3.1 Жалпы мағлұматтар
Араларын бөліп тұрған қабырға арқылы жылуды бір жылу тасығыштан екіншіге немесе қабырғадан орта арқылы жылу тасымалдау процесін жылуберіліс деп атайды. Бұл процесті күрделі жылу алмасу дейді. Мұнда жылу алмасудың үш түрі де орын алады: конвекция, сәулетарату (радиация) және жылуөткізгіштік.
Осы жылу берілісте әрбір жылу алмасу түрлерінің үлесі әр түрлі болады және әрбіреуінің үлес мөлшері жылу алмастырғыштың жұмыс жағдайларына байланысты.
Жылуберілістін мысалы болатын: қыздырғыш аспаптардың (радиатор) қабырғасы арқылы оның ішіндегі ыстық судан бөлменің ішіндегі ауаға жылу беру, бу қазандықтарында түтін газдарының жылуынан суға қайнау құбырлардың қабырғасы арқылы жылу беру, конденсацияланатын будан суға конденсатордың құбырының қабырғасы арқылы жылу беру, қыздырылған газдардан сұйыққа қабырға арқылы іштен жанатын қозғалтқыштарға жылу беру.
Барлық келтірілген мысалдарда қабырға жылуды өткізетін өткізгіш болып табылады және жылуөткізгіштігі жоғары материалдан жасалады.
Ал жылудың ысырабы аз болу үшін қабырғаны оқшаулау керек сондықтан ол жақсы жылуоқшаулаушы қасиетке ие болатын материалдардан жасалады.
Қабырғалардын пішіні әртүрлі болады: бет түрі жазық немесе қырлы, цилиндрлі түрі, қырлы немесе инелі құбырлар, шар тәрізді түрі.
Жылуберіліс бетін жылу алмастыру беті немесе жылуды алу пайдалы деп есептелетін болса салқындату беті деп те атайды,. Мұндай жылу алмастырғыштарды беттік, немесе рекуперативтік деп атайды.
Жылуберіліс өзінің күрделі процесін ұсынады, мұнда жылу барлық үш әдіспен беріледі: жылуөткізгіштік, конвекция және сәуле таратумен.
Қабырға арқылы жылу берілгенде жылуберіліс процесі үш түйіннен құрылады.
Бірінші түйінде ыстық жылутасығыштан қабырғаға жылуды тасымалдау конвекциямен өтеді. Конвекция әркашанда жылуөткізгіштікпен және сәуле таратумен қатар жүреді.
Екінші түйінде – жылуөткізгіштікпен қабырға арқылы жылуды тасымалдау. Кеуекті денелерде жылуөткізгіштікпен жылудың таралуы конвекция және сәуле таратумен байланысты болады.
Үшінші түйінде- екінші беттен салқын жылутасығышқа конвекциямен жылуды тасымалдау. Мұнда конвекциямен жылуды тасымалдауы жылуөткізгіштікпен және сәуле таратуымен бірге қатар жүреді.
Конвективтік жылуалмасу жолымен қабырғаға ыстық жылутасығышпен берілген жылу мөлшері Ньютон- Рихман тендеумен анықталады:
Q= α1∙F(t1- t'ст);[Вт] (12.1)
мұнда: α1-температурасы тұрақты t1 ыстық жылутасығыштан қабырға бетіне жылубергіштік коэффициенті,[Вт/м2∙К];
F- жазық қабырға бетінің есептік ауданы,[м2];
t1- ыстық жылутасығыштың температурасы,[ºС];
t'ст- ыстық жылутасығышпен жанасатын қабырғаның температурасы, қабырғаның ішкі беті,[ºС].
Жазық қабырға арқылы жылуқткізгіштікпен берілген жылу ағыны мына тендеумен анықталады:
Q= λ/δ ∙F(tст'-tст");[Вт] (12.2)
мұнда: λ- қабырғаның жылуөткізгіштік коэффициентті, [Вт/м∙К];
δ – жазық қабырғаның қалындығы, [м];
tст'- ыстық жылутасығышпен жанасатын қабырғаның температурасы,[ºС];
tст"- салқын жылутасығышпен жанасатын қабырғаның температурасы [ºС], қабырғаның сыртқы беті.
Қабырғаның сыртқы бетінен салқын жылутасығышқа берілген жылудын ағынының конвективтік жылуалмасуының Ньютон- Рихман тендеумен анықталады:
Q= α2∙F(tст"- t2);[Вт] (12.3)
мұнда α2- температурасы тұрақты t2 салқынжылутасығышпен жанасуда болатын қабырғаның жылубергіштік коэффициенті,[Вт/м2∙К];
t2- салқын жылутасығыштын температурасы , [ºС].
Барлық үш тендеулерде Q мөлшері бірдей, сондықтан стационарлы режимде қабырға қанша жылу мөлшерін қабылдаса соншама жылу мөлшерін береді.
Температуралар айырмашылықтарын салыстырып жылуды тасымалдаудын үш тендеуін шығарғанда:
t1- t'ст= Q/α1 ∙F
+ tст'-tст" = δ∙Q/λ∙F
tст"- t2 = Q/α2∙F (12.4)
Тендеулердегі мүшелерді қосқанда келесі тендеу пайда болады:
Q= (t1- t2)/ (1/α1+ δ/λ+1/α2),[Вт] (12.5)
немесе жылу ағынының тығыздығы
q = Q/F= (t1- t2)/(1/α1+ δ/λ+1/α2), [Вт/м2] (12.6)
3.6 тендеудегі к=1/(1/α1+ δ/λ+1/α2) мөлшерінін өлшем бірлігі [Вт/м2∙К] және жылуберіліс коэффициенті деп аталады.
Жылуберіліс коэффициенті бір жылутасығыштан екінші жылутасығышқа оларды бөліп тұратын жазық қабырға арқылы жылуберіліс процесінің қарқындығын сипаттайды.
Жылуберіліс процесінің сандық мәні болатын бұл ыстық жылутасығыштан, салқын жылутасығышқа температура айырымы бір градус болғандағы бірлік уақытта бірлік бет арқылы өтетін жылу мөлшерін көрсетеді.
Осыдан:
Q= к∙F∙(t1- t2),[Вт] (12.7)
немесе
q =к∙(t1- t2),[Вт/м2] (12.8)
(12.8) тендеуді жылуберіліс тендеу дейді.
Жылуберіліс коэффициентін анықтау үшін алдын ала α1және α2 анықтайды, олар көпшілік жағдайда конвекциямен сәуле таратумен жылу алмасуды есепке алатын қүрделі мөлшер болып табылады:
α= α кон+αизл,[Вт/м2∙К] (12.9)
к коэффициентінің мөлшері әрқашанда α мөлшерінен кіші болады.
Жылуберіліс коэффициентіне кері мөлшер- R әріпімен белгіленеді және бір қабатты жазық қабырғасының жалпы термиялық кедергісі деп аталады.
R=1/к=1/α1+ δ/λ+1/α2, [м2∙К/Вт] (12.10)
мұнда 1/α1 және 1/α2- сыртқы термиялық кедергілер; δ/λ- ішкі термиялық кедергілер.
Жылуалмастырғыш аппараты (жылу алмастырғыштар) деп қыздыратын жылутасығыштан (температурасы жоғары) қыздырылатын жылутасығышқа (температурасы төмен) жылуды тасу үшін арналған қондырғыны айтады.
Жылутасығыш ретінде жылу алмастырғыштарда суды, су буын, ауаны, түтін газдарды ж.т.б. қолданады.
Жылу өтетін бетті жылуалмасу беті деп айтады.Жылуды тасу әдісіне қарай жылуалмастырғыш аппараттарың араластырғыш, рекуперативтік пен регенеративтікке айырады.
Араластырғыш жылуалмастырғыш аппараттары қарапайым болғандықтан, оларда өтетін жылуалмасу процесі жылутасығыштардың араласуымен іске асады және одан әрі қарай ыстық пен салқын жылутасығыштарды ажыратуды талап етілмейді. Осы аппараттарды женіл ажырылатын жылутасығыштарды газ- сұйық, газ-дисперстық қатты материал, су- май ж.т.б. бөлу үшін пайдаланады.
Жылутасығыштардын жанасу бетін артыру үшін оларды мұқият араластырады, сұйықтарды бүркіп шашады немесе ұсақ сорғыларға уатады, қатты материалдарды уатылған күйінде пайдаланады.
Регенеративтік жылуалмастырғыштарда қыздырылатын мен қыздыратын орталар арасында жылу алмасу процесі мына түрде өтеді: қыздырылатын бет (кірпіш, керамика, металл немесе басқа материал) қыздыратын жылутасығышпен жуылады (отынның жанған өнімдері, бу ж.т.б.) нәтижесінде біріншінің температурасы жоғарлайды. Содан соң қыздыратын жылутасығыштың берілуі тоқтатылады, ал қыздырылған бетке қыздырылатын жыылутасығыштын ағыны бағытталып қызып тұрған беттен жылуды алады. Одан әрі процес қайталанады.
Регенеративтік жылуалмастырғыштар әрекетшілігі мезгіл-мезгіл аппараты болады және металлдардың ыстық төзімділігі шектеулі болғандықтан оларда газдарды өте жоғары температурасына дейін қыздыруға (t>1000ºС) мүмкіншілік туады себебі отқа төзімді кірпіштен жасалған саптама өте жоғары температураларда жұмыс жасай алады.
Рекуперативтік жылуалмастырғыштарда қыздыратын жылутасығыштан қыздырылатынға жылудын берілуі оларды бөліп тұратын қатты қабырға арқылы іске асады. Қабырғаның термиялық кедергісін төмендету үшін оның материалы мыс, латун, алюминий қорытпасынан жасалады.
Түтікті жылуалмастырғыш аппараттары кеңінен таралған. Осы аппараттарда бір жылутасығыш түтік ішінде қозғалыста болады, ал екінші түтік аралық кеністікте қозғалады.
Ен қарапайым рекуперативтік жылуалмастырғыш аппараты болатын «құбыр құбырда», мұнда жылуалмасу беті болатын ішкі құбырдың бүйір жақ беті.
Рекуперативтік және регенеративтік жылуалмастырғыш аппараттарында жылу беру процесі әрқашанда қыздыру бетімен байланысты сондықтан осы аппараттарды беттік деп атайды.
Жылуалмастырғыш аппараттарында сұйықтың қозғалысы негізгі үш сұлба бойынша жүзеге асады.
Егерде ыстық пен салқын жылутасығыштардың қозғалу бағыттары беттессе, ондай бағытты тік немесе тура ағысты деп айтады (12.1а сурет).
Егерде ыстық пен салқын жылутасығыштардын қозғалу бағыттары бір біріне қарсы болса бұл ағыс кері немесе қарсы деп атайды (12.1б сурет).
Егерде ыстық жылутасығыштың қозғалысы салқын жылутасығыштын қозғалысына перпендикулярлы болса осындай қозғалысты қиылысты деп айтады. (3.1в сурет).
