نقل الحرارة ومعاملات نقل الحرارة

يتم تحديد معامل انتقال الحرارة لسطح التبادل الحراري المسطح بالصيغة

, W / (m2.grad)، و (14)

حيث a1 و a2 هي معاملات نقل الحرارة لمبردات الساخنة والباردة، W / (m2.grade)؛ سرت هو مجموع المقاومة الحرارية من جميع الطبقات التي يتكون الجدار، بما في ذلك طبقات من التلوث، (m2.grad) / W.

هذه المعادلة يمكن استخدامها بدقة كافية لحساب انتقال الحرارة من خلال جدار أسطواني، إذا دن / دفن<2 (dн، dвн – على التوالي، والأقطار الخارجية والداخلية للاسطوانة)، والتي تجري في المبادلات الحرارية.

وبالنسبة للحسابات الأولية للمساحة السطحية لنقل الحرارة، يمكن استخدام القيم التقريبية لمعامل نقل الحرارة K، التي ترد في الجدول 1.3.

ويعطى مجموع المقاومة الحرارية للجدار من قبل

, (15)

حيث دست هو سمك جدار الأنابيب، م؛

لست هو معامل التوصيل الحراري للمواد الجدار، W / (م درجة).

S رزاغر – مجموع المقاومة الحرارية للملوثات من جانب المبرد الساخن والبارد.

التوصيل الحراري من الملوثات على الجدران (1 / rzagr) يعتمد على نوع المبرد، ودرجة الحرارة والسرعة، فضلا عن المواد الجدار، ودرجة حرارة متوسطة التدفئة ومدة تشغيل الجهاز دون تنقية، م. E. النهاية على نوع من الحمأة والتآكل المنتج. يمكن الحصول على بيانات دقيقة عن رساجر فقط تجريبيا.

وترد في الجدول 4 القيم التقريبية للموصلية الحرارية للملوثات.

مع تنظيف نادر للجهاز أو تآكل قوي، يمكن تخفيض قيمة 1 / رساج إلى 500 W / (m2.grad) وأقل.

لحساب معامل انتقال الحرارة K من المعادلة (1.14)، فمن الضروري تحديد معاملات نقل الحرارة a1 و a2.

الجدول 3 – القيم التقديرية لمعاملات نقل الحرارة K، W / (m2.grad)

حركة القسري من المبرد

حرية حركة المبرد

من الغاز إلى الغاز (عند الضغط المنخفض)

من الغاز إلى السائل (مبردات الغاز)

من التكثيف البخار إلى الغاز (سخانات الهواء)

من السائل إلى السائل (الماء)

من السائل إلى السائل (الهيدروكربونات والزيوت)

من التكثيف بخار الماء إلى الماء (المكثفات، سخانات)

من التكثيف البخار من المواد العضوية إلى السوائل (سخانات)

من بخار التكثيف من المواد العضوية إلى الماء (المكثفات)

من بخار التكثيف إلى السائل المغلي (المبخرات)

الجدول 4 – التوصيل الحراري للملوثات 1 / رساج، W / (m2.grad)

الهيدروكلوريك، الفوسفوريك، الكبريتيك

بخار الماء (مع محتوى الزيت)

المنتجات النفطية نظيفة، الزيوت، أبخرة التبريد

السوائل العضوية، المحاليل الملحية، المبردات السائلة

يعتمد اختيار المعادلات لحساب معاملات نقل الحرارة على طبيعة التبادل الحراري، ونوع سطح التبادل الحراري المختار، ونظام الحركة الحاملة للحرارة. وترد في الجدول 5 الأنواع الرئيسية لنقل الحرارة في المبادلات الحرارية.

الجدول 5 – الأنواع الممكنة لنقل الحرارة في المبادلات الحرارية

نقل الحرارة الحمل الحراري، لا يرافقه تغيير في الحالة الإجمالية

التدفق في الأنابيب والقنوات:

أ) تدفق المضطربة المتقدمة (إعادة > 10 000)

تدفق عرضي حول حزم من الأنابيب:

تدفق على سطح مستو

تدفق السائل بواسطة فيلم على طول سطح عمودي

التحريك من السوائل من قبل المحرضين

II. حرية الحركة (الحمل الحراري الطبيعي)

نقل الحرارة عندما تتغير حالة التجميع

تكثيف فيلم البخار

نقل الحرارة عند الإشعاع الحراري للمواد الصلبة

وعموما، فإن الاعتماد المعياري لتحديد معاملات نقل الحرارة له الشكل

أين هو معيار نسلت؛

– معيار رينولدز؛

– معيار براندتل.

Г1، Г2، … هي سيمبليسس من التشابه الهندسي.

وبالإضافة إلى تلك المبينة في المعادلات المعيارية،

– معيار غاليليو؛

معيار غراسغوف.

– معيار بيكليت.

هذه المعايير تأخذ بعين الاعتبار، على التوالي، تأثير الخواص الفيزيائية للمبرد وميزات الميكانيكا السوائل لحركتها على كثافة انتقال الحرارة.

وترد في الجدول 6 القيم التي تظهر في تعبيرات معايير التشابه ووحدات القياس الخاصة بها.

وترد المعادلات المعيارية لحساب معاملات نقل الحرارة لأحداث التبادل الحراري المدرجة في الجدول 5 في [1، p. 4-54. 2، p. 152-168. 3، p. 70-76].

يجب أن تؤخذ الخصائص الفيزيائية الكيميائية للسائل (الغاز) التي تدخل في المعادلات القياسية في ما يسمى درجة الحرارة المحددة. ما درجة الحرارة التي تؤخذ كمحدد محدد لكل حالة معينة من نقل الحرارة.

الجدول 6 – القيم المتضمنة في المعادلات المعيارية لنقل الحرارة بالحمل الحراري

وحدة القياس في سي

معامل التوسع الحجمي

معامل اللزوجة الديناميكية

معامل اللزوجة الحركية

الحرارة النوعية (عند الضغط المستمر)

تسارع الجاذبية

تحديد البعد الهندسي (لكل صيغة، تحديد الحجم المحدد)

حرارة التبخر (التبخر)

الفرق بين الجدار ودرجات الحرارة السائلة (أو العكس بالعكس)

معامل التوصيل الحراري للمادة. الموصلية الحرارية من مواد البناء: الجدول

عملية نقل الطاقة من جزء أكثر دفئا من الجسم إلى أقل سخونة يسمى التوصيل الحراري. وتعكس القيمة العددية لهذه العملية التوصيل الحراري للمادة. هذا المفهوم مهم جدا في بناء وإصلاح المباني. المواد المختارة بشكل صحيح تسمح خلق مناخ مواتية في الغرفة وتوفير كمية كبيرة من التدفئة.

الموصلية الحرارية هي عملية تبادل الطاقة الحرارية، والذي يحدث بسبب اصطدام أصغر جزيئات الجسم. وهذه العملية لن تتوقف حتى لحظة التوازن درجات الحرارة تأتي. وهذا يستغرق قدرا معينا من الوقت. لمزيد من الوقت الذي يقضيه في تبادل الحرارة، وانخفاض مؤشر التوصيل الحراري.

ويعبر عن هذا المؤشر كمعامل التوصيل الحراري للمواد. يحتوي الجدول على قيم مقاسة بالفعل لمعظم المواد. ويستند الحساب على كمية الطاقة الحرارية التي مرت من خلال مساحة سطح معينة من المواد. وكلما زادت القيمة المحسوبة، كلما كان الكائن أسرع سيعطي كل حرارته.

العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري

يعتمد معامل التوصيل الحراري للمادة على عدة عوامل:

• كثافة المادة. عندما يتم زيادة هذه المعلمة، يصبح تفاعل الجسيمات المادية أقوى. وبالتالي، فإنها سوف تنقل درجة الحرارة بشكل أسرع. وهذا يعني أنه مع زيادة كثافة المواد، ويحسن نقل الحرارة.

• المسامية للمادة. المواد المسامية غير متجانسة في هيكلها. داخل منهم هو كمية كبيرة من الهواء. وهذا يعني أنه سيكون من الصعب على الجزيئات والجسيمات الأخرى لنقل الطاقة الحرارية. وبناء على ذلك، يرتفع معامل التوصيل الحراري.

• الرطوبة تؤثر أيضا على التوصيل الحراري. الأسطح الرطبة من المواد تسمح المزيد من الحرارة. في بعض الجداول، وحتى معامل المحسوبة من التوصيل الحراري للمادة في ثلاث ولايات يشار إلى: الجافة والمتوسطة (العادية) والرطب.

اختيار المواد لعزل المباني، من المهم أن تأخذ في الاعتبار أيضا الظروف التي سيتم استخدامها.

مفهوم التوصيل الحراري في الممارسة العملية

تؤخذ الموصلية الحرارية في الاعتبار في مرحلة التصميم للمبنى. وهذا يأخذ في الاعتبار قدرة المواد على الاحتفاظ بالحرارة. نظرا لاختيارهم الصحيح من السكان داخل المبنى سوف تكون دائما مريحة. أثناء العملية، سيتم حفظ المال للتدفئة.

الاحترار في مرحلة التصميم هو أفضل، ولكن ليس الحل الوحيد. ليس من الصعب عزل مبنى تم بناؤه بالفعل من خلال تنفيذ أعمال داخلية أو خارجية. سمك طبقة العزل سوف تعتمد على المواد المختارة. ويمكن استخدام بعض منها (على سبيل المثال، الخشب، والخرسانة الرغوية) في بعض الحالات دون طبقة إضافية من العزل الحراري. والشيء الرئيسي هو أن سمكها يتجاوز 50 سم.

وينبغي إيلاء اهتمام خاص لعزل فتحات السقف والنافذة والأبواب والأرضيات. من خلال هذه العناصر، يتم فقدان معظم الحرارة. بصريا، يمكنك أن ترى هذا في الصورة في بداية المقال.

المواد الإنشائية ومؤشراتها

لبناء مواد استخدام المباني مع انخفاض معامل التوصيل الحراري. الأكثر شعبية هي:

• الخرسانة. الموصلية الحرارية لها هي في حدود 1.29-1.52 W / م * K. وتعتمد القيمة الدقيقة على اتساق الحل. ويتأثر هذا المؤشر أيضا بكثافة المادة الأولية، وهي 500-2500 كجم / م 3. استخدام هذه المواد في شكل حل للأسس، في شكل كتل – لبناء الجدران والأسس.

• الخرسانة المسلحة، وقيمة التوصيل الحراري الذي هو 1.68 W / م * K. كثافة المواد تصل 2400-2500 كجم / م 3.

• الخشب، منذ العصور القديمة المستخدمة كمواد البناء. كثافة، والتوصيل الحراري، اعتمادا على الصخور، هي 150-2100 كجم / م 3 و 0.2-0.23 W / م * K، على التوالي.

مواد البناء الشعبية الأخرى هي الطوب. اعتمادا على التكوين، لديه المؤشرات التالية:

• سمان (مصنوعة من الطين): 0.1-0.4 W / م * K؛

• السيراميك (المصنعة من قبل اطلاق النار): 0.35-0.81 w / m * k؛

• سيليكات (من الرمل مع إضافة الجير): 0.82-0.88 W / m * K.

المواد الخرسانية مع إضافة المجاميع المسامية

معامل التوصيل الحراري للمادة يجعل من الممكن استخدام هذا الأخير لبناء المرائب، حظائر، المنازل الصيفية، الحمامات وغيرها من الهياكل. وتشمل هذه المجموعة:

• رغوة الخرسانة. ويتم إنتاجه بإضافة عوامل الرغوة، التي تتميز بهيكل مسامي بكثافة 500-1000 كجم / م 3. وفي الوقت نفسه، يتم تحديد القدرة على نقل الحرارة بقيمة 0.1-0.37 W / م * K.

• كيرامزيتوبيتون، والمؤشرات التي تعتمد على نوعه. كتل صلبة ليس لديها فراغات أو ثقوب. مع تجاويف الداخل، مصنوعة كتل جوفاء التي هي أقل دواما من الخيار الأول. في الحالة الثانية، التوصيل الحراري سيكون أقل. إذا نظرنا إلى الأرقام العامة، وكثافة الخرسانة كلايدايت هو 500-1800kg / M3. قيمته في نطاق 0،14-0،65 W / m * K.

• الخرسانة الخلوية، داخل المسام التي تتشكل في حجم 1-3 ملليمتر. يحدد هذا الهيكل كثافة المادة (300-800kg / m 3). وبسبب هذا، يصل معامل 0.1-0.3 W / m * K.

مؤشرات مواد العزل الحراري

معامل التوصيل الحراري من المواد العازلة للحرارة، والأكثر شعبية في عصرنا:

• رغوة، التي لديها كثافة 15-50kg / m 3، مع التوصيل الحراري – 0.031-0.033w / m * k؛

• البوليسترين، وكثافة التي هي نفسها التي من المواد السابقة. ولكن معامل انتقال الحرارة يكون عند مستوى 0.02-0.036W / m * K؛

• الصوف الزجاجي. وهي تتميز بمعامل يساوي 0،038-0،045 W / m * K؛

• حجر الصوف مع مؤشر 0.035-0.042W / م * K.

من أجل تسهيل التشغيل يتم إدخال معامل التوصيل الحراري للمادة عادة في الجدول. في ذلك، بالإضافة إلى معامل نفسها، يمكن أن تنعكس مؤشرات مثل درجة الرطوبة والكثافة، وغيرها. يتم دمج المواد ذات معامل عال من التوصيل الحراري في الجدول مع مؤشرات التوصيل الحراري المنخفض. وفيما يلي عينة من هذا الجدول:

باستخدام معامل التوصيل الحراري للمادة سوف تسمح لنا ببناء الهيكل المطلوب. الشيء الرئيسي هو اختيار المنتج الذي يلبي جميع المتطلبات اللازمة. ثم المبنى سوف تكون مريحة للعيش. فإنه سيحتفظ مناخ مواتية.

إن المواد العازلة المختارة بشكل صحيح سوف تقلل من فقدان الحرارة، ولهذا السبب لن يكون من الضروري “تسخين الشارع”. ونتيجة لذلك، سيتم تخفيض التكاليف المالية للتدفئة بشكل كبير. وهذه الوفورات ستعيد قريبا كل الأموال التي ستنفق لشراء عازل للحرارة.

2.4 معاملات نقل الحرارة ونقل الحرارة

يتم تحديد معامل انتقال الحرارة لسطح التبادل الحراري المسطح بالصيغة

, W / (m 2  ديغ)، (14)

حيث ₁ و ₂ – معاملات نقل الحرارة للمبردات الساخنة والباردة، W / (m 2  ديغ)؛ r_مقالة – مجموع المقاومة الحرارية لجميع الطبقات التي يتكون الجدار، بما في ذلك طبقات من التلوث، (م 2  درجة) / W.

هذه المعادلة يمكن استخدامها بدقة كافية لحساب انتقال الحرارة من خلال جدار أسطواني، إذا د_ن/ د_تحويلة<2 (د_ن,د_تحويلة – على التوالي، والأقطار الخارجية والداخلية للاسطوانة)، والتي تجري في المبادلات الحرارية.

وبالنسبة للحسابات الأولية للمساحة السطحية لنقل الحرارة، يمكن استخدام القيم التقريبية لمعامل نقل الحرارة K، التي ترد في الجدول 1.3.

ويعطى مجموع المقاومة الحرارية للجدار من قبل

, (15)

حيث _مقالة – سمك جدار الأنابيب، م؛

_مقالة – معامل التوصيل الحراري للمواد الجدار، W / (م ديغ)؛

 r_BOOT – مجموع المقاومة الحرارية للملوثات من جانب المبرد الساخن والبارد.

التوصيل الحراري للشوائب على الجدران (1 / r_BOOT) يعتمد على نوع المبرد، ودرجة الحرارة والسرعة، وكذلك على مواد الجدار، ودرجة حرارة وسط التدفئة ومدة الجهاز دون تنظيف، أي. في التحليل النهائي، من نوع الرواسب أو نتاج التآكل. بيانات دقيقة عن r_BOOT يمكن الحصول عليها تجريبيا فقط.

وترد في الجدول 4 القيم التقريبية للموصلية الحرارية للملوثات.

مع تنظيف نادر من آلة أو تآكل قوي، القيمة 1 / r_BOOT يمكن تخفيضها إلى 500 واط / (م 2. غراد) وأقل.

لحساب معامل انتقال الحرارة K من المعادلة (1.14)، فمن الضروري تحديد معاملات نقل الحرارة ₁ و ₂.

الجدول 3 – القيم التقديرية لمعاملات نقل الحرارة K، W / (m 2. غراد)

حركة القسري من المبرد

حرية حركة المبرد

من الغاز إلى الغاز (عند الضغط المنخفض)

من الغاز إلى السائل (مبردات الغاز)

من التكثيف البخار إلى الغاز (سخانات الهواء)

من السائل إلى السائل (الماء)

من السائل إلى السائل (الهيدروكربونات والزيوت)

من التكثيف بخار الماء إلى الماء (المكثفات، سخانات)

من التكثيف البخار من المواد العضوية إلى السوائل (سخانات)

من بخار التكثيف من المواد العضوية إلى الماء (المكثفات)

من بخار التكثيف إلى السائل المغلي (المبخرات)

الجدول 4 – التوصيل الحراري للملوثات 1 / r_BOOT, W / (m 2. ديغ)

الهيدروكلوريك، الفوسفوريك، الكبريتيك

بخار الماء (مع محتوى الزيت)

المنتجات النفطية نظيفة، الزيوت، أبخرة التبريد

السوائل العضوية، المحاليل الملحية، المبردات السائلة

يعتمد اختيار المعادلات لحساب معاملات نقل الحرارة على طبيعة التبادل الحراري، ونوع سطح التبادل الحراري المختار، ونظام الحركة الحاملة للحرارة. وترد في الجدول 5 الأنواع الرئيسية لنقل الحرارة في المبادلات الحرارية.

الجدول 5 – الأنواع الممكنة لنقل الحرارة في المبادلات الحرارية

نقل الحرارة الحمل الحراري، لا يرافقه تغيير في الحالة الإجمالية

أنا. حركة قسرية

التدفق في الأنابيب والقنوات:

أ) تدفق المضطربة المتقدمة (إعادة > 10 000)

تدفق عرضي حول حزم من الأنابيب:

تدفق على سطح مستو

تدفق السائل بواسطة فيلم على طول سطح عمودي

التحريك من السوائل من قبل المحرضين

II. حرية الحركة (الحمل الحراري الطبيعي)

نقل الحرارة عندما تتغير حالة التجميع

تكثيف فيلم البخار

نقل الحرارة عند الإشعاع الحراري للمواد الصلبة

وعموما، فإن الاعتماد المعياري لتحديد معاملات نقل الحرارة له الشكل

حيث – معيار نسلت؛

– معيار رينولدز؛

– معيار براندتل.

D₁, D₂, … هي البسيط من التشابه الهندسي.

وبالإضافة إلى تلك المبينة في المعادلات المعيارية،

– معيار غاليليو .

– معيار غراسغوف .

– معيار بيكليت .

هذه المعايير تأخذ بعين الاعتبار، على التوالي، تأثير الخواص الفيزيائية للمبرد وميزات الميكانيكا السوائل لحركتها على كثافة انتقال الحرارة.

وترد في الجدول 6 القيم التي تظهر في تعبيرات معايير التشابه ووحدات القياس الخاصة بها.

وترد المعادلات المعيارية لحساب معاملات نقل الحرارة لأحداث التبادل الحراري المدرجة في الجدول 5 في [1، p. 4-54. 2، p. 152-168. 3، p. 70-76].

يجب أن تؤخذ الخصائص الفيزيائية الكيميائية للسائل (الغاز) التي تدخل في المعادلات القياسية في ما يسمى درجة الحرارة المحددة. ما درجة الحرارة التي تؤخذ كمحدد محدد لكل حالة معينة من نقل الحرارة.

الجدول 6 – القيم المتضمنة في المعادلات المعيارية لنقل الحرارة بالحمل الحراري

وحدة القياس في سي

معامل التوسع الحجمي

معامل اللزوجة الديناميكية

معامل اللزوجة الحركية

الحرارة النوعية (عند الضغط المستمر)

تسارع الجاذبية

تحديد البعد الهندسي (لكل صيغة، تحديد الحجم المحدد)

حرارة التبخر (التبخر)

الفرق بين الجدار ودرجات الحرارة السائلة (أو العكس بالعكس)

لمتابعة التنزيل، يلزمك جمع الصورة: