Bero Transferentziaren Oinarriak: Eroapena, Konbekzioa eta Erradiazioa

GAIA: BERO TRANSFERENTZIAREN OINARRIAK

Sistema bateko bi eremuren artean tenperatura-diferentzia badago, energiaren jarioa eratortzen da, tenperatura handiko eremutik tenperatura txikiko eremura. Termodinamikako kontzeptuen arabera, energia hori beroa da, eta tenperatura-diferentziak dirauen artean gertatzen den jarioa da. Bero-jarioaren dimentsioa energia/denbora da, hau da, potentzia. Hala, SI sistemako unitatea watt da (W).

BERO TRANSFERENTZIA MOTAK

1. Eroapena Substantzia bateko energia handiagoko partikuletatik energia txikiagoko inguruko partikuletara gertatzen den energia-transferentzia da. Likidoetan eta gasetan, molekulen arteko talkek eta molekulen barreiatzeak sortzen dute. Solido ez-eroaleek ez dute elektroi askerik, eta egitura-sareko atomoen bibrazioek sortzen dute. Metalek, aldiz, elektroi askeak dituzte egitura-sarean. Halako sistemak eroale oso onak dira, sareko atomoen bibrazioez gain, elektroi askeen garraioa ere badutelako. 3. irudian ikus daiteke guztiaren azalpen grafikoa.

3. irudia. Eroapena gasean, likidoan eta solidoan.

T1-T2 ΔΤ Qeraop = - KA- Δχ =- - KA- Δχ non k eroankoratasun termikoa den materiak beroa eroateko duen gaitasunaren neurria (W/mºC). Eroakortasun termikoa oso desberdina da material batetik bestera: ksolidoak > Klikidoak> Kgasak· Erresistentzia: R L k*A

2. Konbekzioa Gainzal solido eta haren inguruan mungimenduan dagoen likido edo gasaren artean energia transferitzeko modua. Bi mota:

• Konbekzio behartua : gainzalaren gaineko fluidoa mugitzra behartzen bada kanpo eragileen bidez Ad: haizgailu, ponpak edo haizeak· Konbekzio naturala: Fluidoaren mugimenduaren eragilea goranzkoa bultzada bada, fluidoaren tenperatura aldaketaren ondorioz sortzen diren dentsitate diferentziek eragietn duena

Newtonen hozte legea:

Qkonb = h * Ag * (Tg - Tinf) (W) non h konbekzio bidezko bero transferentzia da ( W/m^2.ºC edo Btu / h.ft^2.ºF). Gordinkiesanez, hlikidoak >> hgasak erlazioa jarraitzen dute, likidoan askoz ere txikiagoak baitira molekulen arteko distantziak. Era berean, hzurrunbilotsua >> hlaminarra da, eta hfase-aldaketa >> hfase-bakarra* Resistentzia : R = h *Ag 1 konb

Erradiazioa

Atomoen edo molekulen konfigurazio elektronikoaren aldaketaren ondorioz, uhin elektromagnetiko moduan igortzen duen energia da . Stefan-Boeltzmann legeak (gainazal beltz ideal batentzat):

Q errad igorri max = o * As * Ts 4 o = 5,67.10° W/m 2.K 4 balioa hartzen du. Benetako aplikazioetako gainazalek, aldiz, gainazal beltzak igorriko zukeenaren zatikia besterik ez du igortzen. Halako sistemarentzat, honako hau da Stefan-Boltzmann-en ekuazioa:

Qerrad igorri = o * & * As * Ts 4 non & emisibitatea da eta 0 eta 1 balioa hartzen du . Gainazal beltz ε =1. Ts tenperaturan dagoen gainazala eta Ting :

Q errad garbia = & * o * As * (Ts 4 - Ting 4) errad garbia = h erra errad As * (Ts - Ting) non h = & *o*(Ts -Ting ) errad (Ts-Ting)Eresistentzia : Horma lauan:

Rhor = h *Ag errad Zilindro:

In(12 /r1) Rzil = 2*T*L*k 12-r. Esfera:

Resf = 4n*r, *r2*k

BERO TRANSMISIORAKO MEKANISMO KONBINATUAK

Horrela kalkula daitezke seriean (ondoz ondo) eta paraleloan dauden (aldi bereko) erresistentzien baliokideak: Seriean : R bal = ER i Paraleloan:

1 R bal = >- 1 -> Rtol = R1+R2 Bero transmisiorako ekipoen diseinua egitean, beste era batera ematen da :

Q = A = U * As * AT = - U*As ΔΤ non U bero-transmisiorako koefiziente osoa .

ISOLATZAILEAK

Isolatzaile izenez ezagutzen da erresistentzia handia eskainiz bero-transmisioa oztopatzen duen materiala (bero jarioa eragotzi). Gehienetan, material solidoak erabiltzen dira, haiek manipulatzea errazagoa delako. Hortaz, eroankortasun termiko txikiena dutenak dira isolatzaile onenak, baina hura tenperaturarekin aldakorra izan daitekeelako, tenperaturarekin alda daiteke isolatzaile-gaitasuna. Isolatzaileak honako lau talde hauetan sailka daitezke:

1. Partikulatuak: Material partikulatua da (perlita edo bermikulita izeneko mineralak). Bero-jariorako erresistentzia handia eskaintzen dute, partikulen arteko hutsuneak jariagaiez beteta daudelako (airea) eta partikulen arteko ukipen-gainazal txikia dutelako.

2. Zuntz erakoak : Material zatien arteko ez-jarraitutasunean oinarritzen da haieisolatzaile-gaitasuna, zuntz desberdinen artean ukipen-gainazal txikia dutelako. Horien isolamendu-ahalmena txikitu egiten da zuntz-kontzentrazioarekin .Zuntzen arteko ukipen-gainazalak orientazioak, eroankortasun koefizienteak, zuntzen tarteko jariagaiaren koefizienteak, eta beste faktore batzuek alda dezakete horien isolamendu-gaitasuna.

R1R2 R i 13. Zelularrak. : Korapilo (zelula irekiak direnean) edo gainazal erako (zelula itxiak direnean) egituradun bits solidoak dira. Poroak jariagaiz beteta daude (airea, adibidez). Mota honetako material ugari dago naturan; adibidez, egurra edo kortxoa. 4. Xafla anitzekoak (erradiaziorako isolatzaileak): Geruza anitzez osatzen dira: erradiaziozko bero-transmisioa murrizteko (aluminioa, adibidez) geruzen artean, eroankortasun termiko txikiko zuntz-geruzak dituzte tartekari moduan.

ENERGIAREN IRAUPEN LEGEA

Termodinamikaren legeak:

Sistemara SARTZENden + Sisteman Sistemari Sistematik Sisteman METATZENden energia energia beroa energia energia Hainbat sistematan, energia mekanikoa arbuiagarria da entalpia-energiarekin alderatuz. Halakoetan, eta egoera iraunkorrean sisteman gertatzen den entalpia- aldaketa, bero eran islatzen da.

Q = m(h2 - h1)

BERO TRANSMISIOAN DIMENTSIO GABEKO ZENBAKIAK

Biot:

Bi = hL ks Bond:

Bo 9(PI -Pv)L2 marruskadura zenbakia : Cf = V2 /2 Eckert:

Ec = Cp (Ts - T ) Euler:

Eu = P Fourier:

FO = 42 Ap Froude:

Fr = V2 gL Graetz:

Gz = Re Pr L D Grashof:

Gr _ GB(Ts -T2 )L' V 2 j Colburn: jH = StPr2/3 Ja = hfg Lewis:

Le = Da DAB Nusselt:

Nu == Peclet:

Pe = RePr = VL α Prandtl:

Pr = Cpl_1 ka Reynolds:

Re =! PVL VL μ αν Schmidt:

SC = D' DAB Sherwood :

Sh = Om L DAR Stanton:

St =- h Nu Weber:

We = pV2L pVCp RePr σ 0 V2 at PV marruskadura faktorea : f = (L/D)(pu2/2) Jakob:

Cp(Ts - Tsat ) hL Rayleigh:

Ra= Gr Pr _9B(Ts -T_)L3 SORTZENden + EMATENzaion = IRTETENden +

PROPIETATE TERMOFISIKO GARRANTZITSUAK

• Bero espezifikoa, Cp edo C: Substantzia baten masa-unitate baten tenperatura gradu bat igotzeko behar den energia da.SIko unitatea J/kg·K da. Hori presio konstantean neurtzen bada CP deritzo, eta bolumen konstantean neurtzen bada, aldiz, CV. Beste era batera esateko, AU=m.Cy.AT eta AH=m.Cp.AT dira, non U eta H barne-energia eta entalpia baitira, hurrenez hurren. Gas idealetan Cp = Cv + R dela har daiteke. Sistema konprimaezinetan, aldiz, (likidoak eta solidoak) Cp ~ Cv = C da.
• Ahalmen termiko bolumetrikoa: p .Cp Sistema batek energia termikoa metatzeko duen gaitasuna da, bolumen-unitateko adierazia. Sin, J/m3.K unitatea du.
• Barreiapen termikoa: a Sistema batek eroapenez beroa garraiatzeko duen ahalmenaren eta energia metatzeko duenaren arteko erlazioa da: k eroandako beroa a = p*Cp metatutko beroa Sin m2 /s unitatea du. Horrela, handiko materialak azkar erantzuten du aldaketa termikoen aurrean, eta txikikoak, aldiz, motel.
• Fase-aldaketarako bero sorra: 1 = hfg Fasez aldatzen ari den osagaiaren mol (edo kg) bakoitzeko askatzen (edo xurgatzen den energia da. Sistema batek inguramenarekin trukatzen duen energia bero sorra bada, ez du bere tenperatura aldatzen. Halako egoerak fase-aldaketetan gertatzen dira, eta bero-jario hau izaten da . Q = m ** - Q=mhfg
• Bero fluxu , q Bero-transferentziaren norabidearekiko noramala den azalera unitateko bero-transferentziaren abiadurari esaten zaio. q = 옴 (W/m2)

GAIA:BERO EROAPEN EKUAZIOA

EROPENEZ BERO-TRANSMISIOAREN ADIERZPEN OROKORRA

Kartesiarra:

2 (CT)+ (kar)+ (ka)+8% = p.C.ÖT at Zilindrikoa:

10 ( km-T) +2 ( kr- OT) + oz 10 10 aT oz ·07)+ 9 sortu = p.C.PT at Esferikoa:

1 2 (kr2 r ) + 2 sin2 0 06 k.OT] + 1 r2 sin 0 60 (ksine-am)+got = PC. OT Egoeraren arabera:

22T a2T a2T Material isotropiko: AT GT GT , Som - 101 +Egoera iraunkorra: geldikorra 22T 2T x 2 + ay 2 + 2 + com = 0 22T 2T 02T Ox2 ay2 az2 =0 + + Bero sortzerik ez: +Norabide bakarra: 0x 2 = 0

GEOMETRIAREN ARABERA

Horma lauan, zilindro hutsean eta esfera hutsean, horrela eratorriko dira Fourierren ekuazioan erabili beharreko azalerak. Fourierren legea erabiliz : Horma lauan:

Qx =- A K.(T2-T7) ×2-X, Zilindro (azaleren batez besteko logaritmo):

Q1 =- ABL" k.(To-T;) r .- r; → ABL = A-A In A A =2.T.L. (r .- r;) In [] Esfera (batez besteko geometrikoa):

Q = - ABG k-(To-T;) r .- r → ABG=(AG·A)12=4.T.T.] = ABG

ISOLAMENDUAREN KRITIKOA

Isolamenduak lodiera kritiko bat du, zeinetan bero-transmisio maximoa gertatzen baita, isolamendurik gabe gertatzen dena baino handiagoa. Lodiera kritikoa baino isolamendu lodiagoak jartzean, aldiz, bero-transmisioa txikitu egiten da isolamenduaren lodiera handitzean. Isolamenduaren lodiera kritikoak dira: Zilindro ->

Esfera -> Tk=2 k /h ľk= k/ h 「 xail= 즉 h K: isolatailearen ercankortason termikoa h: Kanpo Konbekzio bidezko bero-transferentzia kostizientenon k isolatzailearen eroankortasun termikoa eta h kanpoko konbekzio bidezko bero-transferentziaren koefizientea diren.

KONTAKTU ERRESISTENTZIA (KONDUKTANTZIA)

Material-geruza desberdinen arteko ukipena ez da bete-betea izaten; hau da, ukipenik gabeko eremuak sortzen dira maila mikroskopikoan. Haietan dago airea edo solidoak murgilduta dauden jariagaia, eta haren eroankortasun termikoa material solidoarena baino txikiagoa izaten da.

ℎ k Q/A ΔΤ faseartea (W/m2 ºC) Erresistentzia:

R = h (m2 ºC/W) k Honako aldagai hauek eragiten dute ukipen-erresistentziaren gain: gainazalaren zimurtasunak, materialaren propietateak,ukipenaren tenperaturak eta presioak, bi gainazalen artean harrapatutako jariagai motak. Ukipen-erresistentzia gutxitu daiteke ore koipetsu eroaleak erabiliz (silikona), tartean eroale oneko material baten orri mehea jarriz (aluminioa, kobrea, zilarra ... ) edo ukipen- presioa handituz.

GAINAZAL HEDATUAK: HEGALAK

Tenperatura aldea: 0 = T - Tinf Tenp.ald. hegalaren oinarrian: 0 = T - Tinf 2 h*P eta m = Az*k 0(x)=C·em*+C2·emx=B1·sinh(m.x)+B2·cosh(m·x) C1 eta C2 konstanteak lortzeko, muga-baldintzak behar dira. Muga-baldintza Poin Qhegats Hegats oso luzea:

e mix M Hegatsaren muturra isolatua (adiabatikoa):

coshm.(L-x) coshm.L M.tanhm.L Hegatsaren muturreko tenperatura finkoa:

(0/05)sinhm.x+sinhm.(L-x) M- coshm-L-(01/00in) sinhm.L sinh m-L Hegatsaren muturrean konbekzioa erradiazioa:

coshm-(L-x)+(h/mk)-sinhm-(L-x) M- sinhm.L + (h/m-k)-coshm.L edo coshm-L + (h/m-k)-sinhm.L coshm-L +(h/m-k)-sinhm.L Non M=/h-P.K.A ... Peroak Join 1