Umumiy tushunchalar Issiqlik o’tkazishinig asosiy tenglamasi Issiqlik o’tkazuvchanlik

7-Ma’ruza. 4 soat.
Mavzu: ISSIQLIK O’TKAZISH ASOSLARI
Reja:

1. 
   Umumiy tushunchalar
   
2. 
   Issiqlik o’tkazishinig asosiy tenglamasi
   
3. 
   Issiqlik o’tkazuvchanlik
   
4. 
   Issiqlik nurlanishi
   
5. 
   Konvektiv issiqlik almashinish
   

7.1. Umumiy tushunchalar

Neft va gazni qayta ishlash, neft kimyosi va sanoatning boshqa sohalarida issiqlik almashinish jarayonlaridan keng foydalaniladi. Masalan, neft va mazutni haydash, piroliz, katalitik kreking, riforming, gidrotozalash va moylarni tozalash kabi jarayonlarda turli issiqlik almashinish uskunalari ishlatiladi.
Bir qator texnologik jarayonlarining yo’nalishi issiqlik energiyasining berilishi yoki uzatilishi natijasida ma’lum bir haroratga ega bo’lgan holatdagina yuz beradi. Tezligi issiqlikning berilishi yoki uzatilishi bilan bog’liq bo’lgan jarayonlar (isitish, sovitish, bug’latish, kondensasiyalash va hokazo) issiqlik almashinish jarayonlari deb yuritiladi.
Har xil haroratga ega bo’lgan jismlarda issiqlik energiyasining biridan ikkinchisiga o’tishi issiqlik almashinish jarayoni deb ataladi. «Issiq» va «sovuq» jismlarning haroratlari o’rtasidagi farq issiqlik almashinishining harakatlantiruvchi kuchi hisoblanadi. Haroratlar farqi bo’lganda termodinamikaning ikkinchi qonuniga ko’ra issiqlik energiyasi harorati yuqori bo’lgan jismdan harorati past bo’lgan jismga o’z-o’zidan o’tadi. Jismlar o’rtasidagi issiqlik almashinishi erkin elektron, atom va molekulalarning o’zaro energiya almashinishi hisobiga sodir bo’ladi. Issiqlik almashinishida qatnashadigan jismlar issiqlik tashuvchi deb ataladi. Issiqlik tarqalishining uchta prinsipal turi bor: issiqlik o’tkazuvchanlik, konveksiya va issiqlikning nurlanishi.
Bir-biriga tegib turgan kichik zarrachalarning tartibsiz harakati natijasida yuz beradigan issiqlikning o’tish jarayoni issiqlik o’tkazuvchanlik (yoki konduksiya) deyiladi. Gaz va tomchi suyuqliklarda molekulalarning harakati natijasida yoki qattiq jismlarda kristall panjaradagi atomlarning tebranishi ta’sirida yoxud metallarda erkin elektronlarning diffuziyasi oqibatida issiqlik o’tkazuvchanlik jarayoni sodir bo’ladi. Qattiq jismlarda, gaz yoki suyuqliklarning yupqa qatlamlarida issiqlik asosan issiqlik o’tkazuvchanlik orqali tarqaladi.
Gaz yoki suyuqliklarda makroskopik hajmlarning harakati va ularni aralashtirish natijasida yuz beradigan issiqlikning tarqalishi konveksiya deb ataladi. Konveksiya ikki xil (erkin va majburiy) bo’ladi. Gaz yoki suyuqlik ayrim qismlaridagi zichliklarning farqi natijasida hosil bo’ladigan issiqlikning almashinishi tabiiy yoki erkin konveksiya deyiladi. Tashqi kuchlar ta’sirida (masalan, suyuqliklarni nasoslar yordamida uzatish yoki ularni mexanik aralashtirgichlar bilan aralashtirish paytida) majburiy konveksiya paydo bo’ladi.
Issiqlik energiyasining elektromagnit to’lqinlar yordamida tarqalishi issiqlikning nurlanishi deb yuritiladi. Har qanday jism o’zidan energiyani nurlatish qobiliyatiga ega. Nurlangan energiya boshqa jismga yutiladi va qaytadan issiqlikka aylanadi. Natijada nur bilan issiqlik almashinish sodir bo’lib, u o’z navbatida nur chiqarish va nur yutish jarayonlaridan tashkil topadi.
Haqiqiy sharoitlarda issiqlik almashinish alohida olingan biror usul bilan emas, balki bir necha usullar yordamida yuzaga keladi, ya’ni murakkab issiqlik o’tkazish jarayonlari amalga oshiriladi.
Issiqlik almashinish jarayonlari turli rusumdagi uskunalarda amalga oshiriladi. Issiqlik almashinish uskunalarining ishlash rejimiga ko’ra jarayonlar ikki xil (turg’un va noturg’un) bo’ladi. Uzluksiz ishlaydigan uskunalarning turli nuqtalaridagi harorat vaqt davomida o’zgramaydi, bunday uskunalarda ketayotgan jarayon turg’un bo’ladi. Noturg’un jarayonlarda (davriy ishlaydigan issiqlik almashinish uskunalarida) harorat vaqt davomida o’zgarib turadi (masalan, isitish yoki sovitish paytida).
Issiqlik almashinish uskunalaridagi issiqlik almashinish jarayonlari har xil holatlar (issiqlik o’tkazuvchanlik, konveksiya, issiqlikning nurlanishi va hokazo) ning majmuasi asosida yuz beradi. Ularni bir-biridan ajratish mumkin emas. Shu sababdan muhandislik hisoblashlarda issiqlikning turli hilda tarqalishini umumlashtirilib, yaxlit issiqlik o’tkazish jarayoni, deb qabul qilinadi.

7.2. Issiqlik o’tkazishinig asosiy tenglamasi

Issiqlik almashinish jarayonlarida issiqlik bir muhitdan ikkinchisiga o’tadi. Ko’pincha issiqlik tashuvchi agentlar bir-biridan devor orqali (uskuna yoki quvurning devori va hokazo) ajratilgan bo’ladi. Harorati yuqori bo’lgan muhitdan harorati past bo’lgan muhitga biror devor orqali issiqlikning berilishi issiqlikning o’tishi deb ataladi. Bunda berilgan issiqlikning miqdori Q issiqlik o’tkazishning asosiy tenglamasi orqali topiladi:
Q = KΔt_o’r Fτ, (7.1)
bu yerda K – issiqlik o’tkazish koeffisiyenti; Δt_o’r – issiq va sovuq muhit haroratlarining o’rtacha farqi; G’ – muhitlarni ajratuvchi devor yuzasi; τ – jarayonning davomiyligi.
Uzluksiz ishlaydigan turg’un jarayonlar uchun (7.1) tenglamadagi τ hisobga olinmaydi. U holda:
Q = KΔt_o’rF . (7.2)
(7.1) tenglamadagi K – issiqlikning birinchi muhit markazidan ajratuvchi devorga issiqlik berish, devor orqali issiqlik o’tkazuvchanlik va devor yuzasidan ikkinchi muhit markaziga issiqlik berish yo’llari orqali o’tish tezligini belgilovchi koeffisiyent.
K ning qiymatini topish uchun issiq muhitdan sovuq muhitga tekis devor orqali issiqlikning o’tish jarayonini ko’rib chiqamiz (7.1-rasm).
Turg’un jarayonlar uchun birinchi muhit markazidan devorga berilgan, devordan o’tgan va devordan ikkinchi muhit markaziga berilgan issiqlikning miqdori o’zaro teng, ya’ni:
. (7.3)
bu yerda α₁ – harorati yuqori muhitdagi issiqlik berish koeffisiyenti; – issiq muhit markazidagi harorat; – devor yuzasining issiqlik muhiti tomonidagi harorati; λ – devor materialining issiqlik

Q