Жылуалмасу аппараттары туралы жалпы мәлімет
жүктеу/скачать 2,72 Mb.
|
1-дәріс ЖМАА (1)
| 5. ЖЫЛУ ҚҰБЫРЛАРЫ
Жылу құбырының (ЖҚ) жұмыс принципін 1944 жылы Гоуглер сипаттаған. Кең қолдану 1964 жылы Гровердің жұмысынан кейін басталды. Жылу құбырлары энергетика, металлургия, химия өнеркәсібінде және т.б. қолданылады, бұл төмен потенциалды жылуды жоюға мүмкіндік береді. Жылу құбыры - бұл әртүрлі геометрияның герметикалық қуысы болып табылады (сурет 11). ЖҚ төмен потенциалды жылуды (температура деңгейі 100С және одан төмен) пайдаға асыруға мүмкіндік береді. Әдетте ЖҚ пішіні әртүрлі саңылаусыз, қуыс, теориялық талдауда цилиндр пішінді құбырды қарастырады (11-сурет). ЖҚ-да жылу салқындататын ортадан буланатын сұйықтың булану аймағында алынады және түзілген бу ағынымен айтарлықтай қашықтыққа салқындау аймағына тасымалданады, онда шықтанғанда құбыр қабырғасына беріледі. Түзілген шық қайтадан булану аймағына келеді. ЖҚ-дың басқа жылу беретін құрылғылардан артықшылығы: құрылымы қарапайым, қысымдағыштар жоқ, демек, ЖҚ ішінде ЖТ-ы қозғауға энергия жұмсалмайды; саңылаусыз, ЖТ ретінде кез-келген, олардың ішінде агрессиялы сұйықтарды қолдану мүмкін; реттеу жеңіл; жоғары жылуөткізгіштігі, ең жылуөткізгіш металдан жүз есе артық. Сұйықты шықтану аймағынан қызу аймағына тасымалдау тәсілі бойынша ЖҚ-ның үш түрі болады (11 - сурет). Сурет 11. Жылу құбырларының принципиалдық схемалары Жылу құбырында жылу салқындатқыш ортадан булану аймағында алынады, бу түрінде ол салқындату аймағына айтарлықтай қашықтыққа жіберіледі. Жылу алмастырғыштардың басқа түрлерімен салыстырғанда ЖҚ-ның негізгі артықшылықтары: дизайнның қарапайымдылығы, айдағыштардың болмауы (ЖҚ ішіндегі жылутасығыштарды жылжыту үшін энергия шығыны), герметикалылығы (агрессивті жылутасығыштарды қолдануға болады), реттеу жеңілдігі, жоғары жылу өткізгіштік, ең жылуөткізгіш металдардың жылу өткізгіштігінен асып түседі. Конденсация аймағынан булану аймағына тасымалдау әдісіне байланысты жылу құбырларының үш түрі бөлінеді: 1. Білтелі (фитильді) немесе капиллярлық құбырларда, олардың ішкі бетіне сұйық жылутасығышқа малынған капиллярлы-кеуекті материал төселген. Сыртқы жылу беру кезінде фитильден шыққан сұйықтық LH аймағының бүкіл ұзындығы бойымен буланып кетеді. Фитильдің капиллярлық құрылымы сұйықтықтан босатылады, бұл аймақта капиллярлық разрядты тудырады, соның арқасында сұйықтық ЖҚ (Lк) салқындатылған аймағынан булану үшін буландырғышқа сорылады. Жылу буландырғыштан конденсаторға LT аймағы арқылы үздіксіз тасымалданады. 2. Гравитациялық жылу құбырларында (термосифондарда) конденсаттың булану аймағына қайтарылуы ауырлық күшінің есебінен жүреді – конденсатор булану аймағынан жоғары орналасуы тиіс. 3. Орталықтан тепкіш жылу құбырларында құбыр корпусы бойлық осіне айналады. Конденсация аймағындағы сұйықтық қабаты булану аймағына қарағанда үлкен және сұйықтықтың булану аймағына оралуы орталықтан тепкіш күштердің әсерінен жүзеге асырылады (мысалы, электр қозғалтқышының білігі). Капиллярлы-кеуекті материалы бар жылу құбырларында ЖҚ-да жылутасығыштың айналым шарттары сұйықтық пен будың қозғалыс теңдеулерімен анықталады. Жылу буландырғыштан конденсаторға құбыр учаскелеріндегі қысымның жалпы жоғалуы қозғаушы күшке қарағанда аз болған кезде мүмкін болады (капиллярлық немесе массалық сипаттамасы бар), мұндағы Δржтр, Δрптр – бу мен сұйықтық қозғалысы кезінде үйкеліске қысымның жоғалуы; Δрм – кеңістіктегі бағдарға байланысты массалық күштер; буландырғыш конденсатордан жоғары орналасқан кезде, соңғы термин плюс, ал төменірек – минус теңдеуіне енеді; R′ – булану аймағындағы сұйықтықтың мениск қисықтығының минималды радиусы; σ – беттік керілу. Құбырдың қабырғаларында фитиль болған кезде Z құбырының осі бойымен қозғалатын сұйықтықтың нақты шығыны Дарси теңдеуімен анықталады: мұндағы К – кеуекті материалдың өтімділік коэффициенті; ρ′ және μ′ – сұйықтың тығыздығы мен тұтқырлығы; р – қысым. Fф ауданы бар фитильдің көлденең қимасы арқылы өтетін сұйық ағыны кеуекті материалдың ΔZ аймағындағы Δр қысымының төмендеуі G сұйықтығының ағымы булану аймағында нөлден G-ге дейін және G-ден конденсация аймағында нөлге дейін өзгереді, ал LT ұзындығы бар аймағында ол тұрақты болады. Әр аймақ үшін орташа гидравликалық кедергі: Содан кейін сұйықтық жолындағы жалпы гидравликалық кедергі мұнда L = Lи +Lт + Lк – жылу құбырының ұзындығы. Егер ЖҚ бу кеңістігінде Пуазейл ағымы бар деп болжасақ, онда бүкіл ЖҚ үшін бу қысымының төмендеуі мұндағы dп – бу арнасының диаметрі; Fп – осы арнаның көлденең қимасы. Жылу құбырының жылу беру қабілеті Q = G⋅ς. Сонда бу мен сұйықтықтың жалпы гидравликалық кедергісі мұндағы ς – фазалық ауысудың жылуы. Ауырлық күші өрісінде жұмыс істеген кезде Δрм=g⋅ρ′L⋅sinϕ (мұндағы ϕ – ЖҚ көкжиекке қарай көлбеу бұрышы. Онда (5.1) теңдеуден (5.10) ескере отырып, біз жылу қуаты үшін мына өрнекті аламыз Бұл өрнек капиллярлық немесе гравитациялық күштермен шектелген максималды жылу ағынын сипаттайды. ЖҚ көлденең орналассын (ϕ = 0). Біз Δржтр >> Δрптр, деп есептейміз, сонда QТ үшін біз мынаны аламыз Кешен ЖҚ-ның геометриялық параметрлерін сипаттайды, ал, – жылутасығыштың физикалық қасиеті. (5.14) Q жылуын буландырғыштың сыртқы бетінен конденсатордың сыртқы бетіне беру процесі булану аймағында және конденсация аймағында жүзеге асырылады. Булану аймағында Q жылу ЖҚ қабырғасының сыртқы бетінен tи температурасымен корпус қабырғасы мен фитильдің жылу өткізгіштігі арқылы өтеді: мұндағы Fи – булану аймағы бетінің ауданы; δф.и– булану аймағындағы фитильдің қалыңдығы; tп – жылу құбырының ішіндегі будың температурасы. Сол сияқты, конденсация аймағы үшін біз мынаны аламыз: мұндағы Fк – конденсация аймағы бетінің ауданы; δф.к– конденсация аймағындағы фитильдің қалыңдығы; tк – конденсация аймағындағы қабырғаның сыртқы бетінің температурасы. Егер δф.и = δф.к =δф, болса, булану және конденсация аймақтары үшін теңдеулердің бірлескен шешімі пайда болады мұндағы R = δст/λст + δф.и/λф.и . Теңдеуден белгілі температура айырмашылығымен (tи – tк), ЖҚ мөлшері мен пішінімен ЖҚ жылу жүктемесін табуға болады. Бірақ бұл теңдеулер ЖҚ фитилі бойымен сұйықтықтың қозғалысы кезінде гидравликалық кедергіні және қатынасы (5.10) анықталған құбыр ішіндегі бу ағынын ескермейді. Сондықтан берілетін ЖҚ жылуын анықтағаннан кейін ЖҚ максималды жылу беру қабілетінің мәндерін теңдеу арқылы табу керек (5.11) және осы мәндерді салыстыру керек. Q ≤ Qг болса, ЖҚ қажетті жылу мөлшерін Q береді. ЖҚ жылу беру қабілетінің жоғарғы шегі келесі факторлармен шектелуі мүмкін: будың шекті жылдамдығы булану аймағынан шыққан кезде будың жылдамдығы дыбыс жылдамдығына тең болған кезде; капиллярлық құрылым, өйткені ЖҚ ішіндегі сұйықтық пен будың қозғалысы кезінде жалпы гидравликалық шығындар кеуекті дененің капиллярлық қысымынан аспауы керек; кеуекті материалдағы сұйықтықтың қайнау дағдарысына байланысты шектеулер; ЖҚ ішіндегі жылутасығыштың қатып қалуына байланысты шектеулер. жүктеу/скачать 2,72 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|