Despre energia termică în termeni simpli! Sarcina aplicată calcul în Excel.

Trec printr-o atmosferă transparentă fără a o încălzi, ajung suprafața pământului, încălziți-l, iar din el aerul este ulterior încălzit.

Gradul de încălzire a suprafeței și, prin urmare, a aerului, depinde în primul rând de latitudinea zonei.

Dar în fiecare punct specific, acesta (t o) va fi determinat și de o serie de factori, printre care principalii sunt:

A: înălțimea deasupra nivelului mării;

B: suprafața subiacentă;

B: distanța față de coastele oceanelor și mărilor.

A - Deoarece aerul este încălzit de la suprafața pământului, cu cât înălțimile absolute ale zonei sunt mai mici, cu atât temperatura aerului este mai mare (la aceeași latitudine). În condiții de aer nesaturat cu vapori de apă, se observă un model: la fiecare 100 de metri de altitudine, temperatura (t o) scade cu 0,6 o C.

B - Caracteristicile calitative ale suprafeței.

B 1 - suprafețe diferite ca culoare și structură absorb și reflectă razele solare în moduri diferite. Reflexivitatea maximă este tipică pentru zăpadă și gheață, cea minimă pentru solurile și rocile de culoare închisă.

Iluminarea Pământului de către razele soarelui în zilele solstițiilor și echinocțiilor.

B 2 - diferite suprafețe au capacitate termică și transfer termic diferit. Deci masa de apă a Oceanului Mondial, care ocupă 2/3 din suprafața Pământului, datorită capacității mari de căldură, se încălzește foarte lent și se răcește foarte lent. Terenul se încălzește și se răcește rapid, adică pentru a încălzi până la aceeași t aproximativ 1 m 2 de pământ și 1 m 2 de suprafață de apă, este necesar să se cheltuiască o cantitate diferită de energie.

B - de la coastele spre interiorul continentelor, cantitatea de vapori de apă din aer scade. Cu cât atmosfera este mai transparentă, cu atât mai puțină lumină solară este împrăștiată în ea și toate razele soarelui ajung la suprafața Pământului. În prezența un numar mare vaporii de apă din aer, picăturile de apă reflectă, împrăștie, absorb razele soarelui și nu toate ajung la suprafața planetei, în timp ce încălzirea acesteia scade.

Cele mai ridicate temperaturi ale aerului sunt înregistrate în zonele cu deșerturi tropicale. În regiunile centrale ale Saharei, timp de aproape 4 luni, t despre aerul la umbră este mai mare de 40 ° C. În același timp, la ecuator, unde unghiul de incidență al razelor solare este cel mai mare, temperatura nu depășește +26 ° C.

Pe de altă parte, Pământul, ca corp încălzit, radiază energie în spațiu, în principal în spectrul infraroșu cu unde lungi. Dacă suprafața pământului este învelită într-o „pătură” de nori, atunci nu toate razele infraroșii părăsesc planeta, deoarece norii le întârzie, reflectându-se înapoi la suprafața pământului.

Cu un cer senin, când există puțini vapori de apă în atmosferă, razele infraroșii emise de planetă merg liber în spațiu, în timp ce suprafața pământului se răcește, ceea ce se răcește și, prin urmare, scade temperatura aerului.

Literatură

1. Zubașcenko E.M. Geografia fizică regională. Climele Pământului: material didactic. Partea 1. / E.M. Zubașcenko, V.I. Shmykov, A.Ya. Nemykin, N.V. Poliakov. - Voronezh: VGPU, 2007. - 183 p.

Omenirea cunoaște puține tipuri de energie - energie mecanică (cinetică și potențială), energie internă (termică), energie de câmp (gravitațională, electromagnetică și nucleară), chimică. Separat, merită evidențiată energia exploziei, ...

Energia vidului și încă mai există doar în teorie - energie întunecată. În acest articol, primul din secțiunea „Inginerie termică”, voi încerca într-un limbaj simplu și accesibil, folosind un exemplu practic, să vorbesc despre cea mai importantă formă de energie din viața oamenilor - despre energie termalăși despre nașterea ei la timp putere termala.

Câteva cuvinte pentru a înțelege locul inginerii termice ca ramură a științei obținerii, transferului și utilizării energiei termice. Ingineria modernă a căldurii a apărut din termodinamica generală, care, la rândul ei, este una dintre ramurile fizicii. Termodinamica este literalmente „caldă” plus „putere”. Astfel, termodinamica este știința „schimbării temperaturii” unui sistem.

Impactul asupra sistemului din exterior, în care energia sa internă se modifică, poate fi rezultatul transferului de căldură. Energie termală, care este câștigat sau pierdut de sistem ca urmare a unei astfel de interacțiuni cu mediul, se numește cantitatea de căldurăși se măsoară în sistemul SI în Jouli.

Dacă nu sunteți un inginer termic și nu vă ocupați zilnic de probleme de inginerie termică, atunci când le întâlniți, uneori, fără experiență, poate fi foarte dificil să le înțelegeți rapid. Este greu de imaginat chiar și dimensiunile valorilor dorite ale cantității de căldură și putere termică fără experiență. Câți Jouli de energie sunt necesari pentru a încălzi 1000 de metri cubi de aer de la -37˚С la +18˚С?.. Care este puterea sursei de căldură necesară pentru a face acest lucru în 1 oră? » Nu toți inginerii. Uneori experții își amintesc chiar și formulele, dar doar câțiva le pot pune în practică!

După ce ai citit până la sfârșit acest articol, vei putea rezolva cu ușurință sarcinile reale de producție și gospodărie legate de încălzirea și răcirea diverselor materiale. Înțelegerea esenței fizice a proceselor de transfer de căldură și cunoașterea formulelor de bază simple sunt principalele blocuri în baza cunoștințelor în ingineria termică!

Cantitatea de căldură în diferite procese fizice.

Cele mai multe substanțe cunoscute pot fi în stare solidă, lichidă, gazoasă sau plasmă la diferite temperaturi și presiuni. Tranziție de la o stare agregată la alta are loc la temperatura constanta(cu condiția ca presiunea și alți parametri să nu se modifice mediu inconjurator) și este însoțită de absorbția sau eliberarea energiei termice. În ciuda faptului că 99% din materia din Univers este în stare de plasmă, nu vom lua în considerare această stare de agregare în acest articol.

Luați în considerare graficul prezentat în figură. Ea arată dependența de temperatură a unei substanțe T asupra cantității de căldură Q, însumat la un anumit sistem închis care conține o anumită masă a unei anumite substanțe.

1. Un solid care are o temperatură T1, încălzit la o temperatură Tm, cheltuind pe acest proces o cantitate de căldură egală cu Î1 .

2. În continuare, începe procesul de topire, care are loc la o temperatură constantă Tpl(punct de topire). Pentru a topi întreaga masă a unui solid, este necesar să cheltuiți energie termică în cantitate Q2 — Î1 .

3. Apoi, lichidul rezultat din topirea unui solid este încălzit până la punctul de fierbere (formarea gazului) Tkp, cheltuind cu această cantitate de căldură egală cu Q3-Q2 .

4. Acum la un punct de fierbere constant Tkp lichidul fierbe și se evaporă, transformându-se într-un gaz. Pentru a converti întreaga masă de lichid în gaz, este necesar să cheltuiți energie termalăîn cantitate Î4-Q3.

5. În ultima etapă, gazul este încălzit de la temperatură Tkp până la o anumită temperatură T2. În acest caz, costul cantității de căldură va fi Î5-Î4. (Dacă încălzim gazul la temperatura de ionizare, gazul se va transforma în plasmă.)

Astfel, încălzirea solidului original de la temperatură T1 până la temperatură T2 am cheltuit energie termică în cantitate Î5, traducând substanța prin trei stări de agregare.

Mișcându-ne în direcția opusă, vom elimina aceeași cantitate de căldură din substanță Î5, trecand prin etapele de condensare, cristalizare si racire de la temperatura T2 până la temperatură T1. Desigur, avem în vedere un sistem închis fără pierderi de energie către mediul extern.

Rețineți că trecerea de la starea solidă la starea gazoasă este posibilă, ocolind faza lichidă. Acest proces se numește sublimare, iar procesul invers se numește desublimare.

Deci, am înțeles că procesele de tranziție între stările agregate ale unei substanțe se caracterizează prin consum de energie la o temperatură constantă. Când o substanță este încălzită, care se află într-o stare de agregare neschimbată, temperatura crește și se consumă și energie termică.

Principalele formule pentru transferul de căldură.

Formulele sunt foarte simple.

Cantitatea de căldură Qîn J se calculează prin formulele:

1. Din partea consumului de căldură, adică din partea încărcăturii:

1.1. La încălzire (răcire):

Q = m * c *(T2 -T1)

m – masa substanței în kg

Cu - capacitatea termică specifică a unei substanțe în J / (kg * K)

1.2. La topire (congelare):

Q = m * λ

λ – caldura specifica de topire si cristalizare a unei substante in J/kg

1.3. În timpul fierberii, evaporare (condens):

Q = m * r

r – căldura specifică de formare a gazelor și condensarea materiei în J/kg

2. Din partea producției de căldură, adică din partea sursei:

2.1. La arderea combustibilului:

Q = m * q

q – căldura specifică de ardere a combustibilului în J/kg

2.2. La transformarea energiei electrice în energie termică (legea Joule-Lenz):

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

t – timp în s

eu – valoarea curentă în A

U – tensiune r.m.s. în V

R – rezistența de sarcină în ohmi

Concluzionăm că cantitatea de căldură este direct proporțională cu masa substanței în timpul tuturor transformărilor de fază și, atunci când este încălzită, este în plus direct proporțională cu diferența de temperatură. Coeficienți de proporționalitate ( c , λ , r , q ) pentru fiecare substanță au propriile valori și sunt determinate empiric (preluate din cărți de referință).

Putere termala N în W este cantitatea de căldură transferată sistemului într-un anumit timp:

N=Q/t

Cu cât dorim să încălzim corpul mai repede la o anumită temperatură, cu atât puterea ar trebui să fie mai mare sursa de energie termică - totul este logic.

Sarcina aplicată calcul în Excel.

În viață, este adesea necesar să faceți un calcul estimativ rapid pentru a înțelege dacă are sens să continuați să studiați un subiect, să faceți un proiect și să faceți calcule detaliate, precise, care necesită multă muncă. Făcând un calcul în câteva minute, chiar și cu o precizie de ± 30%, puteți lua o decizie importantă de management care va fi de 100 de ori mai ieftină și de 1000 de ori mai rapidă și, ca urmare, de 100.000 de ori mai eficientă decât efectuarea unui calcul precis într-o săptămână, altfel și o lună, de un grup de specialiști scumpi...

Condițiile problemei:

In incinta magazinului de preparare metal laminat cu dimensiunile 24m x 15m x 7m importăm metal laminat dintr-un depozit stradal în cantitate de 3 tone. Metalul laminat are gheață cu o masă totală de 20 kg. Afară -37˚С. Ce cantitate de căldură este necesară pentru a încălzi metalul la + 18˚С; încălziți gheața, topiți-o și încălziți apa până la +18˚С; încălziți întregul volum de aer din cameră, presupunând că încălzirea a fost complet oprită înainte de asta? Ce putere ar trebui să aibă sistemul de încălzire dacă toate cele de mai sus trebuie finalizate în 1 oră? (Foarte rigid și greu conditii reale- în special în ceea ce privește aerul!)

Vom efectua calculul în programMS Excel sau în programOo Calc.

Pentru formatarea culorilor celulelor și fonturilor, consultați pagina „”.

Date inițiale:

1. Scriem numele substanțelor:

la celula D3: Oţel

la celula E3: Gheaţă

la celula F3: apa cu gheata

la celula G3: Apă

la celula G3: Aer

2. Introducem numele proceselor:

în celulele D4, E4, G4, G4: căldură

la celula F4: topire

3. Capacitatea termică specifică a substanțelor cîn J / (kg * K) scriem pentru oțel, gheață, apă și respectiv aer

la celula D5: 460

la celula E5: 2110

la celula G5: 4190

la celula H5: 1005

4. Căldura specifică de fuziune a gheții λ in J/kg intra

la celula F6: 330000

5. Masa de substante m in kg intram, respectiv, pentru otel si gheata

la celula D7: 3000

la celula E7: 20

Deoarece masa nu se schimbă atunci când gheața se transformă în apă,

în celulele F7 și G7: =E7 =20

Masa de aer se găsește prin înmulțirea volumului încăperii cu greutatea specifică

în celula H7: =24*15*7*1,23 =3100

6. Timp de procesare tîn câteva minute scriem o singură dată pentru oțel

la celula D8: 60

Valorile de timp pentru încălzirea gheții, topirea acesteia și încălzirea apei rezultate sunt calculate cu condiția ca toate aceste trei procese să se însumeze în același timp cu timpul alocat încălzirii metalului. Citim în consecință

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

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

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

Aerul ar trebui să se încălzească și el în același timp alocat, citim

în celula H8: =D8 =60,0

7. Temperatura inițială a tuturor substanțelor T1 în ˚C intrăm

la celula D9: -37

la celula E9: -37

la celula F9: 0

la celula G9: 0

la celula H9: -37

8. Temperatura finală a tuturor substanțelor T2 în ˚C intrăm

la celula D10: 18

la celula E10: 0

la celula F10: 0

la celula G10: 18

la celula H10: 18

Cred că nu ar trebui să existe întrebări la punctele 7 și 8.

Rezultatele calculului:

9. Cantitatea de căldură Qîn KJ necesar pentru fiecare dintre procesele pe care le calculăm

pentru încălzirea oțelului în celula D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900

pentru încălzirea gheții în celula E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561

pentru topirea gheții în celula F12: =F7*F6/1000 = 6600

pentru încălzirea apei în celula G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508

pentru încălzirea aerului în celula H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330

Se citește cantitatea totală de energie termică necesară pentru toate procesele

în celula îmbinată D13E13F13G13H13: =SUM(D12:H12) = 256900

În celulele D14, E14, F14, G14, H14 și celula combinată D15E15F15G15H15, cantitatea de căldură este dată într-o unitate de măsură arc - în Gcal (în gigacalorii).

10. Putere termala Nîn kW, necesar pentru fiecare dintre procese este calculat

pentru încălzirea oțelului în celula D16: =D12/(D8*60) =21,083

pentru încălzirea gheții în celula E16: =E12/(E8*60) = 2,686

pentru topirea gheții în celula F16: =F12/(F8*60) = 2,686

pentru încălzirea apei în celula G16: =G12/(G8*60) = 2,686

pentru încălzirea aerului în celula H16: =H12/(H8*60) = 47,592

Puterea termică totală necesară pentru a efectua toate procesele într-un timp t calculat

în celula îmbinată D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361

În celulele D18, E18, F18, G18, H18 și celula combinată D19E19F19G19H19, puterea termică este dată într-o unitate de măsură arc - în Gcal / h.

Acest lucru completează calculul în Excel.

Concluzii:

Rețineți că este nevoie de mai mult de două ori mai multă energie pentru a încălzi aerul decât pentru a încălzi aceeași masă de oțel.

La încălzirea apei, costurile cu energia sunt de două ori mai mari decât la încălzirea gheții. Procesul de topire consumă de multe ori mai multă energie decât procesul de încălzire (cu o mică diferență de temperatură).

Încălzirea apei consumă de zece ori mai multă energie termică decât încălzirea oțelului și de patru ori mai mult decât încălzirea aerului.

Pentru primind informații despre lansarea de noi articole si pentru descărcarea fișierelor programului de lucru Vă rog să vă abonați la anunțuri în fereastra situată la sfârșitul articolului sau în fereastra din partea de sus a paginii.

După introducerea adresei dvs E-mailși făcând clic pe butonul „Primește anunțuri de articole” NU UITA A CONFIRMA ABONAMENT făcând clic pe link într-o scrisoare care vă va veni imediat la e-mailul specificat (uneori - în dosar « Spam » )!

Ne-am amintit conceptele de „cantitate de căldură” și „putere termică”, considerate formulele fundamentale pentru transferul de căldură și am analizat un exemplu practic. Sper că limbajul meu a fost simplu, ușor de înțeles și interesant.

Aștept cu nerăbdare întrebări și comentarii la articol!

implor RESPECTAREA fișierul de descărcare a lucrării autorului DUPĂ ABONARE pentru anunţuri de articole.

- aparate utilizate pentru încălzirea aerului în sistemele de ventilație de alimentare, sistemele de aer condiționat, încălzirea aerului, precum și în instalațiile de uscare.

În funcție de tipul de lichid de răcire, încălzitoarele pot fi foc, apă, abur și electrice. .

Cele mai răspândite în prezent sunt încălzitoarele cu apă și abur, care sunt împărțite în tuburi netede și cu nervuri; acestea din urmă, la rândul lor, sunt împărțite în lamelare și spiralate.

Distingeți încălzitoarele cu o singură trecere și cele cu mai multe treceri. Într-o singură trecere, lichidul de răcire se deplasează prin tuburi într-o direcție, iar în mai multe treceri, își schimbă direcția de mișcare de mai multe ori datorită prezenței partițiilor în capacele colectorului (Fig. XII.1).

Încălzitoarele efectuează două modele: mediu (C) și mare (B).

Consumul de căldură pentru încălzirea aerului este determinat de formulele:

Unde Q"— consumul de căldură pentru încălzirea aerului, kJ/h (kcal/h); Q- la fel, W; 0,278 este factorul de conversie de la kJ/h la W; G- cantitatea masică de aer încălzit, kg/h, egală cu Lp [aici L- cantitatea volumetrică de aer încălzit, m 3/h; p este densitatea aerului (la o temperatură tK), kg / m 3]; Cu- capacitatea termică specifică a aerului, egală cu 1 kJ/(kg-K); t k - temperatura aerului după încălzitor, ° С; t n— temperatura aerului înainte de încălzitorul de aer, °C.

Pentru încălzitoarele din prima etapă de încălzire, temperatura tn este egală cu temperatura aerului exterior.

Se presupune că temperatura aerului exterior este egală cu temperatura de ventilație calculată (parametrii climatici din categoria A) atunci când se proiectează ventilația generală concepută pentru a combate excesul de umiditate, căldură și gaze, al căror MPC este mai mare de 100 mg / m3. La proiectarea ventilației generale destinate combaterii gazelor a căror MPC este mai mică de 100 mg/m3, precum și la proiectarea ventilației de alimentare pentru a compensa aerul eliminat prin evacuarea locală, hote de proces sau sisteme de transport pneumatic, se presupune că temperatura aerului exterior este egală. la temperatura exterioară calculată tn pentru proiectarea încălzirii (parametri climatici categoria B).

Într-o cameră fără surplus de căldură, trebuie furnizat aer cu o temperatură egală cu temperatura aerului interior tВ pentru această cameră. În prezența excesului de căldură, aerul de alimentare este furnizat din temperatura scazuta(la 5-8 ° C). Aerul de alimentare cu o temperatură sub 10°C nu este recomandat să fie furnizat în încăpere chiar și în prezența unor emisii semnificative de căldură din cauza posibilității de răceală. Excepția este utilizarea anemostatelor speciale.

Suprafața necesară pentru încălzirea încălzitoarelor Fк m2, este determinată de formula:

Unde Q— consumul de căldură pentru încălzirea aerului, W (kcal/h); LA- coeficientul de transfer termic al încălzitorului, W / (m 2 -K) [kcal / (h-m 2 - ° C)]; t cf.T. — temperatura medie lichid de răcire, 0 С; t r.v. este temperatura medie a aerului încălzit care trece prin încălzitor, °C, egală cu (t n + t c)/2.

Dacă lichidul de răcire este abur, atunci temperatura medie a lichidului de răcire tav.T. este egală cu temperatura de saturație la presiunea de vapori corespunzătoare.

Pentru temperatura apei tav.T. este definită ca media aritmetică a temperaturii apei calde și a apei de retur:

Factorul de siguranță 1.1-1.2 ia în considerare pierderea de căldură pentru răcirea aerului în conductele de aer.

Coeficientul de transfer de căldură al încălzitoarelor K depinde de tipul de lichid de răcire, viteza masei aerului vp prin încălzitor, dimensiunile geometrice și caracteristici de proiectareîncălzitoare, viteza de mișcare a apei prin tuburile încălzitorului.

Viteza masei este înțeleasă ca masa de aer, kg, care trece prin 1 m2 din secțiunea vie a încălzitorului de aer în 1 s. Viteza de masă vp, kg/(cm2), este determinată de formula

În funcție de zona secțiunii deschise fЖ și de suprafața de încălzire FK, sunt selectate modelul, marca și numărul de încălzitoare. După alegerea încălzitoarelor, viteza masei aerului este specificată în funcție de suprafața reală a secțiunii deschise a încălzitorului fD a acestui model:

unde A, A 1 , n, n 1 și T- coeficienți și exponenți, în funcție de proiectarea încălzitorului

Viteza de mișcare a apei în tuburile de încălzire ω, m/s, este determinată de formula:

unde Q" este consumul de căldură pentru încălzirea aerului, kJ/h (kcal/h); rw este densitatea apei, egală cu 1000 kg/m3, sv este capacitatea termică specifică a apei, egală cu 4,19 kJ/(kg -K); fTP - zonă deschisă pentru trecerea lichidului de răcire, m2, tg - temperatură apa fierbinteîn linia de alimentare, ° С; t 0 - temperatura apei de retur, 0С.

Transferul de căldură al încălzitoarelor este afectat de schema de legare a acestora cu conducte. Cu o schemă paralelă pentru conectarea conductelor, doar o parte a lichidului de răcire trece printr-un încălzitor separat, iar cu o schemă secvenţială, întregul flux de lichid de răcire trece prin fiecare încălzitor.

Rezistența încălzitoarelor la trecerea aerului p, Pa, este exprimată prin următoarea formulă:

unde B și z sunt coeficientul și exponentul, care depind de proiectarea încălzitorului.

Rezistența încălzitoarelor amplasate în serie este egală cu:

unde m este numărul de încălzitoare amplasate succesiv. Calculul se încheie cu o verificare a puterii de căldură (transferul de căldură) a încălzitoarelor conform formulei

unde QK - transferul de căldură al încălzitoarelor, W (kcal / h); QK - același, kJ/h, 3,6 - factor de conversie W în kJ/h FK - suprafața de încălzire a încălzitoarelor, m2, luată ca urmare a calculului încălzitoarelor de acest tip; K - coeficientul de transfer termic al încălzitoarelor, W/(m2-K) [kcal/(h-m2-°C)]; tav.v - temperatura medie a aerului încălzit care trece prin încălzitor, °C; tav. T este temperatura medie a lichidului de răcire, °С.

La selectarea încălzitoarelor, marja pentru suprafața estimată de încălzire este luată în intervalul 15 - 20%, pentru rezistența la trecerea aerului - 10% și pentru rezistența la mișcarea apei - 20%.

1

Agenția Internațională pentru Energie estimează că prioritatea reducerii emisiilor de carbon ale mașinilor este îmbunătățirea eficienței consumului de combustibil. Sarcina reducerii emisiilor de CO2 prin creșterea eficienței consumului de combustibil al vehiculelor este una dintre prioritățile comunității mondiale, având în vedere necesitatea utilizării raționale a surselor de energie neregenerabile. În acest scop, standardele internaționale sunt înăsprite în mod constant, limitând performanța de pornire și funcționare a motorului la temperaturi ambientale scăzute și chiar ridicate. Articolul tratează problema eficienței combustibilului a motoarelor cu ardere internă în funcție de temperatura, presiunea, umiditatea aerului ambiental. Sunt prezentate rezultatele unui studiu privind menținerea unei temperaturi constante în galeria de admisie a motorului cu ardere internă pentru a economisi combustibil și a determina puterea optimă a elementului de încălzire.

puterea elementului de încălzire

temperatura ambientala

încălzire cu aer

economie de combustibil

temperatura optimă a aerului în galeria de admisie

1. Motoare auto. V.M. Arkhangelsky [și alții]; resp. ed. DOMNIȘOARĂ. Hovah. M.: Mashinostroenie, 1977. 591 p.

2. Karnaukhov V.N., Karnaukhova I.V. Determinarea factorului de umplere în motorul cu ardere internă // Transport și transport-sisteme tehnologice, materiale ale Conferinței Științifice și Tehnice Internaționale, Tyumen, 16 aprilie 2014. Tyumen: Editura Universității de Stat din Tyumen, 2014.

3. Lenin I.M. Teoria motoarelor de automobile și de tractoare. M.: Şcoala superioară, 1976. 364 p.

4. Yutt V.E. Echipamente electrice ale autoturismelor. M: Editura Hot Line-Telecom, 2009. 440 p.

5. Yutt V.E., Ruzavin G.E. Sisteme electronice de control pentru motoarele cu ardere internă și metode de diagnosticare a acestora. M.: Editura Hot Line-Telecom, 2007. 104 p.

Introducere

Dezvoltarea tehnologiei electronice și a microprocesoarelor a dus la introducerea pe scară largă a acesteia în mașini. În special, la crearea de sisteme electronice pentru controlul automat al motorului, transmisiei, șasiului și echipament adițional. Utilizarea sistemelor electronice pentru controlul motorului (ECS) face posibilă reducerea consumului de combustibil și a toxicității gazelor de eșapament cu o creștere simultană a puterii motorului, creșterea accelerației și fiabilitatea pornirii la rece. ESU-urile moderne combină funcțiile de control al injecției de combustibil și funcționarea sistemului de aprindere. Pentru a implementa controlul programului în unitatea de control, se înregistrează dependența duratei injecției (cantitatea de combustibil furnizată) de sarcină și turația motorului. Dependența este dată sub forma unui tabel dezvoltat pe baza unor teste cuprinzătoare ale unui motor cu un model similar. Tabele similare sunt folosite pentru a determina unghiul de aprindere. Acest sistem de management al motorului este utilizat în întreaga lume, deoarece selectarea datelor din tabele gata făcute este un proces mai rapid decât efectuarea de calcule folosind un computer. Valorile obținute din tabele sunt corectate de computerele de bord ale vehiculelor în funcție de semnalele de la senzorii de poziție a accelerației, temperatura aerului, presiunea aerului și densitatea. Principala diferență a acestui sistem, utilizat la mașinile moderne, este absența unei conexiuni mecanice rigide între clapetei de accelerațieși pedala de accelerație care o controlează. În comparație cu sistemele tradiționale, ESU poate reduce consumul de combustibil pe diferite vehicule cu până la 20%.

Consumul redus de combustibil se realizează prin organizarea diferită a celor două moduri principale de funcționare a motorului cu ardere internă: modul de sarcină scăzută și modul de sarcină mare. În acest caz, motorul în primul mod funcționează cu un amestec eterogen, un exces mare de aer și injecție târzie de combustibil, datorită căruia se realizează separarea sarcinii dintr-un amestec de aer, combustibil și gaze de eșapament rămase, drept urmare merge pe un amestec slab. În modul de sarcină mare, motorul începe să lucreze pe un amestec omogen, ceea ce duce la o scădere a emisiilor de substanțe nocive din gazele de eșapament. Toxicitatea emisiilor de motoarele diesel ESA la pornire poate fi redusă prin diferite bujii incandescente. ESU primește informații despre temperatura aerului de admisie, presiune, consumul de combustibil și poziția arborelui cotit. Unitatea de control prelucrează informațiile de la senzori și, folosind hărți caracteristice, oferă valoarea unghiului de avans al alimentării cu combustibil. Pentru a ține cont de modificarea densității aerului de intrare atunci când temperatura acestuia se schimbă, senzorul de debit este echipat cu un termistor. Dar, ca urmare a fluctuațiilor de temperatură și presiune a aerului în galeria de admisie, în ciuda senzorilor de mai sus, există o schimbare instantanee a densității aerului și, ca urmare, o scădere sau o creștere a alimentării cu oxigen în camera de ardere.

Scopul, obiectivele și metoda de cercetare

Studiile au fost efectuate la Universitatea de Stat de Petrol și Gaze din Tyumen pentru a menține o temperatură constantă în galeria de admisie a motorului cu ardere internă KAMAZ-740, YaMZ-236 și D4FB (1.6 CRDi) de la Kia Sid, MZR2.3- L3T - Mazda CX7. în care fluctuațiile de temperatură masele de aer au fost luate în considerare de senzorii de temperatură. Asigurarea temperaturii normale (optime) a aerului în galeria de admisie trebuie efectuată în toate condițiile posibile de funcționare: pornirea unui motor rece, funcționarea la sarcini mici și mari, când funcționarea la temperaturi ambientale scăzute.

La motoarele moderne de mare viteză, valoarea totală a transferului de căldură se dovedește a fi nesemnificativă și se ridică la aproximativ 1% din cantitatea totală de căldură eliberată în timpul arderii combustibilului. O creștere a temperaturii de încălzire a aerului în galeria de admisie la 67 ˚С duce la o scădere a intensității transferului de căldură în motoare, adică o scădere a ΔТ și o creștere a factorului de umplere. ηv (Fig. 1)

unde ΔT este diferența de temperatură a aerului în galeria de admisie (˚K), Tp este temperatura de încălzire a aerului în galeria de admisie, Tv este temperatura aerului în galeria de admisie.

Orez. 1. Graficul efectului temperaturii de încălzire a aerului asupra factorului de umplere (pe exemplul motorului KAMAZ-740)

Cu toate acestea, încălzirea aerului peste 67 ˚С nu duce la o creștere a ηv datorită faptului că densitatea aerului scade. Datele experimentale obținute au arătat că aerul din interior motoare diesel fără presurizare în timpul funcționării sale are un interval de temperatură ΔТ=23÷36˚С. Testele au confirmat că pentru motoarele cu ardere internă care funcționează combustibil lichid, diferența de valoare a factorului de umplere ηv, calculată din condițiile în care încărcătura proaspătă este aer sau un amestec aer-combustibil, este nesemnificativă și este mai mică de 0,5%, prin urmare, pentru toate tipurile de motoare, ηv este determinată de aer.

Modificările de temperatură, presiune și umiditatea aerului afectează puterea oricărui motor și fluctuează în intervalul Ne=10÷15% (Ne este puterea efectivă a motorului).

Creșterea rezistenței aerodinamice a aerului în galeria de admisie este explicată de următorii parametri:

Densitate crescută a aerului.

Modificarea vâscozității aerului.

Natura aerului care intră în camera de ardere.

Numeroase studii au arătat că temperatura ridicată a aerului în galeria de admisie crește ușor consumul de combustibil. În același timp, temperatura scăzută crește consumul cu până la 15-20%, astfel încât studiile au fost efectuate la o temperatură a aerului exterior de -40 ˚С și încălzirea acestuia la +70 ˚С în galeria de admisie. Consumul optim de combustibil este temperatura aerului din galeria de admisie 15÷67 ˚С.

Rezultatele cercetării și analizele

În timpul testelor, puterea elementului de încălzire a fost determinată pentru a asigura menținerea unei anumite temperaturi în galeria de admisie a motorului cu ardere internă. În prima etapă se determină cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 kg aer la o temperatură și presiune constantă a aerului, pentru aceasta vom lua: 1. Temperatura aerului ambiant t1=-40˚C. 2. Temperatura în galeria de admisie t2=+70˚С.

Cantitatea de căldură necesară este găsită prin ecuația:

(2)

unde СР este capacitatea de căldură în masă a aerului la presiune constantă, determinată conform tabelului și pentru aer la o temperatură de la 0 la 200 ˚С.

Cantitatea de căldură pentru o masă mai mare de aer este determinată de formula:

unde n este volumul de aer în kg necesar pentru încălzire când motorul este pornit.

Când motorul cu ardere internă funcționează la o turație mai mare de 5000 rpm, consumul de aer al autoturismelor ajunge la 55-60 kg/h, iar al camioanelor - 100 kg/h. Apoi:

Puterea încălzitorului este determinată de formula:

unde Q este cantitatea de căldură consumată pentru încălzirea aerului în J, N este puterea elementului de încălzire în W, τ este timpul în sec.

Este necesar să se determine puterea elementului de încălzire pe secundă, astfel încât formula va lua forma:

N=1,7 kW - puterea elementului de încălzire pentru autoturisme și la un debit de aer mai mare de 100 kg/h pentru camioane - N=3,1 kW.

(5)

unde Ttr este temperatura în conducta de admisie, Ptr este presiunea în Pa în conducta de admisie, Т0 - , ρ0 este densitatea aerului, Rv este constanta universală de gaz a aerului.

Înlocuind formula (5) în formula (2), obținem:

(6)

(7)

Puterea încălzitorului pe secundă este determinată de formula (4) luând în considerare formula (5):

(8)

Rezultatele calculării cantității de căldură necesare pentru încălzirea aerului cu o masă de 1 kg cu un consum mediu de aer pentru mașini mai mare de V = 55 kg / h și pentru camioane - mai mult de V = 100 kg / h sunt prezentate în tabel. 1.

tabelul 1

Tabel pentru determinarea cantității de căldură pentru încălzirea aerului din galeria de admisie în funcție de temperatura aerului exterior

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

Pe baza datelor din tabelul 1, a fost construit un grafic (Fig. 2) pentru cantitatea de căldură Q pe secundă cheltuită pentru încălzirea aerului până la temperatura optima. Graficul arată că cu cât temperatura aerului este mai mare, cu atât este nevoie de mai puțină căldură pentru a menține temperatura optimă în galeria de admisie, indiferent de volumul de aer.

Orez. 2. Cantitatea de căldură Q pe secundă cheltuită pentru încălzirea aerului la temperatura optimă

masa 2

Calculul timpului de încălzire pentru diferite volume de aer

	Q1, kJ/s		Q2, kJ/s

Timpul este determinat de formula τsec=Q/N la temperatura exterioară >-40˚С, Q1 la debitul de aer V>55 kg/h și Q2-V>100 kg/h

În plus, conform tabelului 2, un grafic al timpului de încălzire a aerului la +70 ˚С în colectorul ICE este reprezentat la o putere diferită a încălzitorului. Graficul arată că, indiferent de timpul de încălzire, atunci când puterea încălzitorului este crescută, timpul de încălzire pentru diferite volume de aer este egalizat.

Orez. 3. Timpul de încălzire a aerului până la +70 ˚С.

Concluzie

Pe baza calculelor și experimentelor, s-a stabilit că cea mai economică este utilizarea încălzitoarelor de putere variabilă pentru a menține o anumită temperatură în galeria de admisie pentru a obține economii de combustibil de până la 25-30%.

Recenzorii:

Reznik L.G., doctor în științe tehnice, profesor al Departamentului „Operarea transportului rutier” FGBO UVPO „Universitatea de stat de petrol și gaze din Tyumen”, Tyumen.

Merdanov Sh.M., doctor în științe tehnice, profesor, șef al Departamentului „Transport și sisteme tehnologice” FGBO UVPO „Universitatea de stat de petrol și gaze din Tyumen”, Tyumen.

Zakharov N.S., doctor în științe tehnice, profesor, membru actual Academia Rusă transport, șef al departamentului „Serviciul de mașini și mașini tehnologice” FGBO UVPO „Universitatea de Stat de Petrol și Gaze din Tyumen”, Tyumen.

Link bibliografic

Karnaukhov V.N. OPTIMIZAREA PUTERII ELEMENTULUI DE ÎNCĂLZIRE PENTRU MENȚINEREA TEMPERATURII OPTIME A AERULUI ÎN COLECTORUL DE ADMISIE A GHEAZĂ // Probleme contemporaneștiință și educație. - 2014. - Nr. 3.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=13575 (data accesului: 01.02.2020). Vă aducem la cunoștință revistele publicate de editura „Academia de Istorie Naturală”

Modificarea recirculării gazelor arse . Recircularea gazului este utilizată pe scară largă pentru a extinde gama de control al temperaturii aburului supraîncălzit și permite menținerea temperaturii aburului supraîncălzit chiar și la sarcini mici ale unității cazanului. Recent, recircularea gazelor de ardere câștigă popularitate și ca metodă de reducere a formării de NO x. De asemenea, este utilizat pentru recircularea gazelor de ardere în fluxul de aer înaintea arzătoarelor, ceea ce este mai eficient în ceea ce privește suprimarea formării de NO x .

Introducerea gazelor recirculate relativ reci în partea inferioară a cuptorului duce la o scădere a absorbției de căldură a suprafețelor de încălzire radiantă și la creșterea temperaturii gazului la ieșirea cuptorului și în conductele convective de gaz, inclusiv gazele de ardere. temperatura. O creștere a debitului total de gaze de ardere în secțiunea traseului gazului înainte de selectarea gazelor pentru recirculare contribuie la creșterea coeficienților de transfer de căldură și a absorbției de căldură a suprafețelor de încălzire convectivă.

Orez. 2.29. Modificări ale temperaturii aburului (curba 1), ale temperaturii aerului cald (curba 2) și ale pierderilor de gaze arse (curba 3) în funcție de ponderea recirculării gazelor arse r.

Pe fig. 2.29 prezintă caracteristicile unității de cazan TP-230-2 cu o modificare a proporției de recirculare a gazului în partea inferioară a cuptorului. Iată ponderea reciclării

unde V rc este volumul de gaze scoase pentru recirculare; V r - volumul de gaze în punctul de selecție pentru recirculare fără a lua în considerare V rc. După cum se poate observa, o creștere a cotei de recirculare cu fiecare 10% duce la o creștere a temperaturii gazelor arse cu 3–4°C, Vr - cu 0,2%, temperatura aburului - cu 15 ° C, iar natura dependenței este aproape liniară. Aceste rapoarte nu sunt clare pentru toate unitățile cazanelor. Valoarea acestora depinde de temperatura gazelor recirculate (locul de admisie a gazului) si de modul de introducere a acestora. Evacuarea gazelor recirculate în partea superioară a cuptorului nu afectează funcționarea cuptorului, dar duce la o scădere semnificativă a temperaturii gazelor în zona supraîncălzitorului și, ca urmare, la o scădere. în temperatura aburului supraîncălzit, deși volumul produselor de ardere crește. Evacuarea gazelor în partea superioară a cuptorului poate fi utilizată pentru a proteja supraîncălzitorul de impact. temperatura ridicata gaze și reduc zgura de supraîncălzire.

Desigur, utilizarea recirculării gazelor duce la o scădere nu numai a eficienței. brut, dar și eficiență net de centrala termica, deoarece determina o crestere a consumului de energie electrica pentru nevoi proprii.

Orez. 2.30. Dependența pierderilor de căldură cu subardere mecanică de temperatura aerului cald.

Schimbarea temperaturii aerului cald. Modificarea temperaturii aerului cald este rezultatul unei modificări a modului de funcționare al încălzitorului de aer datorită influenței unor factori precum modificări ale diferenței de temperatură, coeficient de transfer termic, debit de gaz sau aer. Creșterea temperaturii aerului cald crește, deși ușor, nivelul degajării de căldură în cuptor. Temperatura aerului cald are un efect semnificativ asupra caracteristicilor cazanelor care funcționează cu combustibil cu o putere volatilă scăzută. O scădere a ^ r.v în acest caz înrăutățește condițiile de aprindere a combustibilului, modul de uscare și măcinare a combustibilului, duce la o scădere a temperaturii amestecului de aer la intrarea în arzătoare, ceea ce poate provoca o creștere a pierderilor. cu subardere mecanică (vezi Fig. 2.30).

. Modificarea temperaturii de preîncălzire a aerului. Preîncălzirea aerului în fața încălzitorului de aer este utilizată pentru a crește temperatura peretelui suprafețelor sale de încălzire pentru a reduce efectul coroziv al gazelor de ardere asupra acestora, în special la arderea combustibililor cu conținut ridicat de sulf. Potrivit PTE, atunci când ardeți păcură sulfuroasă, temperatura aerului în fața încălzitoarelor tubulare de aer nu trebuie să fie mai mică de 110 ° C, iar în fața celor regenerative - nu mai mică de 70 ° C.

Preîncălzirea aerului poate fi efectuată prin recirculare a aerului cald la admisia ventilatoarelor de explozie, cu toate acestea, în acest caz, eficiența unității cazanului scade din cauza creșterii consumului de energie electrică pentru explozie și a creșterii temperaturii de gazele de ardere. Prin urmare, este recomandabil să încălziți aerul peste 50°C în încălzitoarele care funcționează cu abur selectiv sau apă caldă.

Preîncălzirea aerului presupune o scădere a absorbției de căldură a încălzitorului de aer datorită scăderii diferenței de temperatură, a temperaturii gazelor de ardere și a creșterii pierderilor de căldură. Preîncălzirea aerului necesită, de asemenea, costuri suplimentare de energie pentru alimentarea cu aer a încălzitorului de aer. În funcție de nivelul și metoda de preîncălzire a aerului, pentru fiecare 10° C de preîncălzire a aerului, eficiența modificări brute cu aproximativ 0,15-0,25%, iar temperatura gazelor de ardere - cu 3-4,5 ° C.

Deoarece ponderea căldurii luate pentru preîncălzirea aerului în raport cu puterea termică a unităților cazanului este destul de mare (2-3,5%), alegerea schemei optime de încălzire a aerului a avut mare importanță.

Aer rece

Orez. 2.31. Schema de încălzire a aerului în două trepte în încălzitoare cu apă de rețea și abur selectiv:

1 - încălzitoare de rețea; 2 - prima etapă de încălzire a aerului cu apă de rețea a sistemului de încălzire; 3 - a doua etapă de încălzire a aerului pzrom; 4 - pompa pentru alimentarea cu apa din reteaua de retur a radiatoarelor; 5 - apa de retea pentru incalzirea aerului (schema pt perioada de vara); 6 - apa de retea pentru incalzirea aerului (schema pentru perioada de iarna).