35. Жылу алмасу негіздері және жылу алмастырғыштар

Өнімдерді жылумен өндеу тамақ өнеркәсібінің кәсіпорындарында кең тараған процестердің бірі. Жылумен өңдеу Тхнологиялық процестің қасиеті мен мақсатына тәуелді мына процестерді қамтамасыз ету керек: өнімнің температурасын бір қалыпта ұстау, суық өнімді қыздыру және ыстық өнімді суыту. өнімді мұздату және т.с.с. Бұл процестердің барлығы өңделетін өнімге жылыудың беруімен немесе өңделетін өнімнен жылудың алуымен байланысты.

Әртүрлі температурадағы денелерде жылу энергиясының бірінен екіншісіне өтуі жылу алмасу процесі деп аталады. Жылу алмасу процестерінің қозғаушы күші - ыстық және суық денелердің температураларының айырмасы болып табылады. Бұл қозғаушы күштің эсерінен термодинамиканың екінші заңына байланысты жылу ыстық денеден суық денеге өздігінен өтеді. Денелер арасындағы жылу алмасу еркін электрондар, атомдар және молекулалардың өзара энергия алмасуы кезінде болады.

Жылу процестеріне төмендегілер жатады: ысыту, суыту, конденсациялау және буландыру. Көптеген массаалмасу /мысалы, айдау, кептіру және т.б/ процестердің өтуінде бұл процестердің маңызы зор.

Жылу таралудын негізгі үш түрлі тәсілі бар: жылу өткізгіштік, конвекция және жылулы сәуле шығару.

Бір-біріне тиісіп тұратын өте кіші бөлшектердің тәртіпсіз қозғалысының нәтижесінде жылудың таралуы жылу өткізгіштік деп аталады. Жылу өткізгіштік газдар және тамшылы сұйықтарда молекулалардың қозгалысы, қатты денелерде кристалдық тордағы атомдардың тербелісі немесе металдардағы еркін электрондар диффузиясы нәтижесінде болуы мүмкін. Жылу өткізгіштік қтты денелердің жылу таралуының негізгі түрі.

Газ немесе сұйыктардың макро көлемдерінің қозғалысы және оларды араластыру нәтижесінде жылудың таралуы конвекция деп аталады. Конвекцияның екі түрі болады: 1) еркін немесе табиғи; 2) еріксіз. Газ немесе сұйық көлемінің әртүрлі нүктелеріндегі температуралар айырмашылығы салдарынан осы нүктелердегі тығыздықтар айырмасының нәтижесінде болатын жылу алмасуды еркін немесе табғи конвекция деп атайды. Газ немесе сұйық көлемінің еріксіз қозгалысы (мысалы, сорғы, компрессор жәрдемімен немсе араластырғышпен араластырғанда) салдарынан жылу алмасуды еріксіз конвекция деп атайды.

Жылу энергиясының электромагнитті толқындар жәрдемінде таралуы жылулы сәуле шығару деп аталады. Бұл кезде жылу энергиясы кеңістіктен өтіп, сосын сәулелі энергия басқа денемен сіңіріліп, кайтадан жылу энергиясына айналады.

Іс жүзінде жылу алмасу бөлек алынған бір ғана тәсілмен емес бірнеше тәсілдермен өтеді. Мысалы, қатты қабырға мен газ арасындағы жылу алмасу конвекция, жылу өткізгіштік және жылулы сәуле шығару тәсілдерімен өтеді.

Жылудың қатты қабырғадан оны ығыстап өтетін газға /сұйыққа/ немесе кері бағытта алмасуын жылу беру деп атайды.

Ыстық газдан /сұйықтан/ суық газға /сұйыкқа/ оларды бөліп тұрған қатты қабырға немесе бет арқылы жылу алмасу күрделілеу болады. Бұл процесті жылу өту деп атайды.

Үздіксіз әрекетгі аппаратгарда әртүрлі нүктелердегі температура уақыт бойынша өзгермейді, мұндай аппарттардағы процесс қалыптасқан (стационарлы) болады. Мерзімді әрекетті аппараттарда температура уақыт бойынша өзгереді (мысалы, ысытқанда немесе суытқанда), яғни жылу алмасу процесі қалыптаспаған (стационарлы емес) болады.

Бір денеден екінші денеге уақыт бірлігінде берілетін жылу мөлшерін жылу ағыны деп атайды және ол Дж/с немесе Вт өлшенеді.

Жылу алмасуда қатысатын денелерді жылу тасымалдағыштар деп аталады. Процес кезінде жоғары температуралы ысытатын (ыстық) жылу тасымалдағыш - жылу көзі деп аталады, төмен температуралы ысытылатын (суық) жылу тасымалдағыш - жылу қабылдағыш деп аталады.

Жылу тасымалдағыштардың өзара жылу алмасуында ыстық жылу тасымалдағыштың энтальпиясы кеміп, суық жылу тасымалдағыштың энтальпиясы көбейеді.

Жылу алмасу процесінің жылу баланс теңдеуі төмендегі түрде жазылады:

G₁I_1б+ G₂I_2б= G₁I_1c+Q_ш

Мұнда:

G₁, G₂ - ыстык және суық жылу тасымалдағыштың мөлшерлері, кг/с;