در مورد انرژی حرارتی به زبان ساده! محاسبه در کار کاربردی اکسل.

از یک فضای شفاف بدون گرم کردن آن عبور می کنند، می رسند سطح زمین، آن را گرم کنید و متعاقباً هوا از آن گرم می شود.

درجه حرارت سطح، و در نتیجه هوا، در درجه اول به عرض جغرافیایی منطقه بستگی دارد.

اما در هر نقطه خاص، آن (t o) نیز توسط تعدادی از عوامل تعیین می شود که از جمله مهمترین آنها عبارتند از:

الف: ارتفاع از سطح دریا؛

ب: سطح زیرین؛

ب: فاصله از سواحل اقیانوس ها و دریاها.

الف - از آنجایی که هوا از سطح زمین گرم می شود، هر چه ارتفاعات مطلق منطقه کمتر باشد، دمای هوا (در همان عرض جغرافیایی) بیشتر می شود. در شرایط هوای غیراشباع با بخار آب، الگویی مشاهده می شود: به ازای هر 100 متر ارتفاع، دمای (t o) 0.6 درجه سانتی گراد کاهش می یابد.

ب - خصوصیات کیفی سطح.

ب 1 - سطوح متفاوت از نظر رنگ و ساختار پرتوهای خورشید را به طرق مختلف جذب و منعکس می کنند. حداکثر بازتاب برای برف و یخ، حداقل برای خاک ها و سنگ های تیره رنگ معمول است.

روشنایی زمین توسط پرتوهای خورشید در روزهای انقلاب و اعتدال.

ب 2 - سطوح مختلف ظرفیت حرارتی و انتقال حرارت متفاوتی دارند. بنابراین توده آب اقیانوس جهانی که 2/3 سطح زمین را به خود اختصاص داده است، به دلیل ظرفیت گرمایی بالا، بسیار کند گرم شده و بسیار کند سرد می شود. زمین به سرعت گرم می شود و به سرعت سرد می شود، یعنی برای گرم کردن یک متر مربع از زمین و 1 متر مربع از سطح آب، باید مقدار متفاوتی انرژی صرف کرد.

ب- از سواحل تا داخل قاره ها میزان بخار آب موجود در هوا کاهش می یابد. هر چه جو شفاف تر باشد، نور خورشید کمتر در آن پراکنده می شود و تمام پرتوهای خورشید به سطح زمین می رسد. در حضور تعداد زیادیبخار آب موجود در هوا، قطرات آب منعکس می شوند، پراکنده می شوند، اشعه های خورشید را جذب می کنند و همه آنها به سطح سیاره نمی رسند، در حالی که حرارت آن کاهش می یابد.

بالاترین دمای هوا در مناطق بیابانی گرمسیری ثبت شده است. در نواحی مرکزی صحرا، برای تقریباً 4 ماه، دمای هوا در سایه بیش از 40 درجه سانتیگراد است. در عین حال، در استوا، جایی که زاویه تابش پرتوهای خورشید بزرگترین است، دما از +26 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند.

از سوی دیگر، زمین به عنوان یک جسم گرم شده، انرژی را عمدتاً در طیف مادون قرمز موج بلند به فضا می‌تاباند. اگر سطح زمین در "پتویی" از ابرها پیچیده شده باشد، همه پرتوهای مادون قرمز سیاره را ترک نمی کنند، زیرا ابرها آنها را به تاخیر می اندازند و به سطح زمین بازتاب می کنند.

با آسمان صاف، هنگامی که بخار آب کمی در جو وجود دارد، پرتوهای فروسرخ ساطع شده از سیاره آزادانه به فضا می رود، در حالی که سطح زمین سرد می شود، که خنک می شود و در نتیجه دمای هوا را کاهش می دهد.

ادبیات

1. زوباشچنکو E.M. جغرافیای فیزیکی منطقه ای آب و هوای زمین: کمک آموزشی قسمت 1. / E.M. زوباشچنکو، V.I. شمیکوف، آ.یا. Nemykin، N.V. پولیاکوف. - Voronezh: VGPU، 2007. - 183 p.

بشر انواع کمی از انرژی را می شناسد - انرژی مکانیکی (جنبشی و پتانسیل)، انرژی داخلی (حرارتی)، انرژی میدانی (گرانشی، الکترومغناطیسی و هسته ای)، شیمیایی. به طور جداگانه، ارزش آن را دارد که انرژی انفجار را برجسته کنیم، ...

انرژی خلاء و هنوز فقط در تئوری موجود است - انرژی تاریک. در این مقاله، اولین مقاله در بخش "مهندسی گرما"، سعی می کنم به زبانی ساده و در دسترس، با استفاده از یک مثال کاربردی، در مورد مهم ترین شکل انرژی در زندگی مردم صحبت کنم - در مورد انرژی حرارتیو در مورد به دنیا آوردن او به موقع قدرت حرارتی.

چند کلمه برای درک جایگاه مهندسی حرارت به عنوان شاخه ای از علم کسب، انتقال و استفاده از انرژی حرارتی. مهندسی حرارت مدرن از ترمودینامیک عمومی پدید آمده است که به نوبه خود یکی از شاخه های فیزیک است. ترمودینامیک به معنای واقعی کلمه "گرم" به اضافه "قدرت" است. بنابراین، ترمودینامیک علم "تغییر دما" یک سیستم است.

ضربه ای که از بیرون به سیستم وارد می شود، که در آن انرژی داخلی آن تغییر می کند، می تواند نتیجه انتقال حرارت باشد. انرژی حرارتی، که در نتیجه چنین تعاملی با محیط توسط سیستم به دست می آید یا از دست می رود، نامیده می شود مقدار گرماو در سیستم SI بر حسب ژول اندازه گیری می شود.

اگر مهندس گرما نیستید و به طور روزانه با مسائل مهندسی گرما سر و کار ندارید، وقتی با آنها روبرو می شوید، گاهی اوقات بدون تجربه، تشخیص سریع آنها می تواند بسیار دشوار باشد. تصور حتی ابعاد مقادیر مورد نظر مقدار گرما و توان حرارتی بدون تجربه دشوار است. چند ژول انرژی برای گرم کردن 1000 متر مکعب هوا از -37˚C تا +18˚C لازم است؟.. قدرت منبع حرارتی مورد نیاز برای انجام این کار در 1 ساعت چقدر است؟ » نه همه مهندسان. گاهی اوقات متخصصان حتی فرمول ها را به خاطر می آورند، اما فقط تعداد کمی می توانند آنها را عملی کنند!

پس از خواندن این مقاله تا انتها، به راحتی قادر خواهید بود کارهای واقعی تولید و خانگی مربوط به گرمایش و سرمایش مواد مختلف را حل کنید. درک ماهیت فیزیکی فرآیندهای انتقال حرارت و دانش فرمول های ساده پایه بلوک های اصلی در پایه دانش در مهندسی حرارت هستند!

میزان گرما در فرآیندهای فیزیکی مختلف.

بیشتر مواد شناخته شده می توانند در حالت جامد، مایع، گاز یا پلاسما در دماها و فشارهای مختلف باشند. انتقالاز یک حالت کل به حالت دیگر در دمای ثابت صورت می گیرد(به شرطی که فشار و سایر پارامترها تغییر نکنند محیط) و با جذب یا آزاد شدن انرژی حرارتی همراه است. علیرغم اینکه 99 درصد ماده در کیهان در حالت پلاسما قرار دارد، در این مقاله به این حالت تجمع نخواهیم پرداخت.

نمودار نشان داده شده در شکل را در نظر بگیرید. وابستگی دمای یک ماده را نشان می دهد تیبر میزان گرما سخلاصه شده به یک سیستم بسته خاص حاوی جرم معینی از یک ماده خاص.

1. جامدی که دارای دما است T1، تا درجه حرارت گرم می شود Tm، صرف این فرآیند مقداری گرما برابر با Q1 .

2. سپس فرآیند ذوب آغاز می شود که در دمای ثابت اتفاق می افتد Tpl(نقطه ذوب). برای ذوب کل جرم یک جامد، لازم است انرژی حرارتی را به مقدار مصرف شود Q2 - Q1 .

3. سپس مایع حاصل از ذوب یک جامد تا نقطه جوش (تشکیل گاز) گرم می شود. Tkp، صرف این مقدار گرما برابر است با Q3-Q2 .

4. حالا در نقطه جوش ثابت Tkpمایع می جوشد و تبخیر می شود و به گاز تبدیل می شود. برای تبدیل کل جرم مایع به گاز، باید هزینه کرد انرژی حرارتیدر کمیت Q4-Q3.

5. در آخرین مرحله، گاز از دما گرم می شود Tkpتا مقداری دما T2. در این صورت هزینه مقدار حرارت خواهد بود Q5-Q4. (اگر گاز را تا دمای یونیزاسیون گرم کنیم، گاز به پلاسما تبدیل می شود.)

بنابراین، جامد اصلی از دما گرم می شود T1تا دما T2ما انرژی حرارتی را به مقدار مصرف کردیم Q5، ترجمه ماده از طریق سه حالت تجمع.

با حرکت در جهت مخالف، همان مقدار گرما را از ماده خارج می کنیم Q5، عبور از مراحل تراکم، تبلور و سرد شدن از دما T2تا دما T1. البته ما یک سیستم بسته بدون تلفات انرژی به محیط خارجی را در نظر داریم.

توجه داشته باشید که انتقال از حالت جامد به حالت گازی با دور زدن فاز مایع امکان پذیر است. این فرآیند تصعید نامیده می شود و فرآیند معکوس آن تصعید نامیده می شود.

بنابراین، ما فهمیدیم که فرآیندهای انتقال بین حالت های کل یک ماده با مصرف انرژی در دمای ثابت مشخص می شود. هنگامی که ماده ای گرم می شود که در یک حالت تجمع بدون تغییر است، دما افزایش می یابد و انرژی حرارتی نیز مصرف می شود.

فرمول های اصلی انتقال حرارت

فرمول ها بسیار ساده هستند.

مقدار گرما سدر J با فرمول های زیر محاسبه می شود:

1. از سمت مصرف گرما، یعنی از سمت بار:

1.1. هنگام گرم کردن (سرد کردن):

س = متر * ج *(T2 -T1)

متر – جرم ماده بر حسب کیلوگرم

با -ظرفیت گرمایی ویژه یک ماده در J / (kg * K)

1.2. هنگام ذوب (انجماد):

س = متر * λ

λ – گرمای ویژه ذوب و تبلور یک ماده بر حسب J/kg

1.3. در طول جوش، تبخیر (تراکم):

س = متر * r

r – گرمای ویژه تشکیل گاز و تراکم ماده بر حسب J/kg

2. از سمت تولید گرما، یعنی از سمت منبع:

2.1. هنگام سوزاندن سوخت:

س = متر * q

q – گرمای ویژه احتراق سوخت بر حسب J/kg

2.2. هنگام تبدیل برق به انرژی حرارتی (قانون ژول-لنز):

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

تی – زمان در s

من – مقدار فعلی در A

U – ولتاژ r.m.s در V

آر – مقاومت بار بر حسب اهم

نتیجه می گیریم که مقدار گرما به طور مستقیم با جرم ماده در طول تمام تبدیل های فازی متناسب است و هنگامی که گرم می شود، به طور مستقیم با اختلاف دما متناسب است. ضرایب تناسب ( ج , λ , r , q ) برای هر ماده مقادیر خاص خود را دارد و به صورت تجربی تعیین می شود (برگرفته از کتب مرجع).

قدرت حرارتی ن در W مقدار حرارتی است که در یک زمان معین به سیستم منتقل می شود:

N=Q/t

هر چه سریعتر بخواهیم بدن را به دمای خاصی گرم کنیم، منبع انرژی حرارتی باید قدرت بیشتری داشته باشد - همه چیز منطقی است.

محاسبه در کار کاربردی اکسل.

در زندگی، اغلب لازم است یک محاسبه تخمینی سریع انجام دهیم تا بفهمیم آیا ادامه مطالعه یک موضوع، ساختن یک پروژه و محاسبات دقیق دقیق و پرکار منطقی است یا خیر. با انجام یک محاسبه در چند دقیقه، حتی با دقت 30%، می توانید تصمیم مدیریتی مهمی بگیرید که 100 برابر ارزانتر و 1000 برابر سریعتر و در نتیجه 100000 برابر کارآمدتر از انجام یک محاسبه دقیق خواهد بود. در عرض یک هفته، در غیر این صورت و یک ماه، توسط گروهی از متخصصان گران قیمت ...

شرایط مشکل:

در محل مغازه تهیه نورد فلزی به ابعاد 24 متر در 15 متر در 7 متر از انباری در خیابان به میزان 3 تن نورد وارد می کنیم. فلز نورد دارای یخ با جرم کلی 20 کیلوگرم است. خارج از -37˚С. چه مقدار گرما برای گرم کردن فلز تا + 18 ° C لازم است. یخ را گرم کنید، آن را ذوب کنید و آب را تا +18 درجه سانتیگراد گرم کنید. کل حجم هوای اتاق را گرم کنید، با این فرض که گرمایش قبل از آن کاملاً خاموش شده باشد؟ اگر تمام موارد فوق باید در 1 ساعت تکمیل شود، سیستم گرمایش باید چه قدرتی داشته باشد؟ (بسیار سفت و سخت و سخت شرایط واقعی- مخصوصاً در مورد هوا!)

محاسبه را در برنامه انجام می دهیمMS Excel یا در برنامهاوو کالک.

برای قالب بندی رنگ سلول ها و فونت ها، صفحه "" را ببینید.

اطلاعات اولیه:

1. نام مواد را می نویسیم:

به سلول D3: فولاد

به سلول E3: یخ

به سلول F3: آب یخ

به سلول G3: اب

به سلول G3: هوا

2. نام فرآیندها را وارد می کنیم:

در سلول های D4، E4، G4، G4: حرارت

به سلول F4: ذوب شدن

3. ظرفیت گرمایی ویژه مواد جدر J / (kg * K) به ترتیب برای فولاد، یخ، آب و هوا می نویسیم

به سلول D5: 460

به سلول E5: 2110

به سلول G5: 4190

به سلول H5: 1005

4. گرمای ویژه همجوشی یخ λ در J/kg وارد کنید

به سلول F6: 330000

5. توده مواد متردر کیلوگرم به ترتیب برای فولاد و یخ وارد می کنیم

به سلول D7: 3000

به سلول E7: 20

از آنجایی که جرم با تبدیل یخ به آب تغییر نمی کند،

در سلول های F7 و G7: =E7 =20

جرم هوا با ضرب حجم اتاق در وزن مخصوص بدست می آید

در سلول H7: =24*15*7*1.23 =3100

6. زمان پردازش تیدر عرض چند دقیقه فقط یک بار برای فولاد می نویسیم

به سلول D8: 60

مقادیر زمانی برای گرم کردن یخ، ذوب شدن آن و گرم شدن آب حاصل از این شرایط محاسبه می شود که همه این سه فرآیند باید همزمان با زمان در نظر گرفته شده برای گرم کردن فلز جمع شوند. بر این اساس خواندیم

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

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

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

می خوانیم که هوا نیز باید در همان زمان تعیین شده گرم شود

در سلول H8: =D8 =60,0

7. دمای اولیه همه مواد تی1 وارد ˚C می شویم

به سلول D9: -37

به سلول E9: -37

به سلول F9: 0

به سلول G9: 0

به سلول H9: -37

8. دمای نهایی همه مواد تی2 وارد ˚C می شویم

به سلول D10: 18

به سلول E10: 0

به سلول F10: 0

به سلول G10: 18

به سلول H10: 18

من فکر می کنم در مورد 7 و 8 نباید هیچ سوالی وجود داشته باشد.

نتایج محاسبات:

9. مقدار گرما سدر KJ مورد نیاز برای هر یک از فرآیندهایی که محاسبه می کنیم

برای گرمایش فولاد در سلول D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900

برای گرم کردن یخ در سلول E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561

برای ذوب یخ در سلول F12: =F7*F6/1000 = 6600

برای گرم کردن آب در سلول G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508

برای گرم کردن هوا در سلول H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330

مقدار کل انرژی حرارتی مورد نیاز برای تمام فرآیندها خوانده می شود

در سلول ادغام شده D13E13F13G13H13: =SUM(D12:H12) = 256900

در سلول های D14، E14، F14، G14، H14، و سلول ترکیبی D15E15F15G15H15، مقدار گرما در واحد اندازه گیری قوس - بر حسب Gcal (بر حسب گیگا کالری) داده می شود.

10. قدرت حرارتی نبر حسب کیلووات، مورد نیاز برای هر یک از فرآیندها محاسبه می شود

برای گرمایش فولاد در سلول D16: =D12/(D8*60) =21,083

برای گرم کردن یخ در سلول E16: =E12/(E8*60) = 2,686

برای ذوب یخ در سلول F16: =F12/(F8*60) = 2,686

برای گرم کردن آب در سلول G16: =G12/(G8*60) = 2,686

برای گرم کردن هوا در سلول H16: =H12/(H8*60) = 47,592

کل توان حرارتی مورد نیاز برای انجام تمام فرآیندها در یک زمان تیمحاسبه شد

در سلول ادغام شده D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361

در سلول‌های D18، E18، F18، G18، H18 و سلول ترکیبی D19E19F19G19H19، توان حرارتی در واحد اندازه‌گیری قوس - بر حسب Gcal/h داده می‌شود.

این محاسبات را در اکسل کامل می کند.

نتیجه گیری:

توجه داشته باشید که برای گرم کردن هوا بیش از دو برابر انرژی لازم برای گرم کردن همان جرم فولاد مصرف می شود.

هنگام گرم کردن آب، هزینه انرژی دو برابر بیشتر از گرم کردن یخ است. فرآیند ذوب چندین برابر بیشتر از فرآیند گرمایش انرژی مصرف می کند (با اختلاف دمای کمی).

آب گرمایش ده برابر بیشتر از فولاد گرمایشی و چهار برابر بیشتر از هوای گرمایی مصرف می کند.

برای دریافت اطلاعاتی در مورد انتشار مقالات جدید و برای دانلود فایل های برنامه کاری از شما می خواهم در پنجره ای که در انتهای مقاله یا در پنجره بالای صفحه قرار دارد، در اطلاعیه ها مشترک شوید.

بعد از وارد کردن آدرس پست الکترونیکو روی دکمه "دریافت اطلاعیه مقالات" کلیک کنید. فراموش نکن تایید اشتراک، ابونمان با کلیک بر روی لینک در نامه ای که بلافاصله از طریق نامه مشخص شده برای شما ارسال می شود (گاهی اوقات - در پوشه « هرزنامه ها » )!

ما مفاهیم "مقدار گرما" و "قدرت حرارتی" را به یاد آوردیم، فرمول های اساسی برای انتقال حرارت را در نظر گرفتیم و یک مثال عملی را تجزیه و تحلیل کردیم. امیدوارم زبانم ساده، قابل فهم و جالب بوده باشد.

من مشتاقانه منتظر سوالات و نظرات در مورد مقاله هستم!

التماس میکنم احترام گذاشتن فایل دانلود اثر نویسنده پس از اشتراک برای اطلاعیه های مقاله

- دستگاه های مورد استفاده برای گرمایش هوا در سیستم های تهویه تامین، سیستم های تهویه مطبوع، گرمایش هوا و همچنین در تاسیسات خشک کردن.

با توجه به نوع خنک کننده، بخاری ها می توانند آتش، آب، بخار و برقی باشند. .

در حال حاضر رایج ترین آنها بخاری های آب و بخار هستند که به دو دسته لوله صاف و آجدار تقسیم می شوند. دومی به نوبه خود به لایه ای و مارپیچی تقسیم می شود.

بخاری های تک پاس و چند پاس را تشخیص دهید. در تک گذر، مایع خنک کننده از طریق لوله ها در یک جهت حرکت می کند و در چند گذر، به دلیل وجود پارتیشن در پوشش های کلکتور، چندین بار جهت حرکت را تغییر می دهد (شکل XII.1).

بخاری ها دو مدل را انجام می دهند: متوسط ​​(C) و بزرگ (B).

مصرف گرما برای گرم کردن هوا با فرمول های زیر تعیین می شود:

جایی که س"- مصرف گرما برای گرمایش هوا، کیلوژول در ساعت (کیلو کالری در ساعت)؛ س- همان، W; 0.278 ضریب تبدیل از kJ/h به W است. جی- مقدار جرم هوای گرم، کیلوگرم در ساعت، برابر Lp [اینجا L- مقدار حجمی هوای گرم، متر 3 در ساعت؛ p چگالی هوا (در یک دما) است tK)،کیلوگرم / متر 3]؛ با- ظرفیت گرمایی ویژه هوا، برابر با 1 کیلوژول / (کیلوگرم-K)؛ t k - دمای هوا پس از بخاری، ° С. t n- دمای هوا قبل از بخاری هوا، درجه سانتیگراد.

برای هیترهای مرحله اول گرمایش، دمای tn برابر با دمای هوای بیرون است.

در هنگام طراحی تهویه عمومی طراحی شده برای مبارزه با رطوبت، گرما و گازهای اضافی، که MPC آن بیش از 100 میلی گرم در متر مکعب است، دمای هوای بیرون برابر با دمای تهویه محاسبه شده (پارامترهای آب و هوایی دسته A) در نظر گرفته می شود. هنگام طراحی تهویه عمومی طراحی شده برای مبارزه با گازهایی که MPC آنها کمتر از 100 میلی گرم در متر مکعب است، و همچنین هنگام طراحی تهویه تامین برای جبران هوای خارج شده از اگزوزهای محلی، هودهای فرآیند یا سیستم های حمل و نقل پنوماتیک، دمای هوای بیرون برابر فرض می شود. به دمای بیرونی محاسبه شده tn برای طراحی گرمایش (پارامترهای آب و هوا دسته B).

در یک اتاق بدون مازاد گرما، هوا با دمایی برابر با دمای هوای داخل tV برای این اتاق باید تامین شود. در حضور گرمای بیش از حد، هوای تامین شده از آن تامین می شود دمای پایین(در دمای 5-8 درجه سانتیگراد). هوای تامین شده با دمای کمتر از 10 درجه سانتیگراد حتی در صورت انتشار گرمای قابل توجه به دلیل احتمال سرماخوردگی توصیه نمی شود. استثنا استفاده از انموستات های مخصوص است.

سطح مورد نیاز برای گرمایش بخاری Fk m2 با فرمول تعیین می شود:

جایی که س- مصرف گرما برای گرمایش هوا، W (کیلو کالری در ساعت)؛ به- ضریب انتقال حرارت بخاری، W / (m 2 -K) [kcal / (h-m 2 - ° C)]؛ t cf.T. — دمای میانگینمایع خنک کننده، 0 С; t r.v. میانگین دمای هوای گرم عبوری از بخاری، درجه سانتی گراد، برابر است (t n + t c)/2.

اگر مایع خنک کننده بخار است، میانگین دمای مایع خنک کننده tav.T. برابر با دمای اشباع در فشار بخار مربوطه است.

برای دمای آب tav.T. به عنوان میانگین حسابی دمای آب گرم و برگشتی تعریف می شود:

ضریب ایمنی 1.1-1.2 اتلاف گرما را برای خنک کننده هوا در مجاری هوا در نظر می گیرد.

ضریب انتقال حرارت هیترهای K به نوع مایع خنک کننده، سرعت جرم هوا از طریق بخاری، ابعاد هندسی و ویژگی های طراحیبخاری، سرعت حرکت آب از طریق لوله های بخاری.

سرعت جرم به عنوان جرم هوا، کیلوگرم، عبور از 1 متر مربع از بخش زنده بخاری هوا در 1 ثانیه درک می شود. سرعت جرم vp، kg/(cm2)، با فرمول تعیین می شود

با توجه به مساحت قسمت باز fЖ و سطح گرمایش FK، مدل، برند و تعداد بخاری ها انتخاب می شود. پس از انتخاب هیترها، سرعت جرم هوا با توجه به مساحت واقعی قسمت باز هیتر fD این مدل مشخص می شود:

که در آن A، A 1، n، n 1 و تی- ضرایب و توان، بسته به طراحی بخاری

سرعت حرکت آب در لوله های بخاری ω، m/s با فرمول تعیین می شود:

که در آن Q "مصرف گرما برای گرم کردن هوا است، کیلوژول در ساعت (کیلو کالری در ساعت)؛ rp چگالی آب است، برابر با 1000 کیلوگرم بر متر مکعب، sv گرمای ویژه آب است، برابر با 4.19 کیلوژول / (kg- K)؛ fTP - منطقه باز برای عبور مایع خنک کننده، m2، tg - دما آب گرمدر خط عرضه، ° С؛ t 0 - دمای آب برگشتی، 0С.

انتقال حرارت بخاری ها تحت تأثیر طرح بستن آنها با خطوط لوله است. با یک طرح موازی برای اتصال خطوط لوله، تنها بخشی از مایع خنک کننده از یک بخاری جداگانه عبور می کند و با یک طرح متوالی، کل جریان خنک کننده از هر بخاری عبور می کند.

مقاومت بخاری ها در برابر عبور هوا p، Pa با فرمول زیر بیان می شود:

که در آن B و z ضریب و توان است که به طراحی بخاری بستگی دارد.

مقاومت هیترهای قرار گرفته به صورت سری برابر است با:

که در آن m تعداد بخاری هایی است که پشت سر هم قرار گرفته اند. محاسبه با بررسی خروجی حرارت (انتقال گرما) بخاری ها طبق فرمول به پایان می رسد.

جایی که QK - انتقال حرارت بخاری ها، W (کیلو کالری در ساعت)؛ QK - همان، kJ/h، 3.6 - ضریب تبدیل W به kJ/h FK - مساحت سطح گرمایش بخاری ها، m2، در نتیجه محاسبه بخاری های این نوع گرفته شده است. K - ضریب انتقال حرارت بخاری ها، W/(m2-K) [kcal/(h-m2-°C)]؛ tav.v - میانگین دمای هوای گرم عبوری از بخاری، درجه سانتیگراد. تاو T میانگین دمای مایع خنک کننده، درجه سانتیگراد است.

هنگام انتخاب بخاری، حاشیه برای مساحت سطح گرمایش تخمین زده شده در محدوده 15 - 20٪، برای مقاومت در برابر عبور هوا - 10٪ و برای مقاومت در برابر حرکت آب - 20٪ در نظر گرفته می شود.

1

آژانس بین‌المللی انرژی تخمین می‌زند که اولویت کاهش انتشار کربن خودرو، بهبود بهره‌وری سوخت است. با توجه به لزوم استفاده منطقی از منابع انرژی تجدیدناپذیر، وظیفه کاهش انتشار CO2 از طریق افزایش بهره وری سوخت خودروها، یکی از اولویت های جامعه جهانی است. برای این منظور، استانداردهای بین المللی به طور مداوم سخت تر می شوند و عملکرد راه اندازی و کارکرد موتور در دماهای پایین و حتی بالا محیط را محدود می کنند. این مقاله به موضوع راندمان سوخت موتورهای احتراق داخلی بسته به دما، فشار، رطوبت هوای محیط می پردازد. نتایج یک مطالعه در مورد حفظ دمای ثابت در منیفولد ورودی موتور احتراق داخلی به منظور صرفه جویی در مصرف سوخت و تعیین توان بهینه عنصر گرمایش ارائه شده است.

قدرت عنصر گرمایش

دمای محیط

گرمایش هوا

اقتصاد سوخت

دمای مطلوب هوا در منیفولد ورودی

1. موتور خودرو. V.M. آرخانگلسکی [و دیگران]؛ پاسخ ویرایش ام‌اس. هووه M.: Mashinostroenie, 1977. 591 p.

2. Karnaukhov V.N., Karnaukhova I.V. تعیین ضریب پرکننده در موتور احتراق داخلی // سیستم های حمل و نقل و حمل و نقل-فناوری، مواد کنفرانس بین المللی علمی و فنی، تیومن، 16 آوریل 2014. تیومن: انتشارات دانشگاه ایالتی تیومن، 2014.

3. لنین I.M. تئوری موتورهای خودرو و تراکتور. م.: دبیرستان، 1976. 364 ص.

4. Yutt V.E. تجهیزات برقی خودروها. م: انتشارات خط داغ-تلکام، 2009. 440 ص.

5. Yutt V.E., Ruzavin G.E. سیستم های کنترل الکترونیکی برای موتورهای احتراق داخلی و روش های تشخیص آنها م.: انتشارات خط داغ-تلکام، 2007. 104 ص.

معرفی

توسعه فناوری الکترونیک و ریزپردازنده منجر به معرفی گسترده آن به خودروها شده است. به ویژه برای ایجاد سیستم های الکترونیکی برای کنترل خودکار موتور، گیربکس، شاسی و تجهیزات اضافی. استفاده از سیستم های الکترونیکی برای کنترل موتور (ECS) باعث کاهش مصرف سوخت و سمیت گازهای خروجی با افزایش همزمان قدرت موتور، افزایش شتاب و قابلیت اطمینان استارت سرد می شود. ESU های مدرن عملکردهای کنترل تزریق سوخت و عملکرد سیستم احتراق را ترکیب می کنند. برای اجرای کنترل برنامه در واحد کنترل، وابستگی مدت پاشش (مقدار سوخت عرضه شده) به بار و دور موتور ثبت می شود. وابستگی به شکل جدولی ارائه شده است که بر اساس آزمایشات جامع موتور یک مدل مشابه تهیه شده است. برای تعیین زاویه اشتعال از جداول مشابهی استفاده می شود. این سیستم مدیریت موتور در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا انتخاب داده ها از جداول آماده روند سریع تری نسبت به انجام محاسبات با استفاده از رایانه دارد. مقادیر به‌دست‌آمده از جداول، بسته به سیگنال‌های سنسورهای موقعیت دریچه گاز، دمای هوا، فشار هوا و چگالی، توسط رایانه‌های داخل خودرو تصحیح می‌شوند. تفاوت اصلی این سیستم، که در خودروهای مدرن استفاده می شود، عدم وجود اتصال مکانیکی سفت و سخت بین آن است سوپاپ دریچه گازو پدال گاز که آن را کنترل می کند. در مقایسه با سیستم های سنتی، ESU می تواند مصرف سوخت را در خودروهای مختلف تا 20 درصد کاهش دهد.

مصرف سوخت کم با سازماندهی مختلف دو حالت اصلی عملکرد موتور احتراق داخلی به دست می آید: حالت بار کم و حالت بار زیاد. در این حالت، موتور در حالت اول با یک مخلوط ناهمگن، مازاد زیاد هوا و تزریق دیرهنگام سوخت کار می کند که به دلیل آن جدا شدن بار از مخلوطی از هوا، سوخت و گازهای خروجی باقی مانده حاصل می شود که در نتیجه آن روی یک مخلوط بدون چربی اجرا می شود. در حالت بار زیاد، موتور شروع به کار روی یک مخلوط همگن می کند که منجر به کاهش انتشار مواد مضر در گازهای خروجی می شود. سمیت انتشار موتورهای دیزل ESA هنگام راه اندازی را می توان با شمع های مختلف کاهش داد. ESU اطلاعاتی در مورد دمای هوای ورودی، فشار، مصرف سوخت و موقعیت میل لنگ دریافت می کند. واحد کنترل اطلاعات سنسورها را پردازش می کند و با استفاده از نقشه های مشخصه، مقدار زاویه پیشروی سوخت را نشان می دهد. به منظور در نظر گرفتن تغییر در چگالی هوای ورودی در هنگام تغییر دمای آن، سنسور جریان به یک ترمیستور مجهز شده است. اما در اثر نوسانات دما و فشار هوا در منیفولد ورودی، با وجود سنسورهای فوق، تغییر آنی در چگالی هوا و در نتیجه کاهش یا افزایش اکسیژن رسانی به محفظه احتراق ایجاد می شود.

هدف، اهداف و روش تحقیق

مطالعات در دانشگاه دولتی نفت و گاز تیومن به منظور حفظ دمای ثابت در منیفولد ورودی موتور احتراق داخلی KAMAZ-740، YaMZ-236 و D4FB (1.6 CRDi) کیا سید، MZR2.3- انجام شد. L3T - مزدا CX7. که در آن نوسانات دماتوده هوا توسط سنسورهای دما در نظر گرفته شد. اطمینان از دمای معمولی (بهینه) هوا در منیفولد ورودی باید تحت تمام شرایط عملیاتی ممکن انجام شود: راه اندازی موتور سرد، کار در بارهای کم و زیاد، هنگام کار در دمای پایین محیط.

در موتورهای پرسرعت مدرن، ارزش کل انتقال حرارت ناچیز است و حدود 1٪ از مقدار کل گرمای آزاد شده در طی احتراق سوخت را تشکیل می دهد. افزایش دمای گرمایش هوا در منیفولد ورودی به 67 ˚C منجر به کاهش شدت انتقال حرارت در موتورها می شود، یعنی کاهش ΔT و افزایش ضریب پر شدن. ηv (شکل 1)

که در آن ΔT اختلاف دمای هوا در منیفولد ورودی (˚K)، Tp دمای گرمایش هوا در منیفولد ورودی، Tv دمای هوا در منیفولد ورودی است.

برنج. 1. نمودار تأثیر دمای گرمایش هوا بر ضریب پر شدن (به عنوان مثال موتور KAMAZ-740)

با این حال، گرمایش هوا بالای 67 ˚C به دلیل کاهش چگالی هوا منجر به افزایش ηv نمی شود. داده های تجربی به دست آمده نشان داد که هوا در موتورهای دیزلیبدون فشار در حین کار دارای محدوده دمایی ΔТ=23÷36˚С می باشد. آزمایش‌ها این موضوع را برای موتورهای احتراق داخلی که روی آن کار می‌کنند تأیید کرده‌اند سوخت مایع، تفاوت در مقدار ضریب پرکننده ηv، محاسبه شده از شرایطی که شارژ تازه هوا یا مخلوط هوا و سوخت باشد، ناچیز است و کمتر از 0.5٪ است، بنابراین، برای همه انواع موتورها، ηv با هوا

تغییرات دما، فشار و رطوبت هوا بر قدرت هر موتوری تأثیر می گذارد و در محدوده Ne=10÷15% نوسان می کند (Ne قدرت موثر موتور است).

افزایش مقاومت هوای آیرودینامیکی در منیفولد ورودی با پارامترهای زیر توضیح داده می شود:

افزایش تراکم هوا.

تغییر در ویسکوزیته هوا.

ماهیت هوای ورودی به محفظه احتراق.

مطالعات متعدد نشان داده است که دمای بالای هوا در منیفولد ورودی، مصرف سوخت را اندکی افزایش می دهد. در همان زمان، دمای پایین مصرف آن را تا 15-20٪ افزایش می دهد، بنابراین مطالعات در دمای هوای خارج از -40 درجه سانتیگراد و گرمایش آن تا +70 درجه سانتیگراد در منیفولد ورودی انجام شد. مصرف سوخت بهینه دمای هوا در منیفولد ورودی 15÷67 ˚С است.

نتایج تحقیق و تجزیه و تحلیل

در طول آزمایشات، قدرت عنصر گرمایش برای اطمینان از حفظ دمای معین در منیفولد ورودی موتور احتراق داخلی تعیین شد. در مرحله اول مقدار گرمای مورد نیاز برای گرم کردن 1 کیلوگرم هوا در دمای ثابت و فشار هوا تعیین می شود، برای این کار عبارتند از: 1. دمای هوای محیط t1=-40˚C. 2. دما در منیفولد ورودی t2=+70˚С.

مقدار گرمای مورد نیاز با معادله بدست می آید:

(2)

که در آن СР ظرفیت گرمایی جرمی هوا در فشار ثابت است که مطابق جدول و برای هوا در دمای 0 تا 200 درجه سانتیگراد تعیین می شود.

مقدار گرما برای توده بزرگتر هوا با فرمول تعیین می شود:

که در آن n حجم هوا بر حسب کیلوگرم است که برای گرم شدن هنگام کار موتور لازم است.

هنگامی که موتور احتراق داخلی با سرعت بیش از 5000 دور در دقیقه کار می کند، مصرف هوای خودروهای سواری به 55-60 کیلوگرم در ساعت و کامیون ها - 100 کیلوگرم در ساعت می رسد. سپس:

قدرت بخاری با فرمول تعیین می شود:

که در آن Q مقدار گرمایی است که برای گرم کردن هوا در J، N قدرت عنصر گرمایش در W، τ زمان بر حسب ثانیه است.

لازم است قدرت عنصر گرمایش در ثانیه تعیین شود، بنابراین فرمول به شکل زیر خواهد بود:

N=1.7 کیلو وات - قدرت المنت گرمایشی برای خودروها و با سرعت جریان هوا بیش از 100 کیلوگرم در ساعت برای کامیون ها - N=3.1 کیلو وات.

(5)

که در آن Ttr دما در خط لوله ورودی، Ptr فشار بر حسب Pa در خط لوله ورودی، Т0 - , ρ0 چگالی هوا، Rv ثابت گاز جهانی هوا است.

با جایگزینی فرمول (5) به فرمول (2)، به دست می آوریم:

(6)

(7)

قدرت بخاری در ثانیه با فرمول (4) با در نظر گرفتن فرمول (5) تعیین می شود:

(8)

نتایج محاسبه مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن هوا با جرم 1 کیلوگرم با میانگین مصرف هوا برای خودروهای بیش از V = 55 کیلوگرم در ساعت و برای کامیون ها - بیش از V = 100 کیلوگرم در ساعت در جدول ارائه شده است. 1.

میز 1

جدول تعیین میزان گرما برای گرم کردن هوا در منیفولد ورودی بسته به دمای هوای بیرون

	V> 55 کیلوگرم در ساعت		V> 100 کیلوگرم در ساعت
		Q، kJ/s		Q، kJ/s

بر اساس داده های جدول 1، نمودار (شکل 2) برای مقدار گرمای Q در ثانیه صرف شده برای گرم کردن هوا ساخته شد. دمای مطلوب. نمودار نشان می دهد که هر چه دمای هوا بالاتر باشد، صرف نظر از حجم هوا، برای حفظ دمای بهینه در منیفولد ورودی، به گرمای کمتری نیاز است.

برنج. 2. مقدار گرمای Q در ثانیه که برای گرم کردن هوا تا دمای مطلوب صرف می شود

جدول 2

محاسبه زمان گرمایش برای حجم های مختلف هوا

	Q1، kJ/s		Q2، kJ/s

زمان با فرمول τsec=Q/N در دمای بیرون از -40˚С، Q1 در سرعت جریان هوا V> 55 کیلوگرم در ساعت و Q2- V> 100 کیلوگرم در ساعت تعیین می شود.

علاوه بر این، مطابق جدول 2، نموداری از زمان گرم کردن هوا تا +70 درجه سانتیگراد در منیفولد ICE با قدرت بخاری متفاوت ترسیم شده است. نمودار نشان می دهد که، صرف نظر از زمان گرمایش، هنگامی که قدرت بخاری افزایش می یابد، زمان گرمایش برای حجم های مختلف هوا برابر می شود.

برنج. 3. زمان گرم شدن هوا تا +70 ˚С.

نتیجه

بر اساس محاسبات و آزمایشات، مشخص شده است که مقرون به صرفه ترین استفاده از بخاری های با توان متغیر برای حفظ دمای معین در منیفولد ورودی به منظور صرفه جویی در مصرف سوخت تا 25-30٪ است.

داوران:

Reznik L.G.، دکترای علوم فنی، استاد گروه "عملیات حمل و نقل جاده ای" FGBO UVPO "دانشگاه دولتی نفت و گاز تیومن"، تیومن.

Merdanov Sh.M.، دکترای علوم فنی، استاد، رئیس بخش "حمل و نقل و سیستم های فناوری" FGBO UVPO "دانشگاه دولتی نفت و گاز تیومن"، تیومن.

زاخاروف N.S.، دکترای علوم فنی، استاد، عضو فعلی آکادمی روسیهحمل و نقل، رئیس بخش "خدمات خودروها و ماشین های فنی" FGBO UVPO "دانشگاه دولتی نفت و گاز تیومن"، تیومن.

پیوند کتابشناختی

کارناوخوف V.N. بهینه سازی قدرت عنصر گرمایش برای حفظ دمای بهینه هوا در منیفولد ورودی یخ // مسائل معاصرعلم و آموزش - 2014. - شماره 3.;
آدرس اینترنتی: http://science-education.ru/ru/article/view?id=13575 (تاریخ دسترسی: 01.02.2020). مجلات منتشر شده توسط انتشارات "آکادمی تاریخ طبیعی" را مورد توجه شما قرار می دهیم.

تغییر در گردش گاز دودکش . چرخش گاز به طور گسترده ای برای گسترش دامنه کنترل دمای بخار فوق گرم استفاده می شود و اجازه می دهد تا دمای بخار فوق گرم را حتی در بارهای کم واحد دیگ حفظ کند. اخیراً گردش مجدد گاز دودکش نیز به عنوان روشی برای کاهش تشکیل NOx محبوبیت پیدا کرده است. همچنین برای چرخش مجدد گازهای دودکش به جریان هوا قبل از مشعل ها استفاده می شود که از نظر سرکوب تشکیل NOx موثرتر است.

ورود گازهای چرخشی نسبتا سرد به قسمت پایین کوره منجر به کاهش جذب حرارت سطوح گرمایش تابشی و افزایش دمای گازها در خروجی کوره و مجاری گاز همرفتی از جمله دمای گازهای دودکش افزایش جریان کل گازهای دودکش در بخش مسیر گاز قبل از انتخاب گازها برای گردش مجدد به افزایش ضرایب انتقال حرارت و جذب حرارت سطوح گرمایش همرفتی کمک می کند.

برنج. 2.29. تغییرات دمای بخار (منحنی 1)، دمای هوای گرم (منحنی 2) و تلفات گاز دودکش (منحنی 3) بسته به سهم گردش مجدد گاز دودکش r.

روی انجیر 2.29 ویژگی های واحد دیگ بخار TP-230-2 را با تغییر نسبت گردش مجدد گاز به قسمت پایین کوره نشان می دهد. اینجا سهم بازیافت است

که در آن V rc حجم گازهایی است که برای گردش مجدد خارج می شوند. V r - حجم گازها در نقطه انتخاب برای گردش مجدد بدون در نظر گرفتن Vrc. همانطور که مشاهده می شود، افزایش سهم چرخش مجدد به میزان هر 10٪ منجر به افزایش دمای گاز دودکش 3-4 درجه سانتیگراد می شود. - 0.2٪، دمای بخار - 15 درجه سانتیگراد، و ماهیت وابستگی تقریباً خطی است. این نسبت ها برای همه واحدهای دیگ بخار بدون ابهام نیستند. مقدار آنها به دمای گازهای در گردش (محل گازگیری) و روش معرفی آنها بستگی دارد. تخلیه گازهای چرخشی به قسمت بالایی کوره تأثیری بر عملکرد کوره نمی گذارد، اما منجر به کاهش قابل توجه دمای گازها در ناحیه سوپرهیتر و در نتیجه کاهش می شود. در دمای بخار فوق گرم، اگرچه حجم محصولات احتراق افزایش می یابد. برای محافظت از سوپرهیتر در برابر ضربه می توان از تخلیه گازها به قسمت بالایی کوره استفاده کرد. درجه حرارت بالاگازها و کاهش سرباره سوپرهیتر.

البته استفاده از چرخش گاز نه تنها باعث کاهش راندمان می شود. ناخالص، بلکه کارایی خالص واحد دیگ بخار، زیرا باعث افزایش مصرف برق برای نیازهای خود می شود.

برنج. 2.30. وابستگی تلفات حرارتی با زیرسوختگی مکانیکی به دمای هوای گرم.

تغییر دمای هوای گرمتغییر دمای هوای گرم در نتیجه تغییر حالت عملکرد بخاری هوا به دلیل تأثیر عواملی مانند تغییر اختلاف دما، ضریب انتقال حرارت، جریان گاز یا هوا است. با افزایش دمای هوای گرم، میزان انتشار گرما در کوره افزایش می یابد، هرچند اندکی. دمای هوای گرم تأثیر قابل توجهی بر ویژگی های واحدهای دیگ بخار دارد که بر روی سوخت با خروجی فرار کم کار می کنند. کاهش ^ r.v در این مورد شرایط احتراق سوخت را بدتر می کند، حالت خشک کردن و آسیاب کردن سوخت، منجر به کاهش دمای مخلوط هوا در ورودی مشعل ها می شود که می تواند باعث افزایش تلفات شود. با سوزش مکانیکی (شکل 2.30 را ببینید).

. تغییر دمای پیش گرم کردن هواپیش گرمایش هوا در جلوی بخاری هوا برای افزایش دمای دیواره سطوح گرمایشی آن به منظور کاهش اثر خورندگی گازهای دودکش بر روی آنها بخصوص هنگام سوزاندن سوخت های با گوگرد بالا استفاده می شود. طبق PTE ، هنگام سوزاندن نفت کوره گوگردی ، دمای هوا در مقابل بخاری های هوای لوله ای نباید کمتر از 110 درجه سانتیگراد و در مقابل گرم کننده های احیا کننده - کمتر از 70 درجه سانتیگراد باشد.

پیش گرم کردن هوا را می توان با چرخش مجدد هوای گرم به ورودی فن های بلاست انجام داد، اما در این حالت به دلیل افزایش مصرف برق برای انفجار و افزایش دمای هوا، بازده واحد دیگ کاهش می یابد. گازهای دودکش بنابراین توصیه می شود در بخاری هایی که با بخار انتخابی یا آب گرم کار می کنند، هوا را بالای 50 درجه سانتی گراد گرم کنید.

پیش گرم کردن هوا مستلزم کاهش جذب گرمای بخاری هوا به دلیل کاهش اختلاف دما، دمای گازهای دودکش و افزایش اتلاف حرارت است. پیش گرم کردن هوا نیز به هزینه های انرژی اضافی برای تامین هوا به گرمکن هوا نیاز دارد. بسته به سطح و روش پیش گرم کردن هوا، به ازای هر 10 درجه سانتی گراد پیش گرم کردن هوا، راندمان تغییرات ناخالص حدود 0.15-0.25٪ و دمای گازهای دودکش - 3-4.5 درجه سانتیگراد.

از آنجایی که سهم گرمای گرفته شده برای پیش گرم کردن هوا در رابطه با خروجی گرمای واحدهای دیگ بخار بسیار زیاد است (2-3.5%)، انتخاب طرح گرمایش هوا بهینه است. پراهمیت.

هوای سرد

برنج. 2.31.طرح گرمایش هوای دو مرحله ای در بخاری ها با آب شبکه و بخار انتخابی:

1 - بخاری های شبکه؛ 2 - مرحله اول گرمایش هوا با آب شبکه سیستم گرمایش؛ 3 - مرحله دوم گرمایش هوا pzrom; 4 - پمپ برای تامین آب شبکه برگشت به بخاری؛ 5 - شبکه آب گرمایش هوا (طرح برای دوره تابستان) 6 - آب شبکه برای گرمایش هوا (طرح فصل زمستان).