Termodinamika” fanidan o`quv- uslubiy majmua

Majburiy konvektsiyada issiqlik berilishi

Majburiy harakatlanishda issiqlik berilish jadalligi, asosan muhitning (suyuqlik yoki gazning) harakatlanish tavsifi bilan aniqlanadi.
Amalda ko‘pincha turbulent harakat uchraydi, bunda issiqlik berish koeffitsienti laminar harakatdagiga qaraganda ancha katta bo‘ladi. Re soni kattalashganda ya’ni turbulentlik jadalligi ortganda suyuqlik bilan devor orasida issiqlik almashinuvi kuchayadi. Issiqlik almashinuvi muhit yuvib o‘tayotgan sirtning shakliga ham ko‘p jihatdan bog‘liq bo‘ladi. Oqim hech qaerda yuvib o‘tilayotgan sirtdan ajralmasa, bunday oqim uzilmas oqim deyiladi. Agar tizimda keskin o‘zgaradigan egri-bugriliklar yoki kattalashib boradigan kanallar, keskin burilishlar va shunga o‘xshashlar bo‘lsa, u holda ba’zi joylarda oqim sirtdan ajraladi, ya’ni uzilib oqish paydo bo‘ladi. Bugungi kunda uzilmay oqish jarayoni deyarli to‘liq o‘rganilgan bo‘lib, turli sirtlar uchun har xil hisoblash formulalari mavjud. Uzilib oqish jarayoni esa, sodda hollar (silindr, shar va quvurlar to‘plamini yuvib o‘tishda) uchun o‘rganilgan. Majburiy konvektsiyada laminar oqim ikki xil bo‘lishi mumkin – qovushoqli va qovushoq – gravitatsion. Qovushoqli oqishda, qovushoqlik kuchlari ko‘tarish kuchlaridan ustun turadi. Bu oqishda tabiiy konvektsiya bo‘lmaydi va kanal devorlariga issiqlik faqat issiqlik o‘tkazuvchanlik usuli bilan uzatiladi.
Qovushoq–gravitatsion oqishda ko‘tarish kuchlari hisobga olinadi va bu holda suyuqlikning majburiy harakati tabiiy konvektsiya bilan birgalikda ro‘y beradi.
Buning natijasida oqimning laminarligi buziladi. Bunday oqishda issiqlik ham issiqlik o‘tkazuvchanlik, ham konvektsiya yo‘li bilan uzatiladi.
Re=210³10⁴ bo‘lganda oraliq oqish kuzatiladi va Re>10⁴ da oqish turbulent bo‘ladi. Bu ikki harakat bir-biridan, GrPr ko‘paytmaning qiymatiga qarab farqlanadi.
GrPr>810⁵ bo‘lsa, oqish tartibi qovushoq – gravitatsion bo‘lib, bu hol uchun quyidagi formula o‘rinli bo‘ladi:

Nu=0,15 Re^0,33Pr^0,43(GrPr)^0,1(Pr/Pr_g)^0,25 (9.45)

Bu tenglamada aniqlovchi o‘lcham sifatida ekvivalent diametr, aniqlovchi temperatura sifatida suyuqlikning o‘rtacha temperaturasi olingan.

Tomchi suyuqliklar uchun, ularni devordan isishidagi issiqlik berish koeffitsienti _is, har doim sovishidagi issiqlik berish koeffitsienti _sov dan katta bo‘lishi tajribalardan aniqlangan. _is – _sov ayirma, temperatura bosimi t_g– t_s ko‘payishi bilan ortadi. Bu holat, kriterial tenglamaga (Pr/Pr_g)^0,25 ko‘paytmani kiritish bilan e’tiborga olinadi. Yuqorida aytib o‘tilganidek, Rr_g devorning o‘rtacha temperaturasida hisoblanadi. Bu kattalik suyuqliklar uchun 0,5 –2 ga, gazlar uchun esa 1 ga teng. (9.45) formulani, agar quvurning issiqlik barqarorlashgan qismi uzunligi l 50d bo‘lsa, barcha suyuqliklar uchun qo‘llash mumkin. Uzunligi 50d dan kichik bo‘lgan kalta quvurlar uchun (9.45) formuladan aniqlangan , tuzatish koeffitsienti _l ga ko‘paytiriladi. _l koeffitsientning son qiymati l/d ga quyidagicha bog‘liq.


l/d ……… 1 2 5 10 15 20 30 40 50
_l ……… 1,9 1,7 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,03 1.

Issiqlik tashuvchining quvur va kanaldagi oraliq oqimi tartibi (23004 bo‘lgandagina rivojlangan turbulent harakat hosil bo‘ladi. Bunda suyuqlik zarralarining aralashish jarayoni shunchalik jadal kechadiki, natijada turbulent oqim yadrosining kesimi bo‘yicha temperatura deyarli o‘zgarmas bo‘lib turadi. M. A. Mixeev turbulent oqim usulida quvurlardagi issiqlik berilishini hisoblash uchun quyidagi formulani taklif etdi:

Nu=0,021 Re^0,8Pr^0,43(Pr/Pr_g)^0,25 (9.46)

Bu formulada aniqlovchi o‘lcham sifatida ekvivalent diametr, aniqlovchi temperatura sifatida suyuqlikning o‘rtacha temperaturasi qabul qilingan. Havo uchun, agar Pr=0,7 deb hisoblasak, (9.46) tenglama quyidagi ko‘rinishga keladi:

Nu=0,018 Re^0,8 (9.46)

(9.47) formula turli xil issiqlik tashuvchilar: suyuqliklar, gazlar, o‘ta qizigan bug‘lar uchun l/d  50 , Re=10⁴510⁶ va Pr=0,6250 bo‘lgan hollarda qo‘llaniladi. Agar kanalning uzunligi l< 50d_ekv bo‘lsa, (9.46) formuladan hisoblangan  tuzatish koeffitsienti _l ga ko‘paytiriladi. _l koeffitsientning qiymati 9.6-jadvaldan olinadi.

Tuzatish koeffitsienti _l ning l/d ga bog‘liqligi.
9.6 -jadval.

Re	l ning /d quyidagicha bo‘lgandagi qiymati
	1	2	5	10	15	20	30	40	50
10^4	1,65	1,5	1,34	1,23	1,17	1,13	1,07	1,03	1
210^4	1,51	1,4	1,27	1,18	1,13	1,10	1,05	1,02	1
510^4	1,34	1,27	1,18	1,13	1,10	1,08	1,04	1,02	1
10^5	1,28	1,22	1,15	1,1	1,08	1,06	1,03	1,02	1
10^6	1,14	1,11	1,08	1,05	1,04	1,03	1,02	1,01	1

Issiqlik tashuvchining bukilgan quvurlarda oqishida, issiqlik berish jarayoni markazdan qochirma kuchlarning oqimga ta’siri tufayli murakkablashib ketadi.
Uning ta’siri (9.46) formulaga tuzatish koeffitsienti _R ni kiritish bilan hisobga olinadi. Ilonizisimon quvurlar uchun  _R quyidagi nisbatdan aniqlanadi:
 _R=1+1,77 d/R,
Bu yerda R –bukilish radiusi; d – quvur diametri.
Ma’lumki, ko‘pgina issiqlik almashinuv apparatlarida (havo isitkich, suv ekonomayzeri va hokazo) quvurlar oqimga nisbatan ko‘ndalang joylashgan bo‘ladi. 9.10-rasmda suyuqlik quvurni ko‘ndalangiga qamrab olayotgan manzarasi tasvirlangan.