Мавзу: Фазода иссиқлик тарқалиш усуллари

МАЪРУЗА № 8 (давоми)
Мавзу: Ностационар тартибдаги иссиқлик ўтказувчанлик

Режа:

1. 
   Асосий ҳолатлар
   
2. 
   Масалаларни ечиш ва моделлаштириш усуллари
   
3. 
   Бинолари тагидаги ва тупроғидаги ҳарорат майдонини аниқлаш
   

Ностационар тартибдаги иссиқлик ўтказувчанлик кўпинча қишлоқ ва сув хўжалиги ишлаб чиқаришида учрайди, масалан, ҳар хил маҳсулотларнинг қизиши ва совиши, иссиқлик алмашиниш қурилмаларини ишга тушириш ёки тўхтатиш, уларни бир иссиқлик тартибидан иккинчисига ўтказиш. Ностационар иссиқлик ўтказувчанлик ҳисоби иншоотни ўраб турувчи конструкцияларда, чорвачилик биноларида таглик(пол)нинг ва иссиқхоналарда тупроқдаги ҳароратлар майдонларини аниқлаш имконини беради. Кўриб ўтилган ҳоллардаги ҳодисалар ўтиш жараёнларида иситиш тизимларни ишга тушириш (ёки тўхтатиш) шартлари билан боғлиқ бўлса, шу билан бирга ташқи ҳаво ҳароратининг кунлик ўзгаришига ҳам боғлиқ.

Ностационар иссиқлик ўтказувчанлик масалаларини икки гуруҳга ажратиш мумкин: иссиқлик мувозанатига ўтишга интилувчи ўтиш жараёнлари; жисм ҳарорати вақт бўйича маълум қонун асосида ўзгарувчи даврий жараёнлар.
Биринчи гуруҳга ўзгармас ҳарорали муҳитда қизиш(совиш) жараёнлари мисол бўлади, иккинчи гуруҳ учун – иншоотга тўсинлар конструцияларининг кунлик ҳарорат ўзгариши.
Ностационар иссиқлик ўтказувчанлик таърифи геометрик, физик, бошланғич ва чегаравий шартларга тўғри келадиган иссиқлик ўтказувчанлик дифференциал тенгламаларини ечиш асосида амалга оширилади.
Мисол сифатида чегараланмаган девор (масалан, ташқи ва ички ҳаво билан конвектив иссиқлик алмашинув қонуни бўйича иссиқлик алмашинаётган чорвачилик биноси девори) да ностационар иссиқлик ўтказувчанликни аниқлашни келтирамиз. Девор 2 қалинликка эга бўлсин, бошланғич ҳарорат тарқалиши – бир текис, теплофизик тавсифлар ҳзгармас, ички иссиқлик манбалари иштирок этмасин, бошланғич вақтда бино ичидаги ҳаво ҳарорати қийматни қабул қилади, ташқи ҳавоники - . Ушбу масалани таърифловчи дифференциал шаклдаги тенгламалар тизими қуйидагича (координаталар боши девор марказига жойлашган):
(9.1 )
Бунда t_б, t_ҳ1, t_ҳ2, α₁, α₂, λ, α, R= const
Тенгламалар тизимидаги биринчиси иссиқлик ўтказувчанлик чизиқли тенгламаси бўлиб,интеграллаш мумкин;иккинчи тенглама жараён бошланишида ҳароратнинг ўзгармас тарқалишини ифодалайди;учинчиси деворнинг ички юзаси билан ҳаво орасида Ньютон-Рихман қонуни бўйича иссиқлик алмашинишини ифодалайди;тўртинчи тенглама девор ташқи юзасининг ташқари ҳаво билан Ньютон-Рихман қонуни бўйича иссиқлик алмашинишини тавсифлайди.
Ностационар иссиқлик ўтказувчанликнинг тўғри масаласини ечишдан мақсад қуйидагиларни аниқлаш:
ҳарорат майдонини: t = t ( х , у , z , τ ); жисмнинг ўртача хажмий ҳароратини: (τ); иситиш(совитиш) учун сарфланган иссиқликни.
Техникавий иссиқлик физикасида иссиқлик ўтказувчанликнинг тескари масалалари ҳам ечилади, бундан мақсад ҳарорат майдони ҳақидаги ахборотдан иссиқлик физик тавсифлари қийматларини топиш,чегаравий шартлар ўрнатиш ва бошқалардан иборат. Материалнинг иссиқлик физик тавсифлари – иссифлик ўтказувчанлик λ, ҳарорат ўтказувчанлик α, солиштирма иссиқлик сиғимини аниқлаш мақсадли иссиқлик ўтказувчанлик нинг тескари масалалари инверсли дейилади.
Тўғри масалаларни ечиш ,масалан (9.1 ) тенгламалар тизимини ,ҳарорат майдонини t ( х , у , z , τ) топиш имконини беради.Жисмнинг ўртача хажмий ҳароратини t ( х , у , z , τ) функцияни жисм ҳажми бўйича интеграллаб аниқ-ланади:
(τ) (9.2 )
Жисмнинг ўртача ҳажмий ҳароратини билсак ,уни қиздириш учун сарф бўлган иссиқликни топиш мумкин:
с^'[ _бош(τ)- _ох(τ)]V (9.3 )
бунда, с¹-жисмнинг хажмий иссиқлик сиғими , Ж/(м³К).
Ностационар иссиқлик ўтказувчанлик масалаларини ечишда ўлчамли катталикларни ўлчамсиз катталикларга келтириб ечим излаш қулай,чунки бунда ўзгарувчилар сони камаяди . Масалан,умумлашган (ўлчамсизлар) ўзгарувчиларни қуйидагича киритсак:
(9.4)
тенгламалар тизими ( 9.4) қуйидагича ўзгаради:
(9.5)
бўлганда боғлиқ бўлмаган ўзгаручилар ва масала параметрлари сони 10тадан 5тагача қисқаради,яъни икки марта.
Умумлашган ўзгарувчи Фурье сони дейилади,у вақтнинг ўлчамсизлиги маъносини билдиради.Умумлашган ўзгарувчи Био сони ёки критерияси номи билан юритилади ва ички ва ташқи исси қлик қаршиликлари нисбатини ифодалайди:
(9.6)
В_i →0 бўлганда (амалда В_i <0,2 бўлганда) ички иссиқлик қаршилиги чексиз кичик,бу ҳолда жисм қизиши (совуши ) конвектив иссиқлик алмашиниши жадаллиги билан аниқланади,жисм ҳарорат майдони бир хил (ҳарорат гра-диенти аҳамиятсиз кичик) . В_i →0 бўлганда (амалда В_i →50 бўлганда ) ташқи иссиқлик қаршилиги чиксиз кичик ,конвектив иссиқлик алмашиниши жадаллиги жисмнинг қизиши (совуши )га таъсир қилмайди,жадаллик ички иссиқлик қаршилиги билан назорат қилинади.Бу ҳолда жисм юзаси ҳарорати амалда жараён бошлангандан сўнг дарҳол ташқи муҳит ҳароратига тенглашиб олади,жисмда эса максимал ҳароратлар фарқи кузатилади,бу фарқлар жараён боришида доимий камайиб боради.