O energii cieplnej w prostych słowach! Współczesne problemy nauki i edukacji Jak nagrzewa się powietrze w atmosferze?
Główny właściwości fizyczne powietrze: gęstość powietrza, jego lepkość dynamiczna i kinematyczna, ciepło właściwe, przewodność cieplna, dyfuzyjność cieplna, liczba Prandtla i entropia. Właściwości powietrza podano w tabelach w zależności od temperatury przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym.
Gęstość powietrza a temperatura
Przedstawiono szczegółową tabelę wartości gęstości suchego powietrza w różnych temperaturach i normalnym ciśnieniu atmosferycznym. Jaka jest gęstość powietrza? Gęstość powietrza można wyznaczyć analitycznie, dzieląc jego masę przez zajmowaną przez nie objętość. w danych warunkach (ciśnienie, temperatura i wilgotność). Możliwe jest również obliczenie jego gęstości za pomocą równania gazu doskonałego o wzorze stanu. W tym celu musisz wiedzieć ciśnienie bezwzględne i temperatury powietrza, a także jego stałej gazowej i objętości molowej. To równanie pozwala obliczyć gęstość powietrza w stanie suchym.
Na praktyce, dowiedzieć się, jaka jest gęstość powietrza w różnych temperaturach, wygodnie jest korzystać z gotowych stołów. Na przykład podana tabela wartości gęstości powietrze atmosferyczne w zależności od jego temperatury. Gęstość powietrza w tabeli wyrażona jest w kilogramach na metr sześcienny i podana w zakresie temperatur od minus 50 do 1200 stopni Celsjusza przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym (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 |
W temperaturze 25°C powietrze ma gęstość 1,185 kg/m3. Po podgrzaniu gęstość powietrza maleje - powietrze rozszerza się (wzrasta jego objętość właściwa). Wraz ze wzrostem temperatury np. do 1200°C uzyskuje się bardzo niską gęstość powietrza, równą 0,239 kg/m 3 , czyli 5 razy mniejszą od jej wartości w temperaturze pokojowej. Ogólnie rzecz biorąc, zmniejszenie ogrzewania umożliwia zachodzenie takiego procesu, jak konwekcja naturalna i jest stosowane na przykład w lotnictwie.
Jeśli porównamy gęstość powietrza względem, to powietrze jest lżejsze o trzy rzędy wielkości - w temperaturze 4 ° C gęstość wody wynosi 1000 kg / m 3, a gęstość powietrza 1,27 kg / m 3. Należy również zanotować wartość gęstości powietrza w normalnych warunkach. Normalne warunki dla gazów to takie, w których ich temperatura wynosi 0 ° C, a ciśnienie jest równe normalnemu ciśnieniu atmosferycznemu. Tak więc, zgodnie z tabelą, gęstość powietrza w normalnych warunkach (przy NU) wynosi 1,293 kg/m 3.
Lepkość dynamiczna i kinematyczna powietrza w różnych temperaturach
Przy wykonywaniu obliczeń termicznych konieczna jest znajomość wartości lepkości powietrza (współczynnika lepkości) w różnych temperaturach. Wartość ta jest wymagana do obliczenia liczb Reynoldsa, Grashofa, Rayleigha, których wartości określają reżim przepływu tego gazu. Tabela pokazuje wartości współczynników dynamiki μ i kinematyczny ν lepkość powietrza w zakresie temperatur od -50 do 1200°C przy ciśnieniu atmosferycznym.
Lepkość powietrza znacznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Na przykład lepkość kinematyczna powietrza wynosi 15,06 10 -6 m 2 / s w temperaturze 20 ° C, a wraz ze wzrostem temperatury do 1200 ° C lepkość powietrza staje się równa 233,7 10 -6 m 2 / s, czyli wzrasta 15,5 razy! Lepkość dynamiczna powietrza w temperaturze 20°C wynosi 18,1·10 -6 Pa·s.
Po podgrzaniu powietrza wzrastają zarówno wartości lepkości kinematycznej, jak i dynamicznej. Te dwie wielkości są ze sobą powiązane wartością gęstości powietrza, której wartość maleje po podgrzaniu tego gazu. Wzrost lepkości kinematycznej i dynamicznej powietrza (a także innych gazów) podczas ogrzewania wiąże się z intensywniejszymi drganiami cząsteczek powietrza wokół ich stanu równowagi (wg 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 |
Uwaga: bądź ostrożny! Lepkość powietrza podaje się do potęgi 10 6 .
Ciepło właściwe powietrza w temperaturach od -50 do 1200°С
Przedstawiono tabelę pojemności cieplnej właściwej powietrza w różnych temperaturach. Pojemność cieplna w tabeli podana jest przy stałym ciśnieniu (izobaryczna pojemność cieplna powietrza) w zakresie temperatur od minus 50 do 1200°C dla powietrza suchego. Jaka jest właściwa pojemność cieplna powietrza? Wartość ciepła właściwego określa ilość ciepła, jaka musi być doprowadzona do jednego kilograma powietrza pod stałym ciśnieniem, aby podnieść jego temperaturę o 1 stopień. Na przykład, w temperaturze 20°C, aby ogrzać 1 kg tego gazu o 1°C w procesie izobarycznym, potrzebne jest 1005 J ciepła.
Ciepło właściwe powietrza wzrasta wraz ze wzrostem jego temperatury. Jednak zależność masowej pojemności cieplnej powietrza od temperatury nie jest liniowa. W zakresie od -50 do 120°C jego wartość praktycznie się nie zmienia - w tych warunkach średnia pojemność cieplna powietrza wynosi 1010 J/(kg st.). Zgodnie z tabelą widać, że temperatura zaczyna mieć znaczący wpływ od wartości 130°C. Jednak temperatura powietrza wpływa na jego ciepło właściwe znacznie słabiej niż jego lepkość. Tak więc po podgrzaniu od 0 do 1200°C pojemność cieplna powietrza wzrasta tylko 1,2 razy - ze 1005 do 1210 J/(kg st.).
Należy zauważyć, że pojemność cieplna powietrza wilgotnego jest wyższa niż powietrza suchego. Jeśli porównamy powietrze, to widać, że woda ma wyższą wartość, a zawartość wody w powietrzu prowadzi do wzrostu ciepła właściwego.
t, °С | C p , J/(kg st.) | t, °С | C p , J/(kg st.) | t, °С | C p , J/(kg st.) | t, °С | C p , J/(kg st.) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
-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 |
Przewodność cieplna, dyfuzyjność cieplna, liczba Prandtla powietrza
W tabeli przedstawiono takie właściwości fizyczne powietrza atmosferycznego jak przewodność cieplna, dyfuzyjność cieplna oraz jego liczba Prandtla w zależności od temperatury. Właściwości termofizyczne powietrza podano w zakresie od -50 do 1200°C dla powietrza suchego. Zgodnie z tabelą można zauważyć, że wskazane właściwości powietrza istotnie zależą od temperatury, a zależność temperaturowa rozważanych właściwości tego gazu jest różna.
Projektując system ogrzewania powietrznego wykorzystuje się gotowe nagrzewnice powietrza.
Do prawidłowego doboru niezbędnego sprzętu wystarczy znać: wymaganą moc nagrzewnicy powietrza, która zostanie następnie zamontowana w systemie ogrzewania wentylacji nawiewnej, temperaturę powietrza na jego wylocie z instalacji nagrzewnicy powietrza oraz przepływ chłodziwa wskaźnik.
Aby uprościć wykonane obliczenia, zwrócono uwagę na kalkulator online do obliczania podstawowych danych do prawidłowego doboru grzejnika.
- Moc cieplna grzałki kW. W pola przelicznika należy wpisać początkowe dane dotyczące ilości powietrza przechodzącego przez nagrzewnicę, dane o temperaturze powietrza na wlocie oraz wymaganej temperaturze przepływu powietrza na wylocie z nagrzewnicy.
- temperatura powietrza na wylocie. W odpowiednich polach należy wpisać początkowe dane dotyczące objętości ogrzanego powietrza, temperatury przepływu powietrza na wlocie do instalacji oraz uzyskanej podczas pierwszych obliczeń mocy grzewczej nagrzewnicy.
- Zużycie chłodziwa. Aby to zrobić, wprowadź początkowe dane w pola kalkulatora online: moc cieplną instalacji uzyskaną podczas pierwszych obliczeń, temperaturę chłodziwa dostarczanego do wlotu do nagrzewnicy oraz wartość temperatury na wylocie urządzenie.
Obliczanie mocy grzałki
Ogrzewanie atmosfery (temperatura powietrza).
Atmosfera otrzymuje więcej ciepła z powierzchni ziemi niż bezpośrednio ze słońca. Ciepło oddawane jest do atmosfery poprzez przewodnictwo cieplne molekularne,konwekcja, wydzielanie ciepła właściwego parowania w kondensacja para wodna w atmosferze. Dlatego temperatura w troposferze zwykle spada wraz z wysokością. Ale jeśli powierzchnia oddaje więcej ciepła do powietrza, niż otrzymuje w tym samym czasie, ochładza się, a powietrze nad nią również się z niej schładza. W takim przypadku temperatura powietrza wzrasta wraz z wysokością. Taka pozycja nazywa się inwersja temperatury . Można go zaobserwować latem nocą, zimą - nad zaśnieżoną powierzchnią. Inwersja temperatury jest powszechna w regionach polarnych. Przyczyną inwersji, oprócz chłodzenia powierzchni, może być przemieszczenie ciepłe powietrze zimne powietrze przepływające pod nią lub zimne powietrze spływające na dno niecek śródgórskich.
W spokojnej troposferze temperatura spada wraz z wysokością średnio o 0,6° na każde 100 m. Gdy suche powietrze unosi się, wskaźnik ten wzrasta i może osiągnąć 1° na 100 m, a gdy wilgotne powietrze unosi się, maleje. Wyjaśnia to fakt, że unoszące się powietrze rozszerza się i zużywa na to energię (ciepło), a gdy wilgotne powietrze unosi się, para wodna kondensuje, czemu towarzyszy wydzielanie ciepła.
Obniżenie temperatury wznoszącego się powietrza - główny powód powstawania chmur . Opadające powietrze, opadające pod dużym ciśnieniem, zostaje sprężone, a jego temperatura wzrasta.
Temperatura powietrze zmienia się okresowo w ciągu dnia i przez cały rok.
W jego codzienny kurs jest jedno maksimum (po południu) i jedno minimum (przed wschodem słońca). Od równika do biegunów dobowe amplitudy wahań temperatury maleją. Ale jednocześnie są zawsze większe nad lądem niż nad oceanem.
W kurs roczny temperatura powietrze na równiku - dwa maksima (po równonocy) i dwa minima (po przesileniach). W tropikalnych, umiarkowanych i polarnych szerokościach geograficznych - jedno maksimum i jedno minimum. Amplitudy rocznych wahań temperatury powietrza rosną wraz ze wzrostem szerokości geograficznej. Na równiku jest ich mniej niż dziennie: 1-2°C nad oceanem i do 5°C nad lądem. W tropikalnych szerokościach geograficznych - nad oceanem - 5°C, nad lądem - do 15°C. W umiarkowane szerokości geograficzne od 10-15°C nad oceanem do 60°C lub więcej nad lądem. Na szerokościach polarnych panuje temperatura ujemna, której roczne wahania sięgają 30-40°C.
Prawidłowy dobowy i roczny przebieg temperatury powietrza, ze względu na zmiany wysokości Słońca nad horyzontem i długości dnia, komplikują nieokresowe zmiany spowodowane ruchem mas powietrza o różnej temperaturze. Ogólny wzór rozkładu temperatury w dolna warstwa troposfera-jego spadek w kierunku od równika do biegunów.
Jeśli średnia roczna temperatura powietrza zależał tylko od szerokości geograficznej, jego rozkład na półkuli północnej i południowej byłby taki sam. W rzeczywistości jednak na jego rozkład w znacznym stopniu wpływają różnice w charakterze podłoża i przenoszenie ciepła z niskich szerokości geograficznych na duże.
W wyniku wymiany ciepła temperatura powietrza na równiku jest niższa, a na biegunach wyższa niż byłaby bez tego procesu. Półkula południowa zimniej niż na północy, głównie z powodu ziemi pokrytej lodem i śniegiem w pobliżu bieguna południowego. Średnia temperatura powietrze w dolnej dwumetrowej warstwie dla całej Ziemi +14°C, co odpowiada średniej temperatura roczna powietrze o temperaturze 40°N
ZALEŻNOŚĆ TEMPERATURY POWIETRZA OD SZEROKOŚCI GEOGRAFICZNEJ
Rozkład temperatury powietrza przy powierzchni ziemi pokazano za pomocą izoterm - linie łączące miejsca o tej samej temperaturze. Izotermy nie pokrywają się z paralelami. Pochylają się, przemieszczając się z lądu do oceanu i odwrotnie.
ciśnienie atmosferyczne
Powietrze ma masę i wagę, dlatego wywiera nacisk na stykającą się z nim powierzchnię. Ciśnienie wywierane przez powietrze na powierzchnia ziemi a wszystkie obiekty na nim nazywane są ciśnienie atmosferyczne . Jest ona równa ciężarowi górnego słupa powietrza i zależy od temperatury powietrza: im wyższa temperatura, tym niższe ciśnienie.
Ciśnienie atmosfery na powierzchni podłoża wynosi średnio 1,033 g na 1 cm 2 (ponad 10 ton na m² 2 ). Ciśnienie mierzone jest w milimetrach słupa rtęci, milibarach (1 mb = 0,75 mm Hg) i hektopaskalach (1 hPa = 1 mb). Wraz z wysokością ciśnienie spada: W dolnej warstwie troposfery, do wysokości 1 km, spada o 1 mm Hg. Sztuka. na każde 10 m. Im wyższe, tym wolniej spada ciśnienie. normalne ciśnienie na poziomie oceanu - 760 mm. Rt. Sztuka.
Ogólny rozkład nacisków na powierzchnię Ziemi ma charakter strefowy:
Pora roku |
Na kontynencie |
Nad oceanem |
|
Na szerokościach równikowych |
|||
Na tropikalnych szerokościach geograficznych |
|||
Niski |
Wysoki |
||
Na umiarkowanych szerokościach geograficznych |
Wysoki |
Niski |
|
Niski |
|||
Na polarnych szerokościach geograficznych |
|||
Tak więc zarówno zimą, jak i latem, a także nad kontynentami i nad oceanem, naprzemiennie występują strefy wysokiego i niskiego ciśnienia. Rozkład ciśnienia jest wyraźnie widoczny na mapach izobar ze stycznia i lipca. izobary - linie łączące miejsca o równym ciśnieniu. Im bliżej siebie się znajdują, tym szybciej ciśnienie zmienia się wraz z odległością. Nazywa się wielkość zmiany ciśnienia na jednostkę odległości (100 km) gradient ciśnienia .
Zmiana ciśnienia tłumaczy się ruchem powietrza. Wznosi się tam, gdzie jest więcej powietrza, a zmniejsza się tam, gdzie powietrze odchodzi. główny powód ruch powietrza – jego nagrzewanie i schładzanie od podłoża. Gdy powietrze nagrzewa się od powierzchni, rozszerza się i przyspiesza. Po osiągnięciu wysokości, na której jego gęstość jest większa niż gęstość otaczającego powietrza, rozprzestrzenia się na boki. W związku z tym zmniejsza się presja na ciepłą powierzchnię (szerokości równikowe, tropikalne szerokości kontynentalne w okresie letnim). Ale jednocześnie wzrasta na sąsiednich obszarach, chociaż temperatura tam się nie zmieniła (zimą na tropikalnych szerokościach geograficznych).
Powyżej zimnej powierzchni powietrze ochładza się i kondensuje, przylegając do powierzchni (szerokości polarne, kontynentalna część umiarkowanych szerokości geograficznych w zimie). Na górze jego gęstość maleje, a powietrze napływa tu z boku. Zwiększa się jego ilość nad zimną powierzchnią, wzrasta nacisk na nią. Jednocześnie tam, gdzie odeszło powietrze, ciśnienie spada bez zmiany temperatury. Nagrzewaniu i chłodzeniu powietrza z powierzchni towarzyszy jego redystrybucja i zmiana ciśnienia.
Na szerokościach równikowych presja jest zawsze zredukowany. Wynika to z faktu, że nagrzane z powierzchni powietrze unosi się i odpływa w kierunku tropikalnych szerokości geograficznych, tworząc tam zwiększone ciśnienie.
Nad zimną powierzchnią w Arktyce i Antarktydzie nacisk podniesiony. Tworzy go powietrze napływające z umiarkowanych szerokości geograficznych do miejsca skondensowanego zimnego powietrza. Wypływ powietrza na szerokości geograficzne jest przyczyną spadku ciśnienia w umiarkowanych szerokościach geograficznych.
W rezultacie pasy niskiego (równikowego i umiarkowanego) i wysokie ciśnienie krwi(tropikalny i polarny). W zależności od pory roku przesuwają się nieco w kierunku półkuli letniej („podążając za Słońcem”).
Polarne regiony wysokiego ciśnienia rozszerzają się zimą i kurczą latem, ale istnieją przez cały rok. Pasy niskiego ciśnienia utrzymują się przez cały rok w pobliżu równika iw umiarkowanych szerokościach geograficznych półkuli południowej.
Zimą, w umiarkowanych szerokościach geograficznych półkuli północnej, ciśnienie nad kontynentami silnie wzrasta i pas niskiego ciśnienia „przerywa”. Zamknięte obszary niskiego ciśnienia utrzymują się tylko nad oceanami - islandzki oraz aleuckie upadki. Nad kontynentami wręcz przeciwnie, zima wzloty :azjatycki (syberyjski) oraz północno Amerykański. Latem, w umiarkowanych szerokościach geograficznych półkuli północnej, przywracany jest pas niskiego ciśnienia.
Ogromny obszar niskiego ciśnienia z centrum w tropikalnych szerokościach geograficznych tworzy się latem nad Azją - azjatycki niski. W tropikalnych szerokościach geograficznych kontynenty są zawsze cieplejsze niż oceany, a ciśnienie nad nimi jest niższe. Dlatego nad oceanami są subtropikalne wzloty :Północny Atlantyk (Azory), Północny Pacyfik, Południowy Atlantyk, Południowy Pacyfik oraz Południowoindyjska.
Tak więc, ze względu na różne ogrzewanie i chłodzenie powierzchni kontynentu i wody (powierzchnia kontynentu szybciej się nagrzewa i szybciej ochładza), obecność ciepłych i zimnych prądów i innych przyczyn na Ziemi, z wyjątkiem pasów ciśnienie atmosferyczne mogą wystąpić zamknięte obszary niskiego i wysokiego ciśnienia.
1. Zużycie ciepła do ogrzewania powietrza nawiewanego
Q t \u003d L ∙ ρ powietrze. ∙ powietrzem. ∙(t wewn. - t zewn.),
gdzie:
ρ powietrza. to gęstość powietrza. Gęstość suchego powietrza w temperaturze 15°C na poziomie morza wynosi 1,225 kg/m³;
z powietrzem – ciepło właściwe powietrza równe 1 kJ/(kg∙K)=0,24 kcal/(kg∙°С);
t wewn. – temperatura powietrza na wylocie z nagrzewnicy, °С;
nie. - temperatura powietrza na zewnątrz, °С (temperatura powietrza w najzimniejszym pięciodniowym okresie z zabezpieczeniem 0,92 wg Klimatologii Budowlanej).
2. Natężenie przepływu chłodziwa dla grzałki
G \u003d (3,6 ∙ Q t) / (s w ∙ (t pr -t arr)),
gdzie:
3,6 - przelicznik W na kJ/h (aby uzyskać przepływ w kg/h);
G - zużycie wody do ogrzewania nagrzewnicy, kg / h;
Q t - moc cieplna grzałki, W;
c c - właściwa pojemność cieplna wody równa 4,187 kJ / (kg ∙ K) \u003d 1 kcal / (kg ∙ ° С);
t pr. - temperatura płynu chłodzącego (linia prosta), ° С;
nie. – temperatura nośnika ciepła (linia powrotna), °C.
3. Dobór średnicy rury do ogrzewania nagrzewnicy
Zużycie wody na grzałkę , kg/h4. Schemat I-d procesu ogrzewania powietrza
Proces nagrzewania powietrza w nagrzewnicy przebiega przy d=const (przy stałej wilgotności).
Zmiana recyrkulacji spalin . Recyrkulacja gazu jest szeroko stosowana w celu rozszerzenia zakresu regulacji temperatury pary przegrzanej i pozwala na utrzymanie temperatury pary przegrzanej nawet przy niskich obciążeniach zespołu kotłowego. Ostatnio popularność zyskuje również recyrkulacja spalin jako metoda ograniczania powstawania NOx. Służy również do zawracania spalin do strumienia powietrza przed palnikami, co skuteczniej ogranicza powstawanie NOx.
Wprowadzenie stosunkowo zimnych recyrkulowanych gazów do dolnej części paleniska prowadzi do zmniejszenia pochłaniania ciepła przez promiennikowe powierzchnie grzewcze oraz do wzrostu temperatury gazu na wylocie z paleniska oraz w przewodach konwekcyjnych, w tym spalin temperatura. Zwiększenie całkowitego przepływu spalin na odcinku drogi spalin przed wyborem gazów do recyrkulacji przyczynia się do wzrostu współczynników przejmowania ciepła i pochłaniania ciepła konwekcyjnych powierzchni grzewczych.
Ryż. 2.29. Zmiany temperatury pary (krzywa 1), temperatury gorącego powietrza (krzywa 2) i strat spalin (krzywa 3) w zależności od udziału recyrkulacji spalin r.
Na ryc. 2.29 przedstawia charakterystykę kotła TP-230-2 ze zmianą proporcji recyrkulacji gazu do dolnej części pieca. Tutaj udział recyklingu
gdzie V rc jest objętością gazów pobraną do recyrkulacji; V r - objętość gazów w punkcie wyboru do recyrkulacji bez uwzględnienia V rc. Jak widać wzrost udziału recyrkulacji co 10% prowadzi do wzrostu temperatury spalin o 3–4°C, Vr - o 0,2%, temperatura pary - o 15 ° C, a charakter zależności jest prawie liniowy. Te wskaźniki nie są jednoznaczne dla wszystkich jednostek kotłowych. Ich wartość zależy od temperatury recyrkulowanych gazów (miejsce poboru gazu) oraz sposobu ich wprowadzania. Odprowadzanie recyrkulowanych gazów do górnej części pieca nie wpływa na pracę pieca, ale prowadzi do znacznego obniżenia temperatury gazów w obszarze przegrzewacza i w efekcie do obniżenia w temperaturze pary przegrzanej, chociaż zwiększa się objętość produktów spalania. Odprowadzanie gazów do górnej części pieca może służyć do ochrony przegrzewacza przed uderzeniem. wysoka temperatura gazy i ograniczają żużel przegrzewacza.
Oczywiście zastosowanie recyrkulacji gazu prowadzi do spadku nie tylko wydajności. brutto, ale też efektywność netto zespołu kotłowego, gdyż powoduje to wzrost zużycia energii elektrycznej na potrzeby własne.
Ryż. 2.30. Zależność strat ciepła z podpaleniem mechanicznym od temperatury gorącego powietrza.
Zmiana temperatury gorącego powietrza. Zmiana temperatury gorącego powietrza jest wynikiem zmiany trybu pracy nagrzewnicy powietrza pod wpływem czynników takich jak zmiany różnicy temperatur, współczynnika przenikania ciepła, przepływu gazu lub powietrza. Podwyższenie temperatury gorącego powietrza powoduje, choć nieznacznie, poziom wydzielania ciepła w palenisku. Temperatura gorącego powietrza ma istotny wpływ na charakterystykę kotłów pracujących na paliwie o małej mocy lotnej. Spadek tg.v w tym przypadku pogarsza warunki zapłonu paliwa, tryb suszenia i mielenia paliwa, prowadzi do obniżenia temperatury mieszanki powietrza na wlocie do palników, co może powodować wzrost straty z podpaleniem mechanicznym (patrz ryc. 2.30).
. Zmiana temperatury podgrzewania powietrza. Podgrzewanie powietrza przed nagrzewnicą służy do podwyższenia temperatury ścianek jej powierzchni grzewczych w celu ograniczenia korozyjnego oddziaływania na nie spalin, zwłaszcza przy spalaniu paliw wysokosiarkowych. Według PTE przy spalaniu oleju opałowego siarkowego temperatura powietrza przed rurowymi nagrzewnicami powietrza nie może być niższa niż 110°C, a przed regeneracyjnymi nie niższa niż 70°C.
Wstępne podgrzanie powietrza może odbywać się poprzez recyrkulację gorącego powietrza do wlotu wentylatorów nadmuchu, jednak w tym przypadku sprawność zespołu kotłowego spada ze względu na wzrost zużycia energii elektrycznej na nadmuch oraz wzrost temperatury spaliny. Dlatego wskazane jest ogrzewanie powietrza powyżej 50°C w nagrzewnicach pracujących na parze selektywnej lub gorącej wodzie.
Podgrzewanie powietrza pociąga za sobą zmniejszenie pochłaniania ciepła przez nagrzewnicę powietrza na skutek zmniejszenia różnicy temperatur, przy jednoczesnym wzroście temperatury spalin i strat ciepła. Wstępne podgrzewanie powietrza wymaga również dodatkowych kosztów energii na dostarczanie powietrza do nagrzewnicy powietrza. W zależności od stopnia i sposobu podgrzania powietrza, na każde 10°C podgrzania powietrza, sprawność zmiany brutto o około 0,15-0,25%, a temperatura spalin - o 3-4,5 ° C.
Ponieważ udział ciepła pobieranego do podgrzania powietrza w stosunku do mocy cieplnej jednostek kotłowych jest dość duży (2-3,5%) wybór optymalnego schematu ogrzewania powietrza ma duże znaczenie.
Zimne powietrze
Ryż. 2.31. Schemat dwustopniowego ogrzewania powietrza w nagrzewnicach z wodą sieciową i parą selektywną:
1 - grzejniki sieciowe; 2 - pierwszy etap ogrzewania powietrza wodą sieciową instalacji grzewczej; 3 - II etap ogrzewania powietrza pzrom; 4 - pompa do dostarczania wody sieciowej powrotnej do grzejników; 5 - woda sieciowa do ogrzewania powietrza (schemat na okres letni); 6 - woda sieciowa do ogrzewania powietrza (schemat na okres zimowy).
- Normy i wycinek dostaw gazu Jaki gazociąg dla budynków mieszkalnych
- Siły Zbrojne Federacji Rosyjskiej: najemcy budynku mieszkalnego nie są uprawnieni do korzystania z parkingu dla gości na dziedzińcu domu do stałego parkowania swoich samochodów
- Zaawansowane szkolenia z mieszkalnictwa i usług komunalnych Kursy z mieszkalnictwa i usług komunalnych
- Przedstawmy dziecku ubrania po angielsku