Щзбекистон республикаси олий

8–MA’RUZA

Konvektiv Issiqlik almashinuvi
Reja:

1. 
   Nyuton - Rixman tenglamasi.
   
2. 
   Erkin konveksiya jarayoni.
   

Tayanch so’z va iboralar:

Nьyuton-Rixman tenglamasi, Issiqlik berish koeffitsienti, birligi, Issiqlik oqimi, temperaturalar farqi, Issiqlik yuza, Issiqlik berish, Issiqlik berish jarayoni, konveksiya, chegaraviy qatlam.
8.1. Nyuton - Rixman tenglamasi

Suyuq, gazsimon yoki sochiluvchan moddalar makroskopik qismlarining harakati vaqtida ularning o’zaro zarralari bilan aralashuvi natijasida Issiqlik energiyasining uzatilishi hodisasi konvektiv Issiqlik almashinuvi deyiladi. Konveksiya - sochiluvchan, suyuq va gazsimon moddalar qatlamlari zarralarining tartibsiz harakatida namoyon bo’ladi. Yuqori temperaturali suyuqlik (gaz) massasi har doim temperaturasi pastroq bo’lgan qismga tomon uzluksiz va tartibsiz harakatlanadi, hamda o’zi bilan Issiqlikni eltadi. Gaz va suyuqlikning konvektiv harakati vaqtida qattiq, suyuq va gazsimon moddalarga Issiqlik berilishi hodisasi Issiqlikning konvektiv uzatilishi deyiladi. Bunda Issiqlik oqimininng kattaligi issiqligi almashinuvi sirt yuzasi bilan qattiq jism va suyuqlik sirtlaridagi temperaturalar ayirmasi ko’paytmasiga mutonosibdir;

ya’ni: (8.1)
Buni Nьyuton-Rixman qonuni deyiladi. Bunda Tk va Ts - qattiq va suyuq jismlar temperaturasi (ularning absalyut qiymatlari olinadi hamda har doim ularning ayirmasi musbat deb qabul qilinadi, ya’ni katta sondan kichigi ayriladi); -Issiqlik borish koeffitsenti.

Issiqlik berilish jadalligini bildiradi. Uning son qiymati qattiq jism sirti bilan suyuqlik temperaturalari farqi bir kelpvin bo’lgan birlik yuzadagi almashinuvchi iIssiqlik oqimiga teng. -koeffitsent harakati turidagi oqim turiga va boshqa ta’sirlarga bog’liq.

Konvektiv Issiqlik almashinuvidagi Issiqlik eltuvchi moddaning (suyuqlik, gaz) harakati tabiiy va sun’iy bo’ladi. Tabiiy konveksiya hodisasi faqat suyuqlik (gaz) massasining Issiqlik manbai bilan Issiqlik almashinuvi natijasida issiq sirt yaqinida o’z hajmini o’zgartirib yuqoriga qarab harakatlanishhisobiga paydo bo’ladi. Issiqlik boruvchi sirt yaqinidagi suyuqlik (gaz) malekulalarning temperaturasi yuqori bo’lib, Issiqlik manbaidan uzoqlashgan sayin ularning temperaturasi pasayib boradi. Demak, zichliklar farqi paydo bo’lganligi sababli suyuqlik (gaz) hajmchasidagi moddaga ko’tarish kuchi g’ ta’sir etadi
(8.2)
Hajm birligidagi suyuqlik massasi olinganligi uchun Vq1m bo’ladi.SHuning uchun ko’tarish kuchi ifodasini quyidagicha yozamiz:
(8.3)
Bunda  va _s -issiq va sovuq suyuqlik (gaz) zichliklari.

Hajmning jadal kengayishi hajmiy kengayish temperatura koeffitsenti orqali ifodalanadi:

(8.4)
Ideal gazlar uchun kengayish koeffitsentining temperaturaga bog’liqligi quyidagicha ifodalanadi:

(8.5)
Demak, konvektiv Issiqlik almashinuvi jarayonidagi ko’tarish kuchining kattaligini suyuqlikning yuqori va quyi temperaturalari ayirmasiga ham bog’liqligini quyidagicha ifodalash mumkin

(8.6)
Bunda T_i va T_s - issiq va sovuq suyuqliklar temperaturalari.

Isigan suyuqlik (gaz) massasini yuqoriga ko’tarish kuchi zarralarni quyiqatlamdan yuqoriga ko’taradi. Bunda tashqi kuch ishtiroq etmaydi, ya’ni suyuqlikning yuqori temperaturali qismi o’z-o’zidan tabiiy ko’tariladi. 8-rasmdan ko’rinib turibdiki, suyuqlik massasini tashkil etgan zarralar qizdirilish zonasida laminar harakat qiladi. O’tish zonasida ularning ham laminar ham turbo’lent harakati kuzatiladi.

Issiqlikni koeffitsenti  ning qiymati konvektiv Issiqlik almashinuvi jarayonining laminar zonasida sekin-asta pasayib boradi, so’ng o’tish zonasining chegarasidan boshlab to turbulet zonasigacha ortadi, so’ng turg’unlashadi.

Demak laminar oqimida Issiqlik vektori oqim yo’nalishiga perpendikulyar bo’lganligi uchun uning qiymati katta bo’lmaydi. Turbulet oqimda esa suyuqlik (gaz) uyurmali harakatlanadi va ular yaxshi aralashadi, hamda Issiqlikni jadval uzatadi.

Konvektiv Issiqlik berish nazariyasining asosiy vazifasi oqim yuvib o’tadigan qattiq jism sirti orqali o’tuvchi Issiqlik miqdorini aniqlashdir. Issiqlikning yakuniy oqimi doimo temperaturaning pasayish tomoniga yo’nalgan bo’ladi.

Issiqlik berishni amalda hisoblashda Nьyuton qonunidan foydalaniladi:

O^a^^-^v). (15-1)

ya’ni suyuqlikdan devorga yoki devordan suyuqlikka o’tadigan Issiqlik oqimi 0 Issiqlik almashinuvida ishtiroq etayotgan sirt 1~ ga va temperatura bosimi 1s. — /dea ga proporsional bo’ladi, bu erda /dev devor sirtining temperaturasi, ^s esa devor sirtini yuvib o’tadigan muhitning temperaturasi. Suyuqlik bilan jism sirti orasidagi Issiqlik almashinuvining konkret shart-sharoitlarini hisobga oluvchi proporsionallik koeffitsienti a Issiqlik berish koeffitsienti deyiladi.

(15-1) formulada Rqq 1 m² va •s q 1 sek deb qabul qilsak, bir kvadrat metr yuzadan o’tadigan Issiqlik oqimining vaqt hisobidagi zichligini olamiz

<7q«(/s-^dev) (15-2)
Issiqlik berish koeffitsientiga teskari bo’lgan 1/a kattalik Issiqlik berish. termin qarshiligi deyiladi.

(15-2) tenglamani Issiqlik berish koeffitsiengiga nisbatan echsak quyidagini olamiz:

(15-3)

('5-3) tenglikka ko’ra, Issiqlik berish koeffitsienti a Issiqlik oqimining zichligi ^ ning jism sirtining temperaturasi va tevarak muhit temperaturasi orasidagi farqo’a nisbatidan iborat.

Temperatura bosimi 1° ga teng bo’lganda (/s—^devq1°)' Issiqlik berish koeffitsienti son jihatdan Issiqlik oqimining zichligiga teng bo’ladi a qss.

Issiqlik berish ancha murakkab protsess. Issiqlik berish koeffitsienti a juda ko’p faktorlarga bog’liq; ulardan asosiylari quyidagilar;

a) suyuqlik oqishining vujudga kelish sabablari;

b) suyuqlikning oqish rejimi (laminar yoki turbulent);

v) suyuqlikning fizikaviy xossalari;

g) Issiqlik beruvchi sirtning shakli va o’lchamlari. Vujudga kelish sabablariga qarab suyuqlikning har qati erkin va majburiy harakatlarga bo’linadi.

Erkin harakatlanish (Issiqlik harakati) notekis isitilgan suyuqlikda vujudga keladi. Bunda vujudga keladigan temperaturalar farqi zichliklarning farq qilishiga va suyuqlikdagi zichligi kamroq (engilroq)elementlarning suyuqlik yuziga qalqib chiqishiga olib keladi, bu esa harakatlanishni keltirib chiqaradi. Bu holda erkin harakatlanish tabiiy ^araqatlanti yoki Issiqlik konveksiyasi, deyiladi. Masalan, derazaning tashqi va ichki oynalari orasida Issiqlik almashinuvi tabiiy konveksiya yo’li bilan (oynalar o’rtasidagi oraliq havossirkulyasiyasi etarli bo’lganda) amalga oshadi.

Agar ichki oynaning temperaturasi /, (15.1-rasm), tashqi oynaniki esa ^ m bunda ?, > ^ bo’lsa, deraza konvektiv Issiqlik almashinuv quyidagi sxema bo’yicha boradi: havo zarralari ichki oynaning issiq sirtiga tegib isiydi. Ularning zichligi kamayadi va shunday qilib, issiq zarralar yuqori ko’tariladi va havoning sovuqroq va, demak, zichligi ko’proq zarralarini o’ngga va pastga suradi. SHu bilan bir vakgda issiq zarralar o’ng tomondagi (tashqi) oynaga o’z issiqligini berib yana zichlashadi va pastga tushadi. SHunday qilib, deraza oynalari orasidagi havo zichligi turlicha bo’lganligi sababli u aylana boshlaydi, bu hol 15.1-rasmda strelkalar bilan ko’rsatilgan.

Suyuqlikning majburiy harakatlanishi tashqi qo’zg’atuvchilar: ventilyatorlar, nasoslar va shunga o’xshashlarning ta’sir etishi bilan bog’liq. Bo’la.r yordamida muhitni katta tezlikda harakatlantirish yoki harakatlanish tezligini keng qo’lamda o’zgartirish va shu bilan Issiqlik almashinuvi intensivligini boshqarish mumkin.

Suyuqlikning harakati laminar yoki turbulent bo’lishi mumkin.

Laminar oqishda suyuqlikning zarralari aralashmasidan harakatlanadi. Bunda oqish yo’nalishiga normal bo’yicha Issiqlikning uzatilishi asosan issiqlnk o’tkazuvchanlik yo’li bilan amalga oshadi. Suyuqlikning Issiqlik o’tkazuvchanligi (suyuq metallardan tashqari) ancha kichik bo’lganligi sababli laminar oqishda Issiqlik almashinish intensivligi katta bo’lmaydi.