19 – лаборатория иши

Erkin konveksiya jarayonida havoning issiqlik berish koeffitsiyentini aniqlash

Ishning nazariy asoslari

Harakatda bo’lgan issiqlik eltkich (gaz yoki suyuqlik) hamda qattiq jismning yuzasi orasida issiqlikni tarqalishi konvektiv issiqlik almashinish jarayoni deyiladi. Issiqlik o’tkazish yuzadan issiqlik eltkichni harakatga keltiruvchi kuch ta’sirida, gaz va suyuqlik orasida, erkin va majburiy konveksiya usullarida issiqlik almashinish jarayonlari mavjud bo’lishi mumkin.
Majburiy konveksiyada issiqlik almashinish jarayoni issiqlik eltkich nasos, ventilyator va boshqa moslamalar yordamida harakati laminar yoki turbulent bo’lishi mumkin.
Real sharoitda issiqlik almashinish jarayoni 3 ta usullar – konveksiya, nurlanish va issiqlik o’tkazuvchanlik yordamida amalga oshadi. Ushbu ishda qizdirilgan metall truba yuzasida chegaralanmagan hajmda havoning issiqlik berish koeffitsiyenti, fakat erkin konveksiya va nurlanish usullarida o’tgan issiqlik miqdori inobatga olgan xolda aniqlanadi.
Murakkab konvektiv issiqlik almashinish jarayonini matematik ta’riflash uchun, odatda Nyuton tenglamasidan foydalanish mumkin:

yoki uzluksiz jarayon uchun:
^dQ   (t d ^d
 t_s )F

^Q   (t _F d
 t)
(1.1)

bu yerda Q – issiqlik oqimi, Vt; F – issiqlik almashinish yuzasi, m²; α
– proporsionallik yoki issiqlik berish koeffitsiyenti, Vt/(m²·K); t_d , t – devor va muhit (gaz yoki suyuqlik) ning temperaturasi.
Issiqlik berish koeffitsiyenti α birlik (1 m²) yuzadan vaqt birligi (1 s.) davomida, temperaturalarning farqi 1C (t_d-t_s) bo’lganda uzatilgan issiqlikning miqdorini bildiradi va devor yuzasi hamda suyuqlik (yoki gaz) orasida issiqlik almashinish jarayonining intensivligini baholash uchun qo’llaniladi. Bu kattalik issiqlik berish koeffitsiyenti deyiladi va erkin konveksiya sharoitida jarayonning bir qator parametrlariga bog’liq.
Issiqlik berish koeffitsiyenti α faqat tajriba yo’li bilan aniqlanadi va bitta tajribaning natijalari boshqa o’xshash sharoitlarga ham taalluqli bo’lishi mumkin.
Agar atrof-muhit va qattiq jism yuzasida suyuqlik yoki gazlarning zichliklarini farqi tufayli issiqlik almashinish konveksiya orqali sodir bo’lsa, unda turg’un rejimda o’xshashlik kriteriylari orasida quyidagi bog’liqlik bo’ladi:
Nu=ƒ(Gr·Pr) (1.2)
U esa odatda darajali bog’liqlikda approksimatsiyaladi.
Nu=C(Gr·Pr)ⁿ (1.3)
Gr·Pr ning nisbatan kam o’zgarish sohasida S va N kattaliklarni doimiy deb hisoblash mumkin va ularning son qiymatlari quyidagi jadvalda keltirilgan

Gr·Pr	S	N
1·10^-3÷5·10^2 5·10^2÷2·10^7 >2·10^7	1,18 0,54 0,134	0,125 0,250 0,333

Gazlar uchun Prandtl kriteriysi temperaturaga bog’liq bo’lmagan doimiy kattalik deb hisoblanadi va havo uchun Pr = 0,722 ga teng.

Pr  ^c

bu yerda c – gazning issiqlik sig’imi, J/(kg·K); μ – gazning dinamik qovushoqligi, Pa·s; λ – gazning issiqlik o’tkazuvchanlik koeffitsiyenti, Vt/(m·K).
Grasgoff kriteriysi:

   
yoki
 ^{g  d} 3  

Gr Ga t


Re ²
Gr _{ 2} t

bu yerda Ga  - Galiley kriteriysi; Re va Fr – Reynolds va Frud kriteriylari; β
Fr
– gazlarning hajmiy kengayish koeffitsiyenti; (β = 1/T; 1/K); Δt – muhit va modda orasidagi temperaturalar farqi; g – erkin tushish tezlanishi (g = 9,81 m²/s); d – jismning o’lchami, m; υ – kinematik qovushoqlik koeffitsiyenti, m²/s.

1.