تحقیقات انجام شده در اواخر دهه 1940-1950 امکان توسعه تعدادی راه حل آیرودینامیکی و فناوری را فراهم کرد که شکستن ایمن دیوار صوتی را حتی توسط هواپیماهای تولیدی تضمین می کند. سپس به نظر می رسید که فتح دیوار صوتی امکانات نامحدودی برای افزایش بیشتر سرعت پرواز ایجاد می کند. تنها در چند سال حدود 30 نوع هواپیمای مافوق صوت به پرواز درآمد که تعداد قابل توجهی از آنها به تولید انبوه رسید.
تنوع راه حل های مورد استفاده منجر به این واقعیت شد که بسیاری از مشکلات مربوط به پرواز با سرعت های مافوق صوت بالا به طور جامع مورد مطالعه و حل قرار گرفت. با این حال، مشکلات جدید، بسیار پیچیده تر از دیوار صوتی مواجه شد. آنها در اثر گرم شدن سازه ایجاد می شوند هواپیماهنگام پرواز با سرعت بالا در لایه های متراکم جو. این مانع جدید زمانی سد حرارتی نامیده می شد. بر خلاف دیوار صوتی، مانع جدید را نمی توان ثابت و مشابه سرعت صوت توصیف کرد، زیرا هم به پارامترهای پرواز (سرعت و ارتفاع) و هم به طراحی بدنه هواپیما (راه حل های طراحی و مواد مورد استفاده) و هم به هواپیما بستگی دارد. تجهیزات (تهویه مطبوع، سیستم های خنک کننده، و غیره). P.). بنابراین، مفهوم "موانع حرارتی" نه تنها شامل مشکل گرمایش خطرناک سازه، بلکه مواردی مانند انتقال حرارت، خواص مقاومتی مواد، اصول طراحی، تهویه مطبوع و غیره است.
گرمایش هواپیما در حین پرواز عمدتاً به دو دلیل رخ می دهد: ترمز آیرودینامیکی جریان هوا و تولید گرما از سیستم رانش. هر دوی این پدیده ها فرآیند برهمکنش بین محیط (هوا، گازهای خروجی) و جریان را تشکیل می دهند. بدن جامد(هواپیما، موتور). پدیده دوم برای همه هواپیماها معمول است و با افزایش دمای عناصر ساختاری موتور همراه است که گرما را از هوای فشرده در کمپرسور و همچنین از محصولات احتراق در محفظه و لوله اگزوز دریافت می کنند. هنگام پرواز با سرعت بالا، گرمایش داخلی هواپیما نیز از هوای کند شده در کانال هوای جلوی کمپرسور رخ می دهد. هنگام پرواز با سرعت کم، هوای عبوری از موتور دارای دمای نسبتاً پایینی است که در نتیجه گرمایش خطرناک عناصر ساختاری بدنه هواپیما رخ نمی دهد. در سرعت های پرواز بالا، محدود کردن گرمایش ساختار بدنه هوا از عناصر داغ موتور از طریق خنک کردن اضافی با هوای با دمای پایین تضمین می شود. به طور معمول، هوا از ورودی هوا با استفاده از یک راهنمای لایه مرزی و همچنین هوای گرفته شده از جو با استفاده از ورودی های اضافی واقع در سطح ناسل موتور خارج می شود. در موتورهای دو مداره از هوای مدار خارجی (سرد) نیز برای خنک سازی استفاده می شود.
بنابراین، سطح مانع حرارتی برای هواپیماهای مافوق صوت با گرمایش آیرودینامیکی خارجی تعیین می شود. شدت گرم شدن سطحی که در اطراف جریان دارد به سرعت پرواز بستگی دارد. در سرعت های پایین این گرمایش آنقدر کم است که می توان از افزایش دما چشم پوشی کرد. در سرعت های بالا، جریان هوا دارای انرژی جنبشی بالایی است و بنابراین افزایش دما می تواند قابل توجه باشد. این امر در مورد دمای داخل هواپیما نیز صدق می کند، زیرا جریان با سرعت بالا که در ورودی هوا کند شده و در کمپرسور موتور فشرده می شود، چنان دمای بالایی به دست می آورد که قادر به حذف گرما از قسمت های داغ موتور نیست.
افزایش دمای پوسته هواپیما در نتیجه گرمایش آیرودینامیکی ناشی از ویسکوزیته هوای جاری در اطراف هواپیما و همچنین فشرده شدن آن بر روی سطوح جلویی است. به دلیل از دست دادن سرعت توسط ذرات هوا در لایه مرزی در نتیجه اصطکاک ویسکوز، دمای کل سطح پرواز هواپیما افزایش می یابد. در نتیجه فشرده سازی هوا، دما فقط به صورت موضعی افزایش می یابد (عمدتاً دماغه بدنه، شیشه جلوی کابین و به ویژه لبه های جلویی بال و خروجی تحت تأثیر این قرار می گیرند) اما بیشتر اوقات به آن می رسد. مقادیری که برای سازه ناامن هستند. در این حالت در برخی نقاط برخورد تقریبا مستقیم جریان هوا با سطح و ترمز دینامیکی کامل وجود دارد. مطابق با اصل بقای انرژی، تمام انرژی جنبشی جریان به انرژی گرما و فشار تبدیل می شود. افزایش دمای مربوطه با مجذور سرعت جریان قبل از ترمز (یا بدون در نظر گرفتن باد، مربع سرعت هواپیما) نسبت مستقیم و با ارتفاع پرواز نسبت معکوس دارد.
از نظر تئوری، اگر جریان ثابت باشد، هوا آرام و بدون ابر است و انتقال حرارت توسط تابش وجود ندارد، گرما به ساختار نفوذ نمی کند و دمای پوست نزدیک به دمای به اصطلاح راکد آدیاباتیک است. وابستگی آن به عدد ماخ (سرعت و ارتفاع پرواز) در جدول آورده شده است. 4.
در شرایط واقعی، افزایش دمای پوسته هواپیما از گرمایش آیرودینامیکی، یعنی تفاوت بین دمای رکود و دمای محیط، به دلیل تبادل حرارت با محیط (از طریق تشعشع)، عناصر ساختاری مجاور و غیره تا حدودی کمتر است. علاوه بر این، کاهش کامل جریان فقط در نقاط به اصطلاح بحرانی واقع در قسمت های بیرون زده هواپیما اتفاق می افتد و جریان گرما به پوست نیز به ماهیت لایه مرزی هوا بستگی دارد (شدت بیشتری برای یک لایه مرزی متلاطم). کاهش قابل توجه دما نیز هنگام پرواز در میان ابرها اتفاق می افتد، به ویژه زمانی که آنها حاوی قطرات آب فوق خنک و کریستال های یخ هستند. برای چنین شرایط پروازی، فرض بر این است که کاهش دمای پوست در نقطه بحرانی در مقایسه با دمای سکون نظری می تواند حتی به 20-40٪ برسد.
جدول 4. وابستگی دمای پوست به عدد ماخ
با این وجود، گرمایش کلی یک هواپیما در حال پرواز با سرعت های مافوق صوت (به ویژه در ارتفاع پایین) گاهی آنقدر زیاد است که افزایش دمای اجزای بدنه هواپیما و تجهیزات منجر به نابودی آنها یا حداقل منجر به تخریب آنها می شود. نیاز به تغییر حالت پرواز به عنوان مثال، در طی مطالعات هواپیمای XB-70A در پرواز در ارتفاع بیش از 21000 متر با سرعت M = 3، دمای لبه های ورودی ورودی هوا و لبه های جلویی بال 580-605 کلوین بود. و بقیه پوست 470-500 کلوین بود. پیامدهای افزایش دمای عناصر ساختاری هواپیما اگر این واقعیت را در نظر بگیریم که قبلاً در دمای حدود 370 کلوین، شیشه آلی، چنین مقادیر زیادی را می توان کاملاً درک کرد که به طور گسترده برای لعاب کابین استفاده می شود، نرم می شود، سوخت می جوشد و چسب معمولی استحکام خود را از دست می دهد. در دمای 400 کلوین، استحکام دورالومین به میزان قابل توجهی کاهش می یابد، در دمای 500 کلوین، تجزیه شیمیایی سیال عامل در سیستم هیدرولیک و تخریب آب بندی ها رخ می دهد، در دمای 800 کلوین، آلیاژهای تیتانیوم خواص مکانیکی لازم را از دست می دهند، در دمای بالاتر از 900 کلوین، آلومینیوم و منیزیم ذوب می شوند و فولاد نرم می شود. افزایش دما همچنین منجر به تخریب پوشش‌ها می‌شود که از آندایزینگ و آبکاری کروم تا 570 کلوین، آبکاری نیکل تا 650 کلوین و آبکاری نقره تا 720 کلوین می‌توان استفاده کرد.
پس از ظهور این مانع جدید برای افزایش سرعت پرواز، تحقیقات برای از بین بردن یا کاهش پیامدهای آن آغاز شد. روش های محافظت از هواپیما در برابر اثرات گرمایش آیرودینامیکی توسط عواملی تعیین می شود که از افزایش دما جلوگیری می کند. علاوه بر ارتفاع پرواز و شرایط جوی، درجه گرمایش هواپیما به طور قابل توجهی تحت تأثیر موارد زیر است:
- ضریب هدایت حرارتی مواد روکش؛
- اندازه سطح (به ویژه سطح جلویی) هواپیما. -وقت پرواز.
بنابراین ساده ترین راه برای کاهش گرمایش سازه افزایش ارتفاع پرواز و محدود کردن مدت زمان آن به حداقل است. این روش ها در اولین هواپیمای مافوق صوت (به ویژه آزمایشی) مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به رسانایی حرارتی و ظرفیت گرمایی نسبتاً بالا مواد مورد استفاده برای ساخت عناصر تحت تنش حرارتی سازه هواپیما، از لحظه ای که هواپیما به سرعت بالا می رسد تا لحظه ای که عناصر ساختاری جداگانه گرم می شوند تا دمای محاسبه شده بحرانی می رسد. نکته، معمولاً زمان زیادی طول می کشد. زمان بزرگ. در پروازهای چند دقیقه ای (حتی در پروازهای کم ارتفاعات بالا، دمای مخرب به دست نمی آید. پرواز در ارتفاعات بالا در شرایط دمای پایین (حدود 250 کلوین) و چگالی هوا کم انجام می شود. در نتیجه، مقدار حرارتی که از جریان به سطوح هواپیما ساطع می‌شود، کم است و تبادل حرارتی طولانی‌تر طول می‌کشد که به طور قابل توجهی از شدت مشکل کاسته می‌شود. نتیجه مشابهی با محدود کردن سرعت هواپیما در ارتفاعات پایین به دست می آید. به عنوان مثال، هنگام پرواز بر روی زمین با سرعت 1600 کیلومتر در ساعت، قدرت دورالومین تنها 2٪ کاهش می یابد و افزایش سرعت به 2400 کیلومتر در ساعت منجر به کاهش قدرت آن تا 75٪ در مقایسه می شود. به ارزش اصلی
برنج. 1.14. توزیع دما در مجرای هوا و موتور هواپیمای کنکورد در حین پرواز با M = 2.2 (a) و توزیع دمای پوسته هواپیما XB-70A در طول پرواز با سرعت ثابت 3200 کیلومتر در ساعت (b).
با این حال، نیاز به اطمینان از شرایط عملیاتی ایمن در سراسر محدوده سرعت و ارتفاع پرواز مورد استفاده، طراحان را مجبور می‌کند به دنبال ابزارهای فنی مناسب باشند. از آنجایی که گرمایش عناصر سازه ای هواپیما باعث کاهش خواص مکانیکی مواد، بروز تنش های حرارتی در سازه و همچنین بدتر شدن شرایط کار برای خدمه و تجهیزات می شود، چنین ابزارهای فنی مورد استفاده در عمل موجود را می توان به سه دسته تقسیم کرد. گروه ها. آنها بر این اساس شامل استفاده از 1) مواد مقاوم در برابر حرارت، 2) راه حل های طراحی که عایق حرارتی لازم و تغییر شکل مجاز قطعات را فراهم می کنند، و همچنین 3) سیستم های خنک کننده برای عرشه پرواز و محفظه تجهیزات.
در هواپیماهای با حداکثر سرعت M = 2.0-1-2.2، آلیاژهای آلومینیوم (دورالومین) به طور گسترده ای استفاده می شود که با استحکام نسبتاً بالا، چگالی کم و حفظ خواص استحکام با افزایش جزئی دما مشخص می شود. ورق‌های دورال معمولاً با آلیاژهای فولادی یا تیتانیوم تکمیل می‌شوند که از آن قسمت‌هایی از بدنه هواپیما که بیشترین بارهای مکانیکی یا حرارتی را تحمل می‌کنند ساخته می‌شوند. آلیاژهای تیتانیوم در نیمه اول دهه 50 کاربرد پیدا کردند، در ابتدا در مقیاس بسیار کوچک (اکنون قطعات ساخته شده از آنها می توانند تا 30٪ وزن بدنه هواپیما را تشکیل دهند). در هواپیماهای آزمایشی با M ~ 3، استفاده از آلیاژهای فولادی مقاوم در برابر حرارت به عنوان ماده اصلی ساختاری ضروری است. چنین فولادهایی خواص مکانیکی خوبی را در دماهای بالا که مشخصه پرواز با سرعت های مافوق صوت است حفظ می کنند، اما معایب آنها هزینه بالا و چگالی بالا است. این کاستی ها به نوعی توسعه هواپیماهای پرسرعت را محدود می کند، بنابراین تحقیقات روی مواد دیگر نیز در حال انجام است.
در دهه 70، اولین آزمایش ها با استفاده از بریلیم در ساخت هواپیما و همچنین مواد کامپوزیت بر اساس الیاف بور یا کربن انجام شد. این مواد هنوز گران هستند، اما در عین حال با چگالی کم، استحکام و استحکام بالا و همچنین مقاومت در برابر حرارت قابل توجهی مشخص می شوند. نمونه هایی از کاربردهای خاص این مواد در ساخت بدنه هواپیما در توضیحات هواپیماهای جداگانه آورده شده است.
عامل دیگری که به طور قابل توجهی بر عملکرد سازه هواپیمای گرم شده تأثیر می گذارد، تأثیر به اصطلاح تنش های حرارتی است. آنها در نتیجه اختلاف دما بین سطوح خارجی و داخلی عناصر و به ویژه بین پوسته و عناصر ساختاری داخلی هواپیما به وجود می آیند. گرمایش سطح بدنه هواپیما منجر به تغییر شکل عناصر آن می شود. به عنوان مثال، تاب برداشتن پوست بال ممکن است رخ دهد، که منجر به تغییر در ویژگی های آیرودینامیکی می شود. بنابراین، بسیاری از هواپیماها از پوسته چند لایه لحیم شده (گاهی با چسب) استفاده می کنند که با استحکام بالا و خواص عایق خوب مشخص می شود یا از عناصر ساختاری داخلی با اتصالات انبساط مناسب استفاده می شود (مثلاً در هواپیمای F-105 دیوارهای اسپار ساخته شده است. از ورق موجدار). همچنین آزمایشات شناخته شده ای در خنک کردن بال با استفاده از سوخت (مثلاً در هواپیمای X-15) وجود دارد که در مسیر از مخزن تا نازل های محفظه احتراق در زیر پوست جریان دارد. با این حال، در دماهای بالا، سوخت معمولاً تحت کک شدن قرار می‌گیرد، بنابراین چنین آزمایش‌هایی را می‌توان ناموفق دانست.
روش های مختلفی در حال حاضر در حال مطالعه است، از جمله استفاده از یک لایه عایق از مواد نسوز به وسیله اسپری پلاسما. روش های دیگری که امیدوارکننده تلقی می شوند کاربرد پیدا نکرده اند. از جمله، پیشنهاد شد از یک "لایه محافظ" ایجاد شده با دمیدن گاز بر روی پوست، خنک سازی "عرق" با تامین مایعی با دمای تبخیر بالا به سطح از طریق پوست متخلخل، و خنک سازی ایجاد شده از ذوب و حمل استفاده شود. بخشی از پوست (مواد فرسایشی).
یک وظیفه نسبتاً خاص و در عین حال بسیار مهم حفظ دمای مناسب در کابین خلبان و محفظه تجهیزات (به ویژه الکترونیک) و همچنین دمای سوخت و سیستم های هیدرولیک است. در حال حاضر این مشکل با استفاده از سیستم های تهویه مطبوع، تبرید و برودت با کارایی بالا، عایق حرارتی موثر، استفاده از سیالات هیدرولیک با دمای تبخیر بالا و ... در حال حل شدن است.
مشکلات مربوط به سد حرارتی باید به طور جامع مورد توجه قرار گیرد. هر گونه پیشرفت در این زمینه، مانع این نوع هواپیماها را به سمت سرعت های بالاتر پرواز حرکت می دهد، بدون این که آن را استثناء کند. با این حال، میل به سرعت بیشتر منجر به ایجاد حتی بیشتر می شود ساختارهای پیچیدهو تجهیزاتی که نیاز به استفاده از مواد با کیفیت بالاتر دارند. این به طور قابل توجهی بر وزن، قیمت خرید و هزینه های بهره برداری و نگهداری هواپیما تأثیر می گذارد.
از مواردی که در جدول آورده شده است. 2 داده های هواپیماهای جنگنده نشان می دهد که در بیشتر موارد حداکثر سرعت 2200-2600 کیلومتر در ساعت منطقی در نظر گرفته شده است. فقط در برخی موارد اعتقاد بر این است که سرعت یک هواپیما باید از M~ 3 تجاوز کند. هواپیماهایی که قادر به رسیدن به چنین سرعتی هستند شامل هواپیماهای آزمایشی X-2، XB-70A و T. 188، شناسایی SR-71 و همچنین E- هستند. 266 هواپیما.
1* تبرید عبارت است از انتقال اجباری گرما از یک منبع سرد به یک محیط با دمای بالا در حالی که به طور مصنوعی جهت طبیعی حرکت گرما را خنثی می کند (از یک جسم گرم به یک جسم سرد هنگامی که فرآیند خنک سازی انجام می شود). ساده ترین یخچال، یخچال خانگی است.
- دستگاه های مورد استفاده برای گرم کردن 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 .
رایج ترین آنها در حال حاضر بخاری های آب و بخار هستند که به دو دسته لوله صاف و پره ای تقسیم می شوند. دومی به نوبه خود به لایه ای و مارپیچی تقسیم می شود.
بخاری های تک پاس و چند پاس وجود دارد. در موارد تک گذری، خنک کننده از طریق لوله ها در یک جهت حرکت می کند و در موارد چند گذری به دلیل وجود پارتیشن در پوشش های کلکتور، جهت حرکت را چندین بار تغییر می دهد (شکل XII.1).
بخاری ها در دو مدل متوسط (C) و بزرگ (B) عرضه می شوند.
مصرف گرما برای گرم کردن هوا با فرمول های زیر تعیین می شود:
 |
جایی که س"- مصرف گرما برای گرم کردن هوا، کیلوژول در ساعت (کیلو کالری در ساعت)؛ س- همان، W; 0.278 - ضریب تبدیل kJ/h به W. جی- مقدار جرم هوای گرم شده، کیلوگرم در ساعت، برابر Lp [اینجا L- مقدار حجمی هوای گرم، متر 3 در ساعت؛ p - چگالی هوا (در دما t K) kg/m 3 ]; با— گرمای ویژههوا، برابر با 1 کیلوژول / (کیلوگرم-K)؛ tk دمای هوا بعد از بخاری هوا، درجه سانتی گراد است. t n- دمای هوا قبل از بخاری، درجه سانتیگراد.
برای بخاری های هوای مرحله اول گرمایش، دمای tn برابر با دمای هوای بیرون است.
دمای هوای بیرون برابر با دمای تهویه محاسبه شده (پارامترهای آب و هوایی دسته A) در هنگام طراحی تهویه عمومی طراحی شده برای مقابله با رطوبت، گرما و گازهای اضافی که حداکثر غلظت مجاز آن بیش از 100 میلی گرم بر متر مکعب است، در نظر گرفته می شود. هنگام طراحی تهویه عمومی برای مقابله با گازهایی که حداکثر غلظت مجاز آنها کمتر از 100 میلی گرم بر متر مکعب است، و همچنین هنگام طراحی تهویه تغذیه برای جبران هوای خارج شده از طریق مکش موضعی، هودهای فرآیند یا سیستم های حمل و نقل پنوماتیک، دمای هوای بیرون در نظر گرفته می شود. برابر طرح باشد دمای بیرون tн برای طراحی گرمایش (پارامترهای آب و هوایی دسته B).
در یک اتاق بدون گرمای اضافی، هوای تغذیه باید با دمایی برابر با دمای هوای داخلی در یک اتاق معین تامین شود. اگر گرمای بیش از حد وجود داشته باشد، هوای تغذیه با دمای کاهش یافته (5-8 درجه سانتیگراد) تامین می شود. هوای تامین شده با دمای کمتر از 10 درجه سانتی گراد حتی در صورت وجود گرمای قابل توجه به دلیل احتمال سرماخوردگی. استثنا استفاده از انموستات های مخصوص است.
مساحت سطح گرمایش مورد نیاز بخاری های هوا Fk m2 با فرمول تعیین می شود:
جایی که س- مصرف گرما برای گرم کردن هوا، W (کیلو کالری در ساعت)؛ به- ضریب انتقال حرارت بخاری، W/(m2 -K) [kcal/(h-m2 -°C)]؛ t میانگین.T.- دمای متوسط مایع خنک کننده، 0 درجه سانتیگراد؛ t av. - میانگین دمای هوای گرم عبوری از بخاری، درجه سانتی گراد، برابر است (t n + t k)/2.
اگر مایع خنک کننده بخار است، میانگین دمای مایع خنک کننده tav.T. برابر با دمای اشباع در فشار بخار مربوطه.
برای دمای آب tav.T. به عنوان میانگین حسابی دمای آب گرم و برگشتی تعریف می شود:
ضریب ایمنی 1.1-1.2 اتلاف حرارت را برای خنک کننده هوا در مجاری هوا در نظر می گیرد.
ضریب انتقال حرارت K بخاری های هوا به نوع مایع خنک کننده، سرعت جرم حرکت هوا vp از طریق بخاری هوا، ابعاد هندسی و ویژگی های طراحی بخاری های هوا و سرعت حرکت آب از طریق لوله های بخاری بستگی دارد.
منظور از سرعت جرمی جرم هوا، کیلوگرم است که در 1 ثانیه از 1 متر مربع از سطح مقطع باز بخاری عبور می کند. سرعت جرم vp، kg/(cm2)، با فرمول تعیین می شود
مدل، برند و تعداد بخاری های هوا بر اساس سطح مقطع باز fL و سطح گرمایش FK انتخاب می شوند. پس از انتخاب بخاری ها، سرعت جرم حرکت هوا بر اساس سطح مقطع باز واقعی بخاری fD یک 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" گرمای مصرفی برای گرم کردن هوا است، kJ/h (kcal/h)؛ pv چگالی آب برابر با 1000 کیلوگرم بر متر مکعب است، sv ظرفیت گرمایی ویژه آب برابر با 4.19 kJ/(kg-) است. K)؛ fTP - سطح مقطع باز برای عبور مایع خنک کننده، m2، tg - دما آب گرمدر خط عرضه، درجه سانتیگراد؛ t 0 - دمای آب برگشتی، 0С.
انتقال حرارت بخاری ها تحت تأثیر طرح لوله کشی قرار می گیرد. با طرح اتصال خط لوله موازی، 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 بخاری های متوالی:
که m تعداد بخاری های قرار گرفته به صورت سری است. محاسبه با بررسی عملکرد حرارتی (انتقال گرما) بخاری های هوا با استفاده از فرمول به پایان می رسد
که در آن QK انتقال حرارت بخاری ها، W (kcal/h) است. QK - همان، kJ/h، 3.6 - ضریب تبدیل W به kJ/h FK - مساحت سطح گرمایش بخاری ها، m2، که در نتیجه محاسبه بخاری های این نوع اتخاذ شده است. K - ضریب انتقال حرارت بخاری های هوا، 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.
هنگام انتخاب بخاری های هوا، حاشیه برای مساحت سطح گرمایش محاسبه 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.
2005-08-16در تعدادی از موارد، می توان با تأمین گرمایش مستقل محل با هوای گرم بر اساس استفاده از ژنراتورهای حرارتی که بر روی گاز یا گاز کار می کنند، هزینه های سرمایه و عملیات را به میزان قابل توجهی کاهش داد. سوخت مایع. در چنین واحدهایی، این آب نیست که گرم می شود، بلکه هوا - منبع تازه، گردش مجدد یا مخلوط است. این روش به ویژه برای تامین گرمایش مستقل اماکن صنعتی، سالن های نمایشگاه، کارگاه ها، گاراژها، ایستگاه ها موثر است. نگهداری، کارواش، استودیوهای فیلم، انبارها، ساختمان های عمومی، سالن های ورزشی، سوپرمارکت ها، گلخانه ها، گلخانه ها، مجتمع های دامپروری، مرغداری ها و غیره.
مزایای گرمایش هوا
روش گرمایش هوا نسبت به روش سنتی گرمایش آب در اتاق‌های بزرگ مزایای زیادی دارد که ما تنها موارد اصلی را ذکر می‌کنیم:
- مقرون به صرفه. گرما مستقیماً در اتاق گرم تولید می شود و تقریباً به طور کامل برای هدف مورد نظر استفاده می شود. به لطف احتراق مستقیم سوخت بدون خنک کننده میانی، راندمان حرارتی کل سیستم گرمایش به دست می آید: 90-94٪ برای بخاری های بازیابی و تقریبا 100٪ برای سیستم های گرمایش مستقیم. استفاده از ترموستات های قابل برنامه ریزی امکان صرفه جویی اضافی بین 5 تا 25 درصد انرژی حرارتی را به دلیل عملکرد "حالت آماده به کار" فراهم می کند - به طور خودکار دمای اتاق را در ساعات غیر کاری در سطح 5-7 درجه سانتی گراد حفظ می کند.
- امکان "روشن" تهویه هوای تازه. این راز نیست که امروزه در اکثر شرکت ها تهویه عرضه به درستی کار نمی کند، که به طور قابل توجهی شرایط کاری افراد را بدتر می کند و بر بهره وری نیروی کار تأثیر می گذارد. ژنراتورهای حرارتی یا سیستم های گرمایش مستقیم هوا را تا 90 درجه سانتیگراد گرم می کنند - این کاملاً کافی است تا تهویه تغذیه حتی در شمال دور. بنابراین گرمایش هوا نه تنها مستلزم کارایی اقتصادی، بلکه بهبود وضعیت محیطی و شرایط کاری است.
- اینرسی کم. واحدهای سیستم گرمایش هوا در عرض چند دقیقه به حالت کار می رسند و به دلیل گردش هوای زیاد، تنها در چند ساعت اتاق به طور کامل گرم می شود. این امکان مانور سریع و انعطاف پذیر را در زمانی که نیاز به گرما دارد را ممکن می سازد.
- عدم وجود خنک کننده میانی باعث می شود که ساخت و نگهداری سیستم گرمایش آب، اتاق دیگ بخار، شبکه اصلی گرمایش و ایستگاه تصفیه آب که برای مکان های بزرگ بی اثر است، کنار گذاشته شود. تلفات در شبکه های گرمایش و تعمیرات آنها حذف می شود، که به شما امکان می دهد هزینه های عملیاتی را به طور چشمگیری کاهش دهید. که در زمان زمستاندر صورت خاموش شدن طولانی مدت سیستم، خطر یخ زدایی بخاری های هوا و سیستم گرمایشی وجود ندارد. خنک کردن حتی تا دمای منفی عمیق منجر به یخ زدایی سیستم نمی شود.
- درجه بالایی از اتوماسیون به شما امکان می دهد دقیقاً مقدار گرمای مورد نیاز را تولید کنید. همراه با قابلیت اطمینان بالای تجهیزات گاز، این امر به طور قابل توجهی ایمنی سیستم گرمایش را افزایش می دهد و حداقل پرسنل تعمیر و نگهداری برای عملکرد آن کافی است.
- کم هزینه. روش گرمایش فضاهای بزرگ با استفاده از ژنراتورهای حرارتی یکی از ارزانترین و سریعترین روشها برای اجراست. هزینه های سرمایه ای برای ساخت و ساز یا نوسازی سیستم هوا، به عنوان یک قاعده، به طور قابل توجهی کمتر از هزینه های سازماندهی آب یا گرمایش تابشی است. دوره بازپرداخت هزینه های سرمایه معمولاً از یک یا دو فصل گرمایش تجاوز نمی کند.
بسته به وظایفی که حل می شود، می توان از انواع بخاری ها در سیستم های گرمایش هوا استفاده کرد. در این مقاله ما تنها واحدهایی را در نظر خواهیم گرفت که بدون استفاده از خنک کننده میانی کار می کنند - بخاری های هوای بازیابی (با مبدل حرارتی و خروجی محصولات احتراق در خارج) و سیستم های گرمایش مستقیم هوا (گرمکن های هوا مخلوط کننده گاز).
بخاری های هوای بازیابی
در واحدهای این نوع، سوخت مخلوط شده با مقدار مورد نیاز هوا توسط مشعل وارد محفظه احتراق می شود. محصولات احتراق حاصل از یک مبدل حرارتی دو یا سه پاس عبور می کنند. گرمای حاصل از احتراق سوخت از طریق دیواره های مبدل حرارتی به هوای گرم منتقل می شود و گازهای دودکش از طریق دودکش به بیرون تخلیه می شوند (شکل 1) - به همین دلیل است که آنها را مولدهای حرارتی "گرمایش غیر مستقیم" می نامند.
بخاری های هوای بازیابی را می توان نه تنها به طور مستقیم برای گرمایش، بلکه به عنوان بخشی از یک سیستم تهویه تامین کننده و همچنین برای گرمایش هوای فرآیند استفاده کرد. توان حرارتی نامی چنین سیستم هایی از 3 کیلو وات تا 2 مگاوات است. هوای گرم از طریق یک فن دمنده داخلی یا از راه دور به اتاق عرضه می شود که امکان استفاده از واحدها را هم برای گرم کردن مستقیم هوا با آزاد شدن آن از طریق توری های لووردار و هم با کانال های هوا فراهم می کند.
با شستن محفظه احتراق و مبدل حرارتی، هوا گرم شده و مستقیماً از طریق توری های توزیع هوای لوور شده واقع در قسمت بالایی به داخل اتاق گرم هدایت می شود یا از طریق سیستم مجرای هوا توزیع می شود. یک بلوک مشعل خودکار در قسمت جلویی مولد حرارت قرار دارد (شکل 2).
مبدل های حرارتی بخاری های هوای مدرن معمولاً از فولاد ضد زنگ ساخته می شوند (جعبه آتش از فولاد مقاوم در برابر حرارت ساخته شده است) و از 5 تا 25 سال عمر می کنند و پس از آن می توان آنها را تعمیر یا تعویض کرد. راندمان مدل های مدرن به 90-96٪ می رسد. مزیت اصلی بخاری های هوای بازیابی، تطبیق پذیری آنها است.
آنها می توانند با گاز طبیعی یا مایع، سوخت دیزل، روغن، نفت کوره یا روغن زباله کار کنند - فقط باید مشعل را تعویض کنید. کار با هوای تازه، با مخلوطی از هوای داخلی و در حالت چرخش کامل امکان پذیر است. چنین سیستمی به برخی از آزادی ها اجازه می دهد، به عنوان مثال، تغییر جریان هوای گرم، "در حال پرواز" توزیع مجدد جریان هوای گرم به شاخه های مختلف کانال های هوا با استفاده از دریچه های ویژه.
در تابستان، بخاری های هوای بازیابی می توانند در حالت تهویه کار کنند. واحدها هم به صورت عمودی و هم به صورت افقی، روی زمین، دیوار، یا در یک محفظه تهویه مقطعی به عنوان بخش بخاری نصب می شوند.
اگر خود واحد به خارج از منطقه خدمات فوری منتقل شود، حتی می توان از بخاری های هوای بازیابی برای گرم کردن اتاق هایی با درجه راحتی بالا استفاده کرد.
معایب اصلی:
- یک مبدل حرارتی بزرگ و پیچیده، هزینه و وزن سیستم را در مقایسه با بخاری های هوای مخلوط افزایش می دهد.
- آنها نیاز به دودکش و زهکشی میعانات دارند.
سیستم های گرمایش مستقیم هوا
فن آوری های مدرندستیابی به چنین احتراق تمیزی از گاز طبیعی را ممکن کرد که امکان تخلیه محصولات احتراق "به دودکش" را فراهم نکرد، بلکه از آنها برای گرم کردن مستقیم هوا در سیستم های تهویه تامین استفاده کرد. گازی که وارد فرآیند احتراق می شود در جریان هوای گرم شده کاملاً می سوزد و با مخلوط شدن با آن، تمام گرما را به آن می دهد.
این اصل در تعدادی از طرح های مشعل رمپ مشابه در ایالات متحده آمریکا، انگلستان، فرانسه و روسیه اجرا شده است و از دهه 60 قرن بیستم با موفقیت در بسیاری از شرکت ها در روسیه و خارج از کشور استفاده شده است. بر اساس اصل احتراق فوق العاده تمیز گاز طبیعی به طور مستقیم در جریان هوای گرم شده، بخاری های هوا مخلوط گاز از نوع STV (STARVEINE - "باد ستاره ای") با توان حرارتی نامی از 150 کیلو وات تا 21 مگاوات تولید می شود.
خود فناوری سازماندهی احتراق و همچنین درجه بالای رقیق شدن محصولات احتراق، به دست آوردن هوای گرم تمیز در تاسیسات مطابق با تمام استانداردهای فعلی، عملاً عاری از ناخالصی های مضر (حداکثر 30٪ حداکثر) امکان پذیر است. غلظت مجاز). بخاری های هوای STV (شکل 3) از یک واحد مشعل مدولار واقع در داخل محفظه (بخش مجرای هوا)، یک خط گاز DUNGS (آلمان) و یک سیستم اتوماسیون تشکیل شده است.
برای سهولت در نگهداری، مسکن معمولاً مجهز به درب هرمتیک است. بلوک مشعل، بسته به توان حرارتی مورد نیاز، از مقدار مورد نیازبخش های مشعل با پیکربندی های مختلف اتوماسیون بخاری ها راه اندازی صاف و خودکار را مطابق با سیکلوگرام، کنترل پارامترهای عملکرد ایمن و توانایی تنظیم هموار توان حرارتی (1:4) فراهم می کند که به شما امکان می دهد به طور خودکار دمای هوای مورد نیاز را در اتاق گرم شده حفظ کنید.
کاربرد بخاری های هوا مخلوط گاز
هدف اصلی آنها گرم کردن مستقیم هوای تازه عرضه شده به محل تولید برای جبران است تهویه اگزوزو در نتیجه بهبود شرایط کاری مردم.
برای اتاق هایی با نرخ تبادل هوا بالا، ترکیب یک سیستم تهویه تامین و یک سیستم گرمایش توصیه می شود - از این نظر، سیستم های گرمایش مستقیم از نظر نسبت قیمت به کیفیت رقیبی ندارند. بخاری های هوا مخلوط گاز برای موارد زیر طراحی شده اند:
- گرمایش هوای مستقل محل برای اهداف مختلف با تبادل هوای زیاد (K سایه دار، 5)؛
- گرمایش هوا در پرده های هوا-حرارتی نوع خاموش، ترکیب احتمالی با سیستم های تهویه گرمایش و تامین.
- سیستم های پیش گرمایش برای موتورهای خودرو در پارکینگ های گرم نشده؛
- گرم کردن و یخ زدایی ماشین ها، مخازن، ماشین ها، مواد فله، گرم کردن و خشک کردن محصولات قبل از رنگ آمیزی یا سایر انواع پردازش.
- گرمایش مستقیم هوای جوییا عامل خشک کننده در تاسیسات مختلف گرمایش و خشک کردن فرآیند، به عنوان مثال، خشک کردن دانه، چمن، کاغذ، منسوجات، چوب. کاربرد در محفظه های رنگ آمیزی و خشک کردن پس از رنگ آمیزی و غیره
محل اقامت
بخاری های مخلوط را می توان در کانال های هوای سیستم های تهویه تامین و پرده های حرارتی و در مجاری هوای واحدهای خشک کن - هم در بخش افقی و هم در بخش عمودی - تعبیه کرد. قابل نصب بر روی زمین یا سکو، زیر سقف یا روی دیوار. آنها معمولاً در اتاقک های عرضه و تهویه قرار می گیرند، اما می توانند مستقیماً در یک اتاق گرم (مطابق با دسته) نیز نصب شوند.
در تجهیزات اضافیعناصر مربوطه می توانند به اتاق های دسته های A و B خدمت کنند. گردش مجدد هوای داخلی از طریق مخلوط کردن بخاری های هوا نامطلوب است - کاهش قابل توجهی در سطح اکسیژن در اتاق امکان پذیر است.
نقاط قوتسیستم های گرمایش مستقیم
سادگی و قابلیت اطمینان، هزینه و کارایی کم، توانایی گرمایش تا دمای بالا، درجه اتوماسیون بالا، کنترل صاف، نیازی به دودکش ندارند. گرمایش مستقیم اقتصادی ترین روش است - راندمان سیستم 99.96٪ است. سطح هزینه های سرمایه خاص برای سیستم گرمایش مبتنی بر واحد گرمایش مستقیم همراه با تهویه اجباری کمترین میزان با بالاترین درجه اتوماسیون است.
بخاری های هوا در هر نوع مجهز به سیستم ایمنی و کنترل خودکار است که تضمین می کند شروع صاف، حفظ حالت گرمایش و خاموش شدن در صورت موقعیت های اضطراری. برای مقاصد صرفه جویی در مصرف انرژی، می توان بخاری های هوا را با تنظیم خودکار با در نظر گرفتن کنترل خارجی و کنترل مجهز کرد دمای داخلی، عملکرد حالت های برنامه ریزی گرمایش روزانه و هفتگی.
همچنین می توان پارامترهای یک سیستم گرمایشی را که از واحدهای گرمایشی بسیاری تشکیل شده است در یک سیستم کنترل و اعزام متمرکز گنجاند. در این حالت اپراتور-دیسپچر اطلاعات عملیاتی در مورد عملکرد و وضعیت واحدهای گرمایشی را خواهد داشت که به وضوح بر روی مانیتور کامپیوتر نمایش داده می شود و همچنین حالت عملکرد آنها را مستقیماً از یک مرکز کنترل از راه دور کنترل می کند.
مولدهای حرارتی متحرک و تفنگ های حرارتی
طراحی شده برای استفاده موقت - در سایت های ساخت و ساز، برای گرمایش در دوره های خارج از فصل، گرمایش فرآیند. مولدهای حرارتی متحرک و تفنگ های حرارتی بر روی پروپان (گاز مایع بطری شده)، سوخت دیزل یا نفت سفید کار می کنند. آنها می توانند مستقیماً گرم شوند یا با حذف محصولات احتراق.
انواع سیستم های گرمایش هوای مستقل
برای تامین گرمای مستقل در محل های مختلف، انواع مختلفی از سیستم های گرمایش هوا استفاده می شود - با توزیع متمرکز گرما و غیرمتمرکز. سیستم هایی که به طور کامل با هوای تازه یا با گردش کامل یا جزئی هوای داخلی کار می کنند.
در سیستم های گرمایش هوای غیرمتمرکز، گرمایش و گردش هوا در اتاق توسط ژنراتورهای گرمای مستقل واقع در مناطق مختلف یا مناطق کاری - روی زمین، دیوار و زیر سقف انجام می شود. هوا از بخاری ها مستقیماً به محل کار اتاق می رسد. گاهی اوقات برای توزیع بهتر جریان گرما، مولدهای حرارتی به سیستم های مجرای هوای کوچک (محلی) مجهز می شوند.
واحدهای این طرح با حداقل قدرت موتور فن مشخص می شوند، بنابراین سیستم های غیرمتمرکز از نظر مصرف انرژی اقتصادی تر هستند. همچنین می توان از پرده های حرارتی هوا به عنوان بخشی از سیستم گرمایش یا تهویه هوا استفاده کرد.
امکان تنظیم محلی و استفاده از مولدهای حرارتی در صورت نیاز - به تفکیک منطقه، در زمان های مختلف- کاهش قابل توجه هزینه های سوخت را ممکن می سازد. با این حال، هزینه های سرمایه ای اجرای این روش تا حدودی بالاتر است. در سیستم هایی با توزیع متمرکز حرارت از واحدهای گرمایش هوا استفاده می شود. هوای گرمی که تولید می کنند از طریق سیستم مجرای هوا وارد مناطق کار می شود.
تاسیسات، به عنوان یک قاعده، در اتاق های تهویه موجود ساخته می شوند، اما می توان آنها را مستقیماً در یک اتاق گرم - روی زمین یا روی سکو قرار داد.
کاربرد و قرارگیری، انتخاب تجهیزات
هر یک از انواع واحدهای گرمایشی که در بالا ذکر شد دارای مزایای غیرقابل انکاری است. و هیچ دستور العمل آماده ای وجود ندارد که در آن صورت کدام یک مناسب تر است - به عوامل زیادی بستگی دارد: میزان تبادل هوا در رابطه با میزان اتلاف گرما، دسته بندی اتاق، در دسترس بودن فضای خالیبرای قرار دادن تجهیزات، بسته به توانایی های مالی. بیایید سعی کنیم بیشترین ایجاد را داشته باشیم اصول کلیانتخاب مناسب تجهیزات
1. سیستم های گرمایش برای اتاق هایی با تبادل هوا کم (تبدیل هوا ≤ سایه.5-1)
مجموع توان حرارتی مولدهای حرارتی در این مورد عملاً برابر با مقدار گرمای مورد نیاز برای جبران اتلاف گرما در اتاق فرض می‌شود؛ تهویه نسبتاً کم است، بنابراین توصیه می‌شود از سیستم گرمایشی مبتنی بر گرمای غیرمستقیم استفاده شود. ژنراتورهایی با گردش کامل یا جزئی هوای داخلی اتاق.
تهویه در چنین اتاق هایی می تواند طبیعی یا با مخلوطی از هوای خیابان و هوای چرخشی باشد. در حالت دوم، قدرت بخاری ها به مقدار کافی برای گرم کردن هوای تازه تامین می شود. چنین سیستم گرمایشی می تواند محلی باشد، با ژنراتورهای حرارتی کف یا دیوار.
اگر نصب نصب در یک اتاق گرم یا هنگام سازماندهی سرویس چند اتاق غیرممکن است، می توانید از یک سیستم نوع متمرکز استفاده کنید: ژنراتورهای گرما را در یک اتاق تهویه (ضمیمه، روی نیم طبقه، در یک اتاق مجاور) قرار دهید و توزیع کنید. گرما از طریق مجاری هوا
در طول ساعات کاری، ژنراتورهای حرارتی می توانند در حالت چرخش جزئی کار کنند و همزمان هوای مختلط را گرم کنند؛ در ساعات غیر کاری، برخی از آنها را می توان خاموش کرد و بقیه را می توان به حالت آماده به کار اقتصادی 2-5+ تغییر داد. درجه سانتی گراد با گردش کامل
2. سیستم های گرمایشی برای اتاق هایی با نرخ تبادل هوای بالا که دائماً نیاز به تامین حجم زیادی از هوای تازه دارند (تبدیل هوا دوازدهه)
در این حالت، مقدار گرمای مورد نیاز برای گرم کردن هوای تغذیه ممکن است چندین برابر بیشتر از مقدار گرمای مورد نیاز برای جبران اتلاف گرما باشد. در اینجا، ترکیب یک سیستم گرمایش هوا با یک سیستم تهویه هوای تازه مناسب ترین و مقرون به صرفه ترین است. سیستم گرمایش را می توان بر اساس تاسیسات گرمایش مستقیم هوا یا بر اساس استفاده از مولدهای گرمای بازیابی با درجه حرارت بالاتر ساخته شود.
مجموع توان حرارتی بخاری ها باید برابر با مجموع تقاضای حرارتی برای گرم کردن هوای تامین و گرمای مورد نیاز برای جبران اتلاف حرارت باشد. سیستم های گرمایش مستقیم 100% هوای بیرون را گرم می کنند و حجم مورد نیاز هوای تازه را تامین می کنند.
در طول ساعات کار، آنها هوا را از دمای خیابان تا دمای طراحی +16-40 درجه سانتیگراد گرم می کنند (با در نظر گرفتن گرمای بیش از حد برای اطمینان از جبران اتلاف گرما). به منظور صرفه جویی در هزینه در ساعات غیر کاری، می توانید برخی از بخاری ها را خاموش کنید تا مصرف هوای تامینی کاهش یابد و بقیه بخاری ها را با حفظ +2-5 درجه سانتی گراد به حالت آماده به کار تغییر دهید.
مولدهای گرمای بازیابی در حالت آماده به کار با تغییر دادن آنها به حالت چرخش کامل، صرفه جویی بیشتری را ممکن می سازد. کمترین هزینه های سرمایه ای هنگام سازماندهی سیستم های گرمایش متمرکز زمانی است که از بزرگترین بخاری های ممکن استفاده می شود. هزینه های سرمایه ای برای بخاری های هوا مخلوط گاز STV می تواند از 300 تا 600 روبل / کیلو وات توان حرارتی نصب شده متغیر باشد.
3. سیستم های گرمایش هوای ترکیبی
بهترین گزینه برای اتاق هایی با تبادل هوای قابل توجه در ساعات کاری با حالت کار تک شیفت یا چرخه کاری متناوب - زمانی که تفاوت در نیاز به تامین هوای تازه و گرما در طول روز قابل توجه است.
در این مورد، توصیه می شود دو سیستم را به طور جداگانه کار کنید: گرمایش آماده به کار و تهویه تامین همراه با یک سیستم گرمایش (گرمایش مجدد). در این مورد، ژنراتورهای گرمای بازیابی در اتاق گرم یا در اتاق‌های تهویه نصب می‌شوند تا فقط حالت آماده به کار را با گردش کامل (در دمای محاسبه‌شده خارج) حفظ کنند.
سیستم تهویه تغذیه، همراه با سیستم گرمایش، گرمایش حجم مورد نیاز هوای تازه را تا 30-16+ درجه سانتیگراد و گرم کردن اتاق تا دمای عملیاتی مورد نیاز را تضمین می کند و برای صرفه جویی، فقط روشن می شود. در ساعات کاری
این یا بر اساس ژنراتورهای گرمای بازیابی (با درجه حرارت افزایش یافته) یا بر اساس سیستم های گرمایش مستقیم قدرتمند (که 2-4 برابر ارزان تر است) ساخته شده است. ترکیب ممکن است سیستم تامینگرم کردن مجدد با یک سیستم گرمایش آب موجود (می تواند در خدمت باقی بماند)، این گزینه همچنین برای نوسازی مرحله ای سیستم گرمایش و تهویه موجود نیز قابل استفاده است.
با این روش هزینه های عملیاتی کمترین میزان خواهد بود. بنابراین، با استفاده از بخاری های هوا انواع مختلفدر ترکیب های مختلف، می توانید هر دو مشکل را همزمان حل کنید - گرمایش و تهویه هوای تازه.
نمونه های زیادی از استفاده از سیستم های گرمایش هوا وجود دارد و امکانات ترکیب آنها بسیار متنوع است. در هر مورد، انجام محاسبات حرارتی، در نظر گرفتن تمام شرایط کاربرد و انجام چندین گزینه برای انتخاب تجهیزات، مقایسه آنها از نظر امکان سنجی، هزینه های سرمایه و هزینه های عملیاتی ضروری است.
یاد آوردن
- برای اندازه گیری دمای هوا از چه ابزاری استفاده می شود؟ چه نوع چرخش زمین را می شناسید؟ چرا چرخه روز و شب در زمین اتفاق می افتد؟
نحوه گرم شدن سطح زمین و جوخورشید مقادیر زیادی انرژی ساطع می کند. با این حال، جو اجازه می دهد تا تنها نیمی از پرتوهای خورشید به سطح زمین برسد. برخی از آنها منعکس می شوند، برخی توسط ابرها، گازها و ذرات غبار جذب می شوند (شکل 83).
برنج. 83. مصرف انرژی خورشیدیآمدن به زمین
با انتقال پرتوهای خورشید، جو به سختی از آنها گرم می شود. سطح زمین گرم می شود و خود منبع گرما می شود. از این طریق است که هوای اتمسفر گرم می شود. بنابراین، هوای تروپوسفر نزدیک سطح زمین گرمتر از ارتفاع است. همانطور که به سمت بالا بالا می روید، دمای هوا در هر کیلومتر 6 درجه سانتی گراد کاهش می یابد.در ارتفاعات کوهستانی به دلیل دمای پایین، برف انباشته شده حتی در تابستان نیز آب نمی شود.دما در تروپوسفر نه تنها با افزایش ارتفاع، بلکه همچنین تغییر می کند. در دوره های زمانی معین: روز، سال.
تفاوت در گرمایش هوا در طول روز و سال.در طول روز پرتوهای خورشید روشن می شوند سطح زمینو آن را گرم کنید، هوا نیز از آن گرم می شود. در شب، عرضه انرژی خورشیدی متوقف می شود و سطح به همراه هوا به تدریج خنک می شود.
خورشید در هنگام ظهر بالاتر از افق است. این زمانی است که بیشترین انرژی خورشیدی وارد می شود. با این حال، بیشترین حرارت 2-3 ساعت بعد از ظهر مشاهده شد، زیرا انتقال گرما از سطح زمین به تروپوسفر زمان می برد. بیشترین دمای پایینقبل از طلوع خورشید اتفاق می افتد
دمای هوا نیز با توجه به فصول سال تغییر می کند. قبلاً می دانید که زمین در مداری به دور خورشید حرکت می کند و محور زمین دائماً به صفحه مداری متمایل است. به همین دلیل، در طول سال، در همان منطقه، پرتوهای خورشید به طور متفاوتی روی سطح می تابند.
هنگامی که زاویه تابش پرتوها عمودی تر است، سطح انرژی خورشیدی بیشتری دریافت می کند، دمای هوا افزایش می یابد و تابستان شروع می شود (شکل 84).
برنج. 84. تابش تابش خورشید به سطح زمین در ظهر 22 خرداد و 3 آذر.
هنگامی که اشعه های خورشید تمایل بیشتری دارند، سطح به طور ضعیفی گرم می شود. دمای هوا در این زمان کاهش می یابد و زمستان فرا می رسد. گرم ترین ماه در نیمکره شمالی جولای و سردترین ماه ژانویه است. که در نیمکره جنوبی- برعکس: سردترین ماه سال تیرماه و گرمترین ماه سال ژانویه است.
بر اساس شکل، تعیین کنید که زاویه تابش پرتوهای خورشید در 22 ژوئن و 22 دسامبر در موازی های 23.5 درجه شمالی چقدر متفاوت است. w و یو. ش. در موازی های 66.5 درجه شمالی. w و یو. w
به این فکر کنید که چرا گرم ترین و سردترین ماه ها ژوئن و دسامبر نیستند، زمانی که پرتوهای خورشید بیشترین و کمترین زاویه تابش را در سطح زمین دارند.
برنج. 85. میانگین دمای هوای سالانه روی زمین
شاخص های تغییرات دمابرای شناسایی الگوهای کلی تغییرات دما، از نشانگر میانگین دما استفاده کنید: میانگین روزانه، متوسط ماهانه، متوسط سالانه (شکل 85). به عنوان مثال، برای محاسبه میانگین دمای روزانه، دما چندین بار در طول روز اندازه گیری می شود، این شاخص ها جمع می شوند و مجموع حاصل بر تعداد اندازه گیری ها تقسیم می شود.
تعريف كردن:
- میانگین دمای روزانه بر اساس چهار اندازه گیری در روز: -8 درجه سانتی گراد، -4 درجه سانتی گراد، +3 درجه سانتی گراد، +1 درجه سانتی گراد.
- میانگین دمای سالانهمسکو، با استفاده از داده های جدول.
جدول 4
هنگام تعیین تغییر دما، معمولاً بالاترین و کمترین مقادیر آن ذکر می شود.
تفاوت بین بالاترین و کمترین قرائت را دامنه دما می گویند.
دامنه را می توان برای یک روز (دامنه روزانه)، ماه، سال تعیین کرد. به عنوان مثال، اگر بالاترین دما در روز 20+ درجه سانتیگراد و کمترین آن 8+ درجه سانتیگراد باشد، دامنه روزانه 12 درجه سانتیگراد خواهد بود (شکل 86).
برنج. 86. محدوده دمای روزانه
تعیین کنید که چند درجه دامنه سالانه در کراسنویارسک بیشتر از سن پترزبورگ است، اگر میانگین دما در ماه جولای در کراسنویارسک +19 درجه سانتیگراد باشد و در ژانویه - -17 درجه سانتیگراد. در سن پترزبورگ به ترتیب +18 درجه سانتیگراد و -8 درجه سانتیگراد.
بر روی نقشه ها، توزیع دمای متوسط با استفاده از ایزوترم ها منعکس می شود.
ایزوترم ها خطوطی هستند که نقاطی را با میانگین دمای هوا در یک دوره زمانی معین به هم متصل می کنند.
به طور معمول، ایزوترم ها برای گرم ترین و سردترین ماه های سال، یعنی جولای و ژانویه نشان داده می شوند.
سوالات و وظایف
- هوای اتمسفر چگونه گرم می شود؟
- دمای هوا در طول روز چگونه تغییر می کند؟
- چه چیزی تفاوت گرمایش سطح زمین را در طول سال تعیین می کند؟
محاسبه اولیه سطح گرمایش نازل.
Q در = V در *(i در // – i در /)* τ = 232231.443*(2160-111.3)*0.7 = 333.04*10 6 کیلوژول/چرخه.
میانگین اختلاف دمای لگاریتمی در هر سیکل.
سرعت محصولات احتراق (دود) = 2.1 متر بر ثانیه. سپس سرعت هوا در شرایط عادی:
6.538 متر بر ثانیه
میانگین دمای هوا و دود برای دوره.
935 o C
680 درجه سانتیگراد
دمای میانگینبالای نازل در طول دوره های دود و هوا
میانگین دمای بالای نازل در هر چرخه
میانگین دمای پایین نازل در دوره های دود و هوا:
میانگین دمای هر چرخه پایین نازل
مقدار ضرایب انتقال حرارت را برای بالا و پایین نازل تعیین می کنیم. برای یک نازل از نوع پذیرفته شده با مقدار 2240
سرعت واقعی دود با فرمول W d =W تا *(1+βt d) تعیین می شود. سرعت واقعی هوا در دمای t in و فشار هوا p in = 0.355 MN/m2 (مطلق) با فرمول تعیین می شود.
جایی که 0.1013-MN/m2 فشار در شرایط عادی است.
مقدار ویسکوزیته سینماتیک ν و ضریب هدایت حرارتی λ برای محصولات احتراق از جداول انتخاب شده است. در عین حال، ما در نظر می گیریم که مقدار λ بسیار کمی به فشار بستگی دارد و در فشار 0.355 MN / m 2 می توانیم از مقادیر λ در فشار 0.1013 MN / m 2 استفاده کنیم. ویسکوزیته سینماتیکی گازها با فشار نسبت معکوس دارد، بنابراین مقدار ν را در فشار 0.1013 Mn/m2 بر نسبت تقسیم می کنیم.
طول پرتو موثر برای نازل بلوک
= 0.0284 متر
برای یک نازل معین m 2 / m 3؛ ν = 0.7 m 3 / m 3; m 2 /m 2 .
محاسبات در جدول 3.1 خلاصه شده است
جدول 3.1 - تعیین ضرایب انتقال حرارت برای بالا و پایین نازل.
| نام، مقدار و واحدهای اندازه گیری ابعاد | فرمول محاسبه | پیش پرداخت | محاسبه به روز شد | ||||
| بالا | پایین | بالا | پایین | ||||
| دود | هوا | دود | هوا | هوا | هوا | ||
| میانگین دمای هوا و دود برای دوره 0 C | با توجه به متن | 1277,5 | 592,5 | 1026,7 | 355,56 | ||
| ضریب هدایت حرارتی محصولات احتراق و هوا l 10 2 W/(mgrad) | با توجه به متن | 13,405 | 8,101 | 7,444 | 5,15 | 8,18 | 5,19 |
| ویسکوزیته سینماتیکی محصولات احتراق و هوا g 10 6 m 2 / s | کاربرد | 236,5 | 52,6 | 92,079 | 18,12 | 53,19 | 18,28 |
| تعیین قطر کانال d, m | 0,031 | 0,031 | 0,031 | 0,031 | 0,031 | 0,031 | |
| سرعت واقعی دود و هوا W m/s | با توجه به متن | 11,927 | 8,768 | 6,65 | 4,257 | 8,712 | 4,213 |
| Re | |||||||
| شماره | با توجه به متن | 12,425 | 32,334 | 16,576 | 42,549 | 31,88 | 41,91 |
| ضریب انتقال حرارت توسط همرفت a به W/m 2 *deg | 53,73 | 84,5 | 39,804 | 70,69 | 84,15 | 70,226 | |
| 0,027 | - | 0,045 | - | - | - | ||
| 1,005 | - | 1,055 | - | - | - | ||
| ضریب انتقال حرارت تابشی a p W/m 2 *deg | 13,56 | - | 5,042 | - | - | - | |
| وات بر متر 2 * درجه | 67,29 | 84,5 | 44,846 | 70,69 | 84,15 | 70,226 |
ظرفیت گرمایی و ضریب هدایت حرارتی نازل های آجر L با استفاده از فرمول های زیر محاسبه می شود:
C، kJ/(kg*deg) l، W/(mdeg)
دیناس 0.875+38.5*10 -5 *t 1.58+38.4*10 -5 تن
خاک نسوز 0.869+41.9*10 -5 * t 1.04+15.1*10 -5 تن
نیم ضخامت معادل یک آجر با فرمول تعیین می شود
میلی متر
جدول 3.2 - مقادیر فیزیکی مواد و ضریب تجمع گرما برای نیمه بالایی و پایینی نازل احیا کننده
| نام اندازه ها | فرمول محاسبه | پیش پرداخت | محاسبه به روز شد | |||
| بالا | پایین | بالا | پایین | |||
| دیناس | خاک نسوز | دیناس | خاک نسوز | |||
| میانگین دما 0 درجه سانتیگراد | با توجه به متن | 1143,75 | 471,25 | 1152,1 | 474,03 | |
| چگالی ظاهری، r kg/m 3 | با توجه به متن | |||||
| ضریب هدایت حرارتی l W/(mgrad) | با توجه به متن | 2,019 | 1,111 | 2,022 | 1,111 | |
| ظرفیت حرارتی C، کیلوژول/(کیلوگرم * درجه) | با توجه به متن | 1,315 | 1,066 | 1,318 | 1,067 | |
| ضریب نفوذ حرارتی a, m 2 / ساعت | 0,0027 | 0,0018 | 0,0027 | 0,0018 | ||
| F 0 S | 21,704 | 14,59 | 21,68 | 14,58 | ||
| ضریب انباشت گرما hk |  | 0,942 | 0,916 | 0,942 | 0,916 | |
همانطور که از جدول مشخص است، مقدار h k>، یعنی آجر در تمام ضخامت آن به صورت حرارتی استفاده می شود. بر این اساس، با توجه به موارد فوق، مقدار ضریب هیسترزیس حرارتی را برای بالای نازل x = 2.3، برای x پایین = 5.1 در نظر می گیریم.
سپس ضریب انتقال حرارت کل با استفاده از فرمول محاسبه می شود:
برای بالای نازل
58.025 کیلوژول/(متر مربع سیکل*گراد)
برای پایین نازل
60.454 کیلوژول/(متر مربع سیکل*گراد)
به طور متوسط برای نازل به عنوان یک کل
59.239 کیلوژول/(متر مربع سیکل*گراد)
سطح گرمایش نازل
22093.13 متر مربع
حجم نازل
= 579.87 متر 3
سطح مقطع افقی نازل را پاک کنید
= 9.866 متر مربع
