegarasida esa, metall quvurning qalinligi ortgan sari undan issiqlik ko‘proq issiq muhitdan sovuq muhitga uzatiladi. Agar quvur issiqlik izolyatsiya materialidan, masalan asbestdan (=0,167 Vt/(mK)) tayyorlangan bo‘lsa, u holda 2 ning oldingi qiymatida
(2=14 Vt(m2K))
dkr=20,167:14=0,024m=24 mm bo‘ladi.
Ya’ni, tashqi diametri 24 mm dan ortiq bo‘lgan bunday quvurlar uchun, izolyatsiya qalinligi ortishi bilan issiqlik uzatish kamayadi.
Beton quvurlar uchun = 1,17 Vt/(mk) va 2=14 Vt/(m2k) da dkr160 mm bo‘ladi.
Sharsimon devor orqali issiqlik uzatish
Statsionar tartibda va chegara shartlarining uchinchi turida quyidagilar ma’lum bo‘lsin: sharning ichki diametri d1, tashqi diametri d2, shar ichidagi issiq manba temperaturasi t1 va sovuq manba temperaturasi t2, issiq muhitdan shar ichki sirtiga issiqlik berish koeffitsienti 1 va sharning tashqi sirtidan atrof muhitga issiqlik berish koeffitsienti 2 bo‘lsin.
Statsionar holda barcha izotermik sirtlar uchun issiqlik oqimi o‘zgrmas bo‘ladi:
Bu tenglamalarni temperaturalar farqiga nisbatan yechib va hadma-had qo‘shib issiqlik oqimini qiymatini topamiz:
yoki
(58)
Bu yerda ksh sharsimon devorning issiqlik uzatish koeffitsienti bo‘lib, uning birligi, Vt/grad
(59)
ksh ga teskari bo‘lgan bo‘lgan kattalikka sharsimon devorning termik qarshiligi deb aytiladi:
(60)
Qovurg‘asimon devor orqali issiqlik uzatish
Agar devorning bir tomoni issiqlik berish koeffitsenti yuqori bo‘lgan suyuqlik bilan yuvib turilsa, ikkinchi tomoni esa issiqlik berish koeffitsenti kichik bo‘lgan gaz bilan yuvib turilsa, u holda issiqlik berishning termik qarshiliklarini tekislash uchun qovurg‘asimon sirtlar qo‘llaniladi. Devorni qovurg‘alash uning issiqlik almashininish yuzasini orttiradi va natijada issiqlik uzatishining termik qarshiligi kamayib, issiqlik oqimi ortadi.
10-rasm
10-rasmda qovurg‘asimon devor orqali issiqlik uzatilishining sxemasi tasvirlangan.
Bu devorning silliq tomoni yueasi S1, qovurg‘asimon tomonining yuzasi S2, devorni yuvib o‘tayotgan suyuqliklar temperaturasi t`c va t``c (t`c > t``c) issiqlik berish koeffitsentlari 1 va 2 (2<<1), devor sirti temperaturalari t2 va t1, devorning issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsenti va qalinligi bo‘lsin.
Bu devor orqali issiqlik uzatishni quyidagi tenglamalar bilan ifodalanishi mumkin.
Q=1S1(t`c - t1):
Q =
Yuqoridagi tenglamalarni temperatura o‘zgarishlariga nisbatan yechib va xadma-xad qo‘shib quyidagiga ega bo‘lamiz:
bu yerda Kp- qovurg‘asimon devorning issiqlik uzatish koeffitsenti
issiqlik oqimining zichligi devorning silliq sirti birligi q1 ga va qovurg‘asimon sirti birligi q2 ga nisbatan aniqlanadi.
bu yerda k1- qovurg‘asimon devorning silliq sirtiga nisbatan olingan issiqlik uzatish koeffitsenti:
va (64)
bu yerda k2 devorning qovurg‘asimon sirtiga nisbatan olingan issiqlik uzatish koeffitsenti:
S2/ S1 nisbatga qovurg‘alanish koeffitsenti deyiladi. Yuqoridagi formulalarni taqriban keltirib chiqardik, chunki ularni keltirib chiqarishda t2 va 2 larni qovurg‘asimon sirt bo‘ylab o‘zgarmas deb oldik. Aslida qovurg‘aning cho‘qqi qismi asosiga qaraganda sovuqroq bo‘ladi va demak, 2 qovurg‘asimon sirt bo‘ylab turlicha bo‘ladi.
Tashqi tomoni qovurg‘alangan quvur uchun (64) formulani quyidagicha yozish mumkin:
qt=kt(t1-t2) (65)
va
(66)
bu yerda d1 - quvurning ichki diametri; d2 – quvurning tashqi diametri.
Qovurg‘asimon sirtlar issiqlik berishni jadallashtirish maqsadida texnikada keng qo‘llaniladi. Masalan, isitish asboblarining asosan tashqi sirtlari qovurg‘alanadi, chunki devordan havoga issiqlik berish koeffitsenti (2=12-60Vt/(m2K)) issiq suvdan devorga issiqlik berish koeffitsenti (2=2500-6000Vt/(m2K)) dan ancha kichik.
Issiqlik uzatishni jadallashtirish
Issiqlik almashinuv apparatlarini ishlatish vaqtida, shakli turlicha bo‘lgan sirtlardan o‘tayotgan issiqlik oqimini orttirish ko‘pincha zarur bo‘lib qoladi. Issiqlik uzatish tenglamasi Q=kFt dan ko‘rinib turibdiki, jism sirti o‘lchamlari va suyuqliklar temperaturalari berilgan bo‘lsa, issiqlik oqimi issiqlik uzatish koeffitsentiga bog‘liq bo‘ladi. Lekin faqatgina issiqlik uzatish koeffitsentining qiymatini bilish, issiqlik uzatish jarayonini o‘rganish uchun yetarli bo‘lmaydi.
Barcha termik qarshiliklarning o‘zaro nisbatini tahlil qilib to‘g‘ri hulosa chiqarish mumkin va natijada issiqlik oqimini jiddiy o‘zgartirishga imkoniyat yaratiladi.
Yassi devor orqali issiqlik uzatishda issiqlik berish koeffitsentini orttirish yupqaroq devor qo‘llash, issiqlik o‘tkazuvchanligi yuqori bo‘lgan material tanlashdan va issiqlik berish koeffitsentini ko‘paytirish hisobiga bo‘lishi mumkin.
Agar devorning termik qarshiligi kichik bo‘lsa, (/0)), u holda issiqlik uzatish koeffitsenti issiqlik berish koeffitsentlari 1 va 2 larga bog‘liq bo‘ladi.
(67)
(67) tenglikdan ko‘rinib turibdiki, k har doim eng kichik qiymatidan ham kichikroq bo‘ladi. Shuning uchun k ni orttirish uchun eng kichik ni ko‘paytirish lozim. Agar 12 bo‘lsa k ni orttirish uchun istalgan ni ko‘paytirish lozim.
Agar ning qiymatlari katta bo‘lsa, u holda k asosan devorning issiqlik uzatuvchanligiga bog‘liq bo‘ladi. Silindrik devor orqali issiqlik uzatishda, 1/1d1 va 1/2d2 termik qarshiliklar issiqlik berish koeffitsentlariga va sirt o‘lchamlariga bog‘liq bo‘ladi. Agar kichik bo‘lsa, termik qarshiliklarni tegishli sirtlarni orttirish hisobidan kamaytirish mumkin. Yassi devor uchun ham, uning biror tamonini qovurg‘alash hisobidan huddi Shunday natija olish mumkin. Yuqorida bildirilgan fikrlarni ayrim misollar orqali tuShuntiraylik.
Bug‘ qozonida o‘txona gazlaridan devorga issiqlik berish koeffitsenti 1=30 Vt/(m2 grad); devordan qaynayotgan suvga 2=5000 Vt /(m2 grad); po‘lat devorning issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsenti =50 Vt/(m2 grad) ; qalinligi =0,02 m. Devorni yassi deb hisoblaylik. Shu sharoitda issiqlik uzatish koeffitsenti k=29,5Vt/(m2 grad) ga teng, ya’ni u eng kichik dan ham kichikroq. Issiqlik uzatish koeffitsienti k ni devordan suvga issiqlik berish sharoitini yaxshilash yoki yupqaroq devorni qo‘llash bilan orttirib bo‘lmaydi. k ni, faqatgina o‘txona gazlaridan devorga issiqlik uzatishni yaxshilash hisobiga oshi rish mumkin. Issiqlik berish koeffitsientlari 1 va 2 katta bo‘lgan apparatlarda esa, ish boshqacha ko‘rinishga ega bo‘ladi. Masalan, suv kondensatorida suv tomonida 1=5000 Vt/(m2 grad) va bug‘ tomonida a1 =10 000 Vt/(m2 grad) bo‘lsin.
Agar Shunday kondensatorning devori qalinligi 20 mm bo‘lgan po‘latdan tayyorlansa, k=1428 Vt/(m2 grad) bo‘ladi. Agar qalinligi 3 mm bo‘lgan devor olinsa, u holda k=2770 Vt/(m2 grad) bo‘ladi. Agarda po‘latni qizil mis bilan almashtirib, qalinligi 1 mm bo‘lgan devor oliinsa, u holda k=3400 Vt/(m2 grad) bo‘ladi.
Yuqorida keltirilgan misoldan ko‘rinib turibdiki, issiqlik berish koeffitsentlarining katta qiymatlarida k asosan devorning issiqlik o‘tkazuvchanligiga bog‘liq bo‘lar ekan. Shunday qilib, apparatlarda issiqlik uzatishni jadallashtirish uchun eng katta qarshilikni kamaytirishga harakat qilish lozim.
2>
Dostları ilə paylaş: |