Жылу алмасу процесі

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ  ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Қазақ Технология және Бизнес Университеті 
 
 
 
 

 
 
 

Тақырыбы:  Жылу алмасу процесі 
 
 
 

Дайындаған: Қабиденов.Н ХТОВ ДОТ

Тексерген: Ахметжанова.А 
 
 
 
 

АСТАНА  – 2011 жыл 

МАЗМҰНЫ 

І. КІРІСПЕ..................................................................................................3 

ІІ. ЖЫЛУ АЛМАСУ ПРОЦЕСТЕРІ.....................................................6 

2.1 Жылулық тепе-теңдік, жылулық баланс....................................5

2.2 Конвенция...................................................................................12

2.3 Қыздыру, суыту және конденсация..........................................15

        2.4 Кожухты трубалы аппарат..........................................................25

        2.5 Есеп...............................................................................................26 

ІІІ. ҚОРЫТЫНДЫ..................................................................................26 

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР........................................................27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КІРІСПЕ

      Жылу  өткізу түрлері нақты жылу алмасу аппараттарында күрделі жылу өткізу формасындағы түрлі қосылыстар түрінде  кездеседі.Оның математикалық суреттемесі  жылу өткізудің түрлерінің қатысуымен анықталады. Күрделі жылу өткізгіштің негізгі заңдылықтарын оқыту осы тараудың бұйымы болып табылады. Алғашында жылу алмастырғыштардың классификациясы, кейін жылу алмасу және жылу өткізу қарастырылған.

      Жылу  алмасу аппараттары деп ыстық  ортадан суыққа (жылу тасымалдағышы) жылу өткізу жабдығын айтамыз.

      Жылу  процестерінде жылу бір заттан екінші затқа беріледі. Жылу берілу процестерінеқатысушы заттар жылу беруші тасығыштар деп  аталады. Жылу алмасу процестерінде  жылу процестерінде жылу беруші жоғары температуралы зат ыстық жылу тасығыш деп аталады. Жылу процестерін жүргізудің негізінен екі әдісі бар:

1. жылу тасығыштарды тікелей тиістіру арқылы;
2. жылу тасығыштарды бөлетін қабырға арқылы жылу беру.

Жылу  беру процесінде жылу тасығыштары тікелей  тиіскенде жылу тасығыштар бір-бірімен араласуға түседі. Ал қабырға арқылы жылу берілсе жылу тасығыштар араласпайды олар өздеріне тиісті каналдармен бөлек жүріп отырады. Жылу тасығышты бөлуші қабырғаның беті жылу алмасу беті деп аталады.

            Жылу берілістің екі процесі болуы мүмкін.

1) тұрақталған; 

2) тұрақталмаған; 

тұрақталған процестерді стационарлық процестер  деп атайды. Стационарлық процесте аппарат ішіндегі әрбәр нүктелерде температура уақыт бойынша өзгеріске  түспейді.Тұрақталмаған процестер  стационарсыз процестер деп аталады. Стационарсыз процестерде аппарат ішіндегі әрбәр нүктенің температурасы уақыт бойынша өзгеріске түседі. Тұрақталған прцестер тұрақты режиммен жұмыс істеуші және үздіксіз істеуші аппараттарға тән болып табылады.

      Тұрақталмаған процестер периодты түрде жұмыс істеуші аппараттарға тән болып табылады және сондай-ақ бұл жағдай үздіксіз аппараттарды іске қосу және тоқтату кездерінде орын алады.

            Бір заттан екінші затқа  жылу беру мынадай жолдармен іске асырылады:

      1) жылу өткізгіштік арқылы;

      2) конверция арқылы;

      3) сәуле шығару арқылы;

1. Жылу өткізгіштік арқылы жылу беріліс сол заттың әрбәр бөлшектерінің тікелей тиісуі бойынша жылу беріліс іске асады. Мұнда энергия бір бөлшектен екінші бөлшекке сол бөлшектердің тербелмелі қозғалысының нәтижесінде беріледі.
2. Жылу беріліс конверция арқылы жүргенде сұйық және газдардың бөлшектерінің қозғалуы бойынша іске асады. Мұндағы бөлшектердің қозғалысы сұйық көлемінің әрбір нүктелеріндегі тығыздықтарының айырмашылығы бойынша жүреді. Тығыздық айырмашылығы сұйық пен газ массасындағы температураның әртүрлі таралуына байланысты орын алады. Сәуле шашуға жылу беріліс электромагнит толқын түрінде энергияның ауысуы бойынша жүреді. Мұндай жағдайда жылулық энергия сәуле энергиясына айналады ол сәуле кеңістік бойынша өтеді және ол белгілі бір затқа кездескенде ол заттың сәулені жұтуына байланысты энергия қайтадан жылуға айналады. Бұл аталған жылу беріліс түрлері әдетте сирек кездеседі. Әдетте олар араласқан түрде болады . Қабырға арқылы жылу берілісте бостық жылу тасығыштан жылу қабырғаға конверциялық жолмен беріледі. Ол қабырға ішінде жылу өткізгіштік жолмен жылу беріліс жүреді.

ІІ. ЖЫЛУ АЛМАСУ ПРОЦЕСТЕРІ

2.1 Жылулық тепе-теңдік немесе жылулық баланс

      Бір уақыт бірлігі ішінде бір заттан екінші затқа өтуші жылу мөлшері  жылулық ағын деп аталады. Ол Дж/сек пен өлшенеді. Жылу тасығыштардың арасында жылу алмасып жүрген кезде ыстық жылу тасығыштың энтальпиясы, яғни құрамы төмендейді. Ол суық жылу тасығыш энтальпиясына көтерідеді. Егер ыстық жылу тасығыштың мөлшерін м/сек  деп алсақ, ал бастапқы энтальпиясын І1 деп алсақ және соңғы энтольпиясын І2 деп алсақ (мұны Дж/сек) және суық тасығыштың мөлшерін дж/сек деп алсақ оның бастапқы энтальпиясын д1 , соңғы энтальпиясын  д2 (Дж/кг) деп алсақ, ыстық жылу тасығыштан суық жылу тасығышқа берілетін жылу мөлшерін QBт ден алсақ және қоршаған ортаға жоғалған жылу мөлшерін QBт деп алсақ онда жылу балансын біз  былай жазамыз:

GJ +g_і= GJ + g_і+Q (1)

G(J₁-J₂)=g(i₁-i₂)+Q_ж  (1а)

1а өрнегіндегі  G(J1-J2)= Qыстық (1б) деп алайық;Q –  ыстық жылу тасығыштан берілген жылу мөлшері болып табылады. Және суық тасығыштың қабылдаған жылу мөлшері .Сонда (1а) өрнегімізді былай жазуға болады:

Q_ыстық= Q_суық+Q_жылу (2)

   ыстық жылу тасығыш болып табылады. Берілген жылудың бір бөлігі  суық жылу тасығыштан өтеді,  және бір бөлігі қоршаған ортаға жоғалған жылу мөлшерін толықтыруға жұмсалады.

1. және (2) теңдеулер жылу балансының теңдеуі деп аталады. Жылу алмастырғыш аппараттарда жылу жоғалу аз мөлшерде болады (2-3 % -тен аспайды).  Сондықтан оны есепке алмаса да болады. Сонда 

Q_ыстық=Q_суық=Q

Q=G(І₁ – І₂) = g (i₁ – i₂)   (3)

Жылу  беріліс процесі жүру үшін ыстық  және суық жылу тасығыштар темперетураның біршама айырмашылығы болу керек. Осы  температуралар айырмасы жылу процесінің қозғаушы күші болып табылады және ол температуралық тегеурін деп аталады. Егер жылу тасығыштың температурасын Т деп белгілесек және суық жылу тасығыштың температурасын t деп белгілесек, онда температуралық тегеуірін                                                  θ = T – t      (4)

Температуралық  тегеуірін неғұрлым үлкен болса, соғұрлым жылу беріліс жылдам жүреді. Жылу мөлшері мұнда жылу алмасу бетіне Ғ температуралық тегеуірінге θ және уақытқа t тура пропорционал болып табылады.

Q = K F θ t  (5)

К –  пропорционалдық коэффициент жылу беріліс коэффициенті деп аталады.Жылу беріліс коэффиценті бір бет бірлігі ішінде және бір уақыт бірлігінде, температуралық тегеуірін бірге тең болғанда өтетін жылу мөлшерін көрсетеді.

  немесе             (5)

Үздіксіз  процестерде жылулық жүктеме есебінде бір уақыт бірлігі ішінде берілген жылу мөлшері қарастырылады.

Q = kE θ

Жылу  алмасу процестерінде жылу тасығыш  температурасы немесе температуралық тегеурін өзгереді. Сондықтан (5,6) теңдеулерде  температуралық тегеуіріннің орташа мәні қойылады. (θ_орт)Егер жылу қабырға арқылы жылу өткізгіштік жолымен берілетін болса, онда белгілі бір жылу мөлшері Q, Ғ(бет ауданға) тура пропорционал, қабырғаның екі бетінің температурасының айырмасына және уақытқа тура пропорционал

     (уақытқа) тура пропорционал, ал қабырға қалыңдығына кері пропорционал. Жылу өткізгіштік коэффициенті бір өлшем уақыт бірлігі ішінде қабырға арқылы оның екі бетінің t-ның айырмашылығы 1ºС болғанда және оның қалыңдығының бір өлшем бірлігіне тең бөлінген мәні  болып табылады. Бұл коэффициент қабырға материалының қасиетіне және температураға байланысты болады. Температура көтерілген сайын затты материалдардың көпшілігінің жылу өткізгіштігі өседі, ал сұйық материалдардың жылу өткізгіштігі төмендейді.

Кейбір  материалдардың жылу өткізгіштігі:

Жылу  беріліс конверция арқылы жүргенде жылу тасығыш жүретін қабырғаның бетінде жұқа қабаттық ламинарлық шекаралық қабат пайда болады. Осы қабат арқылы жылу өткізгіштік жолымен өтеді, ал бұл қабаттан кейін жылу тасығыштың барлық масасы бойынша температура бірдей  болып келеді. Жылу тасығыштың барлық массасының ішіндегі температураның теңелуі сол жылу тасығыш бөліктерінің қозғалыс нәтижесінде  пайда болады. Егер жылу тасығыштың ағысы турбулентік жағдайда болса, онда араласу күшейтеді бұл жылу тасығыштың шекаралық қабатының жұқаруына әкеледі  және жылудың берілу мөлшерін ұлғайтады. Жылу тасығыштың негізгі массасының температурасы мен қабырға температурасының айырмашылығын θ жекелеген, онда өтетін жылудың мөлшеі қабырға бетіне Ғ тура пропорционал және жекеленген температуралық тегеуірінге θ_жек және уақытқа тура пропорционал болады.

      Жылу беру процесі ыстық жылу тасығышқа қабырға арқылы берілетін болсын. Ыстық жылу тасығыштың қабатында температура Т → t_қаб1ге дейін төмендейтін болсын. Ал қабырға қалыңдығы арқылы t_қаб1→ t_қаб2 дейін төмендейді. Бұл жағдайда  жылу ыстық жылу тасығыштан қабырғаға конверция арқылы беріледі: ал қабырғадан суық тасығышқа да температура конверция бойынша өтеді және қабырға арқылы жылу өткізгіштік бойынша өтеді.

Q₁=

Q_қаб=

Q₂=

 

- бұл жылу тасығыштан қабырғаға  өткен және қабырғадан суық  тасығышқа өткен жылу тасығыш  коэффициенті болып табылады.

- қабырғаның жылу өткізгіштік  коэффициенті.

- қабырға қалыңдығы

Ғ- жылу өткізгіш беті. Бұл қабырға бетінің ауданына тең болады. Ал қабырға жазықтық болған жағдайда бет аудан тұрақты болып табылады.

      Процестің тұрақтылығы жағдайында ыстық жылу тасығыштан қабырғаға берілген жылу Q₁ және қабырғадан өткен жылу Q_қаб және қабырғадан суық жылу тасығышқа өткен Q₂ жылу мөлшерлері бірдей болып келеді. 

Q₁= Q_қаб= Q₂=Q   (10a)

Үздіксіз  процестерде жылу тасығыштар барлық уақытта өзара қозғалыста болады. Олардың бағыттары әр түрлі болады. Жылу тасығыштар қозғалыстың негізгі түрлеріне тура ағыс және кері ағыс жатады. Тура ағыста екі жылу тасығыштар жылу алмасу беті бойынша жүреді және бағыттары бір болады. Ал кері ағыста жылу тасығыштар қарама-қарсы бағытта қозғалады. Тура және кері ағыстарда орташа температуралық тегеуірін температуралық тегеуіріндердің ең жоғарғы және ең төменгі мәндерінің орташа логарифмдік шамасы бойынша анықталады.

      Егер  - ның ге қатынасы.

<2   болса, онда тек орташа арифметикалық мәндері бойынша есептеуге болады.  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.2 Конвенция

      Конвенция  дегеніміз – газ және сұйықтың макроскопиялық көлемдерінің қозғаласы  және араласу нәтижесінде жылу берілу процесі болып табылады. Жылу беріліс екі жағдайда болуы мүмкін.