Apie šiluminę energiją paprastais žodžiais! Skaičiavimas programoje Excel taikomoji užduotis.

Jie pereina per skaidrią atmosferą jos nekaitindami žemės paviršiaus, šildykite jį, o iš jo vėliau kaitinamas oras.

Paviršiaus, taigi ir oro, įkaitimo laipsnis visų pirma priklauso nuo vietovės platumos.

Tačiau kiekviename konkrečiame taške jį (t o) taip pat lems daugybė veiksnių, tarp kurių pagrindiniai yra:

A: aukštis virš jūros lygio;

B: apatinis paviršius;

B: atstumas nuo vandenynų ir jūrų pakrančių.

A – Kadangi oras šildomas nuo žemės paviršiaus, kuo mažesni absoliutūs ploto aukščiai, tuo aukštesnė oro temperatūra (toje pačioje platumoje). Vandens garais neprisotinto oro sąlygomis stebimas modelis: kas 100 metrų aukščio temperatūra (t o) sumažėja 0,6 o C.

B – Paviršiaus kokybinės charakteristikos.

B 1 – skirtingos spalvos ir struktūros paviršiai skirtingai sugeria ir atspindi saulės spindulius. Didžiausias atspindžio koeficientas būdingas sniegui ir ledui, minimalus tamsios spalvos dirvožemiams ir uolienoms.

Žemės apšvietimas saulės spinduliais saulėgrįžų ir lygiadienių dienomis.

B 2 - skirtingi paviršiai turi skirtingą šilumos talpą ir šilumos perdavimą. Taigi Pasaulio vandenyno vandens masė, užimanti 2/3 Žemės paviršiaus, dėl didelės šiluminės talpos įšyla labai lėtai ir vėsta labai lėtai. Žemė greitai įšyla ir greitai atšąla, t.y., norint sušildyti iki vienodo t apie 1 m 2 žemės ir 1 m 2 vandens paviršiaus, reikia išleisti skirtingą energijos kiekį.

B – nuo ​​pakrančių iki žemynų vidaus, vandens garų kiekis ore mažėja. Kuo skaidresnė atmosfera, tuo mažiau saulės spindulių joje išsisklaido, o visi saulės spinduliai pasiekia Žemės paviršių. Dalyvaujant didelis skaičius ore esantys vandens garai, vandens lašeliai atspindi, išsklaido, sugeria saulės spindulius ir ne visi pasiekia planetos paviršių, o kaitinant jis mažėja.

Aukščiausia oro temperatūra fiksuojama atogrąžų dykumų srityse. Centriniuose Sacharos regionuose beveik 4 mėnesius t apie oro pavėsyje yra daugiau nei 40 ° C. Tuo pačiu metu ties pusiauju, kur saulės spindulių kritimo kampas didžiausias, temperatūra ne aukštesnė kaip +26°C.

Kita vertus, Žemė, kaip šildomas kūnas, spinduliuoja energiją į kosmosą daugiausia ilgųjų bangų infraraudonųjų spindulių spektru. Jei žemės paviršius yra apgaubtas debesų „paklode“, tada ne visi infraraudonieji spinduliai palieka planetą, nes debesys juos atitolina, atsispindėdami atgal į žemės paviršių.

Esant giedram dangui, kai atmosferoje vandens garų mažai, planetos skleidžiami infraraudonieji spinduliai laisvai iškeliauja į kosmosą, o žemės paviršius atvėsta, o tai vėsta ir taip sumažina oro temperatūrą.

Literatūra

1. Zubaščenka E.M. Regioninė fizinė geografija. Žemės klimatas: mokymo priemonė. 1 dalis. / E.M. Zubaščenka, V.I. Šmykovas, A.Ya. Nemykinas, N.V. Poliakovas. - Voronežas: VGPU, 2007. - 183 p.

Žmonija žino nedaug energijos rūšių – mechaninę (kinetinę ir potencialinę), vidinę (šiluminę), lauko energiją (gravitacinę, elektromagnetinę ir branduolinę), cheminę. Atskirai verta pabrėžti sprogimo energiją, ...

Vakuuminė energija ir vis dar egzistuojanti tik teoriškai – tamsioji energija. Šiame straipsnyje, pirmame skyriuje „Šilumos inžinerija“, pabandysiu paprasta ir prieinama kalba, pasitelkdamas praktinį pavyzdį, pakalbėti apie svarbiausią energijos formą žmonių gyvenime – apie šiluminė energija ir apie jos gimdymą laiku šiluminė galia.

Keletas žodžių suprasti šilumos inžinerijos, kaip šilumos energijos gavimo, perdavimo ir panaudojimo mokslo šakos, vietą. Šiuolaikinė šilumos inžinerija atsirado iš bendrosios termodinamikos, kuri savo ruožtu yra viena iš fizikos šakų. Termodinamika tiesiogine prasme yra „šilta“ ir „galia“. Taigi termodinamika yra mokslas apie sistemos „temperatūros pokyčius“.

Poveikis sistemai iš išorės, kai keičiasi jos vidinė energija, gali būti šilumos perdavimo rezultatas. Šiluminė energija, kurią sistema įgyja arba praranda dėl tokios sąveikos su aplinka, vadinamas šilumos kiekis ir matuojamas SI sistemoje džauliais.

Jei nesate šilumos inžinierius ir kasdien nesusiduriate su šilumos inžinerijos klausimais, tada susidūrus su jais, kartais neturint patirties gali būti labai sunku juos greitai išsiaiškinti. Be patirties sunku įsivaizduoti net norimų šilumos kiekio ir šilumos galios verčių matmenis. Kiek džaulių energijos reikia pašildyti 1000 kubinių metrų oro nuo -37˚С iki +18˚С?.. Kokios galios šilumos šaltinio reikia tai padaryti per 1 valandą? » Ne visi inžinieriai. Kartais ekspertai netgi prisimena formules, tačiau tik nedaugelis gali jas pritaikyti praktiškai!

Perskaitę šį straipsnį iki galo, galėsite nesunkiai išspręsti realias gamybos ir buities užduotis, susijusias su įvairių medžiagų šildymu ir vėsinimu. Fizinės šilumos perdavimo procesų esmės supratimas ir paprastų pagrindinių formulių išmanymas yra pagrindiniai šilumos inžinerijos žinių pagrindo blokai!

Šilumos kiekis įvairiuose fizikiniuose procesuose.

Dauguma žinomų medžiagų gali būti kietos, skystos, dujinės arba plazminės būsenos, esant skirtingoms temperatūroms ir slėgiams. Perėjimas iš vienos agregatinės būsenos į kitą vyksta pastovioje temperatūroje(su sąlyga, kad slėgis ir kiti parametrai nesikeičia aplinką) ir kartu sugeria arba išsiskiria šiluminė energija. Nepaisant to, kad 99% materijos Visatoje yra plazmos būsenoje, šiame straipsnyje šios agregacijos būsenos nenagrinėsime.

Apsvarstykite diagramą, parodytą paveikslėlyje. Tai rodo medžiagos temperatūros priklausomybę T apie šilumos kiekį K, sumuojama į tam tikrą uždarą sistemą, kurioje yra tam tikra tam tikros medžiagos masė.

1. Kieta medžiaga, turinti temperatūrą T1, pašildytas iki temperatūros Tm, išleidžiant šiam procesui šilumos kiekį, lygų Q1 .

2. Tada prasideda lydymosi procesas, kuris vyksta pastovioje temperatūroje Tpl(lydymosi temperatūra). Norint išlydyti visą kietosios medžiagos masę, reikia išleisti šiluminę energiją Q2 – Q1 .

3. Tada skystis, susidaręs tirpstant kietai medžiagai, kaitinamas iki virimo temperatūros (dujų susidarymas). Tkp, išleidžiant šiam šilumos kiekiui lygus Q3-Q2 .

4. Dabar pastovioje virimo temperatūroje Tkp skystis užverda ir išgaruoja, virsdamas dujomis. Norint paversti visą skysčio masę į dujas, reikia išleisti šiluminė energija kiekiu 4 klausimas-Q3.

5. Paskutiniame etape dujos pašildomos nuo temperatūros Tkp iki tam tikros temperatūros T2. Tokiu atveju šilumos kiekio kaina bus Q5-4 klausimas. (Jei pašildysime dujas iki jonizacijos temperatūros, dujos virs plazma.)

Taigi, kaitinant pradinę kietą medžiagą nuo temperatūros T1 iki temperatūros T2 išleidome šiluminę energiją tiek Q5, perkeldamas medžiagą per tris agregacijos būsenas.

Judėdami priešinga kryptimi, iš medžiagos pašalinsime tiek pat šilumos Q5, praeina kondensacijos, kristalizacijos ir aušinimo nuo temperatūros stadijas T2 iki temperatūros T1. Žinoma, mes svarstome apie uždarą sistemą be energijos nuostolių išorinei aplinkai.

Atkreipkite dėmesį, kad perėjimas iš kietos būsenos į dujinę būseną yra įmanomas apeinant skystąją fazę. Šis procesas vadinamas sublimacija, o atvirkštinis procesas vadinamas desublimacija.

Taigi supratome, kad perėjimų tarp agreguotų medžiagos būsenų procesams būdingas energijos suvartojimas pastovioje temperatūroje. Kaitinama medžiaga, kuri yra vienoje nepakitusioje agregacijos būsenoje, pakyla temperatūra ir sunaudojama šiluminė energija.

Pagrindinės šilumos perdavimo formulės.

Formulės labai paprastos.

Šilumos kiekis K J apskaičiuojamas pagal formules:

1. Iš šilumos suvartojimo pusės, t. y. iš apkrovos pusės:

1.1. Šildant (aušinant):

K = m * c *(T2 -T1)

m – medžiagos masė kg

Su - specifinė medžiagos šiluminė talpa, J / (kg * K)

1.2. Lydant (užšaldant):

K = m * λ

λ – specifinė medžiagos lydymosi ir kristalizacijos šiluma J/kg

1.3. Virimo metu išgaruoja (kondensatas):

K = m * r

r – savitoji dujų susidarymo ir medžiagos kondensacijos šiluma J/kg

2. Iš šilumos gamybos pusės, tai yra iš šaltinio pusės:

2.1. Deginant kurą:

K = m * q

q – savitoji kuro degimo šiluma J/kg

2.2. Paverčiant elektros energiją į šiluminę energiją (Džaulio-Lenco dėsnis):

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

t – laikas s

aš – dabartinė vertė A

U – R.m.s įtampa V

R – atsparumas apkrovai omuose

Darome išvadą, kad šilumos kiekis yra tiesiogiai proporcingas medžiagos masei visų fazių virsmų metu ir, kaitinamas, yra papildomai tiesiogiai proporcingas temperatūrų skirtumui. Proporcingumo koeficientai ( c , λ , r , q ) kiekviena medžiaga turi savo vertes ir yra nustatyta empiriškai (paimta iš žinynų).

Šiluminė galia N W yra šilumos kiekis, perduodamas į sistemą per tam tikrą laiką:

N = Q/t

Kuo greičiau norime įkaitinti kūną iki tam tikros temperatūros, tuo didesnė galia turėtų būti šiluminės energijos šaltinis – viskas logiška.

Skaičiavimas programoje Excel taikomoji užduotis.

Gyvenime dažnai reikia greitai apskaičiuoti sąmatą, kad suprastume, ar prasminga toliau studijuoti temą, rengti projektą ir atlikti išsamius tikslius, daug darbo reikalaujančius skaičiavimus. Atlikę skaičiavimą per kelias minutes, net ir ± 30% tikslumu, galite priimti svarbų valdymo sprendimą, kuris bus 100 kartų pigesnis ir 1000 kartų greitesnis, o dėl to 100 000 kartų efektyvesnis nei atlikti tikslų skaičiavimą. per savaitę, kitaip ir per mėnesį, brangių specialistų grupė ...

Problemos sąlygos:

Metalo valcavimo cecho patalpose, kurių matmenys 24m x 15m x 7m, įsivežame valcuotą metalą iš sandėlio gatvėje po 3 tonas. Valcuotas metalas turi ledą, kurio bendra masė yra 20 kg. Lauke -37˚С. Koks šilumos kiekis reikalingas metalui pašildyti iki + 18˚С; pašildykite ledą, ištirpinkite ir pašildykite vandenį iki +18˚С; šildyti visą patalpoje esantį oro tūrį, darant prielaidą, kad prieš tai šildymas buvo visiškai išjungtas? Kokios galios turėtų būti šildymo sistema, jei visa tai turi būti atlikta per 1 valandą? (Labai standus ir vargu realiomis sąlygomis- ypač dėl oro!)

Skaičiavimą atliksime programojeMS Excel arba programojeOo skaičiuok.

Informaciją apie ląstelių ir šriftų spalvų formatavimą rasite „“ puslapyje.

Pradiniai duomenys:

1. Rašome medžiagų pavadinimus:

į langelį D3: Plienas

į langelį E3: Ledas

į langelį F3: Ledinis vanduo

į langelį G3: Vanduo

į langelį G3: Oras

2. Įvedame procesų pavadinimus:

į ląsteles D4, E4, G4, G4: karštis

į langelį F4: tirpstantis

3. Medžiagų savitoji šiluminė talpa c J / (kg * K) rašome atitinkamai plienui, ledui, vandeniui ir orui

į langelį D5: 460

į langelį E5: 2110

į langelį G5: 4190

į langelį H5: 1005

4. Savitoji ledo lydymosi šiluma λ J/kg įveskite

į langelį F6: 330000

5. Medžiagų masė m kg įvedame atitinkamai plienui ir ledui

į langelį D7: 3000

į langelį E7: 20

Kadangi ledui virstant vandeniu masė nesikeičia,

langeliuose F7 ir G7: =E7 =20

Oro masė nustatoma padauginus patalpos tūrį iš savitojo svorio

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

6. Proceso laikas t per minutes plienui rašome tik vieną kartą

į langelį D8: 60

Ledo kaitinimo, jo lydymosi ir susidarančio vandens kaitinimo laiko reikšmės apskaičiuojamos iš tos sąlygos, kad visi šie trys procesai turi būti sumuojami tuo pačiu metu, kaip ir laikas, skirtas metalui pašildyti. Atitinkamai skaitome

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

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

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

Oras taip pat turėtų sušilti per tą patį skirtą laiką, skaitome

langelyje H8: =D8 =60,0

7. Pradinė visų medžiagų temperatūra T1 į ˚C įeiname

į langelį D9: -37

į langelį E9: -37

į langelį F9: 0

į langelį G9: 0

į langelį H9: -37

8. Galutinė visų medžiagų temperatūra T2 į ˚C įeiname

į langelį D10: 18

į langelį E10: 0

į langelį F10: 0

į langelį G10: 18

į langelį H10: 18

Manau, kad dėl 7 ir 8 punktų klausimų neturėtų kilti.

Skaičiavimo rezultatai:

9. Šilumos kiekis K KJ reikalingas kiekvienam mūsų apskaičiuojamam procesui

plieno kaitinimui kameroje D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900

ledui šildyti kameroje E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561

ledui tirpinti kameroje F12: =F7*F6/1000 = 6600

vandens šildymui elemente G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508

oro šildymui kameroje H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330

Nuskaitomas bendras visiems procesams reikalingas šiluminės energijos kiekis

sujungtame langelyje D13E13F13G13H13: =SUM(D12:H12) = 256900

Ląstelėse D14, E14, F14, G14, H14 ir kombinuotoje kameroje D15E15F15G15H15 šilumos kiekis pateikiamas lanko matavimo vienetu – Gcal (gigakalorijomis).

10. Šiluminė galia N kW, reikalinga kiekvienam procesui

plieno kaitinimui kameroje D16: =D12/(D8*60) =21,083

ledui šildyti kameroje E16: =E12/(E8*60) = 2,686

ledui tirpinti F16 langelyje: =F12/(F8*60) = 2,686

vandens šildymui elemente G16: =G12/(G8*60) = 2,686

oro šildymui kameroje H16: =H12/(H8*60) = 47,592

Bendra šiluminė galia, reikalinga visiems procesams atlikti vienu metu t apskaičiuotas

sujungtame langelyje D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361

Ląstelėse D18, E18, F18, G18, H18 ir kombinuotoje kameroje D19E19F19G19H19 šiluminė galia pateikiama lanko matavimo vienetu - Gcal / h.

Tai užbaigia skaičiavimą programoje „Excel“.

Išvados:

Atkreipkite dėmesį, kad orui pašildyti reikia daugiau nei dvigubai daugiau energijos nei tos pačios masės plieno šildymui.

Šildant vandenį energijos sąnaudos yra dvigubai didesnės nei šildant ledą. Lydymosi procesas sunaudoja daug kartų daugiau energijos nei kaitinimo procesas (su nedideliu temperatūrų skirtumu).

Vandeniui šildyti sunaudojama dešimt kartų daugiau šilumos energijos nei kaitinant plieną ir keturis kartus daugiau nei šildant orą.

Dėl gavimo informacija apie naujų straipsnių išleidimą ir už atsisiunčiami darbo programos failai Prašau jūsų užsiprenumeruoti pranešimus straipsnio pabaigoje esančiame lange arba puslapio viršuje esančiame lange.

Įvedę savo adresą El. paštas ir paspaudę mygtuką „Gauti straipsnių pranešimus“ NEPAMIRŠK PATVIRTINTI PRENUMERATA paspaudę nuorodą laiške, kuris iš karto ateis jums nurodytu paštu (kartais - aplanke « Šlamštas » )!

Prisiminėme „šilumos kiekio“ ir „šilumos galios“ sąvokas, apsvarstėme pagrindines šilumos perdavimo formules ir išanalizavome praktinį pavyzdį. Tikiuosi, kad mano kalba buvo paprasta, suprantama ir įdomi.

Laukiu klausimų ir komentarų apie straipsnį!

maldauju GERBA Autorinio darbo parsisiųsti failą PO PREnumeratos straipsnių skelbimams.

- prietaisai, naudojami oro šildymui tiekiamo vėdinimo sistemose, oro kondicionavimo sistemose, oro šildymui, taip pat džiovinimo įrenginiuose.

Pagal aušinimo skysčio tipą šildytuvai gali būti ugnies, vandens, garo ir elektriniai. .

Šiuo metu labiausiai paplitę vandens ir garo šildytuvai, skirstomi į lygiavamzdžius ir briaunuotus; pastarieji savo ruožtu skirstomi į sluoksnines ir spiralines.

Atskirkite vieno ir kelių eigų šildytuvus. Vieno praėjimo metu aušinimo skystis vamzdžiais juda viena kryptimi, o kelių eiga – keletą kartų keičia judėjimo kryptį, nes kolektorių gaubtuose yra pertvaros (XII.1 pav.).

Šildytuvai atlieka du modelius: vidutinį (C) ir didelį (B).

Šilumos suvartojimas orui šildyti nustatomas pagal formules:

Kur Q"— šilumos suvartojimas oro šildymui, kJ/h (kcal/h); K- tas pats, W; 0,278 – konvertavimo koeficientas iš kJ/h į W; G- šildomo oro masės kiekis, kg / h, lygus Lp [čia L- tūrinis šildomo oro kiekis, m 3 / h; p yra oro tankis (esant temperatūrai tK), kg / m 3]; Su- savitoji oro šiluminė talpa, lygi 1 kJ / (kg-K); t k - oro temperatūra po šildytuvo, ° С; t n— oro temperatūra prieš oro šildytuvą, °C.

Pirmojo šildymo etapo šildytuvams temperatūra tn yra lygi lauko oro temperatūrai.

Projektuojant bendrą vėdinimą, skirtą kovai su drėgmės, šilumos ir dujų pertekliumi, kurios MPC yra didesnė nei 100 mg / m3, daroma prielaida, kad lauko oro temperatūra yra lygi apskaičiuotai vėdinimo temperatūrai (A kategorijos klimato parametrai). Projektuojant bendrą vėdinimą, skirtą kovai su dujomis, kurių MPC yra mažesnis nei 100 mg / m3, taip pat projektuojant tiekimo ventiliaciją, skirtą kompensuoti orą, pašalintą per vietinius išmetimo vamzdžius, proceso gaubtus ar pneumatines transportavimo sistemas, laikoma, kad lauko oro temperatūra yra lygi. prie apskaičiuotos lauko temperatūros tn šildymo projektavimui (klimato parametrų kategorija B).

Į patalpą, kurioje nėra šilumos pertekliaus, turi būti tiekiamas tiekiamas oras, kurio temperatūra lygi šios patalpos patalpų oro temperatūrai tВ. Esant šilumos pertekliui tiekiamas oras tiekiamas iš žema temperatūra(5-8 °C temperatūroje). Tiekiamo oro, kurio temperatūra žemesnė nei 10°C, nerekomenduojama tiekti į patalpą net ir esant dideliam šilumos išmetimui dėl peršalimo galimybės. Išimtis yra specialių anemostatų naudojimas.

Reikalingas šildymo šildytuvų paviršiaus plotas Fк m2 nustatomas pagal formulę:

Kur K— šilumos suvartojimas oriniam šildymui, W (kcal/h); KAM- šildytuvo šilumos perdavimo koeficientas, W / (m 2 -K) [kcal / (h-m 2 - ° C)]; t plg.T. — Vidutinė temperatūra aušinimo skystis, 0 С; t r.v. yra vidutinė šildomo oro, praeinančio per šildytuvą, temperatūra, °C, lygi (t n + t c)/2.

Jei aušinimo skystis yra garas, tai vidutinė aušinimo skysčio temperatūra tav.T. yra lygi soties temperatūrai esant atitinkamam garų slėgiui.

Dėl vandens temperatūros tav.T. apibrėžiamas kaip karšto ir grįžtančio vandens temperatūros aritmetinis vidurkis:

Saugos koeficientas 1,1-1,2 atsižvelgia į šilumos nuostolius oro aušinimui ortakiuose.

Šildytuvų šilumos perdavimo koeficientas K priklauso nuo aušinimo skysčio tipo, oro masės greičio vp per šildytuvą, geometrinių matmenų ir dizaino elementaišildytuvai, vandens judėjimo per šildytuvo vamzdelius greitis.

Masės greitis suprantamas kaip oro masė, kg, per 1 s prasiskverbianti per 1 m2 oro šildytuvo gyvenamosios dalies. Masės greitis vp, kg/(cm2), nustatomas pagal formulę

Pagal atviros sekcijos plotą fЖ ir šildymo paviršių FK parenkamas šildytuvų modelis, markė ir skaičius. Pasirinkus šildytuvus, oro masės greitis nurodomas pagal faktinį šio modelio šildytuvo fD atviros dalies plotą:

kur A, A 1 , n, n 1 ir T- koeficientai ir rodikliai, priklausomai nuo šildytuvo konstrukcijos

Vandens judėjimo greitis šildytuvo vamzdeliuose ω, m/s, nustatomas pagal formulę:

čia Q "yra šilumos suvartojimas orui šildyti, kJ / h (kcal / h); rp - vandens tankis, lygus 1000 kg / m3, sv - savitoji vandens šiluma, lygi 4,19 kJ / (kg- K); fTP - atviras plotas aušinimo skysčio praėjimui, m2, tg - temperatūra karštas vanduo tiekimo linijoje, ° С; t 0 - grįžtamojo vandens temperatūra, 0С.

Šildytuvų šilumos perdavimą įtakoja jų surišimo su vamzdynais schema. Taikant lygiagrečią vamzdynų sujungimo schemą, tik dalis aušinimo skysčio praeina per atskirą šildytuvą, o pagal nuoseklią schemą visas aušinimo skysčio srautas praeina per kiekvieną šildytuvą.

Šildytuvų atsparumas oro pratekėjimui p, Pa išreiškiamas šia formule:

kur B ir z yra koeficientas ir eksponentas, kurie priklauso nuo šildytuvo konstrukcijos.

Iš eilės esančių šildytuvų varža yra lygi:

čia m yra nuosekliai išdėstytų šildytuvų skaičius. Skaičiavimas baigiamas šildytuvų šilumos galios (šilumos perdavimo) patikrinimu pagal formulę

kur QK - šildytuvų šilumos perdavimas, W (kcal / h); QK - tas pats, kJ/h, 3,6 - perskaičiavimo koeficientas W į kJ/h FK - šildytuvų šildymo paviršiaus plotas, m2, paimtas skaičiuojant tokio tipo šildytuvus; K - šildytuvų šilumos perdavimo koeficientas, W/(m2-K) [kcal/(h-m2-°C)]; tav.v - vidutinė šildomo oro, praeinančio per šildytuvą, temperatūra, °C; tav. T – vidutinė aušinimo skysčio temperatūra, °C.

Renkantis šildytuvus, apskaičiuoto šildymo paviršiaus ploto marža yra 15–20%, atsparumo oro pratekėjimui - 10% ir atsparumui vandens judėjimui - 20%.

1

Tarptautinė energetikos agentūra apskaičiavo, kad automobilių anglies dvideginio emisijos mažinimo prioritetas yra degalų efektyvumo didinimas. Užduotis sumažinti išmetamo CO2 kiekį didinant transporto priemonių degalų naudojimo efektyvumą yra vienas iš pasaulio bendruomenės prioritetų, atsižvelgiant į poreikį racionaliai naudoti neatsinaujinančius energijos šaltinius. Šiuo tikslu nuolat griežtinami tarptautiniai standartai, ribojantys variklio užvedimo ir veikimo efektyvumą esant žemai ir net aukštai aplinkos temperatūrai. Straipsnyje nagrinėjamas vidaus degimo variklių kuro efektyvumo, priklausomai nuo aplinkos oro temperatūros, slėgio, drėgmės, klausimas. Pateikiami pastovios temperatūros palaikymo vidaus degimo variklio įsiurbimo kolektoriuje, siekiant taupyti degalus ir nustatyti optimalią kaitinimo elemento galią, tyrimo rezultatai.

šildymo elemento galia

aplinkos temperatūra

oro šildymas

degalų taupymas

optimali oro temperatūra įsiurbimo kolektoriuje

1. Automobilių varikliai. V.M. Archangelskis [ir kiti]; resp. red. M.S. Hovah. M.: Mashinostroenie, 1977. 591 p.

2. Karnaukhovas V.N., Karnaukhovas I.V. Vidaus degimo variklio užpildymo koeficiento nustatymas // Transporto ir transporto-technologinės sistemos, Tarptautinės mokslinės ir technikos konferencijos medžiaga, Tiumenė, 2014 m. balandžio 16 d. Tiumenė: Tiumenės valstybinio universiteto leidykla, 2014 m.

3. Leninas I.M. Automobilių ir traktorių variklių teorija. M.: Aukštoji mokykla, 1976. 364 p.

4. Yutt V.E. Automobilių elektros įranga. M: Leidykla Hot Line-Telecom, 2009. 440 p.

5. Yutt V.E., Ruzavin G.E. Elektroninės vidaus degimo variklių valdymo sistemos ir jų diagnostikos metodai. M.: Leidykla Hot Line-Telecom, 2007. 104 p.

Įvadas

Elektronikos ir mikroprocesorių technologijų plėtra paskatino ją plačiai naudoti automobiliuose. Visų pirma, siekiant sukurti elektronines sistemas, skirtas automatiniam variklio, transmisijos, važiuoklės ir važiuoklės valdymui papildoma įranga. Variklio valdymo elektroninių sistemų (ECS) naudojimas leidžia sumažinti degalų sąnaudas ir išmetamųjų dujų toksiškumą kartu didinant variklio galią, padidinti pagreitį ir šalto užvedimo patikimumą. Šiuolaikiniai ESU sujungia degalų įpurškimo valdymo ir uždegimo sistemos veikimo funkcijas. Programiniam valdymui įgyvendinti valdymo bloke fiksuojama įpurškimo trukmės (tiekiamo kuro kiekio) priklausomybė nuo apkrovos ir variklio sūkių skaičiaus. Priklausomybė pateikiama lentelės forma, parengta remiantis išsamiais panašaus modelio variklio bandymais. Panašios lentelės naudojamos uždegimo kampui nustatyti. Ši variklio valdymo sistema naudojama visame pasaulyje, nes duomenų atrinkimas iš paruoštų lentelių yra greitesnis procesas nei skaičiavimų atlikimas kompiuteriu. Iš lentelių gautas vertes koreguoja transporto priemonių borto kompiuteriai, priklausomai nuo droselio padėties jutiklių signalų, oro temperatūros, oro slėgio ir tankio. Pagrindinis šios sistemos, naudojamos šiuolaikiniuose automobiliuose, skirtumas yra standžios mechaninės jungties nebuvimas droselio vožtuvas ir jį valdantis akceleratoriaus pedalas. Palyginti su tradicinėmis sistemomis, ESU įvairiose transporto priemonėse gali sumažinti degalų sąnaudas iki 20%.

Mažos degalų sąnaudos pasiekiamos skirtingai organizuojant du pagrindinius vidaus degimo variklio darbo režimus: mažos apkrovos režimą ir didelės apkrovos režimą. Tokiu atveju variklis pirmuoju režimu veikia su nevienalyčiu mišiniu, dideliu oro pertekliumi ir vėlyvu degalų įpurškimu, dėl kurio pasiekiamas įkrovos atskyrimas nuo oro, degalų ir likusių išmetamųjų dujų mišinio, dėl ko. jis veikia ant lieso mišinio. Didelės apkrovos režimu variklis pradeda dirbti homogenišku mišiniu, dėl kurio išmetamosiose dujose sumažėja kenksmingų medžiagų išmetimas. ESA dyzelinių variklių išmetamųjų teršalų toksiškumą paleidžiant galima sumažinti įvairiomis pakaitinimo žvakėmis. ESU gauna informaciją apie įsiurbiamo oro temperatūrą, slėgį, degalų sąnaudas ir alkūninio veleno padėtį. Valdymo blokas apdoroja informaciją iš jutiklių ir, naudodamas charakteristikas, pateikia degalų padavimo kampo reikšmę. Siekiant atsižvelgti į įeinančio oro tankio kitimą, kai keičiasi jo temperatūra, srauto jutiklis turi termistorių. Tačiau dėl temperatūros ir oro slėgio svyravimų įsiurbimo kolektoriuje, nepaisant minėtų jutiklių, akimirksniu pasikeičia oro tankis ir dėl to sumažėja arba padidėja deguonies tiekimas į degimo kamerą.

Tikslas, uždaviniai ir tyrimo metodas

Tiumenės valstybiniame naftos ir dujų universitete buvo atlikti tyrimai, siekiant palaikyti pastovią temperatūrą Kia Sid, MZR2.3- vidaus degimo variklio KAMAZ-740, YaMZ-236 ir D4FB (1,6 CRDi) įsiurbimo kolektoriuje. L3T – Mazda CX7. Kuriame temperatūros svyravimai oro mases buvo atsižvelgta temperatūros jutikliais. Normalios (optimalios) oro temperatūros užtikrinimas įsiurbimo kolektoriuje turi būti atliekamas visomis įmanomomis darbo sąlygomis: užvedant šaltą variklį, dirbant mažomis ir didelėmis apkrovomis, dirbant žemoje aplinkos temperatūroje.

Šiuolaikiniuose greitaeigiuose varikliuose bendra šilumos perdavimo vertė yra nereikšminga ir sudaro apie 1% viso kuro degimo metu išsiskiriančios šilumos kiekio. Oro šildymo temperatūros padidėjimas įsiurbimo kolektoriuje iki 67 ˚С sumažina šilumos perdavimo varikliuose intensyvumą, tai yra, sumažėja ΔТ ir padidėja užpildymo koeficientas. ηv (1 pav.)

čia ΔT – oro temperatūros skirtumas įsiurbimo kolektoriuje (˚K), Tp – oro šildymo temperatūra įsiurbimo kolektoriuje, Tv – oro temperatūra įsiurbimo kolektoriuje.

Ryžiai. 1. Oro šildymo temperatūros įtakos užpildymo koeficientui grafikas (variklio KAMAZ-740 pavyzdyje)

Tačiau oro kaitinimas virš 67 ˚С nepadidina ηv dėl to, kad oro tankis mažėja. Gauti eksperimentiniai duomenys parodė, kad oras į dyzeliniai varikliai be slėgio veikimo metu turi temperatūros diapazoną ΔТ=23÷36˚С. Bandymai patvirtino, kad vidaus degimo varikliams, dirbantiems su skystas kuras, užpildymo koeficiento ηv vertės skirtumas, skaičiuojamas nuo sąlygų, kad šviežias įkrovimas yra oras arba oro ir kuro mišinys, yra nežymus ir yra mažesnis nei 0,5%, todėl visų tipų varikliams ηv nustatomas pagal oro.

Temperatūros, slėgio ir oro drėgmės pokyčiai turi įtakos bet kurio variklio galiai ir svyruoja intervale Ne=10÷15% (Ne yra efektyvi variklio galia).

Aerodinaminio oro pasipriešinimo padidėjimas įsiurbimo kolektoriuje paaiškinamas šiais parametrais:

Padidėjęs oro tankis.

Oro klampumo pokytis.

Oro, patenkančio į degimo kamerą, pobūdis.

Daugybė tyrimų parodė, kad aukšta oro temperatūra įsiurbimo kolektoriuje šiek tiek padidina degalų sąnaudas. Tuo pačiu metu žema temperatūra padidina jo suvartojimą iki 15-20%, todėl tyrimai buvo atlikti esant -40 ˚С lauko oro temperatūrai, o jo įkaitimas iki +70 ˚С įsiurbimo kolektoriuje. Optimalios degalų sąnaudos yra oro temperatūra įsiurbimo kolektoriuje 15÷67 ˚С.

Tyrimo rezultatai ir analizė

Bandymų metu buvo nustatyta kaitinimo elemento galia, siekiant užtikrinti, kad vidaus degimo variklio įsiurbimo kolektoriuje būtų palaikoma tam tikra temperatūra. Pirmajame etape nustatomas šilumos kiekis, reikalingas pašildyti 1 kg oro esant pastoviai temperatūrai ir oro slėgiui, tam imsime: 1. Aplinkos oro temperatūrą t1=-40˚C. 2. Temperatūra įsiurbimo kolektoriuje t2=+70˚С.

Reikalingas šilumos kiekis randamas pagal lygtį:

(2)

čia СР yra pastovaus slėgio oro masės šiluminė talpa, nustatyta pagal lentelę ir oro temperatūrai nuo 0 iki 200 ˚С.

Šilumos kiekis didesnei oro masei nustatomas pagal formulę:

čia n – oro tūris kg, reikalingas šildymui, kai variklis veikia.

Vidaus degimo varikliui dirbant didesniu nei 5000 aps./min. greičiu, lengvųjų automobilių oro sąnaudos siekia 55-60 kg/val., o sunkvežimių – 100 kg/val. Tada:

Šildytuvo galia nustatoma pagal formulę:

čia Q yra šilumos kiekis, sunaudotas orui šildyti, J, N yra kaitinimo elemento galia W, τ yra laikas sek.

Būtina nustatyti šildymo elemento galią per sekundę, todėl formulė bus tokia:

N=1,7 kW - lengvųjų automobilių šildymo elemento galia ir esant didesniam nei 100 kg/h oro srautui sunkvežimiams - N=3,1 kW.

(5)

čia Ttr – temperatūra įleidimo vamzdyne, Ptr – slėgis Pa įleidžiamajame vamzdyne, Т0 – , ρ0 – oro tankis, Rv – universali oro dujų konstanta.

Pakeitę formulę (5) į formulę (2), gauname:

(6)

(7)

Šildytuvo galia per sekundę nustatoma pagal (4) formulę, atsižvelgiant į (5) formulę:

(8)

Šilumos kiekio, reikalingo 1 kg masės orui pašildyti, kai vidutinis oro suvartojimas lengviesiems automobiliams daugiau nei V = 55 kg / h ir sunkvežimiams - daugiau nei V = 100 kg / h, apskaičiavimo rezultatai pateikti lentelėje. 1.

1 lentelė

Šilumos kiekio, skirto orui šildyti įsiurbimo kolektoriuje, nustatymo, priklausomai nuo lauko oro temperatūros, lentelė

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

Remiantis 1 lentelės duomenimis, buvo sudarytas grafikas (2 pav.) pagal šilumos kiekį Q per sekundę, sunaudojamą orui šildyti iki optimali temperatūra. Grafike matyti, kad kuo aukštesnė oro temperatūra, tuo mažiau šilumos reikia norint palaikyti optimalią temperatūrą įsiurbimo kolektoriuje, nepriklausomai nuo oro tūrio.

Ryžiai. 2. Šilumos kiekis Q per sekundę, sunaudojamas orui pašildyti iki optimalios temperatūros

2 lentelė

Įkaitinimo laiko apskaičiavimas esant skirtingiems oro kiekiams

	Q1, kJ/s		Q2, kJ/s

Laikas nustatomas pagal formulę τsec=Q/N, kai lauko temperatūra >-40˚С, Q1, kai oro srautas V>55 kg/h ir Q2- V>100 kg/h.

Be to, pagal 2 lentelę vaizduojamas oro pašildymo iki +70 ˚С ICE kolektoriuje laiko grafikas esant skirtingam šildytuvo galingumui. Grafike matyti, kad nepriklausomai nuo kaitinimo laiko, padidinus šildytuvo galią, skirtingų oro kiekių šildymo laikas išlyginamas.

Ryžiai. 3. Oro įkaitimo laikas iki +70 ˚С.

Išvada

Remiantis skaičiavimais ir eksperimentais, nustatyta, kad ekonomiškiausia yra naudoti kintamos galios šildytuvus tam tikrai temperatūrai palaikyti įsiurbimo kolektoriuje, siekiant sutaupyti iki 25-30 % kuro.

Recenzentai:

Reznikas L.G., technikos mokslų daktaras, FGBO UVPO „Tiumenės valstybinis naftos ir dujų universitetas“ Kelių transporto eksploatavimo katedros profesorius, Tiumenė.

Merdanov Sh.M., technikos mokslų daktaras, profesorius, „Transporto ir technologijų sistemų“ katedros vedėjas FGBO UVPO „Tiumenės valstybinis naftos ir dujų universitetas“, Tiumenė.

Zacharovas N.S., technikos mokslų daktaras, profesorius, dabartinis narys Rusijos akademija transportas, katedros „Automobilių ir technologinių mašinų aptarnavimas“ vedėjas FGBO UVPO „Tiumenės valstybinis naftos ir dujų universitetas“, Tiumenė.

Bibliografinė nuoroda

Karnaukhovas V.N. ŠILDYMO ELEMENTO GALIOS OPTIMIZAVIMAS OPTIMALIAI ORO TEMPERATŪRAI PALAIKYTI LEDO ĮĖMIMO KOLEKTATE // Šiuolaikinės problemos mokslas ir švietimas. - 2014. - Nr.3.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=13575 (prisijungimo data: 2020 02 01). Atkreipiame jūsų dėmesį į leidyklos „Gamtos istorijos akademija“ leidžiamus žurnalus

Išmetamųjų dujų recirkuliacijos pakeitimas . Dujų recirkuliacija plačiai naudojama perkaitinto garo temperatūros reguliavimo diapazonui išplėsti ir leidžia palaikyti perkaitinto garo temperatūrą net esant mažoms katilo agregato apkrovoms. Pastaruoju metu išmetamųjų dujų recirkuliacija taip pat populiarėja kaip NO x susidarymo mažinimo būdas. Jis taip pat naudojamas dūmų dujoms recirkuliuoti į oro srautą prieš degiklius, o tai efektyviau slopina NO x susidarymą.

Į apatinę krosnies dalį patekus santykinai šaltoms recirkuliuojamoms dujoms, sumažėja spinduliuojančių šildymo paviršių šilumos sugertis ir pakyla dujų temperatūra krosnies išleidimo angoje bei konvekciniuose dujų kanaluose, įskaitant išmetamųjų dujų temperatūra. Bendro išmetamųjų dujų srauto padidėjimas dujų tako atkarpoje prieš parenkant dujas recirkuliacijai prisideda prie konvekcinių šildymo paviršių šilumos perdavimo koeficientų ir šilumos sugerties padidėjimo.

Ryžiai. 2.29. Garų temperatūros (kreivė 1), karšto oro temperatūros (kreivė 2) ir išmetamųjų dujų nuostolių (kreivė 3) pokyčiai, priklausomai nuo išmetamųjų dujų recirkuliacijos dalies r.

Ant pav. 2.29 parodytos katilo TP-230-2 charakteristikos, pasikeitus dujų recirkuliacijos į apatinę krosnies dalį. Čia perdirbimo dalis

čia V rc – dujų, paimtų recirkuliuoti, tūris; V r - dujų tūris pasirinkimo recirkuliacijai taške neatsižvelgiant į V rc. Kaip matyti, kas 10% padidėjus recirkuliacijos daliai, išmetamųjų dujų temperatūra pakyla 3–4°C, Vr. - 0,2%, garo temperatūra - 15 ° C, o priklausomybės pobūdis yra beveik tiesinis. Šie koeficientai nėra vienareikšmiai visiems katilų blokams. Jų vertė priklauso nuo recirkuliuojamų dujų temperatūros (dujų paėmimo vietos) ir jų įvedimo būdo. Recirkuliuojamų dujų išleidimas į viršutinę krosnies dalį neturi įtakos krosnies darbui, tačiau žymiai sumažina dujų temperatūrą perkaitintuvo srityje ir dėl to sumažėja. perkaitintų garų temperatūroje, nors degimo produktų tūris didėja. Dujų išleidimas į viršutinę krosnies dalį gali būti naudojamas perkaitintuvui apsaugoti nuo smūgių. aukštos temperatūros dujas ir sumažinti perkaitintuvo šlakų susidarymą.

Žinoma, naudojant dujų recirkuliaciją sumažėja ne tik efektyvumas. grubus, bet ir efektyvumas katilo agregato neto, nes dėl to padidėja elektros sąnaudos savo reikmėms.

Ryžiai. 2.30. Šilumos nuostolių su mechaniniu perdegimu priklausomybė nuo karšto oro temperatūros.

Karšto oro temperatūros pokytis. Karšto oro temperatūros pokytis yra oro šildytuvo darbo režimo pasikeitimo dėl tokių veiksnių įtakos kaip temperatūrų skirtumo, šilumos perdavimo koeficiento, dujų ar oro srauto pokyčiai. Padidinus karšto oro temperatūrą, nors ir šiek tiek padidėja šilumos išsiskyrimo krosnyje lygis. Karšto oro temperatūra turi didelę įtaką katilinių agregatų, naudojančių kurą su mažu lakiųjų galių kiekiu, charakteristikoms. ^ r.v sumažėjimas šiuo atveju pablogina degalų užsidegimo sąlygas, kuro džiovinimo ir malimo režimą, dėl to sumažėja oro mišinio temperatūra degiklių įleidimo angoje, o tai gali padidinti nuostolius. su mechaniniu perdegimu (žr. 2.30 pav.).

. Oro pakaitinimo temperatūros keitimas. Oro pašildymas priešais oro šildytuvą naudojamas jo šildomųjų paviršių sienelių temperatūrai padidinti, siekiant sumažinti korozinį išmetamųjų dujų poveikį jiems, ypač deginant daug sieros turintį kurą. PTE teigimu, deginant sieringą mazutą oro temperatūra prieš vamzdinius oro šildytuvus turi būti ne žemesnė kaip 110 °C, o prieš regeneracinius – ne žemesnė kaip 70 °C.

Išankstinis oro pašildymas gali būti atliekamas recirkuliuojant karštą orą į pūtimo ventiliatorių įleidimo angą, tačiau tokiu atveju katilo agregato efektyvumas sumažėja dėl padidėjusios elektros energijos sąnaudų sprogimui ir padidėjusios oro temperatūros. išmetamųjų dujų. Todėl šildytuvuose, kuriuose veikia selektyvūs garai arba karštas vanduo, patartina orą šildyti virš 50°C.

Oro pašildymas sumažina oro šildytuvo šilumos absorbciją, nes sumažėja temperatūrų skirtumas, padidėja išmetamųjų dujų temperatūra ir padidėja šilumos nuostoliai. Oro pašildymas taip pat reikalauja papildomų energijos sąnaudų oro tiekimui į oro šildytuvą. Priklausomai nuo oro pašildymo lygio ir būdo, kas 10° C oro pašildymo efektyvumas bendrieji pokyčiai apie 0,15-0,25%, o išmetamųjų dujų temperatūra - 3-4,5 °C.

Kadangi oro pašildymui paimamos šilumos dalis, palyginti su katilinių agregatų šilumine galia yra gana didelė (2-3,5%), pasirenkama optimali oro šildymo schema. didelę reikšmę.

Šaltas oras

Ryžiai. 2.31. Dviejų pakopų oro šildymo šildytuvuose schema su tinkliniu vandeniu ir selektyviu garu:

1 - tinklo šildytuvai; 2 - pirmasis šildymo sistemos oro šildymo tinkliniu vandeniu etapas; 3 - antrasis oro šildymo etapas pzrom; 4 - siurblys, skirtas tiekti grįžtamojo tinklo vandenį į šildytuvus; 5 - tinklo vanduo oro šildymui (schema, skirta vasaros laikotarpis); 6 - tinklo vanduo oro šildymui (žiemos laikotarpio schema).