Par siltumenerģiju vienkāršā izteiksmē! Mūsdienu zinātnes un izglītības problēmas Kā atmosfērā uzsilst gaiss
Galvenais fizikālās īpašības gaiss: gaisa blīvums, tā dinamiskā un kinemātiskā viskozitāte, īpatnējā siltumietilpība, siltumvadītspēja, siltuma difūzija, Prandtl skaitlis un entropija. Gaisa īpašības ir norādītas tabulās atkarībā no temperatūras normālā atmosfēras spiedienā.
Gaisa blīvums pret temperatūru
Tiek parādīta detalizēta sausa gaisa blīvuma vērtību tabula dažādās temperatūrās un normālā atmosfēras spiedienā. Kāds ir gaisa blīvums? Gaisa blīvumu var analītiski noteikt, dalot tā masu ar tilpumu, ko tas aizņem. noteiktos apstākļos (spiediens, temperatūra un mitrums). Ir iespējams arī aprēķināt tā blīvumu, izmantojot ideālās gāzes stāvokļa formulas vienādojumu. Lai to izdarītu, jums jāzina absolūtais spiediens un gaisa temperatūra, kā arī tās gāzes konstante un molārais tilpums. Šis vienādojums ļauj aprēķināt gaisa blīvumu sausā stāvoklī.
Praksē, lai noskaidrotu, kāds ir gaisa blīvums dažādās temperatūrās, ir ērti izmantot gatavas tabulas. Piemēram, dotā atmosfēras gaisa blīvuma vērtību tabula atkarībā no tā temperatūras. Gaisa blīvums tabulā ir izteikts kilogramos uz kubikmetru un ir norādīts temperatūras diapazonā no mīnus 50 līdz 1200 grādiem pēc Celsija normālā atmosfēras spiedienā (101325 Pa).
t, °С | ρ, kg/m3 | t, °С | ρ, kg/m3 | t, °С | ρ, kg/m3 | t, °С | ρ, kg/m3 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
-50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
-45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
-40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
-35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
-30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
-25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
-20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
-15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
-10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
-5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
Pie 25°C gaisa blīvums ir 1,185 kg/m 3 . Sildot, gaisa blīvums samazinās - gaiss izplešas (tā īpatnējais tilpums palielinās). Paaugstinoties temperatūrai, piemēram, līdz 1200°C, tiek sasniegts ļoti zems gaisa blīvums, kas vienāds ar 0,239 kg/m 3, kas ir 5 reizes mazāks par tā vērtību istabas temperatūrā. Kopumā apkures samazināšanās ļauj notikt tādam procesam kā dabiskā konvekcija, un to izmanto, piemēram, aeronautikā.
Ja salīdzinām gaisa blīvumu attiecībā pret, tad gaiss ir par trim lieluma kārtām vieglāks - 4 ° C temperatūrā ūdens blīvums ir 1000 kg / m 3, bet gaisa blīvums ir 1,27 kg / m 3. Ir arī jāņem vērā gaisa blīvuma vērtība normālos apstākļos. Normāli apstākļi gāzēm ir tie, kuros to temperatūra ir 0 ° C un spiediens ir vienāds ar normālu atmosfēras spiedienu. Tādējādi saskaņā ar tabulu gaisa blīvums normālos apstākļos (pie NU) ir 1,293 kg / m 3.
Gaisa dinamiskā un kinemātiskā viskozitāte dažādās temperatūrās
Veicot termiskos aprēķinus, ir jāzina gaisa viskozitātes vērtība (viskozitātes koeficients) dažādās temperatūrās. Šī vērtība ir nepieciešama, lai aprēķinātu Reinoldsa, Grashofa, Reilija skaitļus, kuru vērtības nosaka šīs gāzes plūsmas režīmu. Tabulā parādītas dinamisko koeficientu vērtības μ un kinemātiskā ν gaisa viskozitāte temperatūras diapazonā no -50 līdz 1200°C pie atmosfēras spiediena.
Gaisa viskozitāte ievērojami palielinās, palielinoties temperatūrai. Piemēram, gaisa kinemātiskā viskozitāte ir vienāda ar 15,06 10 -6 m 2 / s 20 ° C temperatūrā, un, temperatūrai paaugstinoties līdz 1200 ° C, gaisa viskozitāte kļūst vienāda ar 233,7 10 -6 m 2 / s, tas ir, tas palielinās 15,5 reizes! Gaisa dinamiskā viskozitāte 20°C temperatūrā ir 18,1·10 -6 Pa·s.
Sildot gaisu, tiek rādītas gan kinemātiskās, gan dinamiskā viskozitāte. Šie divi lielumi ir savstarpēji saistīti ar gaisa blīvuma vērtību, kuras vērtība samazinās, kad šī gāze tiek uzkarsēta. Gaisa (kā arī citu gāzu) kinemātiskās un dinamiskās viskozitātes palielināšanās karsēšanas laikā ir saistīta ar intensīvāku gaisa molekulu vibrāciju ap to līdzsvara stāvokli (saskaņā ar MKT).
t, °С | μ 10 6 , Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ 10 6 , Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ 10 6 , Pa s | ν 10 6, m 2 / s |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
-50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
-45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
-40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
-35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
-30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
-25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
-20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
-15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
-10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
-5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Piezīme: esiet uzmanīgi! Gaisa viskozitāte ir dota ar jaudu 10 6 .
Gaisa īpatnējā siltumietilpība temperatūrā no -50 līdz 1200°С
Tiek parādīta gaisa īpatnējās siltumietilpības tabula dažādās temperatūrās. Siltuma jauda tabulā norādīta pie nemainīga spiediena (gaisa izobāriskā siltumietilpība) temperatūras diapazonā no mīnus 50 līdz 1200°C sausam gaisam. Kāda ir gaisa īpatnējā siltumietilpība? Īpatnējās siltumietilpības vērtība nosaka siltuma daudzumu, kas jāpavada vienam kilogramam gaisa nemainīgā spiedienā, lai paaugstinātu tā temperatūru par 1 grādu. Piemēram, 20°C temperatūrā, lai izobāriskā procesā uzsildītu 1 kg šīs gāzes par 1°C, ir nepieciešams 1005 J siltuma.
Gaisa īpatnējā siltumietilpība palielinās, paaugstinoties tā temperatūrai. Tomēr gaisa masas siltumietilpības atkarība no temperatūras nav lineāra. Diapazonā no -50 līdz 120°C tā vērtība praktiski nemainās - šajos apstākļos gaisa vidējā siltumietilpība ir 1010 J/(kg deg). Pēc tabulas var redzēt, ka temperatūra sāk būtiski ietekmēt no vērtības 130°C. Tomēr gaisa temperatūra ietekmē tā īpatnējo siltuma jaudu daudz vājāk nekā viskozitāte. Tātad, sildot no 0 līdz 1200°C, gaisa siltumietilpība palielinās tikai 1,2 reizes - no 1005 līdz 1210 J/(kg deg).
Jāņem vērā, ka mitra gaisa siltumietilpība ir lielāka nekā sausa gaisa siltumietilpība. Ja salīdzina gaisu, ir acīmredzams, ka ūdenim ir lielāka vērtība un ūdens saturs gaisā izraisa īpatnējā siltuma palielināšanos.
t, °С | C p , J/(kg deg) | t, °С | C p , J/(kg deg) | t, °С | C p , J/(kg deg) | t, °С | C p , J/(kg deg) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
-50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
-45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
-40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
-35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
-30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
-25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
-20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
-15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
-10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
-5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Siltumvadītspēja, siltuma difūzija, gaisa Prandtl skaits
Tabulā parādītas tādas atmosfēras gaisa fizikālās īpašības kā siltumvadītspēja, siltuma difūzija un tā Prandtl skaitlis atkarībā no temperatūras. Gaisa termofizikālās īpašības ir norādītas diapazonā no -50 līdz 1200°C sausam gaisam. Pēc tabulas redzams, ka norādītās gaisa īpašības ir būtiski atkarīgas no temperatūras un šīs gāzes aplūkoto īpašību atkarība no temperatūras ir atšķirīga.
Projektējot gaisa apkures sistēmu, tiek izmantoti gatavie gaisa sildītāji.
Lai pareizi izvēlētos nepieciešamo aprīkojumu, pietiek zināt: nepieciešamo gaisa sildītāja jaudu, kas pēc tam tiks uzstādīta pieplūdes ventilācijas apkures sistēmā, gaisa temperatūru tā izplūdē no gaisa sildītāja uzstādīšanas un dzesēšanas šķidruma plūsmu. likme.
Lai vienkāršotu veiktos aprēķinus, jūsu uzmanībai tiek piedāvāts tiešsaistes kalkulators pamatdatu aprēķināšanai pareizai sildītāja izvēlei.
- Sildītāja siltuma jauda kW. Kalkulatora laukos ievadiet sākotnējos datus par caur sildītāju plūstošā gaisa daudzumu, datus par ieplūdes atverē ieplūstošā gaisa temperatūru un nepieciešamo gaisa plūsmas temperatūru sildītāja izejā.
- izplūdes gaisa temperatūra. Atbilstošajos laukos jāievada sākotnējie dati par apsildāmā gaisa tilpumu, gaisa plūsmas temperatūru pie ieejas instalācijā un sildītāja siltuma jaudu, kas iegūta pirmajā aprēķinos.
- Dzesēšanas šķidruma patēriņš. Lai to izdarītu, tiešsaistes kalkulatora laukos ievadiet sākotnējos datus: instalācijas siltuma jauda, kas iegūta, veicot pirmo aprēķinu, dzesēšanas šķidruma temperatūra, kas tiek piegādāta sildītāja ieplūdei, un temperatūras vērtība pie izejas. ierīci.
Sildītāja jaudas aprēķins
Atmosfēras sildīšana (gaisa temperatūra).
Atmosfēra saņem vairāk siltuma no zemes virsmas nekā tieši no saules. Caur siltumu tiek pārnests atmosfērā molekulārā siltumvadītspēja,konvekcija, īpatnējā iztvaikošanas siltuma izdalīšanās plkst kondensātsūdens tvaiki atmosfērā. Tāpēc temperatūra troposfērā parasti samazinās līdz ar augstumu. Bet, ja virsma izdala vairāk siltuma gaisam, nekā tā saņem tajā pašā laikā, tā atdziest, un no tās atdziest arī gaiss virs tās. Šajā gadījumā gaisa temperatūra paaugstinās līdz ar augstumu. Tādu pozīciju sauc temperatūras inversija . To var novērot vasarā naktīs, ziemā - virs sniega virsmas. Temperatūras inversija ir izplatīta polārajos reģionos. Inversijas iemesls papildus virsmas dzesēšanai var būt pārvietošanās siltais gaiss auksts gaiss, kas plūst zem tā, vai auksts gaiss, kas plūst starpkalnu baseinu apakšā.
Mierīgā troposfērā temperatūra samazinās līdz ar augstumu vidēji par 0,6 ° uz katriem 100 m. Kad sausais gaiss paaugstinās, šis rādītājs palielinās un var sasniegt 1 ° uz 100 m, un, mitram gaisam paceļoties, tas samazinās. Tas izskaidrojams ar to, ka augošais gaiss izplešas un tam tiek tērēta enerģija (siltums), un, mitram gaisam paceļoties uz augšu, kondensējas ūdens tvaiki, ko pavada siltuma izdalīšanās.
Pazeminot augošā gaisa temperatūru - galvenais mākoņu veidošanās iemesls . Nolaižamais gaiss, kas krīt zem liela spiediena, tiek saspiests, un tā temperatūra paaugstinās.
Temperatūra gaiss periodiski mainās dienas laikā un visa gada garumā.
AT tā ikdienas gaita ir viens maksimums (pēcpusdienā) un viens minimums (pirms saullēkta). No ekvatora līdz poliem temperatūras svārstību diennakts amplitūdas samazinās. Bet tajā pašā laikā tie vienmēr ir lielāki virs zemes nekā virs okeāna.
AT gada kurss temperatūra gaiss pie ekvatora - divi maksimumi (pēc ekvinokcijas) un divi minimumi (pēc saulgriežiem). Tropiskajos, mērenajos un polārajos platuma grādos - viens maksimālais un viens minimums. Gaisa temperatūras gada svārstību amplitūdas palielinās, palielinoties platuma grādiem. Pie ekvatora tie ir mazāk nekā dienā: 1-2°C virs okeāna un līdz 5°C virs sauszemes. Tropu platuma grādos - virs okeāna - 5 ° C, virs zemes - līdz 15 ° C. AT mēreni platuma grādos no 10-15°C virs okeāna līdz 60°C vai vairāk virs sauszemes. Polārajos platuma grādos valda negatīvā temperatūra, tās gada svārstības sasniedz 30-40°C.
Pareizu gaisa temperatūras dienas un gada gaitu, mainoties Saules augstumam virs horizonta un diennakts garumam, apgrūtina neperiodiskas izmaiņas, ko izraisa dažādu temperatūru gaisa masu kustība. Vispārējais temperatūras sadalījuma modelis iekšā apakšējais slānis troposfēra-tā samazināšanās virzienā no ekvatora uz poliem.
Ja gada vidējā gaisa temperatūra bija atkarīgs tikai no platuma grādiem, tā izplatība ziemeļu un dienvidu puslodē būtu vienāda. Tomēr patiesībā tā izplatību būtiski ietekmē pamata virsmas rakstura atšķirības un siltuma pārnese no zemiem platuma grādiem uz augstiem platuma grādiem.
Siltuma pārneses rezultātā gaisa temperatūra pie ekvatora ir zemāka, bet polos augstāka, nekā tā būtu bez šī procesa. Dienvidu puslode aukstāks nekā ziemeļos, galvenokārt pateicoties ar ledu un sniegu klātajai zemei pie Dienvidpola. vidējā temperatūra gaiss apakšējā divu metru slānī uz visu Zemi +14°C, kas atbilst vidējam gada temperatūra gaiss pie 40°Z
GAISA TEMPERATŪRAS ATKARĪBA NO ĢEOGRĀFISKĀ PLATUMA
Gaisa temperatūras sadalījums pie zemes virsmas tiek parādīts ar izotermu palīdzību - līnijas, kas savieno vietas ar vienādu temperatūru. Izotermas nesakrīt ar paralēlēm. Viņi noliecas, virzoties no cietzemes uz okeānu un otrādi.
atmosfēras spiediens
Gaisam ir masa un svars, un tāpēc tas rada spiedienu uz virsmu, kas ar to saskaras. Gaisa radītais spiediens uz zemes virsma un visi uz tā esošie objekti tiek saukti atmosfēras spiediens . Tas ir vienāds ar pārklājošās gaisa kolonnas svaru un ir atkarīgs no gaisa temperatūras: jo augstāka temperatūra, jo zemāks spiediens.
Atmosfēras spiediens uz apakšējo virsmu ir vidēji 1,033 g uz 1 cm 2 (vairāk nekā 10 tonnas uz m 2 ). Spiedienu mēra dzīvsudraba staba milimetros, milibāros (1 mb = 0,75 mm Hg) un hektopaskālos (1 hPa = 1 mb). Ar augstumu spiediens samazinās: Troposfēras apakšējā slānī līdz 1 km augstumam tas samazinās par 1 mm Hg. Art. uz katriem 10 m Jo augstāk, jo lēnāk samazinās spiediens. normāls spiediens okeāna līmenī - 760 mm. Rt. Art.
Vispārējam spiediena sadalījumam uz Zemes virsmas ir zonāls raksturs:
Sezona |
Virs cietzemes |
Pāri okeānam |
|
Ekvatoriālajos platuma grādos |
|||
Tropu platuma grādos |
|||
Zems |
Augsts |
||
Vidējos platuma grādos |
Augsts |
Zems |
|
Zems |
|||
Polārajos platuma grādos |
|||
Tdjdi gan ziem un vasar, gan virs kontinentiem un virs okena zonas augstu un zems spiediens. Spiediena sadalījums ir skaidri redzams janvāra un jūlija izobāra kartēs. izobāri - līnijas, kas savieno vienāda spiediena vietas. Jo tuvāk tie atrodas viens otram, jo ātrāk mainās spiediens līdz ar attālumu. Tiek saukts spiediena izmaiņu lielums uz attāluma vienību (100 km). spiediena gradients .
Spiediena izmaiņas ir izskaidrojamas ar gaisa kustību. Tas paceļas tur, kur ir vairāk gaisa, un samazinās, kur gaiss aiziet. galvenais iemesls gaisa kustība - tā sildīšana un dzesēšana no apakšējās virsmas. Kad gaiss sasilst no virsmas, tas izplešas un steidzas uz augšu. Sasniedzot augstumu, kurā tā blīvums ir lielāks par apkārtējā gaisa blīvumu, tas izplatās uz sāniem. Tāpēc spiediens uz silto virsmu samazinās (ekvatoriālie platuma grādi, kontinentālās tropu platuma grādi vasarā). Bet tajā pašā laikā tas palielinās kaimiņu apgabalos, lai gan temperatūra tur nemainījās (tropu platuma grādi ziemā).
Virs aukstās virsmas gaiss atdziest un kondensējas, pieķeroties virsmai (polārie platuma grādi, mēreno platuma grādu kontinentālā daļa ziemā). Augšpusē tā blīvums samazinās, un gaiss nāk šeit no sāniem. Tā daudzums virs aukstās virsmas palielinās, spiediens uz to palielinās. Tajā pašā laikā, kur gaiss ir atstājis, spiediens samazinās, nemainot temperatūru. Gaisa sildīšanu un dzesēšanu no virsmas pavada tā pārdale un spiediena maiņa.
Ekvatoriālajos platuma grādos spiediens vienmēr ir samazināts. Tas ir saistīts ar faktu, ka no virsmas uzkarsētais gaiss paceļas un aiziet uz tropu platuma grādiem, radot tur paaugstinātu spiedienu.
Virs aukstās virsmas Arktikā un Antarktīdā spiedienu paaugstināts. To rada gaiss, kas nāk no mēreniem platuma grādiem uz kondensāta aukstā gaisa vietu. Gaisa aizplūšana uz polārajiem platuma grādiem ir iemesls spiediena pazemināšanai mērenajos platuma grādos.
Tā rezultātā veidojas zema (ekvatoriālā un mērenā) un augsta spiediena (tropiskā un polārā) jostas. Atkarībā no gadalaika tie nedaudz novirzās uz vasaras puslodi (“sekojot Saulei”).
Augsta spiediena polārie reģioni paplašinās ziemā un sarūk vasarā, bet pastāv visu gadu. Zema spiediena jostas saglabājas visu gadu pie ekvatora un mērenajos dienvidu puslodes platuma grādos.
Ziemā ziemeļu puslodes mērenajos platuma grādos spiediens virs kontinentiem stipri paaugstinās un zema spiediena josta “pārtrūkst”. Slēgtas zema spiediena zonas saglabājas tikai virs okeāniem - islandiešu un Aleuta zemie kritumi. Pāri kontinentiem, gluži pretēji, ziema kāpumi :Āzijas (Sibīrijas) un ziemeļamerikānis. Vasarā ziemeļu puslodes mērenajos platuma grādos tiek atjaunota zema spiediena josta.
Vasarā virs Āzijas veidojas milzīga zema spiediena zona ar centru tropiskajos platuma grādos - Āzijas zemais. Tropu platuma grādos kontinenti vienmēr ir siltāki nekā okeāni, un spiediens virs tiem ir mazāks. Tāpēc pāri okeāniem ir subtropu maksimumi :Ziemeļatlantijas (Azoru salas), Klusā okeāna ziemeļu daļa, Atlantijas okeāna dienvidu daļa, Klusā okeāna dienvidu daļa un Dienvidindijas.
Tādējādi kontinentālās un ūdens virsmas atšķirīgās sildīšanas un dzesēšanas dēļ (kontinentālā virsma ātrāk uzsilst un ātrāk atdziest) silto un auksto straumju klātbūtne un citi cēloņi uz Zemes, izņemot jostas. atmosfēras spiediens var rasties slēgtas zema un augsta spiediena zonas.
1. Siltuma patēriņš pieplūdes gaisa apkurei
Q t \u003d L ∙ ρ gaiss. ∙ ar gaisu. ∙ (t int. - t out.),
kur:
ρ gaiss. ir gaisa blīvums. Sausā gaisa blīvums 15°C jūras līmenī ir 1,225 kg/m³;
ar gaisu – gaisa īpatnējā siltumietilpība, kas vienāda ar 1 kJ/(kg∙K)=0,24 kcal/(kg∙°С);
t int. – gaisa temperatūra pie sildītāja izejas, °С;
t ārā. - āra gaisa temperatūra, °С (vēsākā piecu dienu perioda gaisa temperatūra ar drošību 0,92 pēc Ēku klimatoloģijas).
2. Sildītāja dzesēšanas šķidruma plūsmas ātrums
G \u003d (3,6 ∙ Q t) / (s in ∙ (t pr -t arr)),
kur:
3,6 - pārrēķina koeficients W uz kJ/h (lai iegūtu plūsmas ātrumu kg/h);
G - ūdens patēriņš sildītāja sildīšanai, kg / h;
Q t - sildītāja siltuma jauda, W;
c c - ūdens īpatnējā siltumietilpība, kas vienāda ar 4,187 kJ / (kg ∙ K) \u003d 1 kcal / (kg ∙ ° С);
t pr. - dzesēšanas šķidruma temperatūra (taisna līnija), ° С;
t ārā. – siltumnesēja temperatūra (atgaitas līnija), °C.
3. Caurules diametra izvēle sildītāja sildīšanai
Ūdens patēriņš sildītājam , kg/h4. Gaisa sildīšanas procesa I-d diagramma
Gaisa sildīšanas process sildītājā notiek pie d=const (pie nemainīga mitruma satura).
Izmaiņas dūmgāzu recirkulācijā . Gāzes recirkulācija tiek plaši izmantota, lai paplašinātu pārkarsētā tvaika temperatūras regulēšanas diapazonu un ļauj uzturēt pārkarsētā tvaika temperatūru pat pie zemām katla bloka slodzēm. Pēdējā laikā popularitāti iegūst arī dūmgāzu recirkulācija kā metode NO x veidošanās samazināšanai. To izmanto arī dūmgāzu recirkulācijai gaisa plūsmā pirms degļiem, kas ir efektīvāka NO x veidošanās nomākšanas ziņā.
Relatīvi aukstu recirkulācijas gāzu ievadīšana kurtuves lejas daļā samazina izstarojošo sildvirsmu siltuma absorbciju un paaugstina gāzes temperatūru pie krāsns izejas un konvekcijas gāzes kanālos, ieskaitot dūmgāzes. temperatūra. Kopējās dūmgāzu plūsmas palielināšanās gāzes ceļa posmā pirms gāzu atlases recirkulācijai veicina konvektīvo apkures virsmu siltuma pārneses koeficientu un siltuma absorbcijas palielināšanos.
Rīsi. 2.29. Tvaika temperatūras (1. līkne), karstā gaisa temperatūras (2. līkne) un dūmgāzu zudumu (3. līkne) izmaiņas atkarībā no dūmgāzu recirkulācijas īpatsvara r.
Uz att. 2.29 parāda katla vienības TP-230-2 raksturlielumus ar izmaiņām gāzes recirkulācijas proporcijā uz krāsns apakšējo daļu. Šeit ir otrreizējās pārstrādes daļa
kur V rc ir recirkulācijai izņemto gāzu tilpums; V r - gāzu tilpums atlases punktā recirkulācijai, neņemot vērā V rc. Kā redzams, recirkulācijas daļas palielināšana par katriem 10% izraisa dūmgāzu temperatūras paaugstināšanos par 3–4°C, Vr. - par 0,2%, tvaika temperatūra - par 15 ° C, un atkarības raksturs ir gandrīz lineārs. Šīs attiecības nav viennozīmīgas visām katlu vienībām. To vērtība ir atkarīga no recirkulējamo gāzu temperatūras (gāzes ieplūdes vietas) un to ievadīšanas metodes. Recirkulācijas gāzu novadīšana krāsns augšdaļā neietekmē krāsns darbību, bet izraisa ievērojamu gāzu temperatūras pazemināšanos pārkarsētāja zonā un rezultātā samazinās. pārkarsētā tvaika temperatūrā, lai gan palielinās sadegšanas produktu daudzums. Gāzu izvadīšanu krāsns augšdaļā var izmantot, lai aizsargātu pārsildītāju no trieciena. paaugstināta temperatūra gāzes un samazina pārkarsētāja izdedžu veidošanos.
Protams, gāzes recirkulācijas izmantošana noved pie ne tikai efektivitātes samazināšanās. bruto, bet arī efektivitāti neto no katla bloka, jo tas rada elektroenerģijas patēriņa pieaugumu pašu vajadzībām.
Rīsi. 2.30. Siltuma zudumu atkarība ar mehānisku zemu sadedzināšanu no karstā gaisa temperatūras.
Karstā gaisa temperatūras maiņa. Karstā gaisa temperatūras izmaiņas ir gaisa sildītāja darbības režīma maiņas rezultāts tādu faktoru ietekmē kā temperatūras starpības izmaiņas, siltuma pārneses koeficients, gāzes vai gaisa plūsma. Paaugstinot karstā gaisa temperatūru, kaut arī nedaudz palielinās siltuma izdalīšanās līmenis krāsnī. Karstā gaisa temperatūra būtiski ietekmē katlu agregātu īpašības, kas darbojas ar kurināmo ar zemu gaistošu jaudu. Tg.v samazināšanās šajā gadījumā pasliktina degvielas aizdegšanās apstākļus, degvielas žāvēšanas un malšanas režīmu, noved pie gaisa maisījuma temperatūras pazemināšanās pie degļu ieplūdes, kas var izraisīt zudumi ar mehānisku apakšdegšanu (skat. 2.30. att.).
. Gaisa priekšsildīšanas temperatūras maiņa. Gaisa priekšsildīšana pirms gaisa sildītāja tiek izmantota, lai paaugstinātu tā sildvirsmu sienu temperatūru, lai samazinātu dūmgāzu korozīvo ietekmi uz tām, īpaši, ja tiek sadedzināta degviela ar augstu sēra saturu. Saskaņā ar PTE teikto, dedzinot sēra mazutu, gaisa temperatūra cauruļveida gaisa sildītāju priekšā nedrīkst būt zemāka par 110 ° C, bet reģeneratīvo sildītāju priekšā - ne zemāka par 70 ° C.
Gaisa iepriekšēju uzsildīšanu var veikt, recirkulējot karsto gaisu uz sprādziena ventilatoru ieplūdes atveri, tomēr šajā gadījumā katla bloka efektivitāte samazinās, jo palielinās elektroenerģijas patēriņš sprādzienam un paaugstinās gaisa temperatūra. dūmgāzēm. Tāpēc sildītājos, kas darbojas ar selektīvu tvaiku vai karstu ūdeni, gaisu vēlams sildīt virs 50°C.
Gaisa priekšsildīšana izraisa gaisa sildītāja siltuma absorbcijas samazināšanos temperatūras starpības samazināšanās dēļ, savukārt dūmgāzu temperatūra un siltuma zudumi palielinās. Gaisa priekšsildīšanai nepieciešamas arī papildu enerģijas izmaksas gaisa padevei gaisa sildītājam. Atkarībā no gaisa priekšsildīšanas līmeņa un metodes, uz katriem 10°C gaisa priekšsildīšanas, efektivitāte bruto mainās par aptuveni 0,15-0,25%, bet dūmgāzu temperatūra - par 3-4,5 ° C.
Tā kā gaisa priekšsildīšanai patērētā siltuma īpatsvars attiecībā pret katla agregātu siltuma jaudu ir diezgan liels (2-3,5%), optimālās gaisa sildīšanas shēmas izvēlei ir liela nozīme.
Auksts gaiss
Rīsi. 2.31. Divpakāpju gaisa sildīšanas shēma sildītājos ar tīkla ūdeni un selektīvo tvaiku:
1 - tīkla sildītāji; 2 - pirmais posms gaisa sildīšanai ar apkures sistēmas tīkla ūdeni; 3 - gaisa sildīšanas otrais posms pzrom; 4 - sūknis atgaitas tīkla ūdens padevei sildītājiem; 5 - tīkla ūdens gaisa apkurei (shēma vasaras periodam); 6 - tīkla ūdens gaisa apkurei (shēma ziemas periodam).