Amaliy mashG‘ulot №11 Mavzu: Konvektiv issiqlik almashinish jarayoni

AMALIY MAShG‘ULOT №11
Mavzu: Konvektiv issiqlik almashinish jarayoni.
Suyuqlik massasi turbulentligi qanchalik yuqori va uning zarrachalari jadal ravishda aralashtirilsa, konveksiya usulida issikdik almashinish shunchalik intensiv buladi. Shunday qilib, konvektiv issiqlik almashinish, issikdikning mexanik uzatilishi va suyuqlik harakati gvdrodinamikasiga qattiq bog‘likdir. Issiqlik almashinish jarayonida qatnashayotgan suyuqlsk ikki qatlamdan tashkil topgan, ya’ni chegaraviy qatlam va oqim o‘zagi (yadrosi) dan. Oqim o‘zagi issiqlik o‘tish vaqgining o‘zida ham konveksiya, ham issikdik utkazuvchanlik usullarida amalga oshadi. Bunday issiqlik almashinish konvektiv issihlik almashinish deyiladi (4.11-raem).
Issikdikning qattiq jism yuzasidan suyukdik (yoki gaz) ga yoki suyukdik (yoki gaz) dan qattiq jism yuzasiga o‘tishi issihlik berish deb nomlanadi. Devor yuzasidan chegaraviy qatlam orkali energiya issikdik utkazuvchanlik usuli bilan o‘tadi. Chegaraviy qatlamdan esa, suyuqlik o‘zagiga energiya asosan konveksiya usulida uzatiladi. Issikdik energiyasining devor yuzasidan suyukdikka uzatilish j|vayoniga oqimning harakat rejimi katga ta’sir qiladi. Konvektiv issiqlik almashinish asosan 2 xil bo‘ladi, ya’ni erkin (yoki tabiiy) va majburiy konveksiya. Suyukdik hajmining turli nuqtalaridagi zichliklarning farqi tufayli ro‘y beradigan issikdik almashinish ga erkin konveksiya deyiladi. Bu jarayonga suyukdikning fizik xossalari, uning hajmi, sovuq va issiq zarrachalari orasidagi temperaturalar farqi katga ta’sir ko‘rsatadi Butun suyuqlik hajmining tashqi kuchlari ta’siri natijasida ro‘y beradigan issiqlik almashinishga majburiy konveksiya deyiladi. Suyukdikning harakati nasos, aralashtirgich, ventilyatorlar yordamida amalga oshirilishi mumkin. Bu jarayonga suyukdikning fizik xossalari, uning tezligi, kanalning shakli va o‘lchamlari salmokdi ta’sir etadi. Suyuqlikning turbulent harakat rejimida laminar rejimdagiga qaraganda issiqlik almashinish ancha intensiv bo‘ladi.
Konvektiv issiqlik almashinishning o‘xshashlik kriteriy va tenglamalari

Nusselt kriteriysi devor va suyuqlik o‘rtasidagi chegarada issiqlik almashinish jarayoni intensivligini xarakterlaydi.

(2.1)

bu yerda  - issiqlik berish koeffitsienti, Vt/(m²K); l – geometrik o‘lcham, m;  - muhitning issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsienti, Vt/(mK).

Ushbu kriteriy chegaraviy qatlam qalinligi  ning aniqlovchi geometrik o‘lcham (truba uchun uning diametri d) ga nisbatini xarakterlaydi.

Fure kriteriysi noturg‘un issiqlik almashinish jarayonlarida temperatura maydonining o‘zgarish tezligi, muhitning o‘lchami va fizik kattaliklari o‘rtasidagi bog‘liqliklarni xarakterlaydi.


(2.2)
Pekle kriteriysi suyuqlik oqimida konveksiya va issiqlik o‘tkazuvchanlik usullari bilan issiqlik tarqalish nisbatini xarakterlaydi.
(2.3)
Odatda, Pekle kriteriysi ikkita o‘xshashlik kriteriylarining ko‘paytmasi ko‘rinishida keltiriladi:

Prandtl kriteriysi suyuqlik qovushoqligi va temperatura o‘tkazuvchanligi xossalarining nisbatini ifoda etadi. Ushbu kriteriy faqat suyuqliklarning diffuzion – issiqlik parametrlari yordamida aniqlanadi:

(2.4)

Grasgof kriteriysi tabiiy konveksiya jarayonidagi suyuqlik oqimining gidrodinamik rejimini xarakterlaydi:

(2.5)

bu yerda t – devor va suyuqliklar o‘rtasidagi temperaturalar farqi , K;  - suyuqlikning hajmiy kengayish koeffitsienti; g – erkin tushishi tezlanishi, m/s².

Ayrim hollarda Nusselt kriteriysi o‘rniga konvektiv issiqlik almashinish kriteriysi, Stenton kriteriysini, ham qo‘llash mumkin:

(2.6)

Ushbu kriteriy issiqlik berish intensivligini suyuqlik issiqlik oqimiga nisbatini aniqlaydi.

Yuqorida keltirib chiqarilgan o‘xshashlik kriteriylari konvektiv issiqlik almashinishning o‘xshashlik tenglamasini aniqlash imkonini beradi:


(2.7)

Ushbu tenglamada faqat Nusselt Nu soni aniqlovchi bo‘lganligi uchun, (4.64) tenglama quyidagi ko‘rinishda yoziladi:

(2.8)

Issiqlik almashinish jarayonining aniq masalalarini yechishda (4.65) tenglamani ancha soddalashtirish mumkin.

Turg‘un issiqlik almashinish jarayonida tenglamadan Fo kriteriysi tushirilib qoldiriladi va ushbu ko‘rinishni oladi:
(2.9)

Suyuqlikning majburiy harakati davrida tabiiy konveksiyani inobatga olmasa ham bo‘ladi va unda tenglama Gr kriteriysi kiritilmaydi:

yoki (2.10)
Suyuqlikning erkin harakati (tabiiy konveksiya) davrida tenglamadan Reynolds kriteriysi tushurib qoldiriladi:
yoki 2.11)