Мавзу: Фазода иссиқлик тарқалиш усуллари

8. Учинчи турдаги чегаравий шартларда иссиқлик ўтказувчанлик. Иссиқлик изоляцияси

Амалиётда бир ҳаракатланувчи муҳитдан (суюқликлар ёки газлар) бошқасига ажратиб турувчи девор орқали иссиқлик узатилиш жараёнлари кенг қўлланилади. Иссиқлик ташиш учун ишлатиладиган ҳаракатланувчи муҳит иссиқлик ташувчи, ажратиб турувчи девор орқали икки иссиқлик ташувчи орасидаги иссиқлик алмашинишига иссиқлик узатиш дейилади.

Мисол сифатида чорвачилик ёки паррандачилик бинолари ички ҳавоси таркибидаги ортиқча иссиқликнинг ўраб турувчи деворлар орқали ташқи ҳавога узатилишини; хона иситиш асбобидаги иссиқ сувдан хона ҳавосига иссиқлик узатилишини; буғ қозони қиздириш қувурларидан оқаётган тутундан сувга иссиқлик узатилиши ва бошқа ҳолларни келтириш мумкин.
Иссиқлик узатилишида иссиқлик кетма-кетликда кўчади, аввал иссиқроқ иссиқлик ташувчидан деворга конвектив иссиқлик алмашинуви, кейин девор қалинлиги орқали иссиқлик ўтказувчанлик йўли билан (бир ёки кўп қаватли) ва, охири яна конвектив иссиқлик алмашинуви йўли билан совуқ девор юзасида совуқроқ иссиқлик ташувчига иссиқлик кўчади.(8.6-расм)да иссиқлик узатилишининг умумий
кўриниши келтирилган.
Иссиқлик узатилиши стационар ва ностационар бўлиши мумкин. Қалинлиги δ ва иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти λ бўлган бир қаватли ясси
девордан стационар иссиқлик узатилишини Расм 8.6
кўриб чиқамиз (расм 8.6) .
Қизиган иссиқлик ташувчи ҳарорати бўлсин, совуқроғини эса .
Қабул қиламизки, деворлардан иссиқлик ташувчилар билан иссиқлик алмашинуви учинчи турдаги чегаравий шартлар бўйича амалга ошади ва ,
, катталиклар ўзгармас.
(8.25) га кўра ва юқорида келтирилганлардан қизиган иссиқлик ташувчидан деворга узатилаётган иссиқлик оқими тенгламаси қуйидагича ифодаланади:
(8.40)
бунда - қизиган иссиқлик ташувчи билан девор орасида иссиқлик алмашинув коэффициенти.
Стационар тартибда шу иссиқлик оқими девор орқали узатилади, шунинг учун иссиқлик ўтказувчанлик учун Фурье тенгламасини ёзиш мумкин:
(8.41)
Деворнинг иккинчи юзасидан ва совуқ иссиқлик ташувчи ажралаётган иссиқлик оқими зичлиги ҳам (8.39) тенглама каби топилади:
(8.42)
бунда - деворнинг иккинчи юзаси билан совуқ иссиқлик ташувчи орасида иссиқлик алмашинув коэффициенти.
(8.39),(8.49) ва (8.41) тенгламаларни қуйидагича ёзамиз:
(8.43)
Тизимнинг ўнг ва чап қисмларини қўшиб, ҳосил бўладиган тенгламани
га нисбатан ечиб, топамиз:
(8.44)
Белгилаб оламиз:
(8.45)
ва (8.43) ни қуйидагича ёзамиз:
(8.46)
ёки иссиқлик оқими учун
(8.47)
бунда - девор юзаси майдони, м²
(8.46) тенглама иссиқлик узатилиш тенгламаси дейилади, коэффициент - иссиқлик узатилиш коэффициенти дейилади, унинг физик маъносини анивлаш учун (8.46) тенгламани га нисбатан ечамиз:
(8.48)
(8.47) га кўра иссиқлик узатиш коэффициенти иссиқлик узатиш жадаллигини тавсифлайди ва девор орқали иссиқлик оқими зичлигининг иссиқлик ташувчилар орасидаги ҳарорат босимига нисбатига тенг. коэффициенти ўлчов бирлиги Вт / (м²К). Девор юзасининг иссиқлик бериш коэффициентига тенг тескари қиймат катталиги ташқи иссиқлик қаршилиги дейилади. Шундай қилиб, (8.44) тенгламасида
ва ─ ташқи иссиқлик қаршиликлари,
─ ички иссиқлик қаршилиги.
Иссиқлик узатилиш коэффициентига тескари ва сон жиҳатдан ташқи ва ички иссиқлик қаршиликлари йиғиндисига тенг катталик умумий иссиқлик қаршилиги дейилади. Бундан, ясси кўп қатламли деворлар учун :
(8.49)
бунда i – қатлам тартиб рақами; n – қатламлар сони.
(8.48) тенглама иссиқлик узатилиш коэффициентини ҳисоблашда ва
d_T/d_и«1,5 шартга жавоб берувчи юпқа цилиндрик деворлар орқали узатиладиган иссиқлик оқимларини аниқлашда кенг ишлатилади.
Иссиқлик алмашиниш юзаларидан иссиқлик йўқолишини камайтириш мақсадида кўпинча иссиқлик изоляцияси қопланади, изоляция материалларининг иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти λ кичик қийматларга эга. Агарда иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти λ < 0,2 ... 0,25 Вт /( мК) бўлса, бу материаллар иссиқлик изоляцияси материаллари ҳисобланади. Иссиқлик изоляцияси материалларига асбест, минералли момиқ, диатомли ғишт, пенопласт, ғовак бетонлар киради. Кўпчилик иссиқлик изоляцияси материаллари ғовак тузилишга эга, чунки ғоваклардаги ҳаво кам иссиқлик ўтказувчанлик хусусиятига эга. Худди шундай вакуум ғовакли, вакуум кўп қатламли ва вакуум- кукунли изоляция материаллари ишлаб чиқилади, материалларнинг вакуум – ғоваклиги ҳисобига 10^-4 Вт / (мК) тартибдаги паст иссиқлик ўтказувчанлик (самарали иссиқлик изоляцияси) ҳосил қилинади.
Цилиндрик сирт юзага иссиқлик изоляцияси қопланиши ўзига хос хусусиятларга эга: иссиқлик изоляция қоплами қалинлигиниг ошишида бир ҳолда иссиқлик оқими камаяди, бошқа ҳолда – ошади. Бундай содир бўлишига сабаб изоляция қопламаси қалинлиги ошганда ички иссиққа қаршилик камайиши билан бирга ташқи иссиқлик бериш юзаси ошади, бу эса иссиқ йўқолишини ошишига олиб келади. Икки қатламли цилиндрик қопламанинг иссиқлик қаршилиги таҳлили қуйидаги изоляция критик диаметри ифодасини келтириб чиқаради: λ_из/ , бу ҳолда иссиқлик йўқолиши максимал қийматга эга бўлади.
d_изкр бўлганда изоляция қалинлиги ошиши иссиқлик йўқолиши ошишига олиб келади. Шунинг учун лойиҳалашда шундай иссиқлик изоляцияси материяли танлаш керакки, унинг учун d_кр изоляцияланадиган қувурнинг ташқи диаметридан кичик ёки тенг бўлсин: d_кр≤d₂.
Ушбу тенгламани изланаётган иссиқлик изоляцияси иссиқлик ўтказувчанлигига нисбатан ечиб, топамиз:
λ_из ≤ α₂ d₂ / 2 (8.50)


Назорат саволлари ва топшириқлар
1.Қаттиқ, суюқ, газли муҳитли жисмларда ва вакуумда иссиқлик қайси усуллар билан тарқалади? 2.Ҳарорат майдони, изотермик сирт, иссиқлик оқими тушунчаларига аниқликлар бериш. 3. Иссиқлик ўтказувчанликнинг асосий қонуни (Фурье қонуни) формуласини келтиринг. Иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти λ нинг физик маъноси қандай? 4.Иссиқлик ўтказувчанликнинг дифференциал тенгламасини ёзинг ва унга кирувчи аъзоларнинг физик маъноларини тушунтиринг. 5.Чегара шартлари тушунчаси нимани билдиради? Биринчи, иккинчи, учинчи ва тўртинчи чегаравий шартларни айтиб беринг. 6.Текис ва цилиндрик деворларнинг иссиқлик қаршиликларини ҳисоблаш учун формулаларни ёзинг. 7.Иссиқлик узатилиши аниқланишини беринг. Иссиқлик узатилиш тенгламасини ёзинг, иссиқлик узатилиш коэффициентининг физик маъносини аниқланг ва уни ҳисоблаш формуласини келтиринг. 8.Иссиқлик изоляциясининг критик диаметри нимани билдиради? Цилиндрик узатиш қувурлари учун иссиқлик изоляцияси материалини танлаш қоидаси қандай?