Bir qatlamli va koʼp qatlamli silindrik devor orqali issiqlik uzatilishi va uning ahamiyati

Bir qatlamli va koʼp qatlamli silindrik devor orqali issiqlik uzatilishi va uning ahamiyati.

Режа:

1. 
   Асосий тушунчалар.
   
2. 
   Ясси девор орқали иссиқлик узатиш.
   
3. 
   Цилиндрик девор орқали иссиқлик узатиш.
   
4. 
   Иссиқлик изоляциясининг критик диаметри.
   
5. 
   Иссиқлик узатишни жадаллаштириш.
   

Иссиқликнинг иссиқ муҳитдан (газ ёки суюқлик) совиқ муҳитга улар орасидаги ажратувчи қаттиқ девор орқали берилиши иссиқлик узатиш дейилади.
Олдинги бобларда кўриб чиқилган иссиқликнинг иссиқлик ўтказувчанлик, конвекция ва нурий берилиши саноатда қўлланиладиган иссиқлик алмашинув қурилмаларида девор орқали иссиқлик узатиш жараёнининг бир қисми ҳисобланади.
Иссиқлик узатишга қуйидагиларни мисол келтириш мумкин: буғ қозонида тутун газларидан сувга иссиқлик, қайнатувчи қувур девори орқали узатилади ёки қизитадиган асбоб девори орқали иссиқ сувдан ёки буғдан хона ҳавосига иссиқлик узатила­ди.
Бу қурилмаларда иссиқлик ташувчилар ўртасидаги иссиқлик алмашинуви процесси асосий иш процесси ҳисобланиб, девор иссиқлик ўтказгич бўлиб хизмат қилади ва иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти юқори бўлган материалдан тайёрланади.
Иссиқлик йўқотилишини камайтириш талаб қилинганда девор яхши изоляция хусусиятига эга бўлган, яъни иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти кам бўлган материалдан тайёрланади.
Иссиқлик ўтказишни ҳисоблашда бирлик вақт ичида ажра­тувчи девор орқали иссиқлик ташувчилар орасидаги узатилган иссиқлик миқдори аниқланади. Ёки берилган иссиқлик миқдорини иссиқ муҳитдан совиқ муҳитга узатиш учун талаб қилинадиган сирт юзаси аниқланиши мумкин.
Бундан ташқари деворларни конструкциялашда ҳар бир қатлам сиртидаги температуралар ҳам ҳисобланади.
Деворлар ҳар-хил, яъни ясси, цилиндрик, шарсимон, қовурғасимон ва бошқа шаклларда бўлиши мумкин.
Температураси t₁ бўлган иссиқ муҳитдан температураси t₂ бўлган совиқ муҳитга қалинлиги δ, иссиқлик ўтказувчанлик ко­эффициенти λ бўлган бир қатламли ясси девор орқали иссиқлик узатиш жараёнини кўриб чиқамиз.

t

t₁ a₁ a₂

t_дев1

t_дев2

Q t₂

δ
x

калинлиги δ , иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти λ бўлган бир қатламли ясси девор орқали температураси t₁ бўлган иссиқ муҳитдан температураси t₂ бўлган совиқ муҳитга иссиқлик уза­тиш жараёнини кўриб чиқамиз. Бунда иситувчи муҳитдан иситилаётган муҳитга девор орқали ўтадиган иссиқлик оқими Q ва девор сиртларининг темпе­ратуралари t_дев1 ва t_дев2 ни аниқлаш талаб этилади.
Иссиқлик узатиш мураккаб жараён бўлиб, бунда иссиқлик барча усулларда яъни, иссиқлик ўтказувчанлик, конвекция ва нурланиш усулида узатилади. Бу иссиқлик узатиш жараёни уч қисмдан иборат бўлади. Биринчи қисм - иссиқликни конвекция усулида иссиқ муҳитдан деворга берилиши. Конвекция бир вақт­нинг ўзида иссиқлик ўтказувчанлик ва нурланиш билан бирга кузатилади. Иккинчи қисм - девор орқали иссиқлик ўтказувчанлик. Учинчи қисм - иссиқликни конвекция усулида иккинчи сиртдан совиқ муҳитга берилиши. Бу жараёнда ҳам конвекция, иссиқлик ўтказувчанлик ва нурланиш билан бирга кузатилади.
Иссиқ муҳитдан деворга конвектив иссиқлик алмашиниши усулида бериладиган иссиқлик миқдори Ньютон-Рихман қонунига кўра қуйидаги тенгликдан топилади:
(1)
бу ерда: α₁ - иссиқ муҳитдан девор сиртига иссиқлик бериш коэффициенти;
F - ясси сирт юзаси;
Иссиқлик ўтказувчанлик усулида ясси девор орқали ўтадиган иссиқлик оқими қуйидаги тенгликдан топилади:
(2)
Деворнинг иккинчи сиртидан совиқ муҳитга иссиқликнинг кон­вектив усулда берилиши Ньютон -Рихман формуласига кўра топилади:
(3)
бу ерда α₂- деворнинг иккинчи сиртидан совиқ муҳитга иссиқлик бе­риш коэффициенти.
Барқарор режимда (1), (2) ва (14,3) тенгликларидаги иссиқлик оқими Q бир хил бўлади. Бу уч тенгликни температуралар фарқига кўра ечиб қуйидагига эга бўламиз:

Бу тенгликларни бир-бирига қўшиб, тўлиқ температура босимини оламиз:
(4)
бундан иссиқлик оқимининг катталигини топамиз:
(5)
ёки иссиқлик оқимининг зичлиги:

(14.5) тенгликдаги катталик К ҳарфи билан белгиланиб, Вт/(м²к) да ўлчанади ва иссиқлик узатиш коэффициенти дейилади.

у ҳолда

Ҳосил қилинган (14.7) тенглик иссиқлик узатишнинг асосий тенгламаси дейилади.

Иссиқлик узатиш коэффициенти сон жиҳатдан бир бирлик девор сиртидан температуралари фарқи 1⁰ бўлган иссиқ муҳитдан совиқ муҳитга узатиладиган иссиқлик оқимининг қийматига тенг бўлади.
Иссиқлик узатиш коэффициентига тескари катталик иссиқлик узатилишининг термик қаршилиги дейилади:

бу ерда: - ташқи термик қаршилик;
- деворнинг ички термик қаршилиги.
Кўп қатламли ясси девор орқали иссиқлик узатилганда ҳар бир қатламнинг термик қаршилиги қўшиб ҳисобланади:

у ҳолда кўп қатламли ясси девор учун иссиқлик узатиш коэффициенти қуйидаги тенгликдан топилади:

Кўп қатламли ясси девор учун (14.7) тенгликка кўра иссиқлик узатиш тенгламасини қуйидагича ёзиш мумкин:
; ;
Ясси девор сиртидаги температуралар қуйидаги формулалар ёрдамида аниқланади:

Иссиқ муҳитдан совиқ муҳитга цилиндрик девор орқали узатилаётган иссиқлик миқдори ясси девор учун топилган услубда топилади.
Айтайлик, диаметри узунлигидан жуда кичик бўлган қувур ичидан иссиқ суюқлик ёки газ ўзгармас t₁ температурада ҳаракат килсин. қувур атрофидаги совиқ муҳитнинг температураси ўзгармас ва t₂ га тенг бўлсин
(2-расм).

2

кувур девори бир қатламли бўлиб, иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти λ, ички диаметри d₁ ташқи диаметри d₂ га тенг. Иссиқ муҳитнинг деворга иссиқлик бериш коэффициенти α₁ ва девор сиртидан совиқ муҳитга иссиқлик бериш коэффициенти α₂. Девор сиртларининг номаълум температуралари t_дев1 ва t_дев2.

Барқарор режимда иссиқ муҳитдан девор сиртига бериладиган, девор орқали ўтадиган ва девор сиртидан совиқ муҳитга бериладиган иссиқлик оқими ўзгармас ва бир-бирига тенг бўлади. У ҳолда иссиқлик оқими учун қуйидаги учта тенгликни ёзишимиз мумкин:

Бу тенгликлар системасини температуралар фарқига кўра ечиб ва қўшиб қуйидаги тенгликни ҳосил қиламиз:

бу ерда:

чизиқли иссиқлик узатиш коэффициенти дейилади ва бирлиги [ ] бўлади.
Цилиндрик девор орқали узатилаётган иссиқлик оқимининг зичлиги:

Чизиқли иссиқлик узатиш коэффициентининг сон қиймати 1 м узунликдаги қувурдан температуралари фарқи 1⁰ бўлган иссиқ муҳитдан совиқ муҳитга узатиладиган иссиқлик оқимининг қийматига тенг бўлади. Шунинг учун (14.12) тенгликни қуйидагича ёзишимиз керак:

Кўп қатламли цилиндрик девор орқали иссиқлик узатилганда , иссиқлик оқими қуйидаги тенгликдан топилади:

Деворнинг ички ёки ташқи сиртига қаратилган иссиқлик оқимининг зичлиги қуйидаги тенгламалар ёрдамида топилади:

Чизиқли иссиқлик узатиш коэффициентига тескари бўлган 1/Кц катталик, цилиндрик девор орқали умумий чизиқли термик қаршилик дейилади:

бу ерда: ташқи термик қаршилик;
кўп қатламли цилиндрик деворнинг ички термик қаршилиги;
R_ц – нинг бирлиги
Ички сиртнинг температураси қуйидаги формула билан аниқланади:

Ташқи сиртнинг температураси:

Атроф муҳитга иссиқлик йўқотилишини камайтирадиган, ҳар қандай иссиқ сирт қопламаси – иссиқлик изоляцияси дейилади.

Иссиқлик изоляцияси сифатида – асбест , пўкак, слюда, пенобетон, жун, шишали момиқ ва шунга ўхшаш бошқа иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти паст бўлган материаллар ишлатилади.
Айтайлик, цилиндрик девор бир қатламли изоляция билан копланган. Изоляция қалинлиги ўзгарганда α₁, α₂, d₁, d₂ , λ₁, λ₂, t₁ ва t₂ ўзгармас бўлиб, тўлиқ термик қаршилик қуйидагига тенг:

Изоляциянинг ташқи диаметри d₃ ортиши билан изоляция қатламининг қаршилиги ( ) ҳам ортади, лекин бир вақтда изоляция ташқи сиртининг иссиқлик бериш қаршилиги камаяди.
Тенгламанинг ўнг томонидаги биринчи катталикдан d₃ бўйича ҳосила олиб ва Q га тенглаштириб, қуйидагига эга бўламиз.
бундан

Формуладан кўриниб турибдики, изоляциянинг критик диаметри d _кр қувурнинг иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти қанчалик кичик ва изоляциянинг ташқи сиртидан атроф - муҳитга иссиқлик бериш коэффициенти α₂ қанчалик катта бўлса, шунчалик кичик бўлади.
К_ц дан олинган иккинчи ҳосила Q дан катта бўлади. Шунинг учун критик диаметрда иссиқлик қаршилиги энг кичик, иссиқлик оқими эса энг катта қийматга эришади. (14.3-расм).


q
d_изкр e d_из >d_кр

A B

.

d₂ d_кр d₃ d

(14.19) тенгламага кўра агар изоляциянинг ташқи диаметри d_из= d_кр бўлса атроф - муҳитга иссиқлик йўқотилиши максимал қийматга эришади. К(нуқта) ва изоляциланмагандаги қийматига тенг бўлади.

Агар d ортса, лекин d_кр дан кичик бўлса иссиқлик йўқотилиши ортади (АК чизиқ).
Агар изоляциянинг ташқи диаметри ортиб борса d_из ® d_кр иссиқлик йўқотилиши камайиб боради (КВ).
Демак изоляциянинг яхши натижа бериши учун критик диаметр –изоляцияланмаган қувур диаметридан кичик бўлиши керак d_кр< d₂ ёки изоляция материалининг иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти қуйидагича бўлиши керак:

Иссиқлик қурилмаларини амалда ишлатиш иссиқ муҳитдан совиқ муҳитга иссиқлик узатилишини яхшилаш шароитларини талаб қилади. Бу шароит асосан иссиқлик узатиш коэффициентига боғлиқ.
Барча иссиқлик узатиш термик қаршиликлари нисбатларининг таҳлили иссиқлик узатиш жараёнини тадқиқот қилиш ва иссиқлик оқими қийматини сезиларли ўзгартириш имконини беради.
Иссиқлик узатишни жадаллаштиришни икки усулини кўриб чиқамиз: