Atmosfēras gaisa sildīšana. Gaisa dinamiskā un kinemātiskā viskozitāte dažādās temperatūrās
1. Siltuma patēriņš pieplūdes gaisa sildīšanai
Q t =L∙ρ gaiss. ∙no gaisa ∙ (t iekšpusē - t ārpusē),
Kur:
ρ gaiss - 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∙°C);
t int. – gaisa temperatūra pie sildītāja izejas, °C;
t adv. – āra gaisa temperatūra, °C (aukstākā piecu dienu perioda gaisa temperatūra ar varbūtību 0,92 pēc būvklimatoloģijas).
2. Dzesēšanas šķidruma plūsma uz vienu sildītāju
G= (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 apkurei, kg/h;
Q t – sildītāja siltuma jauda, W;
с в – ūdens īpatnējā siltumietilpība, kas vienāda ar 4,187 kJ/(kg∙K)=1 kcal/(kg∙°С);
t ave – dzesēšanas šķidruma temperatūra (taisna), °C;
t adv. – dzesēšanas šķidruma temperatūra (atgaitas līnija), °C.
3. Cauruļu diametra izvēle siltuma padevei sildītājam
Ūdens patēriņš sildītājam , kg/h4. Gaisa sildīšanas procesa I-d diagramma
Gaisa sildīšanas process sildītājā notiek pie d=const (ar nemainīgu mitruma saturu).
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 stāvoklī atmosfēras spiediens.
Gaisa blīvums atkarībā no temperatūras
Tiek parādīta detalizēta sausa gaisa blīvuma vērtību tabula dažādās temperatūrās un normālā atmosfēras spiedienā. Kāds ir gaisa blīvums? Gaisa blīvumu var noteikt analītiski, dalot tā masu ar tilpumu, ko tas aizņem. noteiktos apstākļos (spiediens, temperatūra un mitrums). Varat arī aprēķināt tā blīvumu, izmantojot ideālās gāzes stāvokļa vienādojuma formulu. Lai to izdarītu, jums jāzina absolūtais spiediens un gaisa temperatūra, kā arī tās gāzes konstante un molārais tilpums. Šis vienādojums ļauj aprēķināt sausā gaisa blīvumu.
Praksē, lai noskaidrotu, kāds ir gaisa blīvums dažādās temperatūrās, ir ērti izmantot gatavas tabulas. Piemēram, zemāk esošajā tabulā parādīts atmosfēras gaisa blīvums 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/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
-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/m3. Sildot, gaisa blīvums samazinās - gaiss izplešas (tā īpatnējais tilpums palielinās). Temperatūrai paaugstinoties, 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 samazināšana karsēšanas laikā ļauj notikt tādam procesam kā dabiskā konvekcija, un to izmanto, piemēram, aeronautikā.
Ja salīdzina gaisa blīvumu attiecībā pret , tad gaiss ir par trim kārtām vieglāks - 4°C temperatūrā ūdens blīvums ir 1000 kg/m3, bet gaisa blīvums ir 1,27 kg/m3. Ir arī jāņem vērā gaisa blīvuma vērtība normālos apstākļos. Normāli apstākļi gāzēm ir tādi, kuros to temperatūra ir 0°C un spiediens ir vienāds ar normālu atmosfēras spiedienu. Tādējādi saskaņā ar tabulu gaisa blīvums normālos apstākļos (NL) 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 un Reilija skaitļus, kuru vērtības nosaka šīs gāzes plūsmas režīmu. Tabulā ir parādītas dinamisko koeficientu vērtības μ un kinemātiskā ν gaisa viskozitāte temperatūras diapazonā no -50 līdz 1200°C pie atmosfēras spiediena.
Gaisa viskozitātes koeficients 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, palielinās gan kinemātiskās, gan dinamiskās viskozitātes vērtības. Šie divi lielumi ir saistīti viens ar otru caur gaisa blīvumu, kura vērtība samazinās, kad šī gāze tiek uzkarsēta. Gaisa (kā arī citu gāzu) kinemātiskās un dinamiskās viskozitātes palielināšanās karsējot 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°C
Tiek parādīta gaisa īpatnējās siltumietilpības tabula dažādās temperatūrās. Siltuma jauda tabulā norādīta nemainīgā spiedienā (gaisa izobāriskā siltumietilpība) temperatūras diapazonā no mīnus 50 līdz 1200°C gaisam sausā stāvoklī. Kāda ir gaisa īpatnējā siltumietilpība? Īpatnējā siltumietilpība 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, palielinoties 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 mazāk nekā viskozitāti. Tādējādi, sildot no 0 līdz 1200°C, gaisa siltumietilpība palielinās tikai 1,2 reizes - no 1005 līdz 1210 J/(kg deg).
Jāņem vērā, ka mitrā gaisa siltumietilpība ir augstāka nekā sausam gaisam. Ja salīdzina gaisu, ir acīmredzams, ka ūdenim ir lielāka vērtība un ūdens saturs gaisā izraisa īpatnējās siltumietilpības pieaugumu.
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 ir 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. Saskaņā ar tabulu var redzēt, ka norādītās gaisa īpašības ir būtiski atkarīgas no temperatūras un šīs gāzes aplūkoto īpašību atkarība no temperatūras ir atšķirīga.
Dūmgāzu temperatūra aiz katla ir atkarīga no sadedzinātā kurināmā veida, padeves ūdens temperatūras t n in, kurināmā paredzamajām izmaksām C t , tā samazināts mitrums
Kur
Pamatojoties uz tehnisko un ekonomisko optimizāciju, attiecībā uz degvielas un astes sildvirsmas metāla izmantošanas efektivitāti, kā arī citiem apstākļiem, tika iegūti šādi ieteikumi vērtības izvēlei dots 2.4. tabulā.
No galda 2.4, lētai degvielai tiek izvēlētas mazākas optimālās izplūdes gāzu temperatūras vērtības, bet dārgām degvielām lielākas vērtības.
Zema spiediena katliem (R ne .≤ 3,0 MPa) ar astes apsildes virsmām, dūmgāzu temperatūra nedrīkst būt zemāka par tabulā norādītajām vērtībām. 2.5, un tā optimālā vērtība tiek izvēlēta, pamatojoties uz tehniski ekonomiskiem aprēķiniem.
2.4. tabula – Optimālā dūmgāzu temperatūra apkures katliem
ar produktivitāti virs 50 t/h (14 kg/s) degšanas laikā
degviela ar zemu sēra saturu
Padeves ūdens temperatūra t n in, 0 C |
Samazināts degvielas mitruma saturs |
||
|
|
|
|
2.5. tabula – Dūmgāzu temperatūra zemspiediena katliem
produktivitāte mazāka par 50 t/h (14 kg/s)
|
|
Ogles ar samazinātu mitruma saturu Un dabasgāze | |
Ogles ar | |
Mazuts ar augstu sēra saturu | |
Kūdra un koksnes atkritumi |
KE un DE tipa katliem dūmgāzu temperatūra ir ļoti atkarīga no t n in. Pie barošanas ūdens temperatūras t n = 100°C, , un pie t n = 80 ÷ 90 0 C tas samazinās līdz vērtībām
.
Dedzinot sēra saturu degvielu, īpaši mazutu ar augstu sēra saturu, pastāv gaisa sildītāja zemas temperatūras korozijas risks pie minimālās metāla sienas temperatūras t st zem dūmgāzu rasas punkta t p. Vērtība t p ir atkarīga no ūdens tvaiku kondensācijas temperatūras t k pie to daļējā spiediena dūmgāzēs P H 2 O, samazinātā sēra S n un pelnu A n satura darba degvielā.
,
(2.3)
Kur - zemāka kurināmā sildīšanas vērtība, mJ/kg vai mJ/m 3.
Ūdens tvaiku daļējais spiediens ir
(2.4)
kur: P=0,1 MPa – dūmgāzu spiediens katla izejā, MPa;
r H 2 O – ūdens tvaiku tilpuma daļa izplūdes gāzēs.
Lai pilnībā izslēgtu koroziju, ja nav īpašu aizsardzības pasākumu, tst jābūt par 5 - 10 ° C augstākam
tp ,
tomēr tas izraisīs ievērojamu pieaugumu pār tās ekonomisko nozīmi. Tāpēc tie vienlaikus palielinās
un gaisa temperatūra pie gaisa sildītāja ieplūdes
.
Minimālā sienas temperatūra atkarībā no iepriekš izvēlētajām vērtībām Un
nosaka pēc formulām: reģeneratīvajiem gaisa sildītājiem (RAH)
(2.5)
cauruļveida gaisa sildītājiem (TVA)
(2.6)
Dedzinot cieto sēra kurināmo, ir nepieciešama gaisa temperatūra pie gaisa sildītāja ieplūdes ņem ne zemāku par k, nosaka atkarībā no PH 2 O.
Izmantojot mazutu ar augstu sēra saturu, efektīvs līdzeklis zemas temperatūras korozijas apkarošanai ir mazuta sadedzināšana ar nelielu gaisa pārpalikumu ( = 1,02 ÷ 1,03). Šī sadedzināšanas metode praktiski pilnībā novērš zemas temperatūras koroziju un ir atzīta par perspektīvāko, tomēr tai nepieciešama rūpīga degļu ierīču regulēšana un katla bloka darbības uzlabošana.
Uzstādot nomaināmus TVP kubus vai maināmo auksto (RVP) iepakojumu gaisa sildītāja aukstuma stadijās, ir pieļaujamas šādas ienākošā gaisa temperatūras vērtības: reģeneratīvajos gaisa sildītājos 60 – 70°C, un cauruļveida gaisa sildītājos 80 – 90°C.
Lai uzsildītu gaisu līdz vērtībām , pirms ieiešanas gaisa sildītājā parasti tiek uzstādīti tvaika sildītāji, kurus silda ar izvēlētu tvaiku no turbīnas. Tiek izmantotas arī citas gaisa sildīšanas metodes pie gaisa sildītāja ieplūdes un zemas temperatūras korozijas apkarošanas pasākumi, proti: karstā gaisa recirkulācija uz ventilatora iesūkšanu, gaisa sildītāju uzstādīšana ar starpposma dzesēšanas šķidrumu, gāzes iztvaicētāji utt. Lai neitralizētu H 2 SO 4 tvaikus, tiek izmantotas dažāda veida piedevas gan katla agregāta dūmvados, gan kurināmā.
Gaisa sildīšanas temperatūra ir atkarīga no kurināmā veida un kurtuves īpašībām. Ja liela gaisa uzsildīšana nav nepieciešama žāvēšanas vai degvielas sadegšanas apstākļu dēļ, vēlams uzstādīt vienpakāpes gaisa sildītāju. Šajā gadījumā jaudas katlu optimālā gaisa temperatūra atkarībā no padeves ūdens un dūmgāzu temperatūras tiek aptuveni noteikta pēc formulas
Divpakāpju gaisa sildītāja izkārtojumā gaisa temperatūru aiz pirmā posma nosaka, izmantojot formulu (2.7), un gaisa sildītāja otrajā posmā gaiss tiek uzsildīts no šīs temperatūras līdz karstā gaisa temperatūrai, kas pieņemta saskaņā ar tabulu. 2.6.
Parasti tiek izmantots divpakāpju gaisa sildītāja izvietojums “iegriezumā” ar ūdens ekonomaizera posmiem pie vērtības t HW >300°C. Šajā gadījumā gāzu temperatūra gaisa sildītāja “karstās” stadijas priekšā nedrīkst pārsniegt 500°C.
2.6. tabula – Gaisa sildīšanas temperatūra katlu agregātiem
produktivitāte virs 75 t/h (21,2 kg/s)
Ugunskuru īpašības |
Degvielas marka |
"Gaisa temperatūra. °C |
1 Kurtuves ar cieto izdedžu noņemšanu ar slēgtu putekļu sagatavošanas ķēdi |
Akmens un liesās ogles Griezēju brūnās ogles. | |
2 Krāsnis ar šķidro izdedžu noņemšanu, t.sk. ar horizontāliem cikloniem un vertikālām priekškrāsnīm, žāvējot degvielu ar gaisu un piegādājot putekļus ar karstu gaisu vai žāvēšanas līdzekli |
AS, PA brūnogles Akmens ogles un Doņeckas izdilis | |
3 Žāvējot degvielu ar gāzēm slēgtā putekļu sagatavošanas kontūrā, cieto izdedžu noņemšanas laikā tas pats šķidro izdedžu noņemšanai |
Brūnās ogles |
300–350 x x 350–400 x x |
4 Žāvējot degvielu ar gāzēm atvērtā kontūrā putekļu sagatavošanai cieto izdedžu noņemšanas laikā Šķidru izdedžu noņemšanai |
Visiem |
350–400 x x |
5. Kameru kurtuves |
Mazuts un dabasgāze |
250–300 x x x |
x Ar augsta mitruma kūdru/W p > 50%/ ņem 400°C;
xx Augstāka vērtība augstam degvielas mitrumam;
xxx Gv vērtību pārbauda, izmantojot formulu.
— ierīces, ko izmanto gaisa sildīšanai pieplūdes ventilācijas sistēmās, gaisa kondicionēšanas sistēmās, gaisa sildīšanā, kā arī žāvēšanas iekārtās.
Atkarībā no dzesēšanas šķidruma veida sildītāji var būt uguns, ūdens, tvaika un elektriskie .
Šobrīd visizplatītākie ir ūdens un tvaika sildītāji, kurus iedala gludcauruļu un spurainos; pēdējie, savukārt, ir sadalīti slāņveida un spirālveida.
Ir vienas un vairāku kārtu sildītāji. Vienvirziena dzesēšanas šķidrums pa caurulēm pārvietojas vienā virzienā, savukārt vairākkārtējos tas vairākas reizes maina kustības virzienu, jo kolektoru vākos ir starpsienas (XII.1. att.).
Sildītājiem ir divi modeļi: vidēji (C) un lieli (B).
Siltuma patēriņu gaisa sildīšanai nosaka pēc formulas:
![]() |
Kur Q"— siltuma patēriņš gaisa sildīšanai, kJ/h (kcal/h); J- tas pats, W; 0,278 — pārrēķina koeficients kJ/h uz W; G— uzsildītā gaisa masas daudzums, kg/h, vienāds ar Lp [šeit L— apsildāmā gaisa tilpuma daudzums, m 3 / h; p - gaisa blīvums (pie temperatūras t K), kg/m 3 ]; Ar— gaisa īpatnējā siltumietilpība, kas vienāda ar 1 kJ/(kg-K); tk ir gaisa temperatūra pēc gaisa sildītāja, °C; t n— gaisa temperatūra pirms sildītāja, °C.
Pirmā apkures posma gaisa sildītājiem temperatūra tn ir vienāda ar ārējā gaisa temperatūru.
Projektējot vispārējo ventilāciju, kas paredzēta pārmērīga mitruma, siltuma un gāzu apkarošanai, kuras maksimālā pieļaujamā koncentrācija ir lielāka par 100 mg/m3, tiek pieņemta, ka āra gaisa temperatūra ir vienāda ar aprēķināto ventilācijas temperatūru (A kategorijas klimata parametri). Projektējot vispārējo ventilāciju, kas paredzēta, lai cīnītos pret gāzēm, kuru maksimālā pieļaujamā koncentrācija ir mazāka par 100 mg/m3, kā arī projektējot pieplūdes ventilāciju, lai kompensētu gaisu, kas tiek izvadīts caur lokālo iesūkšanas, procesa pārsegu vai pneimatisko transportēšanas sistēmu palīdzību, tiek pieņemts, ka ārējā gaisa temperatūra ir jābūt vienādam ar aprēķināto āra temperatūru tn apkures projektēšanai (B kategorijas klimata parametri).
Telpā, kurā nav pārmērīga siltuma, pieplūdes gaiss jāpavada ar temperatūru, kas vienāda ar attiecīgās telpas iekšējo gaisa temperatūru tB. Ja ir lieks siltums, pieplūdes gaiss tiek piegādāts no zema temperatūra(pie 5-8°C). Nav ieteicams telpā piegādāt pieplūdes gaisu, kura temperatūra ir zemāka par 10°C, pat tad, ja notiek ievērojama siltuma veidošanās, jo ir iespējama saaukstēšanās. Izņēmums ir īpašu anemostatu izmantošana.
Nepieciešamo gaisa sildītāju sildīšanas virsmas laukumu Fк m2 nosaka pēc formulas:
Kur J— siltuma patēriņš gaisa sildīšanai, W (kcal/h); UZ— sildītāja siltuma pārneses koeficients, W/(m 2 -K) [kcal/(h-m 2 -°C)]; t vid. — vidējā temperatūra dzesēšanas šķidrums, 0 C; t vid. - caur sildītāju plūstošā sasildītā gaisa vidējā temperatūra, °C, vienāda ar (t n + t k)/2.
Ja dzesēšanas šķidrums ir tvaiks, tad dzesēšanas šķidruma vidējā temperatūra tav.T. vienāda ar piesātinājuma temperatūru pie attiecīgā tvaika spiediena.
Ūdens temperatūrai tav.T. ir definēts kā karstā un atgaitas ūdens temperatūras vidējais aritmētiskais:
Drošības koeficients 1,1-1,2 ņem vērā siltuma zudumus gaisa dzesēšanai gaisa kanālos.
Gaisa sildītāju siltuma pārneses koeficients K ir atkarīgs no dzesēšanas šķidruma veida, gaisa masas ātruma vp caur sildītāju, ģeometriskie izmēri un sildītāju konstrukcijas īpatnības, ūdens kustības ātrums pa sildītāja caurulēm.
Ar masas ātrumu saprotam gaisa masu, kg, kas 1 s laikā iziet cauri 1 m2 sildītāja atvērtā šķērsgriezuma. Masas ātrumu vp, kg/(cm2), nosaka pēc formulas
Gaisa sildītāju modelis, marka un skaits tiek izvēlēti, pamatojoties uz atvērto šķērsgriezuma laukumu fL un sildvirsmu FK. Pēc sildītāju izvēles tiek noteikts gaisa kustības masas ātrums, pamatojoties uz konkrētā modeļa sildītāja fD faktisko atvērto šķērsgriezuma laukumu:
kur A, A 1, n, n 1 un T— koeficienti un eksponenti atkarībā no sildītāja konstrukcijas
Ūdens kustības ātrumu sildītāja caurulēs ω, m/s nosaka pēc formulas:
kur Q" ir siltuma patēriņš gaisa sildīšanai, kJ/h (kcal/h); pv ir ūdens blīvums, kas vienāds ar 1000 kg/m3, sv ir ūdens īpatnējā siltumietilpība, kas vienāda ar 4,19 kJ/(kg-). K); karsts ūdens padeves līnijā, °C; t 0 — atgaitas ūdens temperatūra, 0С.
Sildītāju siltuma pārnesi ietekmē cauruļvadu shēma. Izmantojot paralēlo cauruļvadu savienojuma shēmu, tikai daļa dzesēšanas šķidruma iet caur atsevišķu sildītāju, un, izmantojot secīgu shēmu, visa dzesēšanas šķidruma plūsma iet caur katru sildītāju.
Sildītāju pretestību gaisa caurlaidībai p, Pa izsaka ar šādu formulu:
kur B un z ir koeficients un eksponents, kas ir atkarīgi no sildītāja konstrukcijas.
Secīgo sildītāju pretestība ir:
kur m ir virknē izvietoto sildītāju skaits. Aprēķins beidzas ar gaisa sildītāju siltuma veiktspējas (siltuma pārneses) pārbaudi, izmantojot formulu
kur QK ir sildītāju siltuma pārnese, W (kcal/h); QK - vienāds, kJ/h, 3,6 - pārrēķina koeficients W uz kJ/h FK - sildītāju sildīšanas virsmas laukums, m2, kas pieņemts, aprēķinot šāda veida sildītājus; K - gaisa sildītāju siltuma pārneses koeficients, W/(m2-K) [kcal/(h-m2-°C)]; tav.v - caur sildītāju plūstošā sasildītā gaisa vidējā temperatūra, °C; tav. T - dzesēšanas šķidruma vidējā temperatūra, °C.
Izvēloties gaisa sildītājus, rezerve aprēķinātajai sildvirsmas laukumam tiek ņemta robežās no 15 - 20%, pretestībai pret gaisa caurlaidību - 10% un pretestībai pret ūdens kustību - 20%.
Cilvēce zina dažus enerģijas veidus - mehānisko enerģiju (kinētisko un potenciālo), iekšējo (termisko), lauka enerģiju (gravitācijas, elektromagnētisko un kodolenerģiju), ķīmisko. Ir vērts izcelt sprādziena enerģiju...
Vakuuma enerģija un tumšā enerģija, kas joprojām pastāv tikai teorētiski. Šajā rakstā, pirmajā sadaļā “Siltumtehnika” es mēģināšu vienkāršā un pieejamā valodā, izmantojot praktisku piemēru, runāt par svarīgāko enerģijas veidu cilvēku dzīvē - par siltumenerģija un par viņas laicīgu dzemdēšanu siltuma jauda.
Daži vārdi, lai saprastu siltumtehnikas kā siltumenerģijas iegūšanas, nodošanas un izmantošanas zinātnes nozares vietu. Mūsdienu siltumtehnika ir radusies no vispārējās termodinamikas, kas savukārt ir viena no fizikas nozarēm. Termodinamika burtiski ir “silts” plus “jauda”. Tādējādi termodinamika ir zinātne par sistēmas "temperatūras izmaiņām".
Ārēja ietekme uz sistēmu, kas maina tās iekšējo enerģiju, var būt siltuma apmaiņas rezultāts. Siltumenerģija, ko sistēma iegūst vai zaudē šādas mijiedarbības ar vidi rezultātā, sauc siltuma daudzums un mēra SI vienībās džoulos.
Ja neesi siltumtehnikas inženieris un ikdienā nenodarbojies ar siltumtehnikas jautājumiem, tad, saskaroties ar tiem, dažkārt bez pieredzes var būt ļoti grūti ātri tos saprast. Bez pieredzes ir grūti pat iedomāties nepieciešamo siltuma un siltumenerģijas daudzuma vērtību izmērus. Cik džoulu enerģijas nepieciešams, lai uzsildītu 1000 kubikmetrus gaisa no temperatūras -37˚С līdz +18˚С?.. Kāda siltuma avota jauda ir nepieciešama, lai to izdarītu 1 stundā?.. Šodien mēs varam atbildi uz šiem nebūt ne grūtākajiem jautājumiem “nekavējoties” “Ne visi ir inženieri. Dažkārt speciālisti pat atceras formulas, bet praksē tās var pielietot tikai retais!
Izlasot šo rakstu līdz galam, jūs varēsiet viegli atrisināt reālas rūpnieciskas un sadzīves problēmas, kas saistītas ar apkuri un dzesēšanu dažādi materiāli. Siltuma pārneses procesu fiziskās būtības izpratne un vienkāršu pamatformulu pārzināšana ir galvenie bloki siltumtehnikas zināšanu pamatos!
Siltuma daudzums dažādu fizisko procesu laikā.
Lielākā daļa zināmo vielu var būt cietā, šķidrā, gāzveida vai plazmas stāvoklī dažādās temperatūrās un spiedienos. Pāreja no viena agregācijas stāvokļa uz citu notiek nemainīgā temperatūrā(ar nosacījumu, ka spiediens un citi parametri nemainās vidi), un to pavada siltumenerģijas absorbcija vai izdalīšanās. Neskatoties uz to, ka 99% matērijas Visumā atrodas plazmas stāvoklī, šajā rakstā mēs neapskatīsim šo agregācijas stāvokli.
Apskatīsim diagrammu, kas parādīta attēlā. Tas parāda vielas atkarību no temperatūras T par siltuma daudzumu J, kas nonāk noteiktā slēgtā sistēmā, kas satur noteiktu masu konkrētas vielas.
1. Cieta viela ar temperatūru T1, uzkarsē līdz temperatūrai Tmelt, tērējot šim procesam siltuma daudzumu, kas vienāds ar Q1 .
2. Tālāk sākas kušanas process, kas notiek nemainīgā temperatūrā Tpl(kušanas temperatūra). Lai izkausētu visu cietās vielas masu, ir nepieciešams iztērēt siltumenerģiju daudzumā Q2 - Q1 .
3. Pēc tam šķidrums, kas rodas cietās vielas kušanas rezultātā, tiek uzkarsēts līdz viršanas temperatūrai (gāzes veidošanās). Tkp, tērējot par šo siltuma daudzumu vienāds Q3-Q2 .
4. Tagad pastāvīgā viršanas temperatūrā Tkpšķidrums vārās un iztvaiko, pārvēršoties gāzē. Lai visu šķidruma masu pārveidotu gāzē, ir nepieciešams tērēt siltumenerģija daudzumā Q4-Q3.
5. Pēdējā posmā gāze tiek uzkarsēta no temperatūras Tkp līdz noteiktai temperatūrai T2. Šajā gadījumā patērētais siltuma daudzums būs Q5-Q4. (Ja mēs uzsildīsim gāzi līdz jonizācijas temperatūrai, gāze pārvērtīsies plazmā.)
Tādējādi, apsildot oriģinālu ciets uz temperatūru T1 līdz temperatūrai T2 mēs iztērējām siltumenerģiju apjomā Q5, pārnesot vielu cauri trim agregācijas stāvokļiem.
Virzoties pretējā virzienā, mēs noņemsim no vielas tādu pašu siltuma daudzumu Q5, izgājis cauri kondensācijas, kristalizācijas un atdzišanas posmiem no temperatūras T2 līdz temperatūrai T1. Protams, mēs domājam par slēgtu sistēmu bez enerģijas zudumiem ārējai videi.
Ņemiet vērā, ka ir iespējama pāreja no cietā stāvokļa uz gāzveida stāvokli, apejot šķidro fāzi. Šo procesu sauc par sublimāciju, un apgriezto procesu sauc par desublimāciju.
Tātad, mēs sapratām, ka pārejas procesus starp vielas agregētajiem stāvokļiem raksturo enerģijas patēriņš nemainīgā temperatūrā. Sildot vielu, kas atrodas vienā nemainītā agregācijas stāvoklī, paaugstinās temperatūra un tiek patērēta arī siltumenerģija.
Galvenās siltuma pārneses formulas.
Formulas ir ļoti vienkāršas.
Siltuma daudzums J J aprēķina, izmantojot formulas:
1. No siltuma patēriņa puses, tas ir, no slodzes puses:
1.1. Sildot (dzesējot):
J = m * c *(T2-T1)
m – vielas masa kg
Ar - Vielas īpatnējā siltumietilpība J/(kg*K)
1.2. Kūstot (sasaldējot):
J = m * λ
λ – Vielas īpatnējais kušanas un kristalizācijas siltums J/kg
1.3. Vārīšanās laikā iztvaiko (kondensācija):
J = m * r
r – īpatnējais gāzes veidošanās un vielas kondensācijas siltums J/kg
2. No siltuma ražošanas puses, tas ir, no avota puses:
2.1. Kad deg degviela:
J = m * q
q – kurināmā īpatnējais sadegšanas siltums J/kg
2.2. Pārvēršot elektroenerģiju siltumenerģijā (Džoula-Lenca likums):
Q =t *I *U =t *R *I ^2=(t /R)*U^2
t – laiks s
es – faktiskā pašreizējā vērtība A
U – efektīvā sprieguma vērtība V
R – Slodzes pretestība omos
Secinām, ka siltuma daudzums ir tieši proporcionāls vielas masai visu fāzu pārvērtību laikā un, karsējot, papildus tieši proporcionāls temperatūras starpībai. Proporcionalitātes koeficienti ( c , λ , r , q ) katrai vielai tiem ir sava nozīme un tie tiek noteikti empīriski (ņemti no atsauces grāmatām).
Siltuma jauda N W ir sistēmai nodotais siltuma daudzums noteiktā laikā:
N=Q/t
Jo ātrāk mēs vēlamies sasildīt ķermeni noteikta temperatūra, jo lielākai jaudai jābūt siltumenerģijas avotam - viss ir loģiski.
Pielietotās problēmas aprēķins programmā Excel.
Dzīvē nereti nākas veikt ātru novērtējuma aprēķinu, lai saprastu, vai ir jēga turpināt kādas tēmas apguvi, taisīt projektu un detalizētus, precīzus, laikietilpīgus aprēķinus. Veicot aprēķinu dažu minūšu laikā pat ar precizitāti ±30%, jūs varat pieņemt svarīgu vadības lēmumu, kas būs 100 reižu lētāks un 1000 reižu efektīvāks un galu galā 100 000 reižu efektīvāks nekā precīza aprēķina veikšana nedēļas laikā. citādi un mēnešus, dārgu speciālistu grupa...
Problēmas apstākļi:
Uz velmēta metāla sagatavošanas ceha telpām no noliktavas uz ielas atvedam 3 tonnas velmēta metāla ar izmēriem 24m x 15m x 7m. Uz velmētā metāla ir ledus ar kopējo masu 20 kg. Ārā ir -37˚С. Cik daudz siltuma nepieciešams metāla uzsildīšanai līdz +18˚С; uzkarsē ledu, izkausē un uzsilda ūdeni līdz +18˚С; sildīt visu gaisa daudzumu telpā, pieņemot, ka iepriekš apkure bija pilnībā izslēgta? Kādai jaudai jābūt apkures sistēmai, ja viss iepriekš minētais ir jāpabeidz 1 stundā? (Ļoti skarbi un gandrīz nereāli apstākļi - īpaši attiecībā uz gaisu!)
Aprēķinu veiksim programmāMS Excel vai programmāOOo Aprēķ.
Skatiet šūnu un fontu krāsu formatējumu lapā “”.
Sākotnējie dati:
1. Mēs rakstām vielu nosaukumus:
uz šūnu D3: Tērauds
uz šūnu E3: Ledus
uz šūnu F3: Ledus ūdens
uz šūnu G3: Ūdens
uz šūnu G3: Gaiss
2. Mēs ievadām procesu nosaukumus:
uz šūnām D4, E4, G4, G4: karstums
uz šūnu F4: kušana
3. Vielu īpatnējā siltumietilpība c J/(kg*K) mēs rakstām attiecīgi tēraudam, ledum, ūdenim un gaisam
uz šūnu D5: 460
uz šūnu E5: 2110
uz šūnu G5: 4190
uz šūnu H5: 1005
4. Īpatnējais ledus kušanas siltums λ ievadiet J/kg
uz šūnu F6: 330000
5. Daudz vielu m Mēs ievadām kg attiecīgi tēraudam un ledus
uz šūnu D7: 3000
uz šūnu E7: 20
Tā kā ledus pārvēršoties ūdenī masa nemainās, tad
šūnās F7 un G7: =E7 =20
Mēs atrodam gaisa masu, reizinot telpas tilpumu ar īpatnējo svaru
šūnā H7: =24*15*7*1,23 =3100
6. Apstrādes laiks t minūtē mēs rakstām tikai vienu reizi tēraudam
uz šūnu D8: 60
Ledus sildīšanas, tā kausēšanas un iegūtā ūdens sildīšanas laika vērtības tiek aprēķinātas no nosacījuma, ka visi šie trīs procesi jāpabeidz tādā pašā laikā, kāds ir atvēlēts metāla sildīšanai. Izlasiet attiecīgi
šūnā E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,7
šūnā F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =41,0
šūnā G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,4
Tajā pašā atvēlētajā laikā vajadzētu sasilt arī gaisam, lasām
šūnā H8: =D8 =60,0
7. Visu vielu sākotnējā temperatūra T1 Mēs ievietojam to ˚C
uz šūnu D9: -37
uz šūnu E9: -37
uz šūnu F9: 0
uz šūnu G9: 0
uz šūnu H9: -37
8. Visu vielu galīgā temperatūra T2 Mēs ievietojam to ˚C
uz šūnu D10: 18
uz šūnu E10: 0
uz šūnu F10: 0
uz šūnu G10: 18
uz šūnu H10: 18
Es domāju, ka nevajadzētu būt jautājumiem par 7. un 8. punktu.
Aprēķinu rezultāti:
9. Siltuma daudzums J KJ, kas nepieciešami katram no procesiem, mēs aprēķinām
tērauda sildīšanai kamerā D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900
ledus sildīšanai kamerā E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561
ledus kausēšanai šūnā F12: =F7*F6/1000 = 6600
ūdens sildīšanai kamerā G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508
gaisa sildīšanai kamerā H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330
Mēs nolasām kopējo siltumenerģijas daudzumu, kas nepieciešams visiem procesiem
apvienotajā šūnā D13E13F13G13H13: =SUM(D12:H12) = 256900
Šūnās D14, E14, F14, G14, H14 un kombinētajā šūnā D15E15F15G15H15 siltuma daudzumu uzrāda loka mērvienībā - Gcal (gigakalorijās).
10. Siltuma jauda N tiek aprēķināts katram procesam nepieciešamais kW
tērauda sildīšanai kamerā D16: =D12/(D8*60) =21,083
ledus sildīšanai kamerā E16: =E12/(E8*60) = 2,686
ledus kausēšanai šūnā F16: =F12/(F8*60) = 2,686
ūdens sildīšanai kamerā G16: =G12/(G8*60) = 2,686
gaisa sildīšanai kamerā H16: =H12/(H8*60) = 47,592
Kopējā siltuma jauda, kas nepieciešama visu procesu pabeigšanai laikā t aprēķināts
apvienotajā šūnā D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361
Šūnās D18, E18, F18, G18, H18 un kombinētajā šūnā D19E19F19G19H19 siltuma jauda tiek dota loka mērvienībā - Gcal/stundā.
Tas pabeidz aprēķinu programmā Excel.
Secinājumi:
Lūdzu, ņemiet vērā, ka gaisa sildīšanai nepieciešams vairāk nekā divas reizes vairāk enerģijas nekā tādas pašas tērauda masas sildīšanai.
Ūdens sildīšana maksā divreiz vairāk enerģijas nekā ledus sildīšana. Kušanas process patērē daudzkārt vairāk enerģijas nekā karsēšanas process (pie nelielas temperatūras starpības).
Ūdens sildīšanai nepieciešams desmit reizes vairāk siltumenerģijas nekā tērauda sildīšanai un četras reizes vairāk nekā gaisa sildīšanai.
Priekš saņemšana informācija par jaunu rakstu iznākšanu un priekš darba programmu failu lejupielāde Aicinu abonēt sludinājumus logā, kas atrodas raksta beigās, vai logā lapas augšpusē.
Pēc adreses ievadīšanas E-pasts un noklikšķinot uz pogas “Saņemt rakstu paziņojumus”. NEAIZMIRSTI APSTIPRINĀT ABONEMENTS noklikšķinot uz saites vēstulē, kas nekavējoties pie jums atnāks uz norādīto e-pasta adresi (dažkārt mapē « Spams » )!
Mēs atgādinājām jēdzienus "siltuma daudzums" un "siltuma jauda", izskatījām siltuma pārneses pamatformulas un analizējām praktisku piemēru. Es ceru, ka mana valoda bija vienkārša, skaidra un interesanta.
Gaidu jautājumus un komentārus par rakstu!
ES lūdzu CIEŅA autora darbu lejupielādes fails PĒC SUBSCRIBE par rakstu paziņojumiem.