KONVEKTIV ISSIQLIK ALMASHINUVI. ERKIN VA MAJBURIY HARAKATLANISHDA ISSIQLIK BERILISHI . O’XSHASHLIK NAZARIYASI. Reja: 1. Issiqlik berish koeffitsiyenti va issiqlik berish termik qarshiligi. 2. Erkin konveksiya yо‘li bilan issiqlik almashinuvi. 3. Majburiy harakatlanishda issiqlik berilishi intensivligi. 4. О‘xshashlik nazariyasi haqida tushuncha. O’xshashlik sonlari va kriterial tenglama. 5. Laminar oqishda trubalardagi issiqlik almashinuvi. Turbulent oqishida trubalardagi issiqlik almashinuvi

Gaz yoki suyuqlik makrozarralarining bir joydan ikkinchi joyga siljishida issiqlikning uzatilish protsessi konveksiya deyiladi. Shuning uchun zarralari oson siljiydigan muhitdagina konveksiya sodir bо‘lishi mumkin. Issiklikning konvektiv va molekulyar uzatilishining birgalikda ta’sir etishi tufayli bо‘ladigan issiqlik almashinish konvektiv issiqlik almashinish deyiladi. Boshqacha aytganda, konvektiv issiqlik almashinuvi bir vaqtning о‘zida ikki usul: konveksiya va issiqlik о‘tkazuvchanlik yо‘li bilan amalga oshiriladi. Harakatlanuvchi muhit va uning boshqa muhit (qattiq jism, suyuqlik yoki gaz) bilan chegara sirti orasidagi konvektiv issiqlik almashinuvi issiqlik berish deyiladi. Konvektiv issiqlik berish nazariyasining asosiy vazifasi oqim yuvib о‘tadigan qattik jism sirti orqali о‘tuvchi issiqlik miqdorini aniqlashdir. Issiqlikning yakuniy oqimi doimo temleraturaning pasayish tomoniga yо‘nalgai bо‘ladi. Issiqlik berishni amalda hisoblashda Nyuton qonunidan foydalaniladi: Q = α F ( t s — t dev ) (10.1) ya’ni suyuqlikdan devorga yoki devordan suyuqlikka о‘tadigan issiqlik oqimi Q issiqlik almashinuvida ishtirok etayotgan sirt F ga va temperatura bosimi ( t s — t dev ) ga proporsional bо‘ladi, bu yerda t dev devor sirtining temperaturasi, t s esa devor sirtini yuvib о‘tadigan muhitning temperaturasi. Suyuqlik bilan jism sirti orasidagi issiqlik almashinuvining konkret shart-sharoitlarini hisobga oluvchi proporsionallik koeffitsiyenti α issiqlik berish koeffitsiyenti deyiladi. (10.1) formulada F = 1 m 2 va τ = 1 sek . deb qabul qilsak, bir kvadrat metr yuzadan о‘tadigan issiqlik oqimining vatt hisobidagi zichligini olamiz: q = α ( t s — t dev ) (10.2) yoki q = (tc−tдев) 1/α Issiqlik berish koeffitsiyentiga teskari bо‘lgan 1/ α kattalik issiqlik berish termik qarshiligi deyiladi . (10.2) tenglamani issiqlik berish koeffitsiyentiga nisbatan yechsak quyidagini olamiz:

α= q (tc−tдев ) (10.3) (10.3) tenglikka kо‘ra, issiqlik berish koeffitsiyenti α issiqlik oqimining zichligi q ning jism sirtining temperaturasi va tevarak muhit temperaturasi orasidagi farqqa nisbatidan iborat. Temperatura bosimi 1° ga teng bо‘lganda ( t s — t dev = 1°), issiqlik berish koeffitsiyenti son jihatdan issiqlik oqimining zichligiga teng bо‘ladi α = q. Issiqlik berish ancha murakkab protsess. Issiqlik berish koeffitsiyenti α juda kо‘p faktorlarga bog‘lik; ulardan asosiylari quyidagilar: a) suyuqlik oqimining vujudga kelish sabablari; b) suyuqlikning oqish rejimi (laminar yoki turbulent); v) suyuqlikning fizikaviy xossalari; g) issiqlik beruvchi sirtning shakli va о‘lchamlari. Vujudga kelish sabablariga qarab suyuqlikning harakati erkin va majburiy harakatlarga bо‘linadi. Erkin harakatlanish , (issiqlik harakati) notekis isitilgan suyuqlikda vujudga keladi. Bunda vujudga keladigan temperaturalar farqi zichliklarning farq qilishiga va suyuqlikdagi zichligi kamroq(yengilroq) elementlarning suyuqlik yuziga qalqib chiqishiga olib keladi, bu esa harakatlanishni keltirib chiqaradi. Bu holda erkin harakatlanish tabiiy harakatlanish yoki issiqlik konveksiyasi deyiladi. Masalan, derazaning tashqi va ichki oynalari orasida issiqlik almashinuvi tabiiy konveksiya yо‘li bilan (oynalar о‘rtasidagi oraliq havo sirkulyatsiyasi yetarli bо‘lganda) amalga oshadi. Agar ichki oynaning temperaturasi t 1 (10.1-rasm), tashqi oynaniki esa t 2 va bunda t 1 > t 2 bо‘lsa, deraza konvektiv issiqlik almashinuv quyidagi sxema bо‘yicha boradi: havo zarralari ichki oynaning issiq sirtiga tegib isiydi. Ularning zichligi kamayadi va shunday qilib, issiq zarralar yuqori kо‘tariladi va havoning sovuqroq va, demak, zichligi kо‘proq zarralarini о‘ngga va pastga suradi. Shu bilan bir vaqtda issiq zarralar о‘ng tomondagi (tashqi) oynaga о‘z issiqligini berib yana zichlashadi va pastga tushadi. Shunday qilib, deraza oynalari orasidagi havo

zichligi turlicha bо‘lganligi sababli u aylana boshlaydi, bu hol 10.1-rasmda strelkalar bilan kо‘rsatilgan. 11. 1 - rasm. Havoning deraza ichida aylanishi. Suyuqlikning majburiy harakatlanishi tashqi qо‘zg‘atuvchilar: ventilyatorlar, nasoslar va shunga о‘xshashlarning ta’sir ztishi bilan bog‘liq. Bular yordamida muhitni katta tezlikda harakatlantirish yoki harakatlanish tezligini keng kо‘lamda о‘zgartirish va shu bilan issiqlik almashinuvi intensivligini boshqarish mumkin. Suyuqlikning harakati laminar yoki turbulent bо‘lishi mumkin. Laminar oqishida suyuqlikning zarralari aralashmasdan harakatlanadi. Bunda oqish yо‘nalishiga normal bо‘yicha issiqlikning uzatilishi asosan issiqlik о‘tkazuvchanlik yо‘li bilan amalga oshadi. Suyuqlikning issiqlik о‘tkazuvchanligi (suyuq metallardan tashqari) ancha kichik bо‘lganligi sababli laminar oqishda issiqlik almashinish intensivligi katta bо‘lmaydi. Turbulent oqishda issiqlik oqim ichida issiqlik о‘tkazuvchanlik yо‘li bilan, shuningdek, suyuqlikning deyarli barcha massasining aralashishi yо‘li bilan tarqaladi; bunda suyuqlikning qatlam osti qovushoq qismi ishtirok etmaydi, chunki unda issiqlikning molekulyar uzatilishi turbulent uzatilishdan ustun turadi. Shuning uchun turbulent oqishda issiqlik almashinish intensivligi laminar oqishdagiga qaraganda ancha katta bо‘ladi. Issiqlik tashuvchilarning asosiy fizikaviy xossalari issiqlik о‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti λ , solishtirma issiqlik sig‘imi s , zichligi ρ , temperatura о‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti α = λ / ρ s va qovushoqlik koeffitsiyenti μ dir. Har qaysi modda uchun bu parametrlarning muayyan qiymatlari bor va, odatda, ular

temperaturaning, ba’zilari esa bosimning ham funksiyalari hisoblanadi. Bu hol konvektiv issiqlik berishni о‘rganishni juda murakkablashtirib yuboradi. Issiqlik beruvchi sirtning shakli va о‘lchamlari issiqlik berilishiga katta ta’sir kо‘rsatadi. Jismning har qanday oddiy shakllaridan (trubalar, plitalar va shunga о‘xshashlardan) kо‘p xil issiqlik beruvchi sirtlar hosil qilish mumkin. Oddiy sirtdan tortib eng murakkab sirtgacha har bir sirt issiqlik tashuvchining harakatlanishi va issiqlik berishning о‘ziga xos sharoitlarini vujudga keltiradi. Hozirgi vaqtda konvektiv issiqlik almashinuvni tekshirish uchun о‘xshashliklar nazariyasidan foydalaniladi, u protsessni analitik va eksperimental tekshirish usullarini о‘zida umumlashtiradi. Bu nazariyani rus olimlari M.V.Kirpichev, A.A.Guxman, M.A.Mixeyev va boshqalar ishlab chiqishgan. О‘xshashliklar nazariyasi haqida tushuncha va о‘lchamlarni analiz qilish usullari . О‘xshashlik nazariyasi konkret ustanovkada olingan tajriba natijalarini boshqa shunga о‘xshash hodisalarga qachon tatbiq etish mumkinligini, ya’ni protsesslarning о‘xshashligini aniqlashga imkon beradi. Bundan. tashqari, о‘xshashlik nazariyasidan issiqlik almashinuvi protsesslarini nazariy jihatdan analiz qilishda ham foydalanish mumkin. О‘xshashlik metodi protsessning matematikaviy bayoni, ya’ni protsessning differensial tenglamalari va ularning chegara shartlari ma’lum bо‘lgan hollardagina qо‘llaniladi. Barcha erkin va bog‘liq о‘zgaruvchilarni ularning ba’zi о‘ziga xos qiymatlariga (masshtablariga) bо‘lish yо‘li bilan о‘lchamsiz kattaliklarga о‘tiladi. Natijada protsessning matematikaviy bayoni о‘lchamsiz holga keladi. Bunda masshtablar, shuningdek, masalaga kiruvchi fizikaviy konstantalar о‘xshashlik sonlari yoki kriteriylari deyiladigan о‘lchamsiz komplekslar holida birlashtiriladi. Quyida eng kо‘p ishlatiladigan о‘xshashlik sonlari keltirilgan. Nusselt soni , qattiq jism bilan suyuqlik chegarasidagi issiqlik almashinuvini xarakterlaydi; Nu ¿ α⋅l0 λ (10.4)