Сәулелік жылуалмасудың негізгі тұжырымдамалары

№11 зертханалық жұмыс

Дененің қаралық дәрежесін  анықтау.

 

ЖҰМЫСТЫҢ МАҚСАТЫ: 1. Еркiн ұласуда қыздырылған құбырды ауа сәулелi жылу алмасу тәжiрибелiк зерттеу.

2. Құбыр материалының қаралық дәрежесін анықтау.

 

1.СӘУЛЕЛІК ЖЫЛУАЛМАСУДЫҢ НЕГІЗГІ ТҰЖЫРЫМДАМАЛАРЫ

 

      ЖЫЛУ АЛМАСУ- бiртектi емес температураның үлестiрiмiмен ортада жылулық өздiгiнен тасымалдау проце бұл.

      СӘУЛЕ ШЫҒАРУ ЖЫЛУ АЛМАСУЫ (сәулелік жылу алмасу). Айырбастың қуаттың жанында тасысады қоздырғыштарымен заттың құрам кiрушi зарядталған элементар бөлшектердi болып көрiнген электрмагниттiк толқын көмегiмен түрi болады.

СӘУЛЕ ШЫҒАРУ ЭНЕРГИЯСЫ – дене арқылы (немесе орта) сәуле шығаратын фотондар мен электрмагниттік толқындардың энергиясы.

Жылулық сәуле шығарумен  ғана дене ыстығымен анықталады және онының оптикалық қасиеттерiмен. Сәуле шығарумен айырбас жылу қуаттарының бөлiгi қыздырылған денеде алдымен қос энергияны түрлендiрумен бiрге жүр сәулелi энергияға айналдырылады және электромагниттi волндарды түрде сыртқы кеңiстiкке шығарады, қашан жаңқала басқа денеге жетедi, онда дене қабылданатын сәулелi энергиясын қайта жылулықтанады. Сәуле шығару толқын ұзындығымен бейнеленедi әлде жиiлiк.

      СӘУЛЕ ШЫҒАРУ ЛЕГІНІҢ тығыздығы (немесе дененің сәуле шығару мүмкіндігі) – алып жүруге болатын уақыт бiрлiгiне сәулелi энергияларының саны жарты шар дене бұрышының шегiнделердi бет жағының бiрлiгi арқылы, 2П-ға тең.

 

 

[Вт/м²]    немесе     [Вт/м²]  (1)

 

МОНОХРОМАТИКАЛЫҚ СӘУЛЕ ШЫҒАРУ – сәуле шығару, толқынның ұзындықтарын тиiстi тар ауқымға.

ИНТЕГРАЛДЫ СӘУЛЕ ШЫҒАРУ - сәуле шығару, толқынның ұзындықтарын тиiстi барлық спектрге.

Мысалы; көбiнесе қатты және (қоспағанда типыл металдар) сұйық телдер волнның ұзындықтарын барлық ауқымда қуатты таратады. Өте жақсы абсолют нөлден температура бар өзiне тән қасиет барлық денелерге сәуле шығару, яғни (немесе 0С) 273К. Қуаттар, шығарып жатқан денемен сан, температураның өсуiмен кенет өседi. Сәуле шығарумен температураға, жақын бөлмелiге, жылу берудiң жанында ендi және еркiн конвекция шамамен тең. Сондықтан сәулелi жылу алмасудың рөлi айрықша биiк температура ағатын процестердегi ұлы көпшiлiк жылу энергетиялық тән және (от жағу, котлоагрегаттар, металлургиялық пештер тағы сол сияқтылар) қондырғыларды теплотехнологических.. Осы жағдайда айырбас өте ие бол рөл әдетте ойнайды.

АБСОЛЮТТІК ҚАРА ДЕНЕ – дене, қабiлеттi сәулелi энергиясына барлық тартушы онын толық қылғысын және ең жоғары қабiлеттiлiк ие сәуле шығаруға.

АБСОЛЮТТІК АҚ ДЕНЕ – барлық берілген энергияны бейнелеп көрсететін дене.

АБСОЛЮТТІК ТҮССІЗ ДИАМЕТРЛІК ДЕНЕ – барлық тартушы қуат өткiзетiн дене. Қуаттарды үлес ал электрмагниттiк толқын, сорылған дене дененiң жұтқыш қабiлеттiлiгiмен деп аталады. Дененi R – шағылдыру қабiлетiнiң шағылған қуаттарымен үлес. Және Дының қуаттарын үлес өтетiн дене арқылы, өткiзушi қабiлеттiлiкпен. Энергияның сақталу заңына сәйкес.

А+ R+Д=1    (2)

Абсолютті қара денелерге. А=1, R=Д=0

Абсолютті ақ денелерге. R=1, А=Д=0

Абсолютті тұссіз (немесе диаметрлік) денелерге Д=1, А= R=0

      Қатты дене үшiн көбiнесе есептеуге болады, және сұйықтықтар Д=0, онда олар үшін (2) теңдеуі мына түрге ие болады А+ R=1.

      Газ тәрiздi денелердi бейнелеп көрсетпейдi, бiрақ қылғи алады немесе сәулелi энергия өткiзу, яғни R=0, олар үшін А+Д=1.

Табиғатта абсолюттi қара, ақ жоқ және мөлдiр телдер, дегенмен абсолюттiк дене ұғымды енгiзу сәуле шығарудың заңы зерттеудi ықшамдайды.

Дене, жұтқыш қабiлеттiлiк ал волн бағынышты болмаған ? сұр деп аталады. Нақты телдердi көпшiлiк жылу есептеулердегi iс жүзiнде сұр қабылдауға болады.

Құрғақ таза ауа әбден ол арқылы жылу сәулелерi үшiн мөлдiр, шағылмай және қылғымай. Егер шаңда ауада  болса немесе СО2 сұйық көп атомды газдар, Н2О және болса, онда оның сәулесi мөлдiр др.), онда.

Көп атомды газдар тарату қабiлеттi және сәулелi энергияны қылғысын, СО2, су буларды жану өнiмдердегi бар болу сондықтан тағы басқалар маңызды рөл айырбаста ойнайды.

Қатты телдер шығару қалай, мөлдiр  шыныны болып көрiнедi және слюда.

Сәуле шығаруларда қатты  денелердегiге қатысады тек жұқа шалағай қабат: металдарда 0, 0004мм., мм диэлектриктерде – оныншы үлестен аспайтын. Газаны таратады және барлық көлеммен қуатқа қылғию.

Волнның әр түрлi ұзындықтарына температура  жанында бiр сол, қуаттарды әр түрлi санды таратады, (әлде сәуле  шығару қарқындылық) сәуле шығарудың ағыны спектрлiк тығыздық ұғым сондықтан енгiзуге керек: волн ұзындық арналған сәуле шығару энергияларды үлестiрудi қай мiнездейдi.

 

 Вт/м³     (3)

 

Ал шығарып жатқан Е0 жиынтық қуат.дене ыстығына берiлген күйiнденiң, Больцманның стефаносын заң бойымен анықталады:

Е₀ =

Т⁴      (4)

мұндағы = 5,678*10^-6 Вт/м²К –Стефан Больцман тұрақтысы немесе а.қ.д. коэффициенті, Т – дененің абсолютті температурасы, ⁰К

СТЕФАН–БОЛЬЦМАН ЗАҢЫ: (сәуле шығару қабiлеттiлiгi ) ағын сәуле шығару тығыздығы ал.абсолюттiк температураның пропорционал төртiншi дәрежесiн.

(4 ) бiлдiрудiң техникалық есептерi  үшiн түрде пайдалану ыңғайлырақ.

 

  (5)

 

мұндағы С₀ = 5,67 [Вт/м⁰К] – а.қ.д. сәуле шығару коэффициенті.

Нақты денелердi а.қ.д. болып көрiнбейдi, дегенмен оның көптерi сәуле шығару спектрi үздiксiз сұр денелермен жуықтап есептеуге болады, және сұр телдер үшiн.

 

   (6)

 

 мұндағы – қаралық дәрежесі (7)

ε – а.қ.д. сәуле шығару қабiлеттiлiгiне осы дененi сәуле шығару қабiлеттiлiгiнiң қарым-қатынасы болады.

 ε – тәжiрибелi жолыменмен анықталады және дене, оның температурасын табиғаттан бағынышты болады және беттiк күй (0,01< ε <0.09).

Әр түрлі  материалдар үшін ε мәні анықтамаларда кең көрсетіледі.

1-кестеде әр түрлі материалдар үшін ε мәндері көрсетілген.

 

Кейбір материалдардың қаралық дәрежесі

1-кесте

№п/п	Материал	Т	ε
1	Алюминий  полирленген Алюминий кедір-бұдыр	200-600 26	0,04-0,057 0,055
2	Жылтырланған  болат Тотықтырылған жетек	940-1100 200-600	0,052-0,61 0,79
3	Мұқият полирленген  жез Бұлыңғыр  жез Тотықтырылған шкей	245-355 50-350 40-260	0,028-0,031 0,22 0,4-0,056
4	Отқа шыдамды  кірпіш Қызыл кірпіш	1100 20	0,75 0,93
5	Су	0-100	0,96
6	Таскендір (асбест) қатты қағазы	24	0,96
7	Сылақ кедiр-бұдырлы әктас	10-90	0,91
8	Шамды күйе, 0,075мм және одан да қалың қабатты	40-370	0,95

 

Температураларымен 2 денелерiнiң арасындағы сәулелi жылу алмасу Т1 және Т2 айырық мөлдiр орталармен, Больцманның стефаносына сәйкес анықталады.

 

   (8)

 

мұндағы – жүйенің келтірілген қаралық дәрежесі.

 – денелердің қаралық дәрежелері.

F – аз кеңістік, м².

ε_прив –денелердің ε-не тәуелді және кеңiстiкте жылуалмасу бетiлердi өзара орналастырылу.

 

2.КҮРДЕЛІ ЖЫЛУ АЛМАСУ

 

Жылулықтың тасымалдауының әр түрлi жылу алмастырғыш құрылғы ағатын нақты процестерiндегi басқаға (немесе газ) бiр денесiнен барлығы бiр мезгiлде конвекциямен жиiрек жүзеге асырылады және сәуле шығарумен. Салым бұл ретте конвекциялық және сәулелi құрайтын айырбастар ағатын процестердi температуралық деңгейден бағынышты болады. Мысалы, (t 400 0C ) негiзгi рөл су үнемдегiштерде, ауа жылытқыштар конвекциялық жылу беру ойнайды) биiк емес температураларда, ал сәуле шығарумен айырбасты болып көрiнуге өте ие бол температура 1000 0С (котлоагрегаттардың пештерi жұмыс камералар) жоғары температуралы агрегаттар, және үлес жылу, менсiнбе менсiнбеу мүмкiн берiлетiн конвекциямен.

КҮРДЕЛІ ЖЫЛУАЛМАСУ – бiр мезгiлде конвекцияны жылулықтың беруi және сәуле шығарумен. Жиынтық ағын жылу (немесе радиациялық - конвекциялық) күрделi айырбаста сияқты анықталады

Q_ε= Q_K+ Q_л ; [Вт]   (9)

 

мұндағы Q_K – конвекция Ньютон – Рихманның заңы бойымен анықталуға берiлетiн жылу ағыны.

Q_K=α_K(t₁ - t₂)F, [Вт]   (10)

 

мұндағы α_K – жылу беру коэффициенті, [Вт/м²град]

t₁ - t₂ – жылутасығыш пен кеңістіктің температурасы, [⁰С]

Ыңғайлы болу үшiн күрделi жылуалмасудың  есептеуi ұғым енгiз «жиынтық жылу беру коэффициентi» және сәуле шығару «жылу беру коэффициентi».

α_ε = α_Л + α_K    (11)

мұндағы α_Л екеуі тең α_K мына формуламен анықталады.

α_Л =

    (12)

немесе Q_Л орнына оның (8) мәнін қойып, аламыз:

α_Л =

   (13)

Не сiрә қарастырылған жоғарыда айтылған формулалардан.

α_л=

;   ;  

 

 

3.ҚОНДЫРҒЫНЫҢ СИПАТТАМАСЫ

 

Қондыру 16 мның диаметрiнiң  екi жез түтiкшелерiнен тұрады және 1000 мм ұзар және көлденең орналасқан стендтерде тiк. Электр қыздырғыштар түтiкшелердiң iшi өткiзiлген ұзындық бойымен қуатты бiр қалыпты ерекшелейдi. Әр электр қыздырғыш тұтынылатын қуат латрмен трансформатордың көмегiмен реттеледi және ваттметр өлшенедi. Сан сараман және жылулықтың ортасын берiлетiн окружаюшуюға электр қуатының жұмсауы бойымен анықталады, яғни.

Түтiкшелердiң жылу беретiн бет  жақтары температураны өлшеу (жылу жұптар ) термоэлектриялық термометрлердiң пайдалануымен түйiспелi тәсiлiмен өндiредi. Түтiкшелердi ұзындық бойымен ол үшiн бiр қалыпты (Хромель - алюмель) 4 жылу жұп ТХА бойымен чекасын кигiзген. ПМТ бұл жылу жұптар ауыстырып қосқыш арқылы - 7 соединены логометрмен, қоршаған ауаны температура сынапты термометрдiң көмегiмен зертханада анықталады.

Осы жұмыста көлденең орналасқан жез  түтiкшесiн длдiң (? ) материалдың қаралық  дәрежестiң сәулелi жылу алмасулардың ең маңызды сипаттамаларының бiрi эксперименталдi анықтауға керек.

 

4.ЖҰМЫСТЫ ОРЫНДАУ ТӘРТІБІ

 

1.Қауiпсiздiк техникасы бойымен  жұмысқа, нұсқау әдiстемелiк жөн-жобаларды  зерттесiн және тәжiрибелi қондырумен  таныстыру.

2.Бақылаулардың нәтижелерiн жазба  үшiн кестенi даярлау.

3.(КИСИ– 5-шi машинасында немесе  пiшiндi тұрақтал) лабораториялық жұмысты  орындауға оқытушы рұқсатты алсын және тәжiрибелердiң жүргiзуiне бастау.

ЕСКЕРТУ: Өлшеу бәрi аспап көрсетiмдердi өзгерiссiздiкпен бейнеленетiн тәжiрибелi стендтiң жылулық күйлерi орнатқан күйiнденi өндiредi, және арқылы бiрнеше орнатыл қондырудың қосуынан кейiн өтедi.

2.Желiге жез түтiкшелерiн электр  қыздырғыштар латр арқылы қосу.

3.Оқу шеберiн көмекпен (W=60/140 Вт ваттметр көрсеткiш арналған түтiкшелердi қыздырудың берiлген қуаты латр орнату).

4.Логометрде 1-шi жағдайға 7-шi ПМТтiң  жылу жұптарының ауыстырып қосқышы, бұл ретте орнат №1 тiк түтiкшенi жылу жұптың температурасын белгiлейдi.

5.Температураның тұрақты мағынасын  жетiстiкте журналға мағына жазып  алатын орнатқан жылулық жүрк  туралы куәландыратын осы нүктеде.

6.Положение6ға ауыстырып қосқыш  дәйектi түрде орната, 7, 8, журналдың графтарында көлбеу тұрба үшiн қалған жылу жұптардың көрсетуi жазып алу.

7.Оқу шеберiн жөн-жоба бойымен  екiншi орнатсын және түтiкше үшiншi жылулық жүрктер және операция 4, 5 - 4, 8 қайта қайталау.

8.Формула арналған алынған мәлiметтерлердi өңдеудi жасалсын және есептеудiң нәтижелерi тиiстi графтар кестеге енгiзiлу.

9.Жұмыс бойымен қорытынды шығару.

 

5.БАҚЫЛАУ ЖУРНАЛЫ

 

Көлденең  құбыр үшін нәтижелер кестесі

W

t5

t6

t7

t8

tср

tж

aк

Qк

Qа

Е

Е

aл

aε

εрас

εсправ

1

2

3