Issiqlik almashinish yuzalarini hisoblash

ISSIQLIK ALMASHINISH YUZALARINI HISOBLASH.

Davriy ishlovchi issiqlik almashinish apparatlarining turlari bilan tanishib chiqishi hamda issiqlik tashuvchi agentlarning sarfi, ularning dastlabki va oxirgi temperaturalarini bilgan holdazarur bo‟lgan issiqlik almashinish yuzasi Fni aniqlashdir.Nazariy qism. Issiqlik almashinish apparatlarini loyihalashda ular uchun avval turli hisoblash ishlari bajariladi. Hisoblash uch qismdan iborat

a) Issiqlik hisobi;
b) Konstruktiv hisoblash;
c) Gidravlik hisoblash;
Bunday issiqlik hisobi natijasida quyidagilar aniqlanadi: 1) o‟rtacha temperaturalar farqi va ish muhitining o‟rtacha temperaturalari; 2) issiqlik miqdori va ish jismlarining sarfi; 3) issiqlik o‟tkazish koeffitsienti; 4) isitish yuzasi.Issiqlik almashinish apparatining issiqlik hisobini ko‟rib chiqamiz. Berilgan boshlang‟ich ma‟lumotlar: 1)isitilayotgan eritmaning miqdori G, kg/s;2)eritmaning konsentratsiyasi C, %;3)eritmaning boshlang‟ich va oxirgi temperaturalari tb, t0;4)isitkichning turi –vertikal, gorizontal trubalar, yo‟llar soni;5)isituvchi bug‟ning bosimi Pyoki temperaturasi t;6)po‟lat trubalarning ichki va tashqi diametri diva dt;7)trubalarning uzunligi l, m;8)eritmaning hrakat tezligi w, m/s;9)isitish yuzasidan foydalanish koeffitsienti φ.Hisoblash quyidagi tartibda olib boriladi:

Asosiy ko’rsatkichlar va formulalar.I. Isitkichning temperatura shartlarini aniqlash.To‟yingan bug‟ bosimi Pga ko‟ra uning to‟yinish temperaturasi tsmaxsus qo‟llanmalardan topiladi. Isitishning boshlanishida temperaturalarning maksimal farqi

∆t_max= t_s–t_b= ∆t_ka

Isitishning oxiridagi muhit temperaturalarining minimal farqi

∆t_min= t_s–t₀= ∆t_ki.

∆t_max va ∆t_min temperaturalar farqining qiymati 1-rasmdan aniqlanadi.Agar

bo’lsa,

=

Agar bo’lsa,


=
Isitilayotgan muhitning o‟rtacha temperaturasi:
t = t_s-∆t_ur.
II. Isitilayotgan eritmaning fizik kattaliklarini topish.O‟rtacha temperatura tva cbo‟yicha maxsus qo‟llanmadagi jadvallardan foydalanib berilgan issiqlik tashuvchi agentlarning fizik miqdorlari topiladi: 1)qovushqoqlik μ, N∙s/m² yoki ν m²/s; 2)zichlik ρ, kg/m³; 3)issiqlik sig‟imi c, J/kg∙K; 4)issiqlik o‟tkazuvchanlik λ, Vt/m∙K; 5)temperatura o‟tkazuvchanlik α, m²/s; 6)Prandtl soni aniqlanadi.
III. Issiqlikmiqdori, bug’ va suv sarflarini aniqlash.Suyuqlikni isitish uchun ketgan issiqlik miqdori quyidagi tenglamadan topiladi.

Q = H∙G∙c(t₀–t_b), Vt.

bunda H=1,02...1,05 –issiqlikning yo‟qotilishini hisobga oluvchi koeffitsient; G– suyuqlik sarfi, kg/s; c– issiqlik sig‟imi, J/kg∙K; t₀–suyuqlikni oxirgi temperaturasi, ⁰C; t_b–suyuqlikni boshlang‟ich temperaturasi, ⁰C. Agar gaz yoki suyuqlik sovitilayotgan bo‟lsa, sovituvchi moddaning miqdori quyidagicha aniqlanadi.

bu yerda c^/–sovituvchi moddaning issiqlik sig‟imi; t₀/–sovituvchi moddaning oxirgi temperaturasi; t_b/–sovituvchi moddaning boshlang‟ich temperaturasi. Bug‟ sarfi quyidagicha topiladi:

i-Isituvchi bug’ning entalpiyasi,

i- Kondensatning entalpiyasi, j/kg
∅- t₁-(2-3 ⁰C)
i-maxsus qo‟llanmalarda berilgan bug‟ bosimi P bo‟yicha olinadi.
Issiqlik o’tkazish koeffitsientini aniqlash.Bir va ko‟p qavatli yaxlit devorlardan hamda trubaning ichki diametri dini uning tashqi diametri d_t ga nisbati d_i/d_t> 0,5 bo‟lgan sharoitda trubalardan issiqlik o‟tgan paytda issiqlik o‟tkazish koeffitsientini quyidagi tenglama bilan topish mumkin.



Trubalar (silindrsimon yuzalar) uchun issiqlik o‟tkazishning chiziqli koeffitsienti 1 m truba uzunligiga nisbatan olinadi va quyidagi tenglama orqali aniqlanadi:

bu yerda α₁–issiq muhitdan (isituvchi bug‟dan) devorga issiqlik berish koeffitsienti, Vt/m²∙K; α₂–devordan isitilayotgan muhitga issiqlik berish koeffitsienti; δ–devor qatlamining qalinligi, m; λ –alohida olingan devor qatlamining issiqlik o‟tkazuvchanligi, Vt/m∙K; –devor qatlamining umumiy termik qarshiligi; ∑r₃–iflosliklarning termik qarshiligi; d₃–trubaning iflosliklar bilan qoplangan diametri. Issiqlik berish koeffitsientlari α₁va α₂ kriterial tenglamalar yordamida topiladi. Masalan, bug‟dan devorga berilayotgan issiqlik berish koeffitsienti α1quyidagi bilananiqlanadi:

Kondensatning fizik-kimyoviy kattaliklari λ, μ, ρyupqa qatlam (plenka) ning o‟rtacha temperaturasi.

Kondensatsiyalanish issiqligi r to‟yinish temperaturasi t_t ga qarab aniqlanadi. Temperaturalar farqi quyidagi qyirmaga teng:
-
bu yerda t_d–devorning temperaturasi; H–vertikal yuzaning balandligi.

Agar isitish trubalari gorizontal bo‟lsa, bunda bug‟ning truba devorlariga issiqlik berish koeffitsienti quyidagicha aniqlanadi.

bu yerda d–trubaning diametri.Devorlardan isitilayotgan muhitga issiqlik berish koeffitsienti harakat rejimiga ko‟ra har xil kriterial tenglamalar yordamida topiladi. Hisoblash tenglamasini topish uchun avval Reynolds kriteriysi Re aniqlanadi. Agar Re>10000 bo‟lsa, trubalardagi majburiy konveksiya vaqtidagi issiqlik berish koeffitsienti α₂ quyidagiga teng bo‟ladi:

Agar 2300

Agar laminar rejimda Re<2300 bo‟lsa:

So‟ngra αning qiymati Nusselt kriteriysi orqali topiladi.

Isitish yuzasini topish.Isitkichning isitish yuzasi issiqlik o‟tkazishning umumiy tenglamasidan topiladi:

Bu yuza uchun qabul qilingan isitkichning sxemasi trubalarning diametri va uzunligiga ko‟ra joylashtiriladi. Isitish yuzasini joylashtirish isitkichning konstruktiv hisobini tashkil etadi.

Ma’lumki, sanoatning turli sohalarida hilma-hil xom-ashyo va mahsulotlarni qayta ishlashda issiqlik almashinish jarayonlari va ularni amalga oshiruvchi qurilmalar keng miqiyosda qo’llaniladi. Jarayonlarni o’tkazish shartlari va qurilmalarni qo’llash sohasiga qarab, issiqlik almashinish qurilmalarining tuzilishi quyidagi turlarga bo’linadi:

Ishlash printsipiga ko’ra issiqlik almashinish qurilmalari sirtiy (rekuperativ), regenerativ va aralashtiruvchi (gradirnya, skrubber, aralashtiruvchi kondensator va h.k) qurilmalarga bo’linadi. 1.1-rasmda issiqlik almashinish appatarlarining sinflari keltirilgan. Ilovada issiqlik almashinish qurilmalarining ayrim parametrlari keltirilgan. Sirtiy issiqlik almashinish qurilmalarida issiqlik eltuvchilar devor bilan ajratilgan bo’lib, ularda bir muhitdan ikkinchisiga issiqlik ushbu devor orqali uzatiladi.
Konstruktsiyasiga ko’ra sirtiy issiqlik almashinish qurilmalari qobiq-trubali, zmeyevikli, plastinali, spiralsimon, qirrali, gilofli, blok-grafitli va maxsus issiqlik almashinish qurilmalariga bo’linadi.
Regenerativ issiqlik almashinish qurilmalarida bir issiqlik almashinish yuzasi galma-gal issiq va sovuq eltuvchi agentlar bilan yuvilib turadi. Agar, issiqlik almashinish yuzasi issiq eltuvchi agent bilan yuvilib tursa, muhitning issiqligi hisobiga isiydi, sovuq tashuvchi bilan yuvilganda esa o’z issiqligini beradi. Shunday qilib, issiqlik almashinish yuzasi issiqlik eltuvchining issiqligini yig’ib oladi, so’ng esa sovuq eltuvchiga beradi.
Aralashtiruvchi issiqlik almashinish qurilmalarida ikkala issiqlik tashuvchilar bevosita o’zaro aralashuvi paytida issiqlik almashadi.
1.1-rasim. Issiqlik almashinuvchi qurulmalarning sinflanishi.
Issiqlik almashinish turiga ko’ra qurilmalar isitkich, bug’latgich, sovutgich va kondensatorlarga ajratiladi.
Yuqorida ko’rib o’tilgan issiqlik almashinish qurilmalari ichida sanoatda eng ko’p qo’llaniladigani qobiq quvirli issiqlik almashinish qurilmalari xisoblanadi. Bu turdagi issiqlik almashinish qurilmalari qobiq ichida joylashgan quvirlar to’plamidan tashkil topgan bo’lib, sanoatda qo’laniladigan umumiy qurilmalarning 80% ini shu turdagi qurilmalar tashkil qiladi. Bunda quvirlar ikki tomondan quvir to’riga qotirilgan bo’ladi, natijada quvirlar tashqi sirti, qobiq va quvir to’ri bilan chegaralangan quvirlar orasidagi bo’shliq hamda issiqlik almashinish quvirlarining ichki sirti va ikkita qopqoq bilan chegaralangan quvirlar ichki bo’shlig’i yuzaga keladi. Ushbu qurilmalarda issiqlik quvirlarning devori orqali uzatiladi. Quvirlar orasidagi bo’shliqdan asosan yuzani ifloslantirmaydigan, cho’kma hosil qilmaydigan issiqlik tashuvchilar yuboriladi. Quvirlar ichki bo’shlig’idan esa asosan isitilayotgan yoki sovitilayotgan suyuqlik yuboriladi. Issiqlik tashuvchilarning harakat tezligini oshirish yoki jarayonni
intensivroq olib borish maqsadida bu qurilmalarning ikkala bo’shlig’i ham ko’p hollarda bir necha yo’lli qilib tayyorlanadi. 1.2-rasmda bir yo’lli qobiq quvirli issiqlik almashinish qurilmaining sxemasi keltirilgan.
Issiqlik tashuvchilarning tezligini oshirish maqsadida ko’p yo’lli qobiq quvirli qurilmalar ishlatiladi. Bu isitkichlarda suyuqlikning sarfi kam bo’lganda ularning quvirlardagi tezligi kichik bo’lib, natijada issiqlik almashinish koeffitsiyenti ham kam bo’ladi.
Ko’p yo’lli isitkichlarda quvirlarni sektsiyalarga bo’lish uchun yoki muhitning harakat yo’lining soniga qarab, isitkichning qopqog’i bilan quvir to’rining orasiga ko’ndalang to’siqlar o’rnatiladi. Bunda har bir sektsiyadagi quvirlarning soni bir xil bo’lishi kerak. Ko’p yo’lli isitkichlarda bir yo’lli isitkichlarga nisbatan muhitlarning tezligi yo’llarning soniga qarab proportsional o’zgaradi. 1.3-rasmda ko’p yo’lli qobiq quvirli issiqlik almashinish qurilmaining sxemasi keltirilgan.

1.2-rasm. Bir yo’lli qobiq quvirli issiqlik almashinish qurilmaining sxemasi 1- qobiq; 2-quvir to’rlari; 3-quvirlar; 4-qopqoq; 5 va 6-issiqlik yoki sovuqlik tashuvchi agentlar (I va II) uchun shtutserlar.

1.3-rasm. Ko’p yo’lli qobiq quvirli issiqlik almashinish qurilmasining sxemasi 1- qopqoq; 2-to’siqlar; I va II -issiqlik yoki sovuqlik tashuvchi agentlar shtutser.
Sanoatda 4-6 yo’lli qobiq quvirli qurilmalar ishlatiladi, chunki yo’llarning soni ortib borishi bilan qurilmaning gidravlik qarshiligi ortib, konstruktsiyasi murakkablashadi. Qobiq-quvirli qurilmalarda qobiq bilan quvirlar orasidagi haroratlarning farqiga qarab quvir va qobiqning uzayishi har xil bo’ladi. Shuning uchun qobiq quvirli qurilmalar konstruktsiyasiga ko’ra ikki xil bo’ladi:

1. 
   Qo’zg’almas to’rli;
   
2. 
   Kompensatorli.
   

Qobiq quvirli issiqlik almashinish qurilmalar GOST 9929-82 ga asosan po’latdan quyidagi tiplar bo’yicha tayyorlanadi: