36. Жылу беріліс әдістері
Жылуалмасу теориясы жылу беріліс заңдары мен оның сандық сипаттамаларын зерттеумен айналысатын ғылым болып табылады.
Жылу беру процесі үш түрлі әдіспен жүзеге асуы мүмкін: жылуөткізгіштік, конвективті және сәулелі жылуалмасу. Бұл әдістердің табиғаты бір бірінен бөлек және әртүрлі заңдармен сипатталады.
Барлық заттарда жылу жылуөткізгіштікпен беріледі – мұнда жылу энергиясы микробөлшектердің қозғалуы арқылы беріледі. Молекулалар, атомдар, электрондар және басқа микробөлшектер қозғалады да энергиясын жай қозғалатын бөлшектерге беріп, жылуды температурасы төмен аймаққа тасиды.
Сұйықтарда жылу беру араластыру процесі арқылы да іске асырылуы мүмкін. Мұнда жылу бөлектенген молекулалармен емес, көлемі үлкен макроскопиялық ыстық сұйық температурасы төмен аймаққа қарай ағып, өзімен бірге жылуды тасиды.
Заттың макроскопиялық көлемдерімен бірге жылу беруді конвективті жылу беру деп атайды.
Көп жағдайда сұйық пен қатты бет аралығындағы жылу алмасуды есептеуге тура келеді. Бұл процесті конвективті жылуалмасу деп атайды. Мұнда жылу сұйықтан қатты бетке немесе кері қарай беріледі.
Жылу берудің үшінші әдісі болып сәулелі жылу алмасу аталынады. Мұнда жылу сәулелену арқылы кез келген мөлдір ортада, оның ішінде вакуумда да беріледі. Мысалы Күннен Жерге космос арқылы жылу тек осы әдіспен ғана беріледі. Жылу алмасу кезіндегі энергияны тасымалдайтын бөлшектер ретінде фотондар қызмет атқарады.
Көп жағдайда жылу беру бірнеше әдіспен бір уақытта іске асырылады. Кей кездерде ғана аздығына байланысты бір немесе екі бірдей әдіспен берілетін жылуды есепке алмайды.
37. Масса алмасу жөнінде түсінік
Кеңістіктің бір нүктесінен екіншісіне заттың массасын беру сол заттың қарастырылған нүктелердегі шоғыр айырмашылығының нәтижесінде пайда болады. Мысалы, берілген көлем ішінде газ қоспасының компоненттері бірдей таралмаған жағдайда, олар тығыз шоғырланған аймақтан селдір жағына қарай тасымалданып, бірте – бірте барлық көлемде бірдей болады.
Масса берілу әдістері жылу беріліске ұқсап әртүрлі болуы мүмкін. Егер масса тек қана атомдар мен молекулаларының қозғалысымен берілсе, онда ол процессті диффузионды деп атайды. Диффузия процесі газдарда өте қарқынды жүреді, себебі олардың молекулаларының қозғалысы сұйық және қатты денелерге қарағанда ширақтау болады. Сұйықтар мен газдарда диффузиямен қатар дененің макроскопиялық көлемдерінің есебінен конвективті масса алмасу орын алады.
Көп жағдайда масса беріліс процестері жылу беріліс процестеріне ұқсас: диффузия – жылу беріліске, конвективті массаалмасу – конвективті жылу алмасуға. Ұқсас процестер бірдей математикалық теңдеулермен жазылады, сондықтан көптеген жылу алмасу формулалары мен тұжырымдары масса алмасуға да қолданылуы мүмкін.
38. Конвективті жылуалмасудың негізгі заңдары
Жылуалмасудың екінші түрі – конвекция – тек газдар мен сұйықтарда болады. Мұнда жылу беру кеңістікте қозғалатын ортаның көмегімен іске асырылады. Конвективті жылуалмасу жылуөткізгіштікпен әрқашан байланысты болып келеді.
Конвекция мен жылуөткізгіштіктің біріккен процесін конвективті жылуалмасу деп атайды.
Конвекцияны еріксіз және еркін деп аталатын екі түрге бөледі. Еріксіз конвекцияда сұйықтың қозғалуы жасанды түрде іске асырылады, мысалы насостың немесе сығымдағыштың көмегімен. Еркін конвекцияда қозғалу процесі сұйықты қыздыру және соған байланысты оның тығыздығының өзгеруінен туады.
1884 ж. Ағылшын ғалымы О. Рейнольдс өзінің тәжірибесінде әртүрлі заңдылыққа бағынатын сұйықтың екі түрлі қозғалыс түрлерін тәртіптерін анықталған. Қозғалыстың бірінші түрінде сұйықтың барлық бөлшектері бір – біріне параллель траекторияларымен ағып, қабаттары бір – бірімен араласпайды. Мұндай қозғалысты ламинарлы қозғалыс деп атайды.
Ағынның екінші түрін турбулентті деп атайды. Мұнда сұйықтың қабаттары үздіксіз араласып ағады. Осыған байланысты ағын бөлшектердің хаосты қозғалатын массасынан тұрады.
О. Рейнольдс сұйықтың дөңгелек құбыр ішіндегі қозғалу сипаты wd/v қатынасымен анықталатынын көрсетті. Ол қатынасты Рейнольдс саны деп атайды да Re арқылы белгілейді:
Re = wd/ν (14.1)
Мұндағы w – сұйықтың орташа жылдамдығы, м/с; d - құбырдың ішкі диаметрі, м,ν– сұйықтың кинематикалық тұтқырлық коэффиценті, м2/с.
Конвективті жылу алмасуды зерттеуде тұтқырлықтың мәні аса зор. Барлық нақты сұйықтар мен газдарда тұтқырлық болады; әртүрлі жылдамдықпен қозғалатын қабаттар немесе бөлшектер аралығында ішкі үйкеліс күші деп аталатын күш пайда болады. Ньютон заңына сәйкес бірлік бетке түсетін үйкеліс күші S қозғалыс бағытына перпендикуляр бағыттағы жылдамдық градиентіне пропорционал болады. Демек
мұндағы µ - динамикалық тұтқырлық коэффициенті деп аталады, өлшемі нс/м2 немесе Па∙с.