47. Жылуберілісті қарқындату

Жоғарыда келтірілген (16.7) формуласына сәйкес қабырға арқылы өтетін жылуберіліс процесін қарқындату үшін жылутасығыштар арасындағы жылулық құламаны ) арттыру керек немесе жалпы термиялық кедергіні _к азайту қажет. Мұнда жылутасығыштардың температуралары технологиялық процесс талаптарына сай болу керек, сондықтан оларды өзгерту оңай емес.

Біріншіден, _к шамасына аталған мәндердің ең үлкені көбірек әсер ететіні табиғи нәрсе. Егер техникада жиі қолданылатын тамшылы сұйықтан металл қабырға арқылы газдарға өтетіні жылуберілісті қарастырсақ, онда ең үлкен термиялық кедергі _λ2 болыр табылады да, _α₁, _λ шамаларын оған салыстырғанда өте кіші болатындықтан елемеуге болады.

Мұндай жағдайда жылуберілісті қарқындату үшін қабырғаның жылуалмасау шамасы аз жағын қырлау өте жиі қолданылады (16.2-серет). Бетті қырлау арқылы оның ауданы F₂ үлкейтіліп, осы жағындағы қабырғаның термиялық кедергісі азаяды _α2=1 ̸ α₂ F₂ сонымен бірге _к шамасы да кемиді. Осыған шамалас нәтижені α₂ коэффицентін үлкейту арқылы да алуға болады, бірақ ол үшін жылутасығыштың қозғалыс жылдамдығын арттыруға қосымша қуат қолдану қажет.

Пластина, шыбық кез келген пішінде жасалынған қырлар жылу беру бетіне дәнекерленеді, қалайыланады немесе сол қабырғамен бірге жасалынады (16.2-сурет). Мысалы жүйесінің радиаторларын, қозғағыштардың корпусын, суды салқындататын радиаторлардың беттерін қырлы етіп жасайды.

Жылуберу бетін қырлау негізіндегі жылуалмасудың термиялық кедергісі _α2 қырлау коэффицентіне К_Қ тура пропорционал кемиді және кәдімгі қатынаспен анықталады:

_αқыр=1 ̸ (α₂ F_қыр)= 1 ̸(α₂ К_Қ F_жыл) (16.13)

Аталған формула тек қырлардың жылуөткізгіштігінің термиялық кедергісі _λқыр жылуалмасудың термиялық кедергісінен көп кіші болғанда ғана нақты орындалады, демек

_λқыр= << _αқыр (16.14)

Егер қырдың жылуөткізгіштігінің термиялық кедергісі үлкен болса, онда қырдың ұзындығы температура жылутасығыштың температурасына жуықтап, жылуалмасу тиімділігі кемиді.

48. Термиялық жұқа денелерді қыздыру және суыту мәселелері

Металдарды қыздырумен өндегенде, пешке салынған дайындаманың қанша уақытта белгілі температураға дейін қызатынын немесе оны май құйылған ваннада шынықтырғанда қанша уақытта суыйтынын білу керек. Осыған ұқсас мәселелер тамақ өндірісінде де көптеп кездеседі.

Осы мәселелерді қарастырғанда ең оңай әрі кең тараған түріне жылуалмасу коэффициентінің жылуөткізгіштік коэффициенті мен дененің жарты қалыңдығына қатынасынан көп кіші болғандағы жағдайы жатады, демек

(17.1)

мұндағы δ – дененің жарты қалыңдығы.

Егер (17.1) шарты орындалса, онда ондай денені термиялық жұқа дене деп атайды. Мұндай дененің ішіндегі температура t жылуөткізгіштіктің мол әсерінен тез арада бірдей болып отырады. Сонымен температураның мәні тек уақытқа байланысты болып, координатқа тәуелді болмайды.

Көлемі V, пішіні кез келген жұқа денені қарастырайық. Аталған дене жылуалмасу әсерінен тұрақты жылдамдықпен dt/dτ суысын, сонда dτ уақыт аралығындағы денеден берілген жылу мөлшері

(17.2)

Бір уақытта осы жылу мөлшері жылуалмасу көмегімен қоршаған ортаға дененің F бетінен беріледі:

(17.3)

мұндағы t – дененің аталған уақыттағы температурасы; t_c – қоршаған ортаның (сұйықтың) температурасы.

Энергияның сақталу заңына сәйкес

(17.4)

Артық температура мәнін енгізіп және айнымалыларды ажыратсақ

(17.5)

және интегралдасақ, мынаны аламыз

(17.6)

Бастапқы шарттарға сәйкес τ=0, ύ=t₀ – t_c=ύ₀, одан интеграл тұрақтысы C=lnύ₀ тең болады.

Демек

ύ αF

ln— = - —— τ

ύ₀ cρV

немесе ύ αFτ

θ= —— = exp﴾- —— ) (17.7)

ύ₀ cρV

Сонымен, термиялық жұқа дененің артық температурасы уақыт өткен сайын бастапқы температурадан ύ₀ (τ=0 болғанда) нөлге дейін ( τ→∞ болғанда) экспоненциал заңы бойынша кемиді және αF∕ (cρV) комплексі үлкен болған сайын тезірек кемиді.

(17.7) формуласын денелерді қыздырғанда да қолдануға болады. Мұнда артық температураны ύ =t_c – t формуласымен есептейді және ύ₀= t_c –t₀ (τ=0 болғанда).