Бу -кштілі ондырыны Ренкин циклы. 3 страница

34.ЦИЛИНДРЛІ АБЫРА АРЫЛЫ ЖЫЛУ БЕРІЛІС.Бір абатты цилиндрлі абыра 2.4 – суретте бейнеленген, d1 – цилиндді (бырды) ішкі диаметрі, м; d2 – цилиндрді сырты диаметрі, м; l – цилиндрді узындаы, м; убырды абырасы біртегіс, оны жылу ткізгіштік коэффициенті -ге ге те, Тс1 жне Тс2 – цилиндр беттеріндегі сйытарды температуралары, К, абыра беттеріні температуралары Т1 жне Т2. Меншікті жылу аынын есептейтін формула тмендегідей = Kl . (2.4.11).

Мндаы Kl – сызыты жылу беріліс коэффициенті. (2.4.11) тедеуінен Kl табамыз.Kl . (2.4.12).Kl – ді кері шамасы жылу берілісіні жалпы сызыты термиялы кедергісі деп аталады жне ол жылу берілісіні сырты термиялы кедергілеріні осындысына жне жне абыраныны ішкі жылу ткізгіштік термиялы кедергісіне те , , Rl= (2.4.13), Кп абатты цилиндрлі абыралары (n – абатты) шінKl

35. ТУРА ЖНЕ КЕРІ АЙТЫМДЫ КАРНО ЦИКЛДЕРІ, ОЛАРДЫ ЖЫЛУЛЫ (ТЕРМИЯЛЫ) П..К. МЕН ТОАЗЫТЫШ КОЭФФИЦИЕНТІ.Теориялы циклда Т1 жне Т2 температуралары аралыындаы термиялы п..к. е жоары болуы ммкін болатынын француз алымы Сади Карно 1824 ж. айтан болатын. Тура Карно циклы (1.8, а - сурет): екі изотермадан 1-2, 3-4 жне екі адиабаттан 2-3, 4-1 турады. 1.8, а суреттегі 1-2 сызыыны жолында траты температурада Т1 жылу q1 беріледі де, ал 3-4- жолында q2 жылу абылдаыша жіберіледі. 1.8 а, б – сурет. Карно циклы: а) тура; б) кері . Карно циклі тура тіп ана оймайды, сонымен атар ол айтымды (кері) циклдеде теді.(1.8, б - сурет). Карноны кері циклі іске асыру шін, р трлі температурадаы екі жылу кзі ажет – жылу бергіш (q2) жне жылу абылдаыш (q1). Тура Карно цикліні термиялы п..к. =1-Т21 , ал Карноны кері циклдаы тоазытыш коэффициенті е=Т212= . Тура Карно циклі жылу двигательдеріні кез келген циклдарын жетілдіруде баа беру шін олданалады. Карноны тура циклыны термиялы п..к.-ті жне кері цикліні тоазытышты коэффициентті заттарды асиетіне туелді емес, біра жылу беру жне жылу абылдауыштарды абсолюттік температураларына байланысты болады. Бл Карно теоремасыны негізгі маынасы. Тоазытыш жне жылыту техникалында кері циклдарынды салыстырмалы нтижелегіп анытау шін Карноны кері циклі лгі ретінде (эталон) олданылады.Сонымен Карно циклы – жылуды жмыса (немесе жмысты жылуа) толы айналдыратын айтымды айналмалы процесс.

 

36. САСТЫ ТЕОРИЯСЫ ЖНІНДЕ ТСІНІКТЕМЕ.ртрлді физикалы былыстарды зертттеуде екі трлі діс олданылады; теориялы жне тжірбиелі. Біра іс жзінде мселені нтежиелі шешуде осы дістерді бір-бірінен блек пайдалануа ммкін емес. Егер осы екі дісті нтежиелі жаын біріктірсе, онда ртрлі физикалы былыстарды зерттеуге арналан универсалды аппаратты алуа болады. Осындай екі дісті біріктіруде састы теориясы олданылады. састы теориясы – былыстар мен процесстерді зерртейтін ілім жне теориялы тжірбиелік іздеу дістеріні арасын біріктіруші буын. састы теориясы жылу алмасу процесінде, тжірбие ткізу жне тжірбие нтежиесін ортындылауда ылыми негіз болады.састы критерийлері (сандары).Мндай лшем шамалары комплексті, тратылыты састыы 1ге-те састы критериясы деп аталады. Мысалы, (ще*d)/nс шамасы - Рейнольдс саны, бл сйытыты озалу режімін сипаттайды. Сонымен састы критериясы лшемсіз сан, іздеп жатан физикалы былысты анытаушы физикалы лшемді шама.

ГИДРОДИНАМИКАЛЫ ЖНЕ ЖЫЛУЛЫ САСТЫ КРИТЕРИЙЛЕР (САНДАР), ОЛАРДЫ ФИЗИКАЛЫ МАЫЗДАРЫ.Гидродинамикалы жне жылулы былысты осындысы конвективті жылу беру процессін анытайды. Гидродинамикалы састы критерийлер негізгі жне туынды критерийлер деп блінеді. Негізгі критерийлер біріншіден Не – Ньютон, Fr –Фруда, Eи –Эйлер, Re – Рейнольдс жне Ho – гидродинамикалы гомохрон. Туынды критерийлерде кбінесе мына сандарпайдаланады Ga - Галилей, Ar -Архимед жне Gr – Грасгоф. Негізгі критерийлерге жылу процесінде кбінесе жылу беру жне жылу ткізгіштік былыстарды талдаанда мына сандар жатады Nu – Нуссельт, Fo- Фурье, Pe – Пекле, Bi – Био, ал туынды сана Pr – Прандтль , St – Стентон жне басалар. Конвективті жылу алмасу негізінен трт састы санымен сипаттлады Nu, Re , Gr , Pr .Нуссельт саны (1887-1957 жж): =Ьl/л,(2.2.3),Осындай (2.2.3) шаманы Нуссельт критерийсі деп атайды; Нуссельт саны абыра мен сйыты арасындаы жылу алмасу арынын сипаттайды. Нуссельт критерийесінде анытайтын шамаа кіреді. Мндаы – орта жылу беру коэффициенті, Вт/(м2 К); l – геометриялы лшем, м; л– жылутасымалдаышты (сйыты) жылу ткізгіштігі, Вт/(м2 К).Рейнольдс саны (сйытыты озалу режіміні критерийісі 1840-1912 жж);Re = щс *l/vс (2.2.4),Екпінді кшті (аын жылдамдыыны) ттырлы йкеліс кшіне атнасын жне сйыты озалысын анытайды. Мндаы щс – сйыты жылдамдыы, м/с хс – сйыты кинематикалы ттырлы коэффициенті, м2/с,Прандтль саны (1875-1953жж) Pr= = ссг/л , (2.2.5)..йкелістегі жылу алмасуды ескереді жне сйыты физикалы параметрін сипаттайды. Мндаы бс – сйытыты температура ткізгіштік коэфициенті м2/с; л – сйыты жылу ткізгіштік коэфициенті Вт/(м К); с – сйыты меншікті жылу сыйымдылыы, кДж/ (кг*К).Грасгоф саны: Gr =g*в (Тс)l32 (2.2.6).Грасгоф саны еркін озалыс кезіндегі гидродинамикалы жадайды сипаттайды: Мндаы в =1/Tс - сйыты клемдік лаю коэффициенті.

37. ТЕРМОДИНАМИКАНЫ ЕКІНШІ ЗАЫНЫ АЙТЫМДЫ ЖНЕ АЙТЫМСЫЗ ПРОЦЕСТЕР ШІН АНАЛИТИКАЛЫ МНДЕРІ.Термиялы п..к. формуласынан мынаны табамыз dq/Т 0,(1.3.3) - тйы контурлы интгральдау те белгісі кері циклды белгісі, ал тесіздік тура циклды белгісі.(1.3.3) тендеуін 1854 ж. Клаузиус жазан, ол термодинамиканы екінші заын математикалы трде крсетеді, тура (тесіздік белгісі) жне кері (тедік белгісі) циклдарды, сонымен атар (1.3.3) тедеуді Клаузисты бірінші жне екінші интегралдары депте атайды.(1..3.3) тедеуінен, келтірілген жылуды dq/T алгебралы осындысы кез келген айтымды циклда (= белгі) болса нольге те, ал Карноны айтымсыз циклында (< белгі) шамасы теріс болады. dq/T мні газды тепе-те згеруінде, бл кейбір функция кйіні толы дифференциалы, себебі сол денені кйіне туелді болады. Бл функция 1 кг газ шін, S арылы белгіленіп, Дж/(кг*К) мен лшенеді жне оны энтропия деп атайды. (Энтропия терминін Р. Клаузиус 1865 ж. енгізген Онда, осы 1.3.3 тедеуінен мынаны аламызdS ,(1.3.4) мндаы ”=” белгісі айтымды процесті ал, “>” – белгісі айтымсыз процесті , S-энтропияны крсетеді. Сонымен атар (1.3.4) тедеуі, энтропия арылы жазылан термодинамиканы екінші заыны аналитикалы трі. Энтропия – кейбір кй функция мнін крсетеді жне денені кйіне байланысты оны бастапы жне соы кйінін згеруіне туелді екенін анытау шін олданылады. Ол денені абсолюттік температурасы Т-мен термиялы (жылу) энергиясы dq арасындаы жылулы байланысты крсетеді.Энтропияны болу жне су принципі – бл термодинамиканы екінші заыны физикалы маынасын береді. Энтропияы айтымды жне айтымсыз процестердегі згеруін арастырамыз:а ) Энтропияны айтымды процестегі згеруін ошауланан (адиабатты) жйеде (dq=0) арастырайы. Онда (1.3.4) тедеуі адиабатты жйеде айтымды процестер шін мына трде абылданады.dq=Т.dS=0, (1.3.5)немесе dS=0; S=constСонымен ошауланан адиабатты айтымды процестерде энтропия згермейді.б) Энтропияны айтымсыз процестегі згерін арастырамыз. Бл жадайда (1.3.4.) тедеу айтымсыз процестері шін мына трде абылданадыdS>0 немесе S2-S1>0, (1.3.6)демек энтропия седі. Сонымен энтропия айтымды процестерде ошауланан жйеде тураты болып алады да, ал айтымсыз процестерге седі. Шыныда барлы наты процестер айтымсыз, сондытан ошауланан жйелерде энтропия барлы уаытта кбейеді, олай болса айтымсыз (наты) процестер барлы уаытта энтропияны суіне байланысты теді. Сонымен ошауланан жйеде (dq=0) болуы, энтропияны су принципін немесе термодинамиканы екінші заыны жалпы трін крсетеді. Термодинамиканы екінші заыны физикалы мніде, осы энтропияны ошауланан жйеде су принципін белгілеу (анытау). Сонымен энтропияны згеруіне арай наты процесті андай баытта тетінін айтуа болады. Термодинамиканы екінші заыны маынасы бойынша барлы наты процестерде энтропия суі сзсіз.

38. ЖЫЛУ БЕРУ КОЭФФИЦИЕНТІ ЖНЕ ОНЫ РТРЛІ ФАКТОРЛАРА (ЖАДАЙЛАРА) ТУЕЛДІЛІГІ. Жылу беру коэфициенті б кптеген факторлара байланысты болады: сйыты озалыс тріне Х, физикалы параметрлеріне (лс, сс, Сс, мс), сйыты жылдамдыына Wс жне температурасына Тс, жылу беруші бетіні формасына, абыра бетіні температурасына Т, жне баса шамалара байланысты. Сйытыты озалысы екі режімге блінеді: ламинарлы жне турбуленттілік.

39,41. ИДЕАЛ ГАЗДАРДЫ НЕГІЗГІ ТЕРМОДИНАМИКАЛЫ ПРОЦЕСТЕРІ: ИЗОБАРАЛЫ, ИЗОХОРАЛЫ, ИЗОТЕРМИЯЛЫ, АДИАБАТТЫ ЖНЕ ОЛАРДЫ ЗЕРТТЕУ.Жылу техникасында е жетекші роль атаратын, ол процестер жне оларды есептеу дістері болып саналады. Термодинамикалы процестеді есептеу – бл процесті барлы бастапы жне соы параметрлерін, жне жылуды жне жмысты анытау, сонымен атар процестерді термодинамикалы диаграммада крсету (мысалы, Р V жне Т, S – диаграммаларда.) Термодинамиканы бірінші заы жылу млшерлеріні, газды сырты жмысыны жне ішкі энергияларыны згерулеріні арасындаы байланысты анытайды, сондаы денеге берілген немесе одан алынан жылу млшерлеріні жне термодинамикалы процестерді трлеріне байланысты. Теориялы жне олданбалы маынадаы негізгі прцестерге мыналар жатады: изохоралы, траты клемде тетін; изобарлы, траты ысымда тетін; изотермалы, траты температурада тетін; адиабатты, оршаан ортамен жылу алмаспайтын жне политроптыпроцесс мына тедікпен аныталатын PVn=const. Бл процесс белгілі бір жадайдаы негізгі процестерді жинатаушы болады жне процестегі жылу сыйымдылы тратылыын сипаттайды. Барлы термодинамикалы процестерді зерттеу шін, мына жалпы діс олданылады:1.процестегі жмысты денені бастапы жне соы параметрлеріні арасындаы байланысты анытап, сол процестін тедеуін жазу;2.газ клеміні згеруіндегі жмысты есептеу;3.процесте газа берілген (немесе шыан) жылу млшерін анытау;4.процестегі жйені энтропиясыны жне энтальпияны згеруін анытау.5.процестегі жйені ішкі энергиясыны згеруін анытау.1.4.1 Изахоралы процессИзохоралы процесс траты клемде (V=idem) теді (1.9-сурет) 1.9-сурет Идеал газ кйі тедеуінен PV=RT, V=idem, боланда мына тедеуді (Шарль заынан) аламыз = (1.4.1.).Изохоралы процесте газ клемі згермейді V2=V1, жмыс l= p dV, егер газ клемі згермесе жмыс нольге те l=0, ал жылу термодинамиканы бірінші заымен былай аныталады, q=U+l, немесе q=U=U2-U1= CvdT=Cv(T2-T1).(1.4.2). згеріп отыратын жылу сыйымдылыы боланда q= (t2-t1)= t2- t1 ,(1.4.3) мндаы - t1, ден t2 дейінгі температура аралыындаы орта массалы изохоралы жылусыйымдылыы. Себебі l=0-ге те боланда, термодинамиканы бірінші заы бойынша U=q жне тураты клемде: U=Cv(T2-T1); Cv= idem боланда U= (t2-t1);Cv=var боланда (1.4.4)Барлы идеал газдарды процестеріндегі энтальпияны згеруін мына формуламен анытайды:h=h2-h1=Cp21), Ср=idem боланда h= (t2-t1), Cр=var боланда (1.4.5).1.4.2.Изобарлы процесс.Идеал газды кй тедеуінен PV=RT бдан P=idem, осыдан мынаны табамыз V/T=R/P=idem, немесе газды клемі оны абсолюттік температурасына тікелей пропорционал болады (Гей-Люссак заы ) = (1.4.6) 1.10-сурет.Изобарлы процесті жмысы l= pdV=P(V2-V1)=R(T2-T1) 1.4.7).Газды ыздыруа келтірілген (немесе ол салындаанда алынатын) жылуы млшелерін термодинамиканы бірінші заынан анытауа болады dq=dh-VdP=idem q=h2-h1=h= dT= (t2-t1). (1.4.8)Мндаы - t1-ден t2-ге дейінгі температуралар аралыындаы орта массалы изобарлы жылу сыйымдылы, мнда Cp=idem q=Cp(t2- t1)=h(1.4.9).1.4.3 Изотермиялы процесс Бл процесте температура тураты, соны шін PV=RT=const, немесе = .(1.4.10)Яни газды ысымы оны клеміне кері пропорционал болады, сондытан газ изотермиялы ысыланда ысымы лкейді, ал газ изотермиялы лайса, ысымы кішірейеді (Бойль-Мариотт заы)(1.4.10) – байланысты, бл процесті графигі Р, V – координаттарында те бйірлі гипербола болады. (1.11-сурет) 1.11-суретПроцесті жмысы l= РdV= RTdV/V=RTln(V2/V1)= RTln( ); (1.4.11)Температура згермеуеіне байланысты иделды газды ішкі энергиясы бл процесте траты болады U=0 жне h=0, сондытан барлы газа келтірілген жылулы толы жмыса айналады:q=1.(1.4.12) Gт=dq/dт – жылу сыйымдылы формуласы крсететіндей, изотермиялы процесте газды жылусыйымдылыы те.1.4.4 Адиабаталы процесс.Бл процесс жргізілгенде оршаан ортамен жылу алмасу болмайды, осыан байланысты q=0Адиабаталы процесс шін термодинамиканы бірінші заы мынадай трде жазыладыPVк=idem, (1.4.13) мндаы к=СрV – адиабаталы крсеткіш. Адиабатылы процесті графигі (1.12-суретте) крсетілген.Адиабата крсеткіші к >1 боландытан адиабата изотермаа араанда ламалау келеді, йткені адиабаталы лайлананда газды температурасыны тмендеуіне байланысты изотермалы процеске араанда ысым жылдамыра тмендейді. 1.12-сурет(1.4.13) тедеуінен мынаны табамыз: Р12 =(V2/V1)к немесеV2/V1=(Р12)1/к (1.4.14)(1.4.13) тедеуі V, P координатындаы адиабатты идеалды газды тедеуі Сv=idem жне Ср= idem боланда.PV=RT кй тедеуіне сйкес, адибатты процестегі тепмператураны клемен немесе ысыммен байланысын крсететін тедеулерін табамыз: ТVк-1=const, (1.4.15) немесе Т12=(V2/V1)к-1 немесе(V2/V1)1/к-1 (1.4.16)Т12=(Р12)к-1/к =(V2/V1)к-1 (1.4.17) Бір атомды газ шін к=1.66, екі атомды газ шін к=1.4, ал ш жне кп атомды газдар шін к=1.33. Термодинамиканы бірінші заы бойынша адиабатты процестегі лаю жмысы ішкі энергияны азаюымен жреді жне де тмендегі тедеулерді біреуімен аныталады:l= -U=CV21)= 12)= 1V1-P2V2)= (1- ) = [1-( )k-1]= (1- )= [1-( ) ](1.4.18) Бл процесте газды оршаан ортамен жылу алмасуы згермейді, сондытан q=0, онда С=dq/dТ тедеуінде, адиабатты процесті жылусыйымдылыы нольге те болады.(Сq=0).

40. КОНВЕКТИВТІ ЖЫЛУ АЛМАСУДЫ НЕГІЗГІ ТСІНІКТЕМЕЛЕРІ МЕН АНЫТАМАЛАРЫ.КОНВЕКЦИЯНЫ ТРЛЕРІ.НЬЮТОН-РИХМАН ТЕДЕУІ.Конвективті жылу алмасу деп – сйытар мен атты денелерді бетіеі арасындаы жылу тасымалдауды айтады. Бл кезде конвекция жне жылу ткізгіштік жылу алмасу бір мезгілде тедіЖылу беру процессі табии (еркін) жне мжбрлік (еріксіз) конвективтік тасымалдау болуы ммкін. Табии (еркін) конвекция – біріай емес рісте, сырты массалы кш серінен (магниттік, инерциялы, гравитациялы кштер) сйыа жйе ішінен жылу беру арылы пайда болады. Мжбрлік конвекция – сырты бет абат немесе біріай ріс кштеріні серінен жйе ішіндегі сйыа жылу беру арылы пайда болады. Сондай-а мжбрлік конвекция кинетикалы энергия арылы пайда болады. Конвективті жылу алмасуды арындылыы жылу беру коэфициенті б арылы да сипатталады жне ол Ньютон-Рихман формуласымен аныталады. f = б*F(Tс – Т) немесе q=б(Tс – Т), (2.2.1)мндаы б – жылу беру коэфициенті, ВТ/ (м2*К); F- жылу алмастырушы бетті ауданы, м2; Тс- газды немесе сйыты температурасы, К; Ф –жылу аыны, Вт; Т-абыра бетіні температурасы,К; q – жылу аыныны тыыздыы, Вт/ м2.

42. ЖЫЛУ АЛМАСТЫРУШЫ АППАРАТТАРДАЫ ЖЫЛУ ТАСЫЫШТАРДЫ АЫНДАРЫНЫ ОЗАЛЫСТАРЫНЫ НЕГІЗГІ СХЕМАЛАРЫ. Жаа жылу аппараттарын жобалауда, жылуалмастырыш аппараттарына жылулы есептеулер жргізу рылымдаушылы болуы ммкін, оны есептеу кезінде жылуалмастыру аппаратарыны ыздырылатын бетіні ауданын F(м2), (табу) сонын сенімділік есептеу болады, бл кезде жылу тасымалдаышты соы температураларын Т2 ы, Т2 с жне берілетін жылуды шамасын Ф анытайды. Екі жадайда-да, траты режімде жылу алмасуды негізгі есептік тедеуі болып жылу беріліс жне жылу боланыс тедеулері олданылады: Жылу беріліс тедеуі = К F (T ы -T с) = К F T(ариф. логар.),(2.6.1),Жылу баланс тедеуі, с = ы + ; 2.6.2), -ны шылушыынын ескермесек, (2.4.2) тедеуін тменгіше жазамыз. = с = ы = m с hс = m ы h ы = V с с Cp с (T2 с –T1 с) = Vы ы Cp ы (T2 ы–T1 ы), (2.6.3), мндаы -жылу аыны, Вт; К-орта жылу беріліс коэффициенті, Вт / (м2 К); F-аппарат- таы жылу алмасу бетіні ауданы, м2;; T ы жне T с – ысты жне салын жылу тасымалдаыштарды жылу алмасу бетіндегі температуралары; T1 с жне T2 с – аппартаа кіретін жне шыатын жердегі салын тасымалдаышты орта температуралары; T1 ы жне T 2ы – аппарата кірердегі жне шыардаы ысты жылу тасымалдаыштарды орта температыралары. Cp с жне Cp ы – T1 ы, -T 1с дан T2 ы, T 2 с аралыындаы, жылутасымалдаыштарды орта меншікті массалы жылусыйымдылытары, Дж/ (кг К);. hы жне h с - аппараттаы ысты жне суы жылу кздеріні меншікті энтальпиясыны згеруі, Дж/кг; V с с жне V ы ы – жылутасымалдыыштарды массалы шыыны, кг/с. Тменгі кбейтінді шамасын былай жазуа болады V = m = W, Вт/К (2.6.4). Оны W сулы (немесе шартты) эквивалент деп атайды. (2.6.4) тедеуін ескерсек, жылу баланыс тедеуі (2.6.3) тмендегі трде болады. ,(2.6.5) мндаы W ы , W с – ысты жне суы сйытарды шартты эквиваленттері. Ысты жне суы жылу тасымалдаыштардаы шартты эквивалентеріні (2.6.5) шамалары арасындаы атнас, графикте температураларды згеруін анытайды. (2.8 а, б – сурет). Жылутасымалдаышты клдене бетіндегі ыздыру температурасыны згеру сипаттамасы, оларды озалыс схемасына (тура аындылы немесе кері аындылы) жне W ы мен W с шамаларыны атнасына байланысты. Егер абсцисса осі бойынша аппарат бетіні ауданын F(м2), ал ордината осі бойынша ртрлі нктедегі жылу тасымалдаыштарды температура мндерін салса, онда тура аынды (2.8, а-сурет) жне кері аынды (2,8 б-сурет) аппараттарындаы жылу тасыаштарды сипаттамаларын аламыз, олар W ы жне W с шама атнасына жне оларды озалыс схемаларына байланысты болады. 2.8 – сурет. Тура аындылыта салын тасымалдаышты соы температурасы барлы уаытта, ыстты жылу тасымалдаышты соы температурасынан кем, Т2с2ы . Сонымен атар сйытыты бастапы температурасын тура аынды жылу алмастырыштара араанда, кері аынды жылу алмастырыштарда те жоары температураа дейін ысытуа болады.Мысалы, клденен беттегі темпратура арыны ДТ кері аындылыа араанда, тура аындылыта те кшті згереді. Сонымен бірге орта температуралы арын шамасы, тура аындылыа араанда кері аындылыта кп, демек ДTкер >ДФтура