Soojusenergiast lihtsamalt! Arvutamine Excelis rakendatud ülesanne.

Läbivad läbipaistva atmosfääri ilma seda kuumutamata, jõuavad nad maa pind, soojendage seda ja seejärel soojendatakse sellest õhku.

Pinna kuumenemise aste ja seega ka õhk sõltub eelkõige piirkonna laiuskraadist.

Kuid igas konkreetses punktis määravad selle (t o) ka mitmed tegurid, mille hulgas on peamised:

A: kõrgus merepinnast;

B: aluspind;

B: kaugus ookeanide ja merede rannikust.

A – Kuna õhku soojendatakse maapinnalt, siis mida madalamad on ala absoluutkõrgused, seda kõrgem on õhutemperatuur (samal laiuskraadil). Veeauruga küllastumata õhu tingimustes täheldatakse mustrit: iga 100 meetri kõrguse kohta langeb temperatuur (t o) 0,6 o C võrra.

B - Pinna kvalitatiivsed omadused.

B 1 - erineva värvi ja struktuuriga pinnad neelavad ja peegeldavad päikesekiiri erineval viisil. Maksimaalne peegelduvus on tüüpiline lumele ja jääle, minimaalne tumedale pinnasele ja kividele.

Maa valgustamine päikesekiirte poolt pööripäevade ja pööripäevade päevadel.

B 2 - erinevatel pindadel on erinev soojusmahtuvus ja soojusülekanne. Niisiis soojeneb Maailma ookeani veemass, mis võtab enda alla 2/3 Maa pinnast, suure soojusmahtuvuse tõttu väga aeglaselt ja jahtub väga aeglaselt. Maa soojeneb kiiresti ja jahtub kiiresti, st et umbes 1 m 2 maad ja 1 m 2 veepinda samasuguseks soojendada, on vaja kulutada erinevat energiahulka.

B - rannikutelt mandrite sisemusse väheneb veeauru hulk õhus. Mida läbipaistvam on atmosfäär, seda vähem hajub selles päikesevalgust ja kõik päikesekiired jõuavad Maa pinnale. juuresolekul suur hulkõhus olevad veeaurud, veepiisad peegeldavad, hajuvad, neelavad päikesekiiri ja kõik need ei jõua planeedi pinnale, samal ajal kuumutades see väheneb.

Kõrgeimad õhutemperatuurid on registreeritud troopiliste kõrbete aladel. Sahara keskpiirkondades on õhutemperatuur varjus peaaegu 4 kuud üle 40 ° C. Samal ajal on ekvaatoril, kus päikesekiirte langemisnurk on suurim, temperatuur ei ületa +26 ° C.

Teisest küljest kiirgab Maa kuumutatud kehana energiat kosmosesse peamiselt pikalainelises infrapunaspektris. Kui Maa pind on mässitud pilvetekki, siis kõik infrapunakiired planeedilt ei lahku, kuna pilved viivitavad neid, peegeldudes tagasi maapinnale.

Selge taevaga, kui atmosfääris on vähe veeauru, lähevad planeedi kiirgavad infrapunakiired vabalt kosmosesse, samal ajal kui maapind jahtub, mis jahtub ja vähendab seeläbi õhutemperatuuri.

Kirjandus

1. Zubaštšenko E.M. Piirkondlik füüsiline geograafia. Maa kliima: õppevahend. 1. osa / E.M. Zubaštšenko, V.I. Šmõkov, A.Ya. Nemykin, N.V. Poljakov. - Voronež: VGPU, 2007. - 183 lk.

Inimkond tunneb väheseid energialiike – mehaaniline energia (kineetiline ja potentsiaalne), siseenergia (soojus), väljaenergia (gravitatsiooniline, elektromagnetiline ja tuumaenergia), keemiline. Eraldi tasub esile tõsta plahvatuse energiat, ...

Vaakumenergia ja alles teoreetiliselt eksisteeriv – tumeenergia. Selles artiklis, esimeses jaotises "Soojustehnika" püüan lihtsas ja arusaadavas keeles praktilise näite varal rääkida inimeste elu kõige olulisemast energiavormist - umbes soojusenergia ja tema õigeaegse sünnitamise kohta soojusvõimsus.

Mõni sõna, et mõista soojustehnika kui soojusenergia saamise, ülekandmise ja kasutamise teadusharu kohta. Kaasaegne soojustehnika on tekkinud üldisest termodünaamikast, mis omakorda on üks füüsika harudest. Termodünaamika on sõna otseses mõttes "soe" pluss "võimsus". Seega on termodünaamika teadus süsteemi "temperatuuri muutumisest".

Väljastpoolt süsteemile avalduv mõju, mille käigus muutub selle sisemine energia, võib tuleneda soojusülekandest. Soojusenergia, mille süsteem sellise keskkonnaga suhtlemise tulemusena omandab või kaotab, nimetatakse soojuse hulk ja seda mõõdetakse SI-süsteemis džaulides.

Kui te ei ole soojusinsener ega tegele igapäevaselt soojustehnika küsimustega, siis nendega kokku puutudes võib mõnikord ilma kogemuseta olla väga raske neid kiiresti selgeks teha. Ilma kogemusteta on raske ette kujutada isegi soojushulga ja soojusvõimsuse soovitud väärtuste mõõtmeid. Mitu džauli energiat on vaja 1000 kuupmeetri õhu soojendamiseks vahemikus -37˚С kuni +18˚С?.. Kui suur on soojusallika võimsus, mis on vajalik selleks 1 tunni jooksul? » Mitte kõik insenerid. Mõnikord mäletavad eksperdid valemeid isegi, kuid ainult vähesed suudavad neid praktikas rakendada!

Pärast selle artikli lõpuni lugemist saate hõlpsalt lahendada erinevate materjalide kütmise ja jahutamisega seotud tegelikke tootmis- ja majapidamistöid. Soojusülekande protsesside füüsikalise olemuse mõistmine ja lihtsate põhivalemite tundmine on peamised plokid soojustehnika teadmiste rajamisel!

Soojuse hulk erinevates füüsikalistes protsessides.

Enamik tuntud aineid võib erinevatel temperatuuridel ja rõhkudel olla tahkes, vedelas, gaasilises või plasma olekus. Üleminekühest koondseisundist teise toimub konstantsel temperatuuril(tingimusel, et rõhk ja muud parameetrid ei muutu keskkond) ja sellega kaasneb soojusenergia neeldumine või vabanemine. Hoolimata asjaolust, et 99% universumi ainest on plasma olekus, ei käsitle me selles artiklis seda agregatsiooni olekut.

Mõelge joonisel näidatud graafikule. See näitab sõltuvust aine temperatuurist T soojushulga kohta K, mis summeeritakse teatud suletud süsteemiks, mis sisaldab teatud massi teatud ainet.

1. Tahke aine, millel on temperatuur T1, kuumutatakse temperatuurini Tm, kulutades sellele protsessile soojushulga, mis on võrdne Q1 .

2. Järgmisena algab sulamisprotsess, mis toimub konstantsel temperatuuril Tpl(sulamispunkt). Tahke aine kogu massi sulatamiseks on vaja kulutada soojusenergiat koguses Q2 — Q1 .

3. Seejärel kuumutatakse tahke aine sulamisel tekkiv vedelik keemistemperatuurini (gaaside moodustumine). Tkp, kulutades sellele soojushulgale võrdne Q3-Q2 .

4. Nüüd püsival keemistemperatuuril Tkp vedelik keeb ja aurustub, muutudes gaasiks. Kogu vedeliku massi muundamiseks gaasiks on vaja kulutada soojusenergia koguses Q4-Q3.

5. Viimasel etapil kuumutatakse gaasi temperatuurist Tkp kuni teatud temperatuurini T2. Sel juhul on soojuse koguse maksumus K5-Q4. (Kui kuumutame gaasi ionisatsioonitemperatuurini, muutub gaas plasmaks.)

Seega algse tahke aine kuumutamine temperatuurist T1 temperatuurini T2 kulutasime soojusenergiat summas K5, tõlkides aine kolme agregatsiooni oleku kaudu.

Vastassuunas liikudes eemaldame ainest sama palju soojust K5, läbides kondenseerumise, kristalliseerumise ja temperatuurist jahutamise etapid T2 temperatuurini T1. Loomulikult kaalume suletud süsteemi ilma energiakadudeta väliskeskkonda.

Pange tähele, et üleminek tahkest olekust gaasilisse olekusse on võimalik vedelast faasist mööda minnes. Seda protsessi nimetatakse sublimatsiooniks ja vastupidist protsessi nimetatakse desublimatsiooniks.

Seega oleme aru saanud, et aine agregaatolekute vahelisi üleminekuprotsesse iseloomustab energiatarbimine konstantsel temperatuuril. Aine kuumutamisel, mis on ühes muutumatus agregatsiooniseisundis, tõuseb temperatuur ja kulub ka soojusenergiat.

Peamised soojusülekande valemid.

Valemid on väga lihtsad.

Soojuse kogus K J arvutatakse valemitega:

1. Soojuse tarbimise poolelt, st koormuse poolelt:

1.1. Kuumutamisel (jahutamisel):

K = m * c *(T2 -T1)

m – aine mass kilogrammides

Koos - aine erisoojusmahutavus J / (kg * K)

1.2. Sulamisel (külmumisel):

K = m * λ

λ – aine sulamis- ja kristalliseerumise erisoojus J/kg

1.3. Keemise ajal aurustumine (kondensatsioon):

K = m * r

r – gaasi moodustumise ja aine kondenseerumise erisoojus J/kg

2. Soojuse tootmise poolelt, see tähendab allika poolelt:

2.1. Kütuse põletamisel:

K = m * q

q – kütuse eripõlemissoojus J/kg

2.2. Elektrienergia muundamisel soojusenergiaks (Joule-Lenzi seadus):

Q =t *I *U =t *R *I ^2=(t /r)*U ^2

t – aeg s

I – praegune väärtus A-s

U – R.m.s pinge V

R – koormustakistus oomides

Järeldame, et soojushulk on kõigi faasimuutuste ajal otseselt proportsionaalne aine massiga ja kuumutamisel lisaks otseselt võrdeline temperatuuride erinevusega. Proportsionaalsuskoefitsiendid ( c , λ , r , q ) igal ainel on oma väärtused ja need määratakse empiiriliselt (võetud teatmeteostest).

Soojusvõimsus N W on teatud aja jooksul süsteemi üle kantud soojushulk:

N = Q/t

Mida kiiremini tahame keha kuumutada teatud temperatuurini, seda suurem võimsus peaks olema soojusenergia allikas – kõik on loogiline.

Arvutamine Excelis rakendatud ülesanne.

Elus on sageli vaja teha kiire hinnanguline arvutus, et aru saada, kas on mõtet jätkata teema uurimist, projekti koostamist ja üksikasjalikke täpseid töömahukaid arvutusi. Tehes arvutuse mõne minutiga, isegi täpsusega ± 30%, saate teha olulise juhtimisotsuse, mis on 100 korda odavam ja 1000 korda kiirem ning sellest tulenevalt 100 000 korda tõhusam kui täpse arvutuse tegemine. nädala, muidu ja kuu jooksul kallite spetsialistide grupi poolt ...

Probleemi tingimused:

Valtsmetalli valmistamise kaupluse ruumides mõõtmetega 24m x 15m x 7m toome valtsmetalli tänavalt laost 3 tonni. Valtsitud metallis on jääd kogumassiga 20 kg. Väljas -37˚С. Kui palju soojust on vaja metalli soojendamiseks temperatuurini + 18˚С; soojendage jää, sulatage see ja soojendage vesi temperatuurini +18˚С; soojendada kogu ruumi õhuhulk, eeldades, et enne seda oli küte täielikult välja lülitatud? Millise võimsusega peaks küttesüsteem olema, kui kõik eelnev peab valmima 1 tunniga? (Väga jäik ja vaevalt tegelikud tingimused- eriti mis puudutab õhku!)

Arvutuse teostame programmisMS Excel või programmisOo arvutus.

Lahtrite ja fontide värvivormingu kohta vaadake lehekülge "".

Algandmed:

1. Kirjutame ainete nimed:

lahtrisse D3: Teras

lahtrisse E3: Jää

lahtrisse F3: jäävesi

lahtrisse G3: Vesi

lahtrisse G3: Õhk

2. Sisestame protsesside nimed:

lahtritesse D4, E4, G4, G4: soojust

lahtrisse F4: sulamine

3. Ainete erisoojusmahtuvus c J / (kg * K) kirjutame vastavalt terase, jää, vee ja õhu jaoks

lahtrisse D5: 460

lahtrisse E5: 2110

lahtrisse G5: 4190

lahtrisse H5: 1005

4. Jää sulamise erisoojus λ sisestage J/kg

lahtrisse F6: 330000

5. Ainete mass m kg sisestame vastavalt terase ja jää jaoks

lahtrisse D7: 3000

lahtrisse E7: 20

Kuna jää veeks muutumisel mass ei muutu,

lahtrites F7 ja G7: =E7 =20

Õhumass leitakse, korrutades ruumi ruumala erikaaluga

lahtris H7: =24*15*7*1,23 =3100

6. Protsessi aeg t minutitega kirjutame terase jaoks ainult üks kord

lahtrisse D8: 60

Jääkuumutamise, selle sulamise ja tekkiva vee kuumutamise ajaväärtused arvutatakse tingimusel, et kõik need kolm protsessi peavad summa samaaegselt metalli kuumutamiseks ette nähtud ajaga. Lugesime vastavalt

lahtris E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,7

lahtris F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =41,0

lahtris G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,4

Sama ettenähtud ajaga peaks ka õhk soojenema, loeme

lahtris H8: =D8 =60,0

7. Kõigi ainete algtemperatuur T1 ˚C-sse siseneme

lahtrisse D9: -37

lahtrisse E9: -37

lahtrisse F9: 0

lahtrisse G9: 0

lahtrisse H9: -37

8. Kõigi ainete lõpptemperatuur T2 ˚C-sse siseneme

lahtrisse D10: 18

lahtrisse E10: 0

lahtrisse F10: 0

lahtrisse G10: 18

lahtrisse H10: 18

Arvan, et punktide 7 ja 8 kohta ei tohiks küsimusi olla.

Arvutuste tulemused:

9. Soojuse kogus K KJ, mis on vajalik iga arvutatava protsessi jaoks

terase soojendamiseks lahtris D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900

jää soojendamiseks lahtris E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561

jää sulatamiseks lahtris F12: =F7*F6/1000 = 6600

vee soojendamiseks lahtris G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508

õhu soojendamiseks lahtris H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330

Loetakse kõigi protsesside jaoks vajalik soojusenergia koguhulk

ühendatud lahtris D13E13F13G13H13: =SUM(D12:H12) = 256900

Lahtrites D14, E14, F14, G14, H14 ja kombineeritud lahtris D15E15F15G15H15 on soojushulk antud kaare mõõtühikus – Gcal (gigakalorites).

10. Soojusvõimsus N kW-des arvutatakse iga protsessi jaoks vajalik väärtus

terase soojendamiseks lahtris D16: =D12/(D8*60) =21,083

jää soojendamiseks lahtris E16: =E12/(E8*60) = 2,686

jää sulatamiseks lahtris F16: =F12/(F8*60) = 2,686

vee soojendamiseks lahtris G16: =G12/(G8*60) = 2,686

õhu soojendamiseks lahtris H16: =H12/(H8*60) = 47,592

Kogu soojusvõimsus, mis on vajalik kõigi protsesside üheaegseks läbiviimiseks t arvutatud

ühendatud lahtris D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361

Lahtrites D18, E18, F18, G18, H18 ja kombineeritud lahtris D19E19F19G19H19 on soojusvõimsus antud kaare mõõtühikutes - Gcal / h.

See lõpetab Excelis arvutamise.

Järeldused:

Pange tähele, et õhu soojendamiseks kulub rohkem kui kaks korda rohkem energiat kui sama massi terase soojendamiseks.

Vee soojendamisel on energiakulu kaks korda suurem kui jää soojendamisel. Sulamisprotsess kulutab mitu korda rohkem energiat kui kuumutamine (väikese temperatuuride vahega).

Vee soojendamiseks kulub kümme korda rohkem soojusenergiat kui terase soojendamiseks ja neli korda rohkem kui õhu soojendamiseks.

Sest saamine teave uute artiklite avaldamise kohta ja eest töötavate programmifailide allalaadimine Palun tellida teadaanded artikli lõpus või lehe ülaosas asuvas aknas.

Pärast aadressi sisestamist Meil ja klõpsates nuppu "Võta vastu artiklite teadaanded" ÄRA UNUSTA KINNITA TELLIMUS lingil klõpsates kirjas, mis saabub teile kohe määratud posti teel (mõnikord - kaustas « Spämm » )!

Meenutasime mõisteid "soojushulk" ja "soojusvõimsus", kaalusime soojusülekande põhivalemeid ja analüüsisime praktilist näidet. Loodan, et minu keel oli lihtne, arusaadav ja huvitav.

Ootan küsimusi ja kommentaare artikli kohta!

ma palun AUSTAB autoriteose allalaadimisfail PÄRAST TELLIMIST artiklite teadaannete jaoks.

- seadmed, mida kasutatakse õhu soojendamiseks sissepuhkeventilatsioonisüsteemides, kliimaseadmetes, õhkküttes, samuti kuivatusseadmetes.

Vastavalt jahutusvedeliku tüübile võivad küttekehad olla tule-, vee-, auru- ja elektrikütteseadmed. .

Praegu on kõige levinumad vee- ja aurukuumutajad, mis jagunevad siletorudeks ja ribideks; viimased jagunevad omakorda lamell- ja spiraalhaavadeks.

Eristage ühekäigulisi ja mitmekäigulisi kütteseadmeid. Ühekäigulisel teel liigub jahutusvedelik läbi torude ühes suunas ja mitmekäigulisel muudab liikumissuunda mitu korda kollektori katete vaheseinte olemasolu tõttu (joon. XII.1).

Kütteseadmed täidavad kahte mudelit: keskmine (C) ja suur (B).

Soojustarbimine õhu soojendamiseks määratakse valemitega:

Kus Q"— soojuskulu õhkkütteks, kJ/h (kcal/h); K- sama, W; 0,278 on kJ/h teisendustegur W-ks; G- kuumutatud õhu mass, kg / h, võrdne Lp [siin L- kuumutatud õhu mahuline kogus, m 3 / h; p on õhu tihedus (temperatuuril tK), kg / m 3]; Koos- õhu erisoojusmaht, võrdne 1 kJ / (kg-K); t k - õhutemperatuur pärast kütteseadet, ° С; t n— õhutemperatuur enne õhusoojendit, °C.

Esimese kütteastme kütteseadmete puhul on temperatuur tn võrdne välisõhu temperatuuriga.

Liigne niiskuse, kuumuse ja gaaside vastu võitlemiseks mõeldud üldventilatsiooni projekteerimisel eeldatakse, et välisõhu temperatuur on võrdne arvutatud ventilatsioonitemperatuuriga (A-kategooria kliimaparameetrid), mille MPC on üle 100 mg / m3. Üldventilatsiooni projekteerimisel gaaside vastu võitlemiseks, mille MPC on alla 100 mg / m3, samuti sissepuhkeventilatsiooni projekteerimisel, et kompenseerida kohalike väljatõmbesüsteemide, protsesside õhupuhastite või pneumaatiliste transpordisüsteemide kaudu eemaldatavat õhku, eeldatakse, et välisõhu temperatuur on võrdne kütteprojekti arvestuslikule välistemperatuurile tn (kliimaparameetrite kategooria B).

Soojuse ülejäägita ruumis tuleks varustada sissepuhkeõhku, mille temperatuur on võrdne selle ruumi siseõhu temperatuuriga tВ. Liigse soojuse olemasolul tarnitakse sissepuhkeõhku madal temperatuur(5-8 °C juures). Alla 10°C temperatuuriga sissepuhkeõhku ei soovitata ruumi juhtida isegi märkimisväärse soojuse eraldumise korral külmetushaiguste võimaluse tõttu. Erandiks on spetsiaalsete anemostaatide kasutamine.

Küttekehade nõutav pindala Fк m2 määratakse järgmise valemiga:

Kus K— soojuskulu õhkkütteks, W (kcal/h); TO- küttekeha soojusülekandetegur, W / (m 2 -K) [kcal / (h-m 2 - ° C)]; t vrd T. — keskmine temperatuur jahutusvedelik, 0 С; t r.v. on küttekeha läbiva kuumutatud õhu keskmine temperatuur, °C, võrdne (t n + t c)/2.

Kui jahutusvedelik on aur, siis jahutusvedeliku keskmine temperatuur tav.T. on võrdne küllastustemperatuuriga vastava aururõhu juures.

Vee temperatuuri jaoks tav.T. on määratletud kui kuuma ja tagasivoolu vee temperatuuride aritmeetiline keskmine:

Ohutustegur 1,1-1,2 võtab arvesse õhukanalite õhkjahutuse soojuskadu.

Küttekehade soojusülekandetegur K oleneb jahutusvedeliku tüübist, õhumassi kiirusest vp läbi küttekeha, geomeetrilistest mõõtmetest ja disainifunktsioonid küttekehad, vee liikumise kiirus läbi küttekeha torude.

Massi kiiruse all mõistetakse õhumassi, kg, mis läbib 1 m2 õhusoojendi elavat osa 1 sekundiga. Massi kiirus vp, kg/(cm2), määratakse valemiga

Vastavalt avatud sektsiooni pindalale fЖ ja küttepinnale FK valitakse küttekehade mudel, mark ja arv. Pärast küttekehade valimist määratakse õhumassi kiirus vastavalt selle mudeli küttekeha fD avatud sektsiooni tegelikule pindalale:

kus A, A 1 , n, n 1 ja T- koefitsiendid ja eksponendid, sõltuvalt kütteseadme konstruktsioonist

Vee liikumise kiirus küttetorudes ω, m/s, määratakse järgmise valemiga:

kus Q "on soojuse tarbimine õhu soojendamiseks, kJ / h (kcal / h); rp on vee tihedus, võrdne 1000 kg / m3, sv on vee erisoojus, võrdne 4,19 kJ / (kg- K); fTP - avatud ala jahutusvedeliku läbipääsuks, m2, tg - temperatuur kuum vesi toitetorustikus, ° С; t 0 - tagasivooluvee temperatuur, 0С.

Kütteseadmete soojusülekannet mõjutab nende torujuhtmetega sidumise skeem. Torujuhtmete ühendamise paralleelskeemi korral läbib eraldi küttekeha ainult osa jahutusvedelikust ja järjestikuse skeemi korral läbib iga küttekeha kogu jahutusvedeliku vool.

Kütteseadmete takistust õhu läbilaskvusele p, Pa väljendatakse järgmise valemiga:

kus B ja z on koefitsient ja eksponent, mis sõltuvad küttekeha konstruktsioonist.

Järjestikku paiknevate küttekehade takistus on võrdne:

kus m on järjestikku paiknevate küttekehade arv. Arvutamine lõpeb küttekehade soojusvõimsuse (soojusülekande) kontrollimisega vastavalt valemile

kus QK - kütteseadmete soojusülekanne, W (kcal / h); QK - sama, kJ/h, 3,6 - teisendustegur W-ks kJ/h FK - küttekehade küttepinna pindala, m2, mis on võetud seda tüüpi küttekehade arvutamise tulemusena; K - küttekehade soojusülekandetegur, W/(m2-K) [kcal/(h-m2-°C)]; tav.v - küttekeha läbiva kuumutatud õhu keskmine temperatuur, °C; tav. T on jahutusvedeliku keskmine temperatuur, °С.

Küttekehade valimisel võetakse hinnangulise küttepinna marginaal vahemikus 15–20%, õhu läbilaskvuse takistus - 10% ja vee liikumise takistus - 20%.

1

Rahvusvahelise Energiaagentuuri hinnangul on autode süsinikdioksiidiheite vähendamise prioriteet kütusesäästlikkuse parandamine. Ülesanne vähendada CO2 heitkoguseid sõidukite kütusesäästlikkuse suurendamise kaudu on üks maailma üldsuse prioriteete, arvestades vajadust taastumatute energiaallikate ratsionaalse kasutamise järele. Selleks karmistatakse pidevalt rahvusvahelisi standardeid, mis piiravad mootori käivitamist ja töötamist madalatel ja isegi kõrgetel ümbritseva õhu temperatuuridel. Artiklis käsitletakse sisepõlemismootorite kütusesäästlikkuse küsimust sõltuvalt välisõhu temperatuurist, rõhust, niiskusest. Esitatakse uuringu tulemused sisepõlemismootori sisselaskekollektoris püsiva temperatuuri hoidmise kohta kütuse säästmiseks ja kütteelemendi optimaalse võimsuse määramiseks.

kütteelemendi võimsus

ümbritseva õhu temperatuur

õhuküte

kütusekulu

optimaalne õhutemperatuur sisselaskekollektoris

1. Autode mootorid. V.M. Arhangelski [ja teised]; resp. toim. PRL. Hovah. M.: Mashinostroenie, 1977. 591 lk.

2. Karnauhhov V.N., Karnaukhova I.V. Sisepõlemismootori täiteteguri määramine // Transpordi- ja transporditehnoloogilised süsteemid, rahvusvahelise teadus- ja tehnikakonverentsi materjalid, Tjumen, 16. aprill 2014. Tjumen: Tjumeni Riikliku Ülikooli kirjastus, 2014.

3. Lenin I.M. Autode ja traktorite mootorite teooria. M.: Kõrgkool, 1976. 364 lk.

4. Yutt V.E. Autode elektriseadmed. M: Kirjastus Hot Line-Telecom, 2009. 440 lk.

5. Yutt V.E., Ruzavin G.E. Sisepõlemismootorite elektroonilised juhtimissüsteemid ja nende diagnoosimise meetodid. M.: Kirjastus Hot Line-Telecom, 2007. 104 lk.

Sissejuhatus

Elektroonika ja mikroprotsessortehnoloogia areng on viinud selle laialdase kasutuselevõtuni autodes. Eelkõige mootori, käigukasti, šassii ja automaatse juhtimise elektrooniliste süsteemide loomisele lisavarustus. Elektrooniliste süsteemide kasutamine mootori juhtimiseks (ECS) võimaldab vähendada kütusekulu ja heitgaaside toksilisust koos mootori võimsuse samaaegse suurenemisega, suurendada kiirenduse ja külmkäivituse töökindlust. Kaasaegsed ESUd ühendavad endas kütuse sissepritse juhtimise ja süütesüsteemi töö. Programmi juhtimiseks juhtseadmes registreeritakse sissepritse kestuse (tarnitava kütuse koguse) sõltuvus koormusest ja mootori pöörlemissagedusest. Sõltuvus on antud tabeli kujul, mis on välja töötatud sarnase mudeli mootori põhjalike testide põhjal. Süütenurga määramiseks kasutatakse sarnaseid tabeleid. Seda mootorihaldussüsteemi kasutatakse üle maailma, sest andmete valimine valmis tabelitest on kiirem protsess kui arvuti abil arvutuste tegemine. Tabelitest saadud väärtusi korrigeerivad sõidukite pardaarvutid sõltuvalt gaasipedaali asendiandurite signaalidest, õhutemperatuurist, õhurõhust ja tihedusest. Selle kaasaegsetes autodes kasutatava süsteemi peamine erinevus on jäiga mehaanilise ühenduse puudumine drosselklapp ja gaasipedaal, mis seda juhib. Võrreldes traditsiooniliste süsteemidega suudab ESU erinevatel sõidukitel kütusekulu vähendada kuni 20%.

Madal kütusekulu saavutatakse sisepõlemismootori kahe peamise töörežiimi erineva korraldusega: väikese koormusega režiim ja suure koormusega režiim. Sel juhul töötab esimeses režiimis olev mootor heterogeense seguga, suure õhuhulga ja hilise kütuse sissepritsega, mille tõttu saavutatakse laengu eraldumine õhu, kütuse ja ülejäänud heitgaaside segust, mille tulemusena see jookseb lahja segu peal. Suure koormuse režiimis hakkab mootor töötama homogeensel segul, mis vähendab kahjulike ainete heitkoguseid heitgaasides. ESA diiselmootorite heitgaaside mürgisust käivitamisel saab vähendada erinevate hõõgküünalde abil. ESU saab teavet sisselaskeõhu temperatuuri, rõhu, kütusekulu ja väntvõlli asendi kohta. Juhtseade töötleb anduritelt saadavat teavet ja annab karakteristlike kaartide abil kütuse etteande nurga väärtuse. Selleks, et võtta arvesse sissetuleva õhu tiheduse muutumist selle temperatuuri muutumisel, on vooluandur varustatud termistoriga. Kuid sisselaskekollektori temperatuuri ja õhurõhu kõikumiste tagajärjel, vaatamata ülaltoodud anduritele, toimub õhutiheduse hetkeline muutus ja selle tulemusena põlemiskambri hapnikuvarustuse vähenemine või suurenemine.

Eesmärk, eesmärgid ja uurimismeetod

Tjumeni Riiklikus Nafta- ja Gaasiülikoolis viidi läbi uuringud, et säilitada konstantne temperatuur Kia Sidi sisepõlemismootorite KAMAZ-740, YaMZ-236 ja D4FB (1,6 CRDi) sisselasketorustikus, MZR2.3- L3T – Mazda CX7. Kus temperatuuri kõikumisedõhumassid võeti arvesse temperatuuriandurite abil. Normaalse (optimaalse) õhutemperatuuri tagamine sisselaskekollektoris peab toimuma kõigis võimalikes töötingimustes: külma mootori käivitamisel, töötades madalal ja suurel koormusel, töötades madalatel välistemperatuuridel.

Kaasaegsetes kiirmootorites osutub soojusülekande koguväärtus ebaoluliseks ja moodustab umbes 1% kütuse põlemisel eralduvast soojuse koguhulgast. Õhu soojendamise temperatuuri tõus sisselaskekollektoris 67 ˚С-ni viib mootorite soojusülekande intensiivsuse vähenemiseni, see tähendab ΔТ vähenemiseni ja täiteteguri suurenemiseni. ηv (joonis 1)

kus ΔT on õhutemperatuuri erinevus sisselaskekollektoris (˚K), Tp on õhu soojendamise temperatuur sisselaskekollektoris, Tv on õhutemperatuur sisselaskekollektoris.

Riis. 1. Graafik õhukütte temperatuuri mõjust täitetegurile (mootori KAMAZ-740 näitel)

Õhu soojendamine üle 67 ˚С ei too aga kaasa ηv suurenemist, kuna õhutihedus väheneb. Saadud katseandmed näitasid, et õhk sisse diiselmootorid ilma survestamiseta töö ajal on temperatuurivahemik ΔТ=23÷36˚С. Katsed on kinnitanud, et sisepõlemismootorite puhul, mis töötavad vedelkütus, on erinevus täiteteguri ηv väärtuses, mis on arvutatud tingimustest, et värske laeng on õhk või õhu-kütuse segu, ebaoluline ja on väiksem kui 0,5%, seetõttu määratakse ηv igat tüüpi mootorite puhul õhku.

Temperatuuri, rõhu ja õhuniiskuse muutused mõjutavad iga mootori võimsust ja kõikuvad vahemikus Ne=10÷15% (Ne on mootori efektiivne võimsus).

Sisselaskekollektori aerodünaamilise õhutakistuse suurenemine on seletatav järgmiste parameetritega:

Suurenenud õhu tihedus.

Õhu viskoossuse muutus.

Põlemiskambrisse siseneva õhu olemus.

Arvukad uuringud on näidanud, et kõrge õhutemperatuur sisselaskekollektoris suurendab veidi kütusekulu. Samal ajal suurendab madal temperatuur selle tarbimist kuni 15-20%, mistõttu uuringud viidi läbi välisõhu temperatuuril -40 ˚С ja selle soojendamisel kuni +70 ˚С sisselaskekollektoris. Optimaalne kütusekulu on õhutemperatuur sisselaskekollektoris 15÷67 ˚С.

Uurimistulemused ja analüüs

Katsete käigus määrati kütteelemendi võimsus, et tagada sisepõlemismootori sisselaskekollektoris teatud temperatuuri hoidmine. Esimeses etapis määratakse soojushulk, mis on vajalik 1 kg õhu soojendamiseks konstantsel temperatuuril ja õhurõhul, selleks võtame: 1. Välisõhu temperatuur t1=-40˚C. 2. Temperatuur sisselaskekollektoris t2=+70˚С.

Vajalik soojushulk leitakse võrrandiga:

(2)

kus СР on õhu massi soojusmahtuvus konstantsel rõhul, mis on määratud vastavalt tabelile ja õhu jaoks temperatuuril 0 kuni 200 ˚С.

Suurema õhumassi soojushulk määratakse järgmise valemiga:

kus n on mootori töötamise ajal soojendamiseks vajalik õhu maht kilogrammides.

Kui sisepõlemismootor töötab kiirusel üle 5000 p/min, ulatub sõiduautode õhukulu 55-60 kg/h ja veoautodel 100 kg/h. Seejärel:

Küttekeha võimsus määratakse järgmise valemiga:

kus Q on õhu soojendamiseks kulutatud soojushulk J, N on kütteelemendi võimsus W, τ on aeg sekundites.

On vaja määrata kütteelemendi võimsus sekundis, nii et valem on järgmisel kujul:

N=1,7 kW - sõiduautode kütteelemendi võimsus ja veoautodel õhuvooluhulgaga üle 100 kg/h - N=3,1 kW.

(5)

kus Ttr on temperatuur sisselasketorustikus, Ptr on rõhk Pa-des sisselasketorustikus, Т0 - , ρ0 on õhu tihedus, Rv on õhu universaalne gaasikonstant.

Asendades valemi (5) valemiga (2), saame:

(6)

(7)

Küttekeha võimsus sekundis määratakse valemiga (4), võttes arvesse valemit (5):

(8)

1 kg massiga õhu soojendamiseks vajaliku soojushulga arvutamise tulemused sõiduautode keskmise õhukuluga üle V = 55 kg/h ja veoautode puhul üle V = 100 kg/h on esitatud tabelis. 1.

Tabel 1

Tabel soojushulga määramiseks sisselaskekollektori õhu soojendamiseks sõltuvalt välisõhu temperatuurist

	V>55kg/tunnis		V>100kg/tunnis
		Q, kJ/s		Q, kJ/s

Tabeli 1 andmete põhjal koostati graafik (joonis 2) õhu soojendamiseks kulunud soojushulga Q sekundis kuni optimaalne temperatuur. Graafik näitab, et mida kõrgem on õhutemperatuur, seda vähem on vaja soojust, et hoida optimaalset temperatuuri sisselaskekollektoris, sõltumata õhuhulgast.

Riis. 2. Soojushulk Q sekundis, mis kulub õhu soojendamiseks optimaalse temperatuurini

tabel 2

Kütteaja arvutamine erinevate õhuhulkade korral

	Q1, kJ/s		Q2, kJ/s

Aeg määratakse valemiga τsec=Q/N välistemperatuuril >-40˚С, Q1 õhuvoolukiirusel V>55 kg/h ja Q2-V>100 kg/h

Lisaks on vastavalt tabelile 2 joonistatud ICE kollektoris õhu temperatuurini +70 ˚С kulumise aja graafik erinevate küttekehade võimsustel. Graafik näitab, et olenemata kütteajast, küttekeha võimsuse suurendamisel võrdsustub kütteaeg erinevate õhuhulkade korral.

Riis. 3. Õhu soojendamise aeg kuni +70 ˚С.

Järeldus

Arvutuste ja katsete põhjal on kindlaks tehtud, et kõige ökonoomsem on muutuva võimsusega küttekehade kasutamine etteantud temperatuuri hoidmiseks sisselaskekollektoris, et saada kuni 25-30% kütusesäästu.

Ülevaatajad:

Reznik L.G., tehnikateaduste doktor, Tjumeni FGBO UVPO Tjumeni Riikliku Nafta- ja Gaasiülikooli "Maanteetranspordi käitamise" osakonna professor.

Merdanov Sh.M., tehnikateaduste doktor, professor, transpordi- ja tehnoloogiliste süsteemide osakonna juhataja FGBO UVPO "Tjumeni riiklik nafta- ja gaasiülikool", Tjumen.

Zakharov N.S., tehnikateaduste doktor, professor, praegune liige Vene akadeemia transport, osakonna juhataja "Autode ja tehnoloogiliste masinate teenindus" FGBO UVPO "Tjumeni Riiklik Nafta- ja Gaasiülikool", Tjumen.

Bibliograafiline link

Karnaukhov V.N. KÜTTELEHENDI VÕIMSUSE OPTIMASEERIMINE, ET SÄILITADA JÄÄ SISSESÕIDUkollektoris OPTIMAALSE ÕHUTEMPERATUURI // Kaasaegsed küsimused teadus ja haridus. - 2014. - nr 3.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=13575 (juurdepääsu kuupäev: 01.02.2020). Juhime teie tähelepanu kirjastuse "Looduslooakadeemia" väljaantavatele ajakirjadele

Muutus suitsugaaside retsirkulatsioonis . Gaasi retsirkulatsiooni kasutatakse laialdaselt ülekuumendatud auru temperatuuri reguleerimise ulatuse laiendamiseks ja see võimaldab säilitada ülekuumendatud auru temperatuuri ka katlaseadme madalatel koormustel. Viimasel ajal kogub populaarsust ka suitsugaaside retsirkulatsioon kui meetod NO x moodustumise vähendamiseks. Seda kasutatakse ka suitsugaaside tsirkuleerimiseks õhuvoolu enne põleteid, mis on tõhusam NO x moodustumise pärssimisel.

Suhteliselt külmade ringlusgaaside viimine ahju alumisse ossa toob kaasa kiirgusküttepindade soojuse neeldumise vähenemise ning gaaside temperatuuri tõusu ahju väljalaskeava juures ja konvektiivsetes gaasikanalites, sh. suitsugaaside temperatuur. Suitsugaaside koguvoolu suurenemine gaasitee lõigul enne gaaside valimist retsirkulatsiooniks aitab kaasa konvektiivsete küttepindade soojusülekandetegurite ja soojuse neeldumise suurenemisele.

Riis. 2.29. Auru temperatuuri (kõver 1), kuuma õhu temperatuuri (kõver 2) ja suitsugaaside kadude (kõver 3) muutused sõltuvalt suitsugaaside retsirkulatsiooni osakaalust r.

Joonisel fig. 2.29 näitab katlaüksuse TP-230-2 omadusi koos gaasi retsirkulatsiooni proportsiooni muutumisega ahju alumisse ossa. Siin on taaskasutuse osakaal

kus V rc on retsirkulatsiooniks eemaldatud gaaside maht; V r - gaaside maht retsirkulatsiooni valimise punktis, võtmata arvesse V rc. Nagu näha, toob retsirkulatsiooni osakaalu suurenemine iga 10% võrra kaasa suitsugaaside temperatuuri tõusu 3–4°C võrra, Vr. - 0,2%, auru temperatuur - 15 ° C ja sõltuvuse olemus on peaaegu lineaarne. Need suhted ei ole üheselt mõistetavad kõigi katlaüksuste puhul. Nende väärtus sõltub ringluses olevate gaaside temperatuurist (gaasi sissevõtu koht) ja nende sisestamise viisist. Retsirkuleerivate gaaside väljavool ahju ülemisse ossa ei mõjuta ahju tööd, kuid viib gaaside temperatuuri olulise languseni ülekuumendi piirkonnas ja selle tulemusena languseni. ülekuumendatud auru temperatuuril, kuigi põlemisproduktide maht suureneb. Ülekuumendi kaitsmiseks löökide eest saab kasutada gaaside väljutamist ahju ülemisse ossa. kõrge temperatuur gaase ja vähendada ülekuumendi räbu.

Muidugi toob gaasi retsirkulatsiooni kasutamine kaasa mitte ainult efektiivsuse vähenemise. bruto, vaid ka tõhusus katla agregaadi neto, kuna see põhjustab elektritarbimise suurenemist oma tarbeks.

Riis. 2.30. Soojuskadude sõltuvus mehaanilise allapõlemisega kuuma õhu temperatuurist.

Kuuma õhu temperatuuri muutus. Kuuma õhu temperatuuri muutus tuleneb õhusoojendi töörežiimi muutumisest, mis on tingitud selliste tegurite mõjust nagu temperatuuride erinevuse, soojusülekandeteguri, gaasi või õhuvoolu muutused. Kuuma õhu temperatuuri tõstmine suurendab, ehkki veidi, soojuse eraldumise taset ahjus. Kuuma õhu temperatuur mõjutab oluliselt madala lenduva võimsusega kütusel töötavate katlaagregaatide omadusi. ^ r.v vähenemine halvendab sel juhul kütuse süttimise tingimusi, kütuse kuivatamise ja jahvatamise režiimi, viib õhusegu temperatuuri languseni põletite sisselaskeavas, mis võib põhjustada kadude suurenemist. mehaanilise allapõletusega (vt joon. 2.30).

. Õhu eelsoojenduse temperatuuri muutmine.Õhusoojendi ees olevat õhu eelsoojendust kasutatakse selle küttepindade seina temperatuuri tõstmiseks, et vähendada suitsugaaside söövitavat mõju neile, eriti väävlisisaldusega kütuste põletamisel. PTE sõnul ei tohi väävlilise kütteõli põletamisel õhutemperatuur torukujuliste õhusoojendite ees olla madalam kui 110 ° C ja regeneratiivsete küttekehade ees - mitte madalam kui 70 ° C.

Õhu eelsoojendus võib toimuda kuuma õhu retsirkuleerimisega lõhkeventilaatorite sisselaskeavasse, kuid sellisel juhul väheneb katlaüksuse efektiivsus, kuna plahvatuse elektritarbimine suureneb ja temperatuur tõuseb. suitsugaasid. Seetõttu on selektiivauru või kuuma veega töötavates kütteseadmetes soovitav õhku soojendada üle 50°C.

Õhu eelsoojendusega kaasneb õhusoojendi soojuse neeldumise vähenemine temperatuuride erinevuse vähenemise, suitsugaaside temperatuuri ja soojuskadude suurenemise tõttu. Õhu eelsoojendus nõuab ka täiendavaid energiakulusid õhukütteseadme õhuvarustuseks. Sõltuvalt õhu eelsoojenduse tasemest ja meetodist, iga 10° C õhu eelsoojenduse kohta kasutegur brutomuutused umbes 0,15–0,25% ja suitsugaaside temperatuur - 3–4,5 ° C.

Kuna õhu eelsoojenduseks võetava soojuse osakaal katlaagregaatide soojusvõimsusest on küllalt suur (2-3,5%), on optimaalse õhukütte skeemi valik olnud suur tähtsus.

Külm õhk

Riis. 2.31. Võrguvee ja selektiivauruga kütteseadmetes kaheastmelise õhukütte skeem:

1 - võrgukütteseadmed; 2 - küttesüsteemi võrguveega õhkkütte esimene etapp; 3 - õhukütte pzrom teine ​​etapp; 4 - pump kütteseadmete tagasivooluvee tarnimiseks; 5 - õhukütte võrgu vesi (skeem suveperiood); 6 - õhukütte võrgu vesi (talveperioodi skeem).