Онвектив иссиқлик алмашиниш

Иссиқлик алмашиниш асослари


Режа


1. онвектив иссиқлик алмашиниш.
2. Иссиқлик ўтиши.
3. Иссиқлик жараёнларининг ҳаракатлантирувчи кучи.
4. Иссиқлик ўтказиш жараёнларини интенсивлаш
онвектив иссиқлик алмашиниш.

Иссиқликнинг қаттиқ жисм юзасидан суюқлик (ёки газ) муҳитига бир йўла конвекция ва иссиқлик ўтказувчанлик усуллари ёрдамида тарқалиши, ёки аксинча, иссиқликнинг суюқлик мухитидан қаттиқ жисм юзасига ўтиши конвектив иссиқлик алмашиниш деб юритилади

( -расм). Иссиқликнинг бундай йўл билан тарқалиши баъзан иссиқликнинг берилиши деб аталади.
Суюқлик муҳити икки қатламдан иборат бўлади; чегара қатлам ва оқимнинг маркази.
Қаттиқ жисм юзасидан чегара қатлам орқали энергия иссиқлик ўтказувчанлик йўли билан ўтади. Чегара қатламдан муҳитнинг марказига иссиқлик асосан конвекция орқали тарқалади. Иссиқликнинг қаттиқ жисм юзасидан суюқлик муҳитига берилиш жараёнига оқимнинг ҳаракат режими катта таъсир кўрсатади.

Конвекция икки турга бўлинади (табиий ва мажбурий). Суюқликнинг “”иссиқ” ва “”совуқ” қисмларидаги зичликлар фарқи таъсирида табиий конвекция юзага келади. Мажбурий конвекция ташқи кучлар (насос, вентилятор, аралаштиргич) таъсирида ҳосил бўлади.

Суюқлик турбулент режим билан ҳаракат қилганида иссиқлик алмашиниш жараёни анча тез боради, ламинар режимда эса секин кетади. Натижада иссиқлик алмашинишнинг тезлигига конвекция катта таъсир кўрсатадиган бўлиб қолади.
Ньютон қонуни. Конвектив иссиқлик алмашинишнинг асосий қонуни бўлиб Ньютоннинг совитиш қонуни ҳисобланади. Бу қонунга кўра, иссиқлик алмашиниш юзадан атроф-муҳитда (ёки, аксинча бирор муҳитдан қаттиқ жисм юзасига) берилган иссиқлик миқдори dQ деворнинг юзасига (dF), юза ва муҳит температураларининг фарқига (t_-t_f) ҳамда жараённинг давомлилигига (d) тўғри пропорционалдир, яъни:

бу ерда - иссиқлик бериш коэффициенти.

Иссиқлик бериш коэффициенти қуйидаги ўлчов бирлигига эга:

Узлуксиз иссиқлик алмашиниш жараёни учун ( ) тенглама қуйидаги кўринишда бўлади:

Иссиқлик бериш коэффициенти  деворнинг 1 м² юзасидан суюқликка (ёки муҳитдан 1 м² юзали деворга) 1 с вақт давомида, девор ва суюқлик температураларининг фарқи 1⁰С бўлганда берилган иссиқликнинг миқдорини билдиради. Бу коэффициентнинг миқдори бир қатор катталикларга боғлиқ: суюқликнинг тезлиги , унинг зичлиги , қовушқоқлиги , муҳитнинг иссиқлик-физик хоссалари (солиштирма иссиқлик сиҲими с, иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти , суюқликнинг ҳажмий кенгайиш коэффициенти ) деворнинг шакли, ўлчами (труба учун d-диаметр, L-узунлик) ва унинг Ғадир-будирлиги _0.

Шундай қилиб, иссиқлик бериш коэффицентининг қиймати қуйидаги катталикларга боғлиқ экан:
=f(,,,C,,,d,L,₀)
Иссиқлик бериш коэффициенти бу катталикларга боғлиқ бўлганлигидан, иссиқлик ўтказиш жараёнларининг ҳамма кўринишлари учун  нинг қийматини ҳисоблаб чиқарадиган умумий тенглама олишнинг имкони йўқ. Фақат иссиқлик алмашиниш жараёнлари учун тажриба натижаларини ўхшашлик назарияси ёрдамида қайта ишлаш орқали критериал тенгламаларни чиқариш мумкин. Бу критериал тенгламалар ёрдамида иссиқлик бериш коэффициентининг қиймати ҳисоблаб топилади.

Конвектив иссиқлик алмашинишнинг дифференциал тенгламаси.

Конвектив усул билан иссиқлик алмашинилганда суюқлик муҳитида иссиқлик бир вақтнинг ўзида иссиқлик ўтказувчанлик ва конвекция усулларида тарқалади. Иссиқлик ўтказувчанлик ( ) дифференциал тенглама билан ифодаланади:

Бу тенгламанинг чап томони муҳитдан ажратиб олинган қўзҲалмас “”элемент” температурасининг қисман ўзгаришини ифодалайди. Конвектив иссиқлик алмашинишда “”элемент” муҳитнинг бир нуқтасидан иккинчи нуқтасига ўтади. Агар элементнинг x,y ва z ўқлар бўйича ҳаракат тезлигини _x, _y ва _z билан белгиласак, у ҳолда элемент температурасининг тўла ўзгариши қуйидагича бўлади:

( ) тенгламадаги dt/d нисбат температуранинг қисман ўзгаришини, йиҲинди эса температуранинг конвектив ўзгаришини ифодалайди.

Агар иссиқлик ўтказувчанлик тенгламаси ( ) даги температуранинг қисман ўзгаришини ( ) тенгламага асосан унинг тўла ўзгариши билан алмаштирсак, Фурье-Кирхгофнинг конвектив иссиқлик алмашиниш тенгламаси келиб чиқади:
Бу тенглама ҳаракатдаги муҳитда иссиқликнинг бир вақтнинг ўзида иссиқлик ўтказувчанлик ва конвекция йўллари билан тарқалишининг математик ифодасидир. Конвектив иссиқлик алмашиниш жараёнини тўла ифодалаш учун ( ) тенгламани қаттиқ юза ва ҳаракатланувчи муҳит чегарасидаги шароитни ҳисобга олувчи бошқа тенглама билан тўлдириш керак.
Ҳаракатланувчи муҳитда жойлашган қаттиқ юза устида қалинлиги  га тенг бўлган чегара қатлам ҳосил бўлади. Бу қатлам орқали ўтган иссиқлик миқдори Фурье қонуни орқали топилади:

ґтган иссиқликнинг миқдорини Ньютон қонуни ёрдамида ҳам аниқлаш мумкин:

Охирги иккита тенгламанинг ўнг томонларини ўзаро тенглаштириб, қаттиқ юза ва ҳаракатлантирувчи суюқлик муҳити чегарасидаги шароитларни ифодалайдиган тенгламани ҳосил қиламиз:

( ) ва ( ) тенгламалар конвектив иссиқлик алмашиниш жараёнини тўла ифода қилади.