ISSIQLIK TEXNIKASI. ISSIQLIK TEXNIKASINING QO’LLANILISH SOHALARI, ASOSIY TUSHUNCHALARI. ISSIQLIK O’TKAZUVCHANLIK.
![Sirt birligi F dan vaqt birligi τ da о‘tadigan issiqlik miqdori issiqlik oqimining
zichligi yoki solishtirma issiqlik oqimi deyiladi:
q= dQ
Fd τ
(9.3)
Issiqlik doimo kо‘proq qizdirilgan zarralardan kamroq qizdirilgan zarralarga
uzatilishi sababli issiqlik oqimi zichligi q ning vektori doimo temperaturaning
pasayishi tomoniga yо‘nalgan bо‘ladi.
Fransuz olimi Furye qattiq jismlardagi issiqlik о‘tkazuvchanlik protsesslarini
о‘rganib, issiqlik oqimining zichligi temperatura gradiyentiga proporsional
ekanligini aniqladi:
q=− λdt
dn =− λgradt
(9.4)
(9.4) nisbat issiqlik о‘tkazuvchanlikning asosiy qonunini ifodalaydi va Furye
qonuni deyiladi.
(9.4) nisbatning о‘ng qismidagi minus ishora issiqlik oqimi bilan temperatura
gradiyentining vektorlari qarama-qarshi tomonga yо‘nalganligini bildiradi.
(9.4) ifodadagi proporsionallik koeffitsiyenti X moddaning fizikaviy parametri
bо‘lib, issiqlik о‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti deyiladi. U moddaning qay darajada
issiqlik о‘tkazishini kо‘rsatadi.
Issiqlik о‘tkazuvchanlik koeffitsiyentining о‘lchamliligi (9.4) ifodadan
aniqlanadi:
[λ]ҳ
= [qdn
dt ] = [
W ⋅m
m2⋅grad ] = [
W
m⋅grad ]. (9.5)
Demak, issiqlik о‘tkazuvchanlik koeffitsiyentining qiymati son jihatdan
temperatura farqi 1 0
C bо‘lganda devorning birlik qatlamidan о‘tadigan solishtirma
issiqlik oqimiga teng.
λ qanchalik katta bо‘lsa, modda issiqlikni shunchalik yaxshi
о‘tkazuvchan bо‘ladi.
Metallar issiqlikni yaxshi о‘tkazadi, quruq harakatsiz havo issiqlikni yomon
о‘tkazadi. Yengil g‘ovak materiallar issiqlikni yomon о‘tkazadi, chunki ularning
g‘ovaklari havo bilan tо‘lgan bо‘ladi. Issiqlik о‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti 0,2](/data/documents/389fe388-ff08-485f-ae2d-4355a32d2b77/page_6.png)
![Devor ichida ikkita izotermik sirt bilan chegaralangan, qalinligi dx bо‘lgan
elementar qatlamni ajratamiz. Bu qatlam uchun Furye tenglamasi quyidagi
kо‘rinishda bо‘ladi:q=−λdt
dx
(9.6)
О‘zgaruvchilarni bir-biriga bо‘lib, quyidagini olamiz.
dt =− q
λdx
Bu tenglamani integrallasak,
t=− q
λx+C
Integrallash doimiysi C chegaraviy shartlardan aniqlanadi: x = 0 bо‘lganda t = t
1 .
Bundan C = t
1 , binobarin, tenglama quyidagi kо‘rinishda bо‘ladi:
t=− q
λx+t1
(9.7)
Bu tenglamadan kо‘rib chiqilayotgan devor orqali о‘tuvchi issiqlik oqimining
zichligini aniqlash mumkin. (9.7) tenglamaga x =
δ qiymatni qо‘ysak t
1 = t
2
bо‘ladi, bundan
q= λ
δ(t1−t2)= λ
δΔt
(9.8)
Yassi devorda issiqlik oqimining zichligi issiqlik о‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti
λ
ga, temperaturalar farqi (t
1 —t
2 ) ga tо‘g‘ri proporsional va devor qalinligi δ ga
teskari proporsional bо‘ladi. Shuni iazarda tutish kerakki, issiqlik oqimi
temperaturaning absolyut qiymati bilan emas, balki ularning farqi - issiqlik bosimi
t
1 - t
2 =
Δ t bilan aniqlanadi. (9.8) tenglama yassi devorning issiqlik
о‘tkazuvchanligini hisoblash formulasidir. U tо‘rtta kattalikni: q ,
λ , δ va Δ t ni
о‘zaro bog‘laydi:
λ= qδ
Δt
; Δt = qδ
λ ; δ= λΔt
q ;
Istalgan uchta kattalikning qiymatini bilgan holda tо‘rtinchisini hamma vaqt
topish mumkin.
λ / δ nisbat devorning issiqlik о‘tkazuvchanligi deyiladi; uning
о‘lchamligi [W / ( m 2
grad )].](/data/documents/389fe388-ff08-485f-ae2d-4355a32d2b77/page_8.png)
![Umuman kо‘p qatlamli devor uchun temperatura egri chizig‘i siniq chiziq
kо‘rinishida bо‘ladi (9.3-rasmdagi t
1 t
4 chiziq).
Kо‘p qatlamli devor uchun olingan formulalardan qatlamlar orasida issiqlik
kontakti yaxshi bо‘lgandagina foydalanish mumkin. Agar qatlamlar orasida
kichkina havo zazori paydo bо‘lganda ham termik qarshilik sezilarli darajada
ortadi, chunki havoning issiqlik о‘tkazuvchanligi juda kichikdir:
[ λ
havo = 0,023 W /(m.grad )].
Agar bunday qatlam bо‘lishi muqarrar bо‘lsa, u holda hisoblashlarda bu qatlam
kо‘p qatlamli devorning qatlamlaridan biri sifatida qaraladi.
Silindrik devor. Issiqlik mashinalari va issiqlik almashinuv apparatlari
devorlarining sirtlari, kо‘pincha, konsentrik joylashgan ikkita silindrik sirt
(trubalar, apparatlarning korpuslari, dvigatellarning silindrlari va shunga
о‘xshashlar) bilan chegaralangan bо‘ladi. Silindrik devorda ham issiqlik
о‘tkazuvchanlik yо‘li bilan issiqlikning uzatilishi yassi devordagi issiqlik uzatilishi
qonunlari bо‘yicha amalga oshadi. Bu yerda farq faqat shundaki, yassi devorda
sirtlarning yuzasi bir xil bо‘ladi, silindrik devorda esa ichki sirtning yuzasi tashqi
sirtning yuzasidan doimo kichik bо‘ladi. Silindrning devori qanchalik qalin
bо‘lsa, ya’ni tashqi va ichki diametrlari orasidagi farq qanchalik katta bо‘lsa,
tashqi va ichki sirt yuzalarining farqi ham shunchalik katta bо‘ladi.9.4-rasmda
uzunligi l bо‘lgan truba bо‘lagi kо‘rsatilgan. Trubaning tashqi va ichki sirtlari F
1
va F
2 ning temperaturalari tegishlicha t
1 va t
2 . Temperatura radial yо‘nalishda
kamayadi.
9 .4 -rasm. Silindrik bir qatlamli devor](/data/documents/389fe388-ff08-485f-ae2d-4355a32d2b77/page_12.png)
ISSIQLIK TEXNIKASI. ISSIQLIK TEXNIKASINING QO’LLANILISH SOHALARI, ASOSIY TUSHUNCHALARI. ISSIQLIK O’TKAZUVCHANLIK. Reja: 1. Issiqlik texnikasi, issiqlikdan foydalanishning energetikaviy va texnologik turlari. 2. Temperatura maydoni , temperatura gradiyenti va Furye qonuni. 3. Issiqlik о‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti. 4. Devorning issiqlik o’tkazuvchanligi.
Issiqlik texnikasi texnikaning issiqlik olish va undan foydalanish masalalari bilan shug’ullanadigan tarmog’idir. Issiqlikdan foydalanishning ikki; energetikaviy va texnologik turi bor. Issiqlikdan energetikaviy foydalanish issiqlikni mexanikaviy ishga aylantirish protsesslariga asoslangan. Bu protsesslar texnikaviy termodinamikada o’rganiladi. Issiqlikni ishga aylantirishda foydalaniladigan issiqlik texnikaviy qurilmalar issiqlik dvigatellari deyiladi. Ularga ichki yonuv dvigatellari, bug’ va gaz turbinalari kiradi. Issiqlikdan texnologik foydalanish turli xil texnologik protsesslarni amalga oshirishda bevosita qizdirish (yoki sovitish) protsesslari uchun issiqlikdan foydalanishga asoslangan. Turli xil metallurgiya pechlari, isitish pechlari, termik ishlov berish, qo’ritish va kuydirish (pishirish) pechlari, ximiyaviy va neftni haydash korxonalarida belgilangan issiq lik rejimini saqlab turadigan pechlar, issiklik almashinuv apparatlari va shunga o’xshashlar issiqlikning bevosita keltirilishi yoki olib ketilishidan texnologik maqsadlarda foy dalaniladigan qurilmalar jumlasiga kiradi. Jismlar orasidagi issiqlik almashinuvi va issiqlikning bir jism ichida tarqalish protsesslarining qonuniyatlarini о‘rganadigan fan issiqlik uzatish deyiladi. Issiqlik almashinuv qonunlarini о‘rganish mashina, dvigatel, apparat va shu kabilarning ish protsesslarida vujudga keladigan issiqlik oqimlarini boshqarish uchun zarur. Issiqlik uzatish nazariyasida ikkita asosiy masala kо‘riladi: 1. Berilgan sharoitda bir jismdan boshqa jismga uzatiladigan yoki jismning bir qismidan ikkinchi qismiga о‘tadigan issiqlik miqdorini aniqlash. 2. Issiqlik almashinuv protsessida ishtirok etayotgan jismning turli qismlaridagi temperaturani aniklash. Temperaturalar farqi issiqlik almashinuvining zaruriy va yetarli shartidir. Issiqlik uch xil usulda: issiqlik о‘tkazuvchanlik, konveksiya va nurlanish usulida uzatiladi.
Issiqlik о‘tkazuvchanlik —jismning turli temperaturali ayrim qismlari bir-biriga bevosita tekkanda issiqlik energiyasining tarqalish protsessi. Konveksiya *—muayyan hajmdagi suyuqlik yoki gazning (Bu yerda va bundan keyin suyuqlik deganda qattiq jismni о‘rab olgan suyuq yoki gazsimon muhit tushuniladi) fazoda bir xil temperaturali sohadan boshqa temperaturali sohaga о‘tishida energiyaning uzatilish protsessi. *Konveksiya—latincha sо‘z bо‘lib, о‘tish (kо‘chish) degan ma’noni bildiradi. Nurlanish (nuriy issiqlik almashinuv) – energiyaning elektrmagnitaviy tо‘lqinlar vositasida uzatilish protsessi. Nurlanish bilan issiqlik uzatilishida energiya ikki marta о‘zgaradi: kо‘proq qizdirilgan jism elektr-magnitaviy tо‘lqinlar tarzida energiya chiqaradi (nurlanadi), kamroq qizdirilgan jism esa bu energiyani yutadi va isiydi. Jismlar orasidagi issiqlik almashinuvida, odatda, bu uchala usulning hammasi bir vaqtda sodir bо‘ladi. Uchala usulning birgalikda amalga oshishi turlicha bо‘lishi mumkin. Bunda issiqlik almashinuv sodir bо‘layotgan sharoitga qarab bir usul boshqa usulga nisbatan ustunlik qilishi mumkin. Lekin bu usullar turli xil qonuniyatlarga bо‘ysunganligi sababli issiqlik almashinish protsesslarini о‘rganishda issiqlik uzatilishining turli usullarini (issiqlik о‘tkazish, konveksiya va nurlanish usullarini) bir-biridan aniq farqlash va ayrim-ayrim holda kо‘rib chiqish lozim. Teplotexnikaviy qurilmalarda issiqlik almashinuv protsesslari barqaror (statsionar), shuningdek, beqaror (nostatsionar) rejimlarda borishi mumkin. Jismning istalgan nuqtasida temperatura vaqtga bog‘liq bо‘lmaydigan rejim statsionar issiqlik rejimi deyiladi. Statsionar rejimdan oldin doimo nostatsionar rejim keladi. Nostatsionar issiqlik rejimi sharoitida sodir bо‘ladigan protsesslar (isitish va sovitish protsesslari) ancha murakkab bо‘lib, ularni kо‘rib chiqish ushbu kurs programmasiga kirmaydi. Shuning uchun bu yerda issiqlik almashinuvining faqat statsionar protsesslari tekshiriladi.
Issiqlik о‘tkazuvchanlik—bu temperaturalar farqi borligi tufayli tutash muhitda* issiqlikning molekulyar uzatilishidir. *Tutash muhit deganda atomiy va molekulyar tuzilishni e’tiborga olmagan holda uzluksiz muhit sifatida qarash mumkin bо‘lgan muhit tushuniladi. Issiqlik almashinuvining bunday usuli, asosan, qattiq jismlarda bitta jismning ichida ham, shuningdek, bir-biriga tegib turgan ikkita jism orasida ham sodir bо‘ladi. Issiqlik almashinuv suyuqlik yoki gaz qatlami orqali ham amalga oshishi mumkin. Suyuqlik va gazlar (suyuqlangan metallar bundan mustasno) issiqlikni juda yomon о‘tkazuvchi hisoblanadi. Temperatura maydoni . Issiqlik almashinuvining boshqa turlari kabi issiqlik о‘tkazish protsessi ham jismning turli nuqtalarida temperatura bir xil bо‘lmagandagina amalga oshadi. Ma’lumki, temperatura jismning holat parametri bо‘lib, uning isiganlik darajasini xarakterlaydi. Vaqtning ayni momentida kо‘rib chiqilayotgan fazoning barcha nuqgalaridagi temperatura qiymatlarining yig‘indisi temperatura maydoni deyiladi. Temperatura maydoni matematikaviy jihatdan koordinatalar funksiyasi bilan ifodalanadi. t = f (x, y, z) (9.1) Temperatura maydoni uchta, ikkita va bitta koordinataning funksiyasi bо‘lishi mumkin. Agar temperatura uch yо‘nalishda о‘zgarsa, u holda maydon uch о‘lchamli deyiladi. Ikki о‘lchamli va bir о‘lchamli maydonlarning tenglamasi quyidagi kо‘rinishda bо‘ladi: t = f (x, y) ; ∂t ∂z=0 t = f (x) ; ∂t ∂у= ∂t ∂z=0 Temperatura gradiyenti. Hamma nuqtalarida temperatura bir xil bо‘ladigan sirt izotermik sirt deyiladi.
Fazoning ayni nuqtasining о‘zida bir vaqtda ikki xil temperatura bо‘lishi mumkin emasligi uchun turli izotermik sirtlar hech vaqt bir-biri bilan kesishmaydi. Ularning barchasi jism sirtida tugaydi yoki butunlay uning ichida joylashadi. Agar bir qator izotermik sirtlar tekislik bilan kesilsa, unda izotermalar oilasi olinadi. Ular ham izotermik sirtlar kabi bir-biri bilan kesishmaydi, jismning ichida uzilib qolmaydi, balki jism sirtida tugaydi yoki uning ichida joylashadi. Jismning temperaturasi izotermik sirtlarni kesib о‘tadigan yо‘nalishlardagina о‘zgaradi (9. 1- rasm). Bunda uzunlik birligida temperaturaning eng katta о‘zgarishi izotermik sirtga normal n yо‘nalishida bо‘ladi. 9.1-rasm. Izotermalar. Temperatura gradiyenti ha qidagi tushunchaga doir. Temperatura о‘zgarishi Δt ning izotermadagi normal bо‘yicha masofa Δ n ga nisbati temperatura gradiyenti deyiladi: lim ( Δt Δn )Δn →0 = dt dn = gradt . (9.2) Temperatura gradiyenti—izotermik sirtga tushirilgan normal bо‘yicha yо‘nalgan vektordir. Uning temperaturaning kо‘tarilish tomoniga yо‘nalishi musbat yо‘nalish hisoblanadi. Furye qonuni. Ixtiyoriy sirtdan vaqt birligi ichida о‘tadigan issiqlik miqdori Q issiqlik oqimi deyiladi. Issiqlik oqimining vektori doimo temperaturaning pasayish tomoniga yо‘nalgan bо‘ladi. Issiqlik almashinuv intensivligi miqdoriy jihatdan issiqlik oqimining zichligi q bilan xarakterlanadi.