การแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้เกิดขึ้นระหว่างการสัมผัสอนุภาคของร่างกายที่อยู่ในสนามอุณหภูมิ

ต = ฉ ( x , ใช่, z , ที ), โดดเด่นด้วยการไล่ระดับอุณหภูมิ ต.การไล่ระดับอุณหภูมิเป็นเวกเตอร์ที่พุ่งไปตามค่าปกติ n 0 ไปยังพื้นผิวอุณหภูมิความร้อนคงที่ในทิศทางของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น:

ผู้สำเร็จการศึกษาต = ป โอ ดีที/ดีเอ็น = ป โอ ต

มีสนามความร้อน: มิติเดียว สองมิติ และสามมิติ; นิ่งและไม่นิ่ง ไอโซโทรปิกและแอนไอโซโทรปิก.

คำอธิบายเชิงวิเคราะห์ของกระบวนการถ่ายเทความร้อนแบบนำไฟฟ้าเป็นไปตามกฎฟูริเยร์พื้นฐานซึ่งเกี่ยวข้องกับลักษณะของการไหลของความร้อนคงที่ที่แพร่กระจายในตัวกลางไอโซโทรปิกมิติเดียว พารามิเตอร์ทางเรขาคณิต และเทอร์โมฟิสิกส์ของตัวกลาง:

ถาม =แล(ต 1 –ต 2 )ส/ล หรือ พ = ถาม /t =แล (ท 1 –ต 2 )เอส/ลิตร

ที่ไหน: - ถาม - ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทผ่านตัวอย่างเมื่อเวลาผ่านไป ที , อุจจาระ;

λ - ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของวัสดุตัวอย่าง, W/(m-deg.)

ต 1 , ต 2 - อุณหภูมิของส่วน "ร้อน" และ "เย็น" ของตัวอย่างตามลำดับองศา

เอสเอส - พื้นที่หน้าตัดของตัวอย่าง m2;

ล - ความยาวตัวอย่าง, m;

ร - การไหลของความร้อน W.

ขึ้นอยู่กับแนวคิดของการเปรียบเทียบความร้อนไฟฟ้าตามปริมาณความร้อน ร และต จับคู่กระแสไฟฟ้า ฉัน และศักย์ไฟฟ้า ยู , นำเสนอกฎของฟูริเยร์ในรูปแบบของ "กฎของโอห์ม" สำหรับส่วนของวงจรความร้อน:

พ = ( ต 1 –ต 2 )/ลิตร/ แลส = (ต 1 –ต 2 )/ร ต (4.2)

ที่นี่ ตามความหมายทางกายภาพ พารามิเตอร์ ร ต มี ความร้อน ความต้านทานของส่วนวงจรความร้อน และ 1/ λ - ความต้านทานความร้อนจำเพาะ การแสดงกระบวนการถ่ายเทความร้อนแบบนำไฟฟ้านี้ทำให้สามารถคำนวณพารามิเตอร์ของวงจรความร้อนที่แสดงโดยแบบจำลองทอพอโลยีและวิธีการที่รู้จักในการคำนวณวงจรไฟฟ้า จากนั้น เช่นเดียวกับวงจรไฟฟ้า การแสดงออกของความหนาแน่นกระแสในรูปแบบเวกเตอร์จะมีรูปแบบ

เจ = – σ ผู้สำเร็จการศึกษายู ,

สำหรับวงจรความร้อน กฎฟูริเยร์ในรูปแบบเวกเตอร์จะมีรูปแบบ

พี = - λ ผู้สำเร็จการศึกษา ต ,

ที่ไหน ร - ความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อน และเครื่องหมายลบบ่งชี้ว่าฟลักซ์ความร้อนแพร่กระจายจากความร้อนไปยังส่วนที่เย็นกว่าของร่างกาย

เมื่อเปรียบเทียบนิพจน์ (4.1) และ (4.2) เราจะเห็นว่าสำหรับการถ่ายเทความร้อนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

ก= กซีดี = λ / ล

ดังนั้นเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการถ่ายเทความร้อนจึงจำเป็นต้องลดความยาวลง ล วงจรความร้อนและเพิ่มการนำความร้อน λ

รูปแบบทั่วไปของการอธิบายกระบวนการถ่ายเทความร้อนเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าคือสมการเชิงอนุพันธ์ของการนำความร้อนซึ่งเป็นการแสดงออกทางคณิตศาสตร์ของกฎการอนุรักษ์พลังงานและฟูริเยร์:

พุธ ดีที / dt = λ x ง 2 ต / ดีเอ็กซ์ 2 + λ ย ง 2 ต / ดี้ 2 + λ z ง 2 ต / ดีซ 2 + ว โวลต์

ที่ไหน กับ -ความจุความร้อนจำเพาะของตัวกลาง J/(kg-K);

p - ความหนาแน่นของตัวกลาง kg/m3;

ว โวลต์ - ความหนาแน่นเชิงปริมาตรของแหล่งภายใน, W/m 3 ;

λ x λ ย λ z - การนำความร้อนจำเพาะในทิศทางของแกนพิกัด (สำหรับตัวกลางแอนไอโซทรอปิก)

4.2.2. การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน

การแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้เป็นกระบวนการทางกายภาพที่ซับซ้อน ซึ่งการถ่ายเทความร้อนจากพื้นผิวของตัวทำความร้อนไปยังพื้นที่โดยรอบเกิดขึ้นเนื่องจากการล้างด้วยการไหลของสารหล่อเย็น - ของเหลวหรือก๊าซ - โดยมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิของ ร่างกายอุ่น ในกรณีนี้ พารามิเตอร์ของสนามอุณหภูมิและความเข้มของการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนขึ้นอยู่กับลักษณะของการเคลื่อนที่ของสารหล่อเย็น ลักษณะทางอุณหฟิสิกส์ ตลอดจนรูปร่างและขนาดของร่างกาย

ดังนั้นการเคลื่อนที่ของการไหลของน้ำหล่อเย็นจึงสามารถเป็นอิสระและบังคับได้ซึ่งสอดคล้องกับปรากฏการณ์ เป็นธรรมชาติและ ถูกบังคับการพาความร้อน นอกจากนี้ก็ยังมี ลามินาร์ และ วุ่นวาย ไทยโหมดการเคลื่อนที่ของการไหลตลอดจนสถานะตรงกลางขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของแรงที่กำหนดการเคลื่อนที่ของการไหลเหล่านี้ - แรงเสียดทานภายใน ความหนืด และความเฉื่อย

ในขณะเดียวกันกับการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนการแลกเปลี่ยนความร้อนแบบนำไฟฟ้าเกิดขึ้นเนื่องจากค่าการนำความร้อนของสารหล่อเย็น แต่ประสิทธิภาพของมันต่ำเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของของเหลวและก๊าซค่อนข้างต่ำ ในกรณีทั่วไป กลไกการถ่ายเทความร้อนนี้อธิบายไว้ในกฎของนิวตัน-ริชมันน์:

พ = ก เค.บี. ส ( ต 1 - ต 2 ), (4.3)

ที่ไหน: ก เค.บี. - ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อน, W/(m 2 -deg.);

ต 1 - ต 2 2 - อุณหภูมิผนังและน้ำหล่อเย็นตามลำดับ K;

ส - พื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อน m2

แม้ว่าคำอธิบายของกฎนิวตัน-ริชมันน์จะดูเรียบง่ายอย่างเห็นได้ชัด แต่ความยากลำบากในการประเมินเชิงปริมาณประสิทธิภาพของกระบวนการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนนั้นอยู่ที่ความจริงที่ว่าค่าของสัมประสิทธิ์ ก เค.บี. ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น เป็นฟังก์ชันของพารามิเตอร์กระบวนการจำนวนมาก ค้นหาการพึ่งพาอย่างชัดเจน ก เค.บี. = ฉก 1 , ก 2 , ..., อ เจ , ..., ก n ) มักเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากพารามิเตอร์ของกระบวนการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย

จะช่วยแก้ไขปัญหานี้ในแต่ละกรณีโดยเฉพาะ ทฤษฎีความคล้ายคลึงกันศึกษาคุณสมบัติของปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันและวิธีการสร้างความคล้ายคลึงกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเส้นทางของกระบวนการทางกายภาพที่ซับซ้อนไม่ได้ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ทางกายภาพและเรขาคณิตแต่ละตัว แต่โดยคอมเพล็กซ์กฎกำลังไร้มิติที่ประกอบด้วยพารามิเตอร์ที่จำเป็นสำหรับกระบวนการของกระบวนการนี้ ซึ่งเรียกว่า เกณฑ์ความคล้ายคลึงกัน . จากนั้นคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการที่ซับซ้อนจะลดลงเหลือเพียงการรวบรวมจากเกณฑ์เหล่านี้ ซึ่งหนึ่งในนั้นมีค่า a q ที่ต้องการ สมการเกณฑ์ , แบบฟอร์มที่ถูกต้องสำหรับกระบวนการใด ๆ ที่หลากหลาย หากไม่สามารถกำหนดเกณฑ์ความคล้ายคลึงได้ นั่นหมายความว่าพารามิเตอร์ที่สำคัญบางตัวของกระบวนการถูกละเว้นจากการพิจารณา หรือพารามิเตอร์บางตัวของกระบวนการนี้สามารถถูกลบออกจากการพิจารณาได้โดยไม่มีความเสียหายมากนัก

กระบวนการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนอธิบายได้จากการแลกเปลี่ยนพลังงานจลน์ระหว่างโมเลกุลของสารและการแพร่ของอิเล็กตรอน ปรากฏการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิของสารต่างกัน ณ จุดต่างกัน หรือเมื่อวัตถุสองชิ้นที่มีระดับความร้อนต่างกันมาสัมผัสกัน

กฎพื้นฐานของการนำความร้อน (กฎฟูริเยร์) ระบุว่าปริมาณความร้อนที่ผ่านวัตถุที่เป็นเนื้อเดียวกัน (เนื้อเดียวกัน) ต่อหน่วยเวลาจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่หน้าตัดปกติของการไหลของความร้อนและการไล่ระดับของอุณหภูมิตามการไหล

โดยที่ R T คือพลังของการไหลของความร้อนที่ส่งโดยการนำความร้อน W;

ล. - ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน ;

d - ความหนาของผนัง, m;

เสื้อ 1, เสื้อ 2 - อุณหภูมิของพื้นผิวที่ร้อนและเย็น, K;

S - พื้นที่ผิว m2

จากการแสดงออกนี้เราสามารถสรุปได้ว่าเมื่อพัฒนาการออกแบบ RES ผนังที่นำความร้อนควรทำให้บาง ควรมีการสัมผัสความร้อนทั่วทั้งพื้นที่ในการเชื่อมต่อของชิ้นส่วน และควรเลือกวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนสูง .

ลองพิจารณากรณีการถ่ายเทความร้อนผ่านผนังเรียบที่มีความหนา d

รูปที่ 7.2 – การถ่ายเทความร้อนผ่านผนัง

ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทต่อหน่วยเวลาผ่านส่วนของผนังที่มีพื้นที่ S จะถูกกำหนดโดยสูตรที่ทราบอยู่แล้ว

สูตรนี้เปรียบเทียบกับสมการกฎของโอห์มสำหรับวงจรไฟฟ้า ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเห็นการเปรียบเทียบที่สมบูรณ์ ดังนั้นปริมาณความร้อนต่อหน่วยเวลา P T สอดคล้องกับค่าปัจจุบัน I การไล่ระดับอุณหภูมิ (t 1 - เสื้อ 2) สอดคล้องกับความต่างศักย์ U

ทัศนคตินั้นเรียกว่า ฉันคิดถึงฉันความต้านทานและแสดงโดย R T

การเปรียบเทียบที่พิจารณาระหว่างการไหลของความร้อนและกระแสไฟฟ้าไม่เพียงช่วยให้เราทราบความเหมือนกันของกระบวนการทางกายภาพเท่านั้น แต่ยังช่วยอำนวยความสะดวกในการคำนวณการนำความร้อนในโครงสร้างที่ซับซ้อนอีกด้วย

หากในกรณีที่พิจารณาองค์ประกอบที่ต้องระบายความร้อนนั้นตั้งอยู่บนระนาบที่มีอุณหภูมิ t CT1 ดังนั้น

เสื้อ ST1 = P T d/(lS) + เสื้อ ST2.

ดังนั้นเพื่อลดค่า t CT1 จึงจำเป็นต้องเพิ่มพื้นที่พื้นผิวระบายความร้อน ลดความหนาของผนังส่งความร้อน และเลือกวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนสูง

เพื่อปรับปรุงการสัมผัสความร้อนจำเป็นต้องลดความหยาบของพื้นผิวสัมผัสปิดด้วยวัสดุที่นำความร้อนและสร้างแรงกดสัมผัสระหว่างกัน

คุณภาพของการสัมผัสความร้อนระหว่างองค์ประกอบโครงสร้างยังขึ้นอยู่กับความต้านทานไฟฟ้าด้วย ยิ่งความต้านทานไฟฟ้าของพื้นผิวสัมผัสต่ำลง ความต้านทานความร้อนก็จะยิ่งต่ำลง การกระจายความร้อนก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

ยิ่งความสามารถในการกำจัดความร้อนของสิ่งแวดล้อมต่ำลงเท่าใด จะต้องใช้เวลานานขึ้นในการสร้างระบบการถ่ายเทความร้อนแบบอยู่กับที่

โดยทั่วไปแล้วส่วนระบายความร้อนของการออกแบบคือแชสซี ตัวเครื่อง หรือเคส ดังนั้นเมื่อเลือกตัวเลือกเค้าโครงการออกแบบจึงต้องดูว่าส่วนระบายความร้อนของโครงสร้างที่เลือกสำหรับการติดตั้งนั้นมีเงื่อนไขในการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ดีกับสิ่งแวดล้อมหรือทนความร้อนได้หรือไม่

คำนำ

“วิศวกรรมไฮดรอลิกและความร้อน” เป็นสาขาวิชาวิศวกรรมพื้นฐานทั่วไปสำหรับนักศึกษาที่กำลังศึกษาในทิศทาง “การคุ้มครองสิ่งแวดล้อม” ประกอบด้วยสองส่วน:

รากฐานทางทฤษฎีของกระบวนการทางเทคโนโลยี

กระบวนการและอุปกรณ์ทั่วไปของเทคโนโลยีอุตสาหกรรม

ส่วนที่สองประกอบด้วยสามส่วนหลัก:

กระบวนการอุทกพลศาสตร์และอุทกพลศาสตร์

กระบวนการและอุปกรณ์ทางความร้อน

กระบวนการและอุปกรณ์การถ่ายเทมวล

สำหรับภาคแรกของสาขาวิชา บันทึกการบรรยายโดย N.Kh. ซินนาทุลลินา, A.I. Guryanova, V.K. Ilyina (ไฮดรอลิก
และวิศวกรรมความร้อน, 2548); สำหรับส่วนแรกของส่วนที่สองของวินัย - หนังสือเรียน N.Kh. ซินนาทุลลินา, A.I. Guryanova, V.K. อิลลีนา, D.A. Eldasheva (กระบวนการอุทกพลศาสตร์และอุทกพลศาสตร์, 2010).

คู่มือนี้จะสรุปส่วนที่สองของส่วนที่สอง ในส่วนนี้จะกล่าวถึงกรณีทั่วไปของการถ่ายเทความร้อนแบบนำและการพาความร้อน วิธีการถ่ายเทความร้อนทางอุตสาหกรรม การระเหย รวมถึงหลักการทำงานและการออกแบบอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน

หนังสือเรียนประกอบด้วยสามบท แต่ละบทจะจบลงด้วยคำถามที่นักเรียนสามารถใช้เพื่อควบคุมตนเองได้

วัตถุประสงค์หลักของหนังสือเรียนที่นำเสนอคือเพื่อสอนให้นักเรียนทำการคำนวณทางวิศวกรรมของกระบวนการทางความร้อนและเลือกอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการใช้งาน

ส่วนหนึ่ง. 1. การถ่ายเทความร้อน

กระบวนการทางเทคโนโลยีอุตสาหกรรมดำเนินไปในทิศทางที่กำหนดเฉพาะที่อุณหภูมิที่กำหนดเท่านั้น ซึ่งถูกสร้างขึ้นโดยการจัดหาหรือกำจัดพลังงานความร้อน (ความร้อน) กระบวนการซึ่งอัตราขึ้นอยู่กับอัตราการจ่ายหรือการกำจัดความร้อนเรียกว่าความร้อน แรงผลักดันของกระบวนการทางความร้อนคือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเฟส อุปกรณ์ที่ใช้กระบวนการทางความร้อนเรียกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งความร้อนจะถูกถ่ายโอนเข้าไปโดยสารหล่อเย็น

การคำนวณกระบวนการถ่ายเทความร้อนมักจะขึ้นอยู่กับการกำหนดพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนระหว่างเฟส พื้นผิวนี้ก็คือ
จากสมการการถ่ายเทความร้อนในรูปแบบอินทิกรัล ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนตามที่ทราบกันดีนั้นขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของเฟส
รวมทั้งจากความต้านทานความร้อนของผนังด้วย ด้านล่างนี้เราจะพิจารณาวิธีการพิจารณาค้นหาสนามอุณหภูมิและการไหลของความร้อน หากเป็นไปได้ ปริมาณที่ต้องการจะพบได้จากการแก้สมการของกฎการอนุรักษ์ และในกรณีอื่นๆ จะใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์แบบง่ายหรือวิธีการสร้างแบบจำลองทางกายภาพ

การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน

ในระหว่างการพาความร้อน การถ่ายเทความร้อนจะเกิดขึ้นโดยอนุภาคขนาดใหญ่ของการไหลของสารหล่อเย็น การพาความร้อนจะมาพร้อมกับการนำความร้อนเสมอ ดังที่ทราบกันดีว่าการนำความร้อนเป็นปรากฏการณ์ระดับโมเลกุล การพาความร้อนเป็นปรากฏการณ์ระดับมหภาค ซึ่งในนั้น
การถ่ายเทความร้อนเกี่ยวข้องกับสารหล่อเย็นทั้งชั้นที่มีอุณหภูมิต่างกัน ความร้อนจะถูกถ่ายโอนได้เร็วกว่าโดยการพาความร้อนมากกว่าการนำความร้อน การพาความร้อนใกล้พื้นผิวผนังอุปกรณ์จะสลายตัว

การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนอธิบายไว้ในสมการฟูริเยร์-เคียร์ชอฟ รูปแบบของการไหลตัวกลางอธิบายไว้ในสมการเนเวียร์-สโตกส์ (ระบอบการปกครองแบบราบเรียบ) และสมการเรย์โนลด์ส (ระบอบการปกครองแบบปั่นป่วน) เช่นเดียวกับสมการความต่อเนื่อง การศึกษารูปแบบการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนสามารถทำได้ในสูตรที่มีอุณหภูมิคงที่และไม่ใช่อุณหภูมิคงที่

ในสูตรไอโซเทอร์มอล สมการเนเวียร์-สโตกส์และความต่อเนื่องจะถูกแก้ไขก่อน จากนั้นค่าความเร็วที่ได้รับจะถูกนำมาใช้เพื่อแก้สมการฟูเรียร์-เคอร์ชอฟฟ์ ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่ได้รับในลักษณะนี้จะได้รับการปรับปรุงและแก้ไขในภายหลัง

ในสูตรผสมที่ไม่ใช่ไอโซเทอร์มอล สมการนาเวียร์-สโตกส์ ความต่อเนื่อง และสมการฟูริเยร์-เคอร์ชอฟได้รับการแก้ไขร่วมกัน โดยคำนึงถึงการขึ้นต่อกันของคุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ของตัวกลางกับอุณหภูมิ
ตามข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการพึ่งพาอาศัยกัน กับพี(ต), ลิตร( ต)
และร( ต) อ่อนแอ และ m( ต) - แข็งแรงมาก. ดังนั้นโดยปกติแล้วจะมีเพียงการพึ่งพา m( ต- การพึ่งพานี้สามารถนำเสนอในรูปแบบของการพึ่งพาของ Arrhenius หรือพูดง่ายๆ ก็คือ ในรูปแบบของสมการพีชคณิต จึงมีสิ่งที่เรียกว่าปัญหาคู่ควบเกิดขึ้น

เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้มีการพัฒนาวิธีการเพื่อแก้ไขปัญหาการถ่ายเทความร้อนในการไหลของของไหลแบบลามินาร์โดยคำนึงถึงการขึ้นอยู่กับความหนืดของของไหลกับอุณหภูมิ สำหรับกระแสน้ำเชี่ยวทุกอย่างจะซับซ้อนมากขึ้น อย่างไรก็ตาม คุณสามารถใช้คำตอบเชิงตัวเลขโดยประมาณโดยใช้เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ได้

ในการแก้สมการเหล่านี้ จำเป็นต้องกำหนดเงื่อนไขความเป็นเอกลักษณ์ ซึ่งรวมถึงเงื่อนไขเริ่มต้นและเงื่อนไขขอบเขต

เงื่อนไขขอบเขตการถ่ายเทความร้อนสามารถระบุได้หลายวิธี:

เงื่อนไขขอบเขตประเภทแรกระบุโดยการกระจายอุณหภูมิผนัง:

; (19)

กรณีที่ง่ายที่สุดคือเมื่อใด ตค ที = const;

เงื่อนไขขอบเขตประเภทที่ 2 - ระบุการกระจายความร้อนบนผนัง

; (20)

เงื่อนไขขอบเขตของประเภทที่สาม - มีการระบุการกระจายอุณหภูมิของตัวกลางรอบช่องและค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน
จากสิ่งแวดล้อมสู่ผนังหรือในทางกลับกัน

. (21)

การเลือกประเภทของเงื่อนไขขอบเขตขึ้นอยู่กับสภาพการทำงานของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน

บนจานแบน

ให้เราพิจารณาการไหลที่มีลักษณะทางเทอร์โมฟิสิกส์คงที่ (r, m, l, ซีพี= const) กระทำการบังคับเคลื่อนที่ไปตามแผ่นบางกึ่งอนันต์แบนและแลกเปลี่ยนความร้อนกับแผ่นนั้น ให้เราถือว่าการไหลไม่จำกัดด้วยความเร็ว
และอุณหภูมิ ต° วิ่งชนแผ่นจานกึ่งอนันต์ที่บังเอิญ
กับเครื่องบิน เอ็กซ์ – zและมีอุณหภูมิ ตเซนต์ = const

ให้เราแยกแยะชั้นขอบเขตอุทกพลศาสตร์และความร้อน
โดยมีความหนา d g และ d t ตามลำดับ (พื้นที่ 99% เปลี่ยนความเร็ว w x
และอุณหภูมิ ต- ในแกนด้ายและ ต°มีค่าคงที่

ให้เราวิเคราะห์ความต่อเนื่องและสมการเนเวียร์-สโตกส์ ปัญหาคือสองมิติเพราะว่า wz, - จากข้อมูลการทดลองเป็นที่รู้กันว่าในชั้นเขตอุทกพลศาสตร์ - ในแกนด้าย ดังนั้นตามสมการเบอร์นูลลี ในชั้นขอบเขตก็เหมือนกัน

.

ตามที่ทราบกันดี" เอ็กซ์» d g ดังนั้น .

ดังนั้นเราจึงมี

; (22)

. (23)

เขียนสมการที่คล้ายกันสำหรับแกน ที่ไม่สมเหตุสมผลเพราะว่า ใช่หาได้จากสมการความต่อเนื่อง (22) ด้วยการใช้ขั้นตอนที่คล้ายกัน คุณสามารถทำให้สมการฟูริเยร์-เคียร์ชฮอฟง่ายขึ้นได้

. (24)

ระบบสมการเชิงอนุพันธ์ (22)–(24) ถือเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์อุณหภูมิคงที่ของชั้นขอบเขตชั้นลามินาร์ความร้อนแบบเรียบที่อยู่นิ่ง ให้เรากำหนดเงื่อนไขขอบเขต
ที่ขอบด้วยแผ่นนั่นคือ ที่ ที่= 0: สำหรับใดๆ เอ็กซ์ความเร็ว w x= 0 (สภาพไม่ลื่น) บนขอบเขตและนอกชั้นขอบเขตอุทกพลศาสตร์
เหล่านั้น. ที่ ที่≥ ดี ก. ( เอ็กซ์) เช่นเดียวกับ เอ็กซ์= 0 สำหรับใดๆ ที่: w x- สำหรับฟิลด์อุณหภูมิ มีข้อโต้แย้งที่คล้ายกัน

ดังนั้น เงื่อนไขขอบเขต:

วเอ็กซ์( x, 0) = 0, x > 0; w x (x, ∞) = ; w x(0, ย) = ; (25)

ต (x, 0) = ตเซนต์, x > 0; ต (x, ∞) = ต ° ; ต (0, ย) = ต. (26)

บลาซิอุสได้รับวิธีแก้ปัญหานี้ในรูปแบบของอนุกรมอนันต์ มีวิธีการแก้ปัญหาโดยประมาณที่ง่ายกว่า: วิธีความสัมพันธ์เชิงปริพันธ์ (Yudaev) และทฤษฎีบทโมเมนตัม (Schlichting) AI. Razinov แก้ไขปัญหาโดยใช้วิธีคอนจูเกตฟิสิคัล
และการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ได้รับโปรไฟล์ความเร็ว
w x (x, ย), วใช่ ( x,ย) และอุณหภูมิ ตรวมถึงความหนาของชั้นขอบด้วย
ดี ก ( x) และ d t ( เอ็กซ์)

; (27)

, ปร ≥ 1; (28)

ปร= ν/ก.

ค่าสัมประสิทธิ์ กในสูตร (27) สำหรับ Razinov – 5.83; ยูดาเอวา – 4.64; เบลาซิอุส – 4; ขนาด – 5.0. รูปแบบโดยประมาณของการขึ้นต่อกันที่พบแสดงไว้ในรูปที่ 1 1.3.

อย่างที่ทราบกันดีว่าสำหรับก๊าซ ปร➤ 1 ของเหลวแบบหยด ปร > 1.

ผลลัพธ์ที่ได้ทำให้สามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์โมเมนตัมและการถ่ายเทความร้อนได้ ค่าท้องถิ่นγ( x) และ นู๋กรัม x

, . (29)

ข้าว. 1.3. ชั้นขอบเขตอุทกพลศาสตร์และความร้อนแบบลามินาร์

บนจานแบน

ค่าเฉลี่ยและ ตามความยาวของส่วน ล

,
, . (30)

ในทำนองเดียวกันสำหรับการถ่ายเทความร้อน

,
; (31)

, . (32)

ในกรณีนี้ การเปรียบเทียบของการถ่ายเทความร้อนและแรงกระตุ้นจะยังคงอยู่ (สมการเริ่มต้นเหมือนกัน เงื่อนไขขอบเขตจะคล้ายกัน) เกณฑ์ที่แสดงลักษณะการเปรียบเทียบทางอุทกพลศาสตร์ของกระบวนการถ่ายเทความร้อนมีรูปแบบดังนี้

พี ที-จี x = นู๋ที, x/ณุกรัม x = ปร 1/3 . (33)

ถ้า ปร= 1 จากนั้น P t-g x= 1 ดังนั้นจึงเป็นการเปรียบเทียบที่สมบูรณ์ของกระบวนการพัลส์และการถ่ายเทความร้อน

จากสมการที่ได้จะเป็นไปตามนี้

γ ~ , ม.; ก ~ ,ล. (34)

ตามกฎแล้วการพึ่งพาเชิงคุณภาพดังกล่าวถือเป็น
ไม่เพียงแต่สำหรับชั้นขอบเขตที่ราบเรียบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกรณีที่ซับซ้อนมากขึ้นด้วย

ปัญหานี้พิจารณาในสูตรไอโซเทอร์มอล เงื่อนไขขอบเขตความร้อนประเภทที่ 1 ตเซนต์ = const

ขณะที่คุณเคลื่อนตัวออกห่างจากขอบจาน (เพิ่มพิกัด เอ็กซ์) มีการเพิ่มขึ้นของ d g ( เอ็กซ์- ในกรณีนี้ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของสนามความเร็ว w xแพร่กระจายไปยังพื้นที่ที่ห่างไกลจากขอบเขตเฟสมากขึ้น
ซึ่งเป็นเงื่อนไขเบื้องต้นในการเกิดความวุ่นวาย ในที่สุดเมื่อ เร็กซ์, kp การเปลี่ยนแปลงจากระบอบการปกครองแบบราบเรียบไปสู่ระบอบการปกครองแบบปั่นป่วนเริ่มต้นขึ้น โซนการเปลี่ยนแปลงสอดคล้องกับค่า เอ็กซ์คำนวณตาม เรเอ็กซ์จาก 3.5 × 10 5 ۞ 5 × 10 5.
ในระยะทาง เรเอ็กซ์> 5 × 10 5 ชั้นขอบเขตทั้งหมดปั่นป่วน
ยกเว้นชั้นย่อยที่มีความหนืดหรือลามิเนตที่มีความหนา d 1 กรัม ในแกนกลางของการไหล ความเร็วไม่เปลี่ยนแปลง ถ้า ปร> 1 จากนั้นภายในชั้นย่อยที่มีความหนืด เราสามารถแยกแยะชั้นย่อยทางความร้อนที่มีความหนา d 1m ได้ ซึ่งการถ่ายเทความร้อนระดับโมเลกุลจะมีชัยเหนือการถ่ายเทความร้อนแบบปั่นป่วน

ความหนาของชั้นขอบเขตความร้อนปั่นป่วนทั้งหมดมักจะถูกกำหนดจากสภาวะ ν t = a t ดังนั้น d g = d t

ขั้นแรก ให้พิจารณาชั้นขอบเขตอุทกพลศาสตร์ปั่นป่วน (รูปที่ 1.4) ให้เราปล่อยให้การประมาณทั้งหมดสำหรับชั้นลามิเนตมีผลบังคับ ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือการมีอยู่ของ ν t ( ที่) นั่นเป็นเหตุผล

. (35)

ให้เรารักษาเงื่อนไขขอบเขตด้วย โดยการแก้ระบบสมการ (35)
และ (22) ด้วยเงื่อนไขขอบเขต (25) โดยใช้แบบจำลองความปั่นป่วนผนัง Prandtl แบบกึ่งเชิงประจักษ์ สามารถรับลักษณะของชั้นขอบเขตปั่นป่วนได้ ในชั้นย่อยที่มีความหนืดซึ่งมีการใช้กฎเชิงเส้นของการกระจายความเร็ว การถ่ายโอนโมเมนตัมแบบปั่นป่วนสามารถถูกละเลยได้ และภายนอกนั้นคือการถ่ายโอนโมเลกุล ในบริเวณใกล้กำแพง
(ลบชั้นย่อยที่มีความหนืด) โดยปกติจะใช้โปรไฟล์ความเร็วลอการิทึมและในพื้นที่ด้านนอกจะใช้กฎกำลังที่มีเลขชี้กำลัง 1/7 (รูปที่ 1.4)

ข้าว. 1.4. ชั้นขอบเขตอุทกพลศาสตร์และความร้อนปั่นป่วน

บนจานแบน

เช่นเดียวกับในกรณีของชั้นขอบแบบลามินาร์ ก็สามารถใช้แบบเฉลี่ยความยาวได้ ลค่าสัมประสิทธิ์การส่งคืนแรงกระตุ้น

. (36)

ให้เราพิจารณาชั้นขอบเขตความร้อนปั่นป่วน สมการพลังงานคือ

. (37)

ถ้า ปร> 1 จากนั้นภายในชั้นย่อยที่มีความหนืด เราสามารถแยกแยะชั้นย่อยด้านความร้อนได้ โดยที่การถ่ายเทความร้อนของโมเลกุล

. (38)

สำหรับค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเฉพาะที่ วิธีแก้ของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์จะมีรูปแบบดังนี้

ค่าเฉลี่ยตลอดความยาวแผ่น กำหนดเช่นนี้

ด้านล่างนี้คือการก่อตัวของชั้นขอบเขตปั่นป่วน (a) และการกระจายของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเฉพาะที่ (b) ในระหว่างการไหลตามยาวรอบแผ่นกึ่งอนันต์แบน (รูปที่ 1.5)

ข้าว. 1.5. ชั้นขอบเขต d g และ d t และค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเฉพาะที่ a

บนจานแบน

ในชั้นลามินาร์ ( เอ็กซ์ ≤ ล kr) การไหลของความร้อนเนื่องจากการนำความร้อนเท่านั้น สำหรับการประเมินเชิงคุณภาพ สามารถใช้ความสัมพันธ์ a ~ ได้

ในโซนการเปลี่ยนผ่าน ความหนารวมของชั้นขอบเขตจะเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ค่าของการเพิ่มขึ้นในกรณีนี้ เนื่องจากความหนาของชั้นย่อยแบบลามิเนตลดลง และในชั้นที่ปั่นป่วนที่เกิดขึ้น ความร้อนจะถูกถ่ายโอนไม่เพียงโดยการนำความร้อนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการพาความร้อนร่วมกันด้วย
ด้วยมวลของเหลวที่เคลื่อนที่เช่น รุนแรงมากขึ้น ส่งผลให้ความต้านทานความร้อนรวมของการถ่ายเทความร้อนลดลง ในเขตของระบอบการปกครองที่ปั่นป่วนที่พัฒนาแล้ว ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเริ่มลดลงอีกครั้งเนื่องจากการเพิ่มความหนารวมของชั้นขอบเขต a ~ .

ดังนั้นจึงพิจารณาชั้นขอบเขตอุทกพลศาสตร์และความร้อนบนแผ่นเรียบ ลักษณะเชิงคุณภาพของการขึ้นต่อกันที่ได้รับยังใช้ได้กับชั้นขอบเขตที่เกิดขึ้นระหว่างการไหลรอบพื้นผิวที่ซับซ้อนมากขึ้น

การถ่ายเทความร้อนในท่อกลม

ให้เราพิจารณาการแลกเปลี่ยนความร้อนแบบคงที่ระหว่างผนังของท่อตรงแนวนอนที่มีหน้าตัดเป็นวงกลมและการไหลที่มีลักษณะทางอุณหฟิสิกส์คงที่และเคลื่อนที่เนื่องจากการพาความร้อนที่ถูกบังคับภายใน ให้เรายอมรับเงื่อนไขขอบเขตความร้อนประเภทแรกนั่นคือ ตเซนต์ = const

ฉัน.พื้นที่เสถียรภาพอุทกพลศาสตร์และความร้อน

เมื่อของเหลวเข้าสู่ท่อเนื่องจากการเบรกที่เกิดจากผนังจะเกิดชั้นขอบเขตอุทกพลศาสตร์ขึ้น
เมื่อคุณเคลื่อนออกจากทางเข้า ความหนาของชั้นขอบเขตจะเพิ่มขึ้น
ในขณะที่ชั้นขอบติดกับผนังด้านตรงข้าม
จะไม่ปิด ส่วนนี้เรียกว่าส่วนการรักษาเสถียรภาพเริ่มต้นหรืออุทกพลศาสตร์ - ลง.

เช่นเดียวกับที่โปรไฟล์ความเร็วเปลี่ยนแปลงไปตามความยาวของท่อ
และโปรไฟล์อุณหภูมิ

ครั้งที่สองลองพิจารณาการเคลื่อนที่ของของไหลแบบราบเรียบ

ก่อนหน้านี้ ในส่วนของวินัย “กระบวนการอุทกพลศาสตร์และอุทกพลศาสตร์” เราได้พิจารณาส่วนเริ่มต้นของอุทกพลศาสตร์ เพื่อกำหนดความยาวของส่วนเริ่มต้น จึงเสนอความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้

.

สำหรับของเหลว ปร> 1 ดังนั้น ชั้นขอบเขตความร้อนจะอยู่ภายในชั้นขอบเขตอุทกพลศาสตร์
สถานการณ์นี้ทำให้เราสรุปได้ว่าชั้นขอบเขตความร้อนพัฒนาขึ้นในส่วนอุทกพลศาสตร์ที่มีความเสถียร และทราบโปรไฟล์ความเร็ว - พาราโบลา

อุณหภูมิของของเหลวในส่วนทางเข้าของส่วนแลกเปลี่ยนความร้อนจะคงที่เหนือส่วนตัดขวางและเท่ากับ ต° และในแกนด้ายก็ไม่เปลี่ยนแปลง ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ สมการชั้นขอบเขตความร้อนจะมีรูปแบบ

. (41)

การแก้สมการนี้ภายใต้เงื่อนไขข้างต้นจะได้:

สำหรับความยาวของส่วนเริ่มต้นด้านความร้อน

; (42)

สำหรับค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเฉพาะที่

; (43)

สำหรับความยาวสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเฉลี่ย

; (44)

· สำหรับหมายเลข Nusselt ท้องถิ่น

; (45)

· สำหรับเลขนัสเซลต์เฉลี่ย

. (46)

ลองพิจารณาสมการ (42) กัน ถ้า , ที่ .
สำหรับของเหลว ปร> 1 ดังนั้นโดยส่วนใหญ่ โดยเฉพาะ
สำหรับของเหลวที่มีขนาดใหญ่ ปรการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างการเคลื่อนที่แบบลามิเนตเกิดขึ้นส่วนใหญ่ในส่วนการรักษาเสถียรภาพทางความร้อน ดังที่เห็นได้จากความสัมพันธ์ (43) a สำหรับท่อในส่วนการรักษาเสถียรภาพทางความร้อนจะลดลงตามระยะห่างจากทางเข้า (ความหนาของชั้นขอบเขตความร้อน dt เพิ่มขึ้น) (รูปที่ 1.6)

ข้าว. 1.6. โปรไฟล์อุณหภูมิที่ส่วนเริ่มต้นและส่วนที่เสถียร

ด้วยการไหลของของเหลวแบบราบเรียบในท่อทรงกระบอก

ด้วยการไหลเชี่ยวในท่อเช่นเดียวกับบนแผ่นเรียบประการแรกความหนาของชั้นอุทกพลศาสตร์และความร้อนตรงกัน และประการที่สองพวกมันเติบโตเร็วกว่าแบบราบเรียบมาก สิ่งนี้ส่งผลให้ความยาวของส่วนระบายความร้อนลดลง
และการรักษาเสถียรภาพของอุทกพลศาสตร์ ซึ่งช่วยให้ในกรณีส่วนใหญ่ละเลยเมื่อคำนวณการถ่ายเทความร้อน

. (47)

สาม.การถ่ายเทความร้อนที่เสถียรด้วยการเคลื่อนที่แบบลามิเนตของตัวกลาง

ให้เราพิจารณาการถ่ายเทความร้อนแบบคงที่ในท่อกลม เมื่อคุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ของของเหลวคงที่ (กรณีไอความร้อน) โปรไฟล์ความเร็วไม่เปลี่ยนแปลงตามความยาว อุณหภูมิของผนังท่อคงที่และเท่ากับ ต st ไม่มีแหล่งความร้อนภายในไหล
และปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเนื่องจากการกระจายพลังงานนั้นมีน้อยมาก ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ สมการการถ่ายเทความร้อนจะมีรูปแบบเดียวกันกับชั้นขอบเขต ดังนั้นสมการเริ่มแรกของการศึกษาการถ่ายเทความร้อนจึงเป็นสมการ (41)

เงื่อนไขชายแดน:

(48)

วิธีแก้ไขปัญหานี้ได้รับครั้งแรกโดย Graetz จากนั้นโดย Nusselt ในรูปแบบของผลรวมของอนุกรมอนันต์ Shumilov และ Yablonsky ได้วิธีแก้ปัญหาที่แตกต่างออกไปเล็กน้อย วิธีแก้ไขที่ได้นั้นถูกต้อง
และสำหรับส่วนการรักษาเสถียรภาพทางความร้อน ขึ้นอยู่กับการรักษาเสถียรภาพทางอุทกพลศาสตร์เบื้องต้นของการไหล

สำหรับบริเวณที่มีการถ่ายเทความร้อนที่เสถียร ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเฉพาะจุดจะเท่ากับค่าจำกัด

หรือ (49)

ดังจะเห็นได้จากรูป (รูปที่ 1.7) โดยมีการเพิ่มขึ้น ตัวเลข นู๋ลดลง โดยเข้าใกล้เส้นกำกับในส่วนที่สองของเส้นโค้ง
ให้เป็นค่าคงที่ นู๋= 3.66. สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนที่เสถียรจะถ่ายเทโปรไฟล์อุณหภูมิไปตามความยาวของท่อ
ไม่เปลี่ยนแปลง ในส่วนแรก จะมีการสร้างโปรไฟล์อุณหภูมิ ส่วนแรกสอดคล้องกับส่วนเริ่มต้นด้านความร้อน

ข้าว. 1.7. เปลี่ยนท้องถิ่นและค่าเฉลี่ย นู๋ตามแนวยาวของท่อกลมที่ ตเซนต์ = const

IV.การถ่ายเทความร้อนที่เสถียรระหว่างการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วนของตัวกลาง

สมการเดิม

. (50)

เงื่อนไขชายแดน:

(51)

เมื่อแก้ไขปัญหาจะเกิดปัญหาในการเลือกโปรไฟล์ความเร็ว w x- บางส่วนสำหรับ w xใช้กฎหมายลอการิทึม (A.I. Razinov) ส่วนคนอื่นใช้กฎหมาย 1/7 (V.B. Kogan) มีการบันทึกการอนุรักษ์กระแสน้ำเชี่ยวซึ่งประกอบด้วยอิทธิพลที่อ่อนแอของเงื่อนไขขอบเขตและสนามความเร็ว w xเรื่องค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน

ขอเสนอสูตรต่อไปนี้สำหรับเลขนัสเซลท์

. (52)

สำหรับการเคลื่อนที่แบบราบเรียบในบริเวณการแลกเปลี่ยนความร้อนที่เสถียรพร้อมกับการไหลแบบปั่นป่วนของตัวกลาง นู๋ไม่ขึ้นอยู่กับพิกัด เอ็กซ์.

เราได้พิจารณากรณีพิเศษของการถ่ายเทความร้อนข้างต้นแล้ว กล่าวคือ ด้วยการกำหนดไอโซเทอร์มอลของปัญหาและสภาวะขอบเขตความร้อนประเภทแรก การถ่ายเทความร้อนในท่อทรงกระบอกเรียบ และแผ่นแนวนอนแบน

ในวรรณคดีมีวิธีแก้ไขปัญหาด้านความร้อนสำหรับกรณีอื่นๆ โปรดทราบว่าความหยาบผิวของท่อและแผ่นนำไปสู่
เพื่อเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน

แหล่งจ่ายความร้อน

เพื่อแก้ไขปัญหานี้จึงใช้สารหล่อเย็นหลายชนิด
TN จำแนกตาม:

1. ตามวัตถุประสงค์:

เครื่องทำความร้อน HP;

คูลลิ่ง HP, สารหล่อเย็น;

เทนเนสซีระดับกลาง;

สารทำให้แห้ง

2. ตามสถานะของการรวมกลุ่ม:

· เฟสเดียว:

พลาสมาอุณหภูมิต่ำ

ไอระเหยไม่ควบแน่น;

ของเหลวที่ไม่เดือดและไม่ระเหยที่ความดันที่กำหนด

โซลูชั่น;

วัสดุที่เป็นเม็ดเล็ก

· หลาย, สองเฟส:

ของเหลวเดือด การระเหย และก๊าซ

ไอระเหย;

การหลอมและการแข็งตัวของวัสดุ

โฟม สารแขวนลอยของแก๊ส

สเปรย์;

อิมัลชัน สารแขวนลอย ฯลฯ

3. ตามช่วงอุณหภูมิและความดัน:

HP ที่อุณหภูมิสูง (ควัน ก๊าซไอเสีย เกลือหลอมเหลว โลหะเหลว);

ปั๊มความร้อนอุณหภูมิปานกลาง (ไอน้ำ, น้ำ, อากาศ);

HP อุณหภูมิต่ำ (ที่ความดันบรรยากาศ ตกีบ ≤ 0 °C);

ความเย็นเยือกแข็ง (ก๊าซเหลว - ออกซิเจน, ไฮโดรเจน, ไนโตรเจน, อากาศ ฯลฯ )

เมื่อความดันเพิ่มขึ้น จุดเดือดของของเหลวก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน

สถานประกอบการอุตสาหกรรมใช้ก๊าซไอเสียและไฟฟ้าเป็นแหล่งพลังงานความร้อนโดยตรง สารที่ถ่ายเทความร้อนจากแหล่งเหล่านี้เรียกว่าองค์ประกอบความร้อนระดับกลาง TN ระดับกลางที่พบบ่อยที่สุด:

ไอน้ำอิ่มตัว

น้ำร้อน;

น้ำร้อนเกินไป

ของเหลวอินทรีย์และไอระเหย

น้ำมันแร่โลหะเหลว

ข้อกำหนดสำหรับเทนเนสซี:

บิ๊กอาร์ กับพี;

ความร้อนสูงของการกลายเป็นไอ

ความหนืดต่ำ

ไม่ติดไฟ ปลอดสารพิษ ทนความร้อน

ความราคาถูก.

การกำจัดความร้อน

กระบวนการเทคโนโลยีอุตสาหกรรมจำนวนมากเกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่จำเป็นต้องขจัดความร้อน เช่น เมื่อทำความเย็นก๊าซ ของเหลว หรือในระหว่างการควบแน่นของไอระเหย

มาดูวิธีการทำความเย็นกันบ้าง

ระบายความร้อนด้วยน้ำและสารทำความเย็นของเหลวอุณหภูมิต่ำ

การระบายความร้อนด้วยน้ำใช้เพื่อทำให้ตัวกลางเย็นลงจนถึงอุณหภูมิ 10–30 °C น้ำในแม่น้ำ บ่อน้ำ และทะเลสาบ ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปี มีอุณหภูมิ 4–25 °C น้ำบาดาล – 8–12 °C และน้ำหมุนเวียน (ในฤดูร้อน) – ประมาณ 30 °C

การไหลของน้ำหล่อเย็น หาได้จากสมการสมดุลความร้อน

. (83)

นี่คืออัตราการไหลของสารหล่อเย็น เอ็นและ เอ็นเค – เริ่มต้น
และเอนทาลปีสุดท้ายของสารหล่อเย็นที่ถูกทำให้เย็นลง เอ็น nv และ เอ็น kv – เริ่มต้น
และเอนทาลปีสุดท้ายของน้ำหล่อเย็น – ความสูญเสียต่อสิ่งแวดล้อม

บรรลุอุณหภูมิการทำความเย็นที่ต่ำลงได้
ใช้สารทำความเย็นเหลวอุณหภูมิต่ำ

ระบายความร้อนด้วยอากาศ- อากาศถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางที่สุดในฐานะสารทำความเย็นในการผสมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน - หอทำความเย็นซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของอุปกรณ์วงจรการไหลเวียนของน้ำ (รูปที่ 2.5)

ข้าว. 2.5. หอทำความเย็นที่มีกระแสลมธรรมชาติ (a) และแบบบังคับ (b)

น้ำร้อนในหอทำความเย็นจะถูกทำให้เย็นลงทั้งโดยการสัมผัสกับอากาศเย็นและโดยสิ่งที่เรียกว่าการทำความเย็นแบบระเหย
ในกระบวนการระเหยส่วนหนึ่งของการไหลของน้ำ

การผสมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

ในการผสมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (MHE) การถ่ายเทความร้อนจากสารหล่อเย็นหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อมีการสัมผัสหรือการผสมโดยตรง ดังนั้นจึงไม่มีความต้านทานความร้อนของผนัง (การแยกสารหล่อเย็น) ส่วนใหญ่แล้ว SRT จะใช้สำหรับการควบแน่นไอ การทำความร้อนและความเย็นของน้ำและไอระเหย ตามหลักการของอุปกรณ์สถานีบริการแบ่งออกเป็นฟอง, ชั้นวาง, บรรจุและกลวง (มีของเหลวกระเด็น) (รูปที่ 2.18)

ข้าว. 2.18. แผนภาพสถานีบริการ: ก) เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบผสมฟองสำหรับทำน้ำร้อน;

b) เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบบรรจุ-คอนเดนเซอร์; c) ตัวเก็บประจุบรรยากาศชั้นวาง; ง) กลวง

ส่วนที่ 3 การระเหย

การระเหยเป็นกระบวนการทำให้สารละลายเข้มข้นของของแข็งไม่ระเหยโดยการกำจัดตัวทำละลายที่ระเหยได้ในรูปของไอ โดยปกติการระเหยจะดำเนินการเมื่อเดือด โดยปกติแล้ว ตัวทำละลายเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ถูกกำจัดออกจากสารละลาย เนื่องจากสารจะต้องคงอยู่
อยู่ในสภาพของเหลว

มีสามวิธีในการระเหย:

การระเหยของพื้นผิวทำได้โดยการให้ความร้อนสารละลายบนพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนเนื่องจากการจ่ายความร้อนไปยังสารละลายผ่านผนังจากไอน้ำร้อน

การระเหยแบบอะเดียแบติกซึ่งเกิดขึ้นโดยการกระพริบสารละลายในห้องที่มีความดันต่ำกว่าความดันไออิ่มตัว

การระเหยโดยการระเหยแบบสัมผัส - การทำความร้อนของสารละลายจะดำเนินการโดยการสัมผัสโดยตรงระหว่างสารละลายที่กำลังเคลื่อนที่
และน้ำยาหล่อเย็นร้อน (ก๊าซหรือของเหลว)

ในเทคโนโลยีอุตสาหกรรม ส่วนใหญ่จะใช้วิธีการระเหยแบบแรก ถัดไปเกี่ยวกับวิธีการแรก ในการดำเนินการกระบวนการระเหยจำเป็นต้องถ่ายเทความร้อนจากสารหล่อเย็นไปยังสารละลายเดือดซึ่งเป็นไปได้เฉพาะในกรณีที่อุณหภูมิต่างกัน ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสารหล่อเย็นและสารละลายเดือดเรียกว่าความแตกต่างของอุณหภูมิที่เป็นประโยชน์

ไอน้ำอิ่มตัว (ความร้อนหรือปฐมภูมิ) ใช้เป็นสารหล่อเย็นในเครื่องระเหย การระเหยเป็นกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนโดยทั่วไป - การถ่ายโอนความร้อนเนื่องจากการควบแน่นของไอน้ำอิ่มตัวไปเป็นสารละลายเดือด

เครื่องระเหยประกอบด้วยสองหน่วยหลักซึ่งแตกต่างจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทั่วไป: ห้องทำความร้อนหรือหม้อต้มน้ำ และเครื่องแยก เครื่องแยกได้รับการออกแบบเพื่อดักจับหยดสารละลายจากไอน้ำที่เกิดขึ้นระหว่างการเดือด ไอน้ำนี้เรียกว่ารองหรือน้ำผลไม้ อุณหภูมิของไอน้ำทุติยภูมิจะน้อยกว่าจุดเดือดของสารละลายเสมอ เพื่อรักษาสุญญากาศให้คงที่ในคอนเดนเซอร์ จำเป็นต้องดูดส่วนผสมไอและก๊าซออกด้วยปั๊มสุญญากาศ

ขึ้นอยู่กับแรงดันไอน้ำรอง การระเหยจะแตกต่างกันที่ ร ATM, รกระท่อม, รว่าง กรณีระเหยได้ที่ ร vac จุดเดือดของสารละลายจะลดลงด้วย พีกระท่อม - ไอน้ำรองใช้เพื่อจุดประสงค์ทางเทคโนโลยี จุดเดือดของสารละลายจะสูงกว่าจุดเดือดของตัวทำละลายบริสุทธิ์เสมอ ตัวอย่างเช่น สำหรับสารละลายน้ำอิ่มตัว
โซเดียมคลอไรด์ (26%) ตกีบ = 110 °C สำหรับน้ำ ตกีบ = 100 °C ไอน้ำทุติยภูมิที่นำมาจากโรงระเหยเพื่อความต้องการอื่นเรียกว่า เรือเฟอร์รี่พิเศษ.

การสูญเสียอุณหภูมิ

โดยปกติในโรงงานระเหยแบบเปลือกเดียวจะทราบถึงแรงกดดันของการทำความร้อนและไอทุติยภูมิ เช่น อุณหภูมิของพวกเขา ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของการทำความร้อนและไอทุติยภูมิเรียกว่าความแตกต่างของอุณหภูมิรวมของเครื่องระเหย

. (96)

ความแตกต่างของอุณหภูมิโดยรวม มีความสัมพันธ์กับความแตกต่างของอุณหภูมิที่เป็นประโยชน์ตามความสัมพันธ์

โดยที่ D¢ คือการลดอุณหภูมิความเข้มข้น D¢¢ - การกดอุณหภูมิอุทกสถิต; D¢ ถูกกำหนดให้เป็นผลต่างของจุดเดือดของสารละลาย ตกีบ p และตัวทำละลายบริสุทธิ์ ตกีบ Ch ที่ พี = =ค่าคงที่

ด¢ = ตกีบ ร - ตกีบ ช, ตกีบ ch, D¢ = ตกีบ ร - ตรองประธาน (98)

อุณหภูมิของไอทุติยภูมิที่เกิดขึ้นระหว่างการเดือดของสารละลายนั้นต่ำกว่าจุดเดือดของสารละลายนั่นคือ อุณหภูมิบางส่วนหายไปอย่างไร้ประโยชน์ D¢¢ แสดงลักษณะการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของสารละลายด้วยแรงดันอุทกสถิตที่เพิ่มขึ้น โดยปกติแล้วความดันเฉลี่ยจะถูกกำหนดโดยความสูงของท่อเดือดและสำหรับความดันนี้ จุดเดือดเฉลี่ยของตัวทำละลายจะถูกกำหนด ตพุธ

ที่นี่ พี a คือแรงดันในเครื่อง r pz - ความหนาแน่นของส่วนผสมไอและของเหลว
ในท่อเดือด ; ชม- ความสูงของท่อเดือด

ด² = ตพุธ - ตช (99)

ที่ไหน ต cp คือจุดเดือดของตัวทำละลายที่ พี = พีพุธ; ต VP - อุณหภูมิของไอน้ำทุติยภูมิที่ความดัน พีก.

การระเหยแบบหลายผลกระทบ

ในการติดตั้งเครื่องระเหยหลายเอฟเฟกต์ ไอน้ำรอง (รูปที่ 3.2, 3.3) จากตัวถังก่อนหน้าจะถูกใช้เป็นไอน้ำร้อน
ในอาคารถัดไป การจัดระเบียบของการระเหยนี้นำไปสู่การ
เพื่อการประหยัดไอน้ำร้อนได้อย่างมาก ถ้าเรายอมรับ สำหรับอาคารทุกหลัง ปริมาณการใช้ไอน้ำร้อนทั้งหมดสำหรับกระบวนการจะลดลงตามสัดส่วนของจำนวนอาคาร ในทางปฏิบัติ ในสภาวะจริงอัตราส่วนนี้จะไม่คงไว้ซึ่งมักจะสูงกว่า ต่อไป เราจะพิจารณาสมการของความสมดุลของวัสดุและความร้อนสำหรับโรงระเหยแบบหลายถัง (ดูรูปที่ 3.2) ซึ่งเป็นระบบสมการที่เขียนสำหรับถังแต่ละใบแยกกัน

เกิดขึ้นเนื่องจากการชนกันของโมเลกุล อิเล็กตรอน และมวลรวมของอนุภาคมูลฐานซึ่งกันและกัน (ความร้อนเคลื่อนจากตัวที่ร้อนกว่าไปยังตัวที่ร้อนน้อยกว่า) หรือในโลหะ: การถ่ายโอนการสั่นสะเทือนของผลึกขัดแตะทีละน้อยจากอนุภาคหนึ่งไปยังอีกอนุภาคหนึ่ง (การสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่นของอนุภาคขัดแตะ - การนำความร้อนของโฟนอน)

การขนส่งแบบหมุนเวียน

การถ่ายโอนนี้เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคของของเหลวและเกิดจากการเคลื่อนที่ขององค์ประกอบระดับจุลภาคของสารนั้นดำเนินการโดยการเคลื่อนที่ของสารหล่อเย็นอย่างอิสระหรือถูกบังคับ

ภายใต้อิทธิพลของการไล่ระดับอุณหภูมิในเปลือกโลก การไหลเวียนของความร้อนไม่เพียงแต่ยังมีสสารเกิดขึ้นด้วย การไล่ระดับความดันทางอุณหพลศาสตร์เกิดขึ้น

เรายังสามารถสังเกตปรากฏการณ์ที่เมื่อเกิดการไล่ระดับความดันอุทกพลศาสตร์ น้ำมันจะยังคงอยู่ในชั้นหินโดยไม่มีการปิดผนึก

3. การถ่ายเทความร้อนเนื่องจากการแผ่รังสี.

หน่วยกัมมันตภาพรังสีจะปล่อยความร้อนออกมาในขณะที่สลายตัว และความร้อนนี้จะถูกปล่อยออกมาผ่านการแผ่รังสี

33. สมบัติทางความร้อนของการเกิดน้ำมันและก๊าซลักษณะและพื้นที่การใช้งาน.

คุณสมบัติทางความร้อนคือ:

1) ค่าสัมประสิทธิ์ความจุความร้อนค

2) ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน ล

3) ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายความร้อน

1. ความจุความร้อน:

c คือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของสารหนึ่งองศาภายใต้สภาวะที่กำหนด (V, P=const)

с=dQ/dТ

ความจุความร้อนเฉลี่ยของสาร: c=DQ/DT

เพราะ ตัวอย่างหินอาจมีมวลและปริมาตรต่างกัน เพื่อการประเมินที่แตกต่างมากขึ้น ความจุความร้อนชนิดพิเศษจึงถูกนำมาใช้: มวล ปริมาตร และโมลาร์

· ความจุความร้อนมวลจำเพาะ [เจ/(กก.×องศา)]:

С ม. =dQ/dТ=С/ม

นี่คือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนมวลต่อหน่วยของตัวอย่างไป 1 องศา

· ความจุความร้อนเชิงปริมาตรจำเพาะ [ญ/(ม. 3 ×K)]:

С v =dQ/(V×dТ)=r×С ม.

โดยที่ r คือความหนาแน่น

ปริมาณความร้อนที่ต้องให้หน่วยเพิ่มขึ้น 1 องศา ในกรณีของ P, V=const

· ความจุความร้อนจำเพาะของฟันกราม [เจ/(โมล×K)]:

С n =dQ/(n×dТ)=М×С ม.

โดยที่ M – มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ [kg/kmol]

ปริมาณความร้อนที่ต้องส่งให้สารหนึ่งโมลเพื่อให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไปหนึ่งองศา

ความจุความร้อนเป็นคุณสมบัติเสริมของการก่อตัว:

С i = j=1 N SC j ×К i โดยที่ SC i =1, К – จำนวนเฟส

ความจุความร้อนขึ้นอยู่กับความพรุนของชั้นหิน ยิ่งมีความพรุนมาก ความจุความร้อนก็จะยิ่งลดลง

(s×r)=s ตร. ×r ตร. ×(1-k p)+s ×r s ×k p,

โดยที่ с з – ค่าสัมประสิทธิ์การเติมรูขุมขน;

k p – สัมประสิทธิ์ความพรุน

การนำความร้อน

l [W/(m×K)] แสดงคุณลักษณะของหินในการถ่ายโอนพลังงานจลน์ (หรือความร้อน) จากธาตุหนึ่งไปยังอีกธาตุหนึ่ง

ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน – ปริมาณความร้อนที่ไหลผ่านต่อหน่วยเวลาผ่านปริมาตรลูกบาศก์ของสารที่มีหน้าเป็นหน่วย ในขณะที่หน้าอื่น ๆ จะรักษาอุณหภูมิที่แตกต่างกันไว้หนึ่งองศา (DT = 1°)

ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนขึ้นอยู่กับ:

ü องค์ประกอบแร่ธาตุของโครงกระดูก การแพร่กระจายของค่าสัมประสิทธิ์สามารถเข้าถึงหมื่นครั้ง

ตัวอย่างเช่น l ที่ใหญ่ที่สุดสำหรับเพชรคือ 200 W/(m×K) เนื่องจาก คริสตัลของมันแทบไม่มีข้อบกพร่องทางโครงสร้างเลย สำหรับการเปรียบเทียบ ลิตรของอากาศคือ 0.023 W/(m×K) น้ำคือ 0.58 W/(m×K)

ü ระดับความสมบูรณ์ของโครงกระดูก

ü การนำความร้อนของของไหล

มีพารามิเตอร์เช่น ติดต่อค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน .

ควอตซ์มีค่าสัมประสิทธิ์การสัมผัสสูงสุด - 7-12 W/(m×K) ถัดมาเป็นตะกอนไฮโดรเคมี เกลือสินเธาว์ ซิลไวต์ และแอนไฮไดรต์

ถ่านหินและแร่ใยหินมีค่าสัมประสิทธิ์การสัมผัสลดลง

ไม่พบค่าบวกสำหรับค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน การพึ่งพาไม่เป็นไปตามกฎการเพิ่ม

ตัวอย่างเช่น ค่าการนำความร้อนของแร่ธาตุสามารถเขียนได้ดังนี้:

1gl=Sv ฉัน ×1gl ฉัน ,

โดยที่ 1gl i คือลอการิทึมของ l เฟส i-th ที่มีเนื้อหาปริมาตร v i

คุณสมบัติที่สำคัญคือการกลับกันของการนำความร้อนที่เรียกว่าความต้านทานความร้อน

เนื่องจากความต้านทานความร้อน เรามีการกระจายสนามความร้อนที่ซับซ้อน สิ่งนี้นำไปสู่การพาความร้อนเนื่องจากการสะสมชนิดพิเศษสามารถก่อตัวได้ - ไม่ใช่การผนึกธรรมดา แต่เป็นทางอุณหพลศาสตร์

ความต้านทานทางอุณหพลศาสตร์จะลดลงตามความหนาแน่น การซึมผ่าน ความชื้น และปริมาณน้ำแข็ง (ในพื้นที่ภาคเหนือ) ที่ลดลง

มันจะเพิ่มขึ้นเมื่อน้ำถูกแทนที่ด้วยน้ำมัน ก๊าซ หรืออากาศในกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงความดันความร้อน โดยการเพิ่มขึ้นของความแตกต่างของชั้น ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ของแอนไอโซโทรปี

ถ่านหิน หินแห้ง และหินอิ่มตัวด้วยก๊าซมีความต้านทานความร้อนได้ดีที่สุด

เมื่อย้ายจากหิน terrigenous ไปยังหินคาร์บอเนต ความต้านทานความร้อนจะลดลง

ตะกอนไฮโดรเคมี เช่น ฮาไลต์ ซิลไวต์ มิราเบไลท์ แอนไฮไดรต์ มีความต้านทานความร้อนน้อยที่สุด หินที่มีโครงสร้างเกลือเป็นลาเมลลาร์

ชั้นดินเหนียวมีความโดดเด่นในด้านความต้านทานความร้อนสูงสุดในทุกชั้น

จากทั้งหมดนี้เราสามารถสรุปได้ว่าความต้านทานความร้อนเป็นตัวกำหนดระดับความเฉื่อยความร้อนและการนำความร้อน

การแพร่กระจายความร้อน

ในทางปฏิบัติค่าสัมประสิทธิ์เช่น การแพร่กระจายความร้อนซึ่งแสดงลักษณะอัตราการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในระหว่างกระบวนการถ่ายเทความร้อนที่ไม่คงที่

а=l/(с×r),เมื่อ l=const.

ที่จริงแล้ว “a” นั้นไม่คงที่ เพราะว่า l เป็นฟังก์ชันของพิกัดและอุณหภูมิ และ c เป็นฟังก์ชันของสัมประสิทธิ์ความพรุน มวล ฯลฯ

ในระหว่างการพัฒนา เราสามารถใช้กระบวนการที่อาจเกิดแหล่งความร้อนภายใน (เช่น การฉีดกรด) ซึ่งในกรณีนี้สมการจะมีลักษณะดังนี้:

dТ/dt=а×ñ 2 Т+Q/(с×r),

โดยที่ Q คือความร้อนของแหล่งความร้อนภายใน r คือความหนาแน่นของหิน

การถ่ายเทความร้อน.

พารามิเตอร์ที่สำคัญต่อไปคือ การถ่ายเทความร้อน.

DQ=k เสื้อ ×DТ×DS×Dt,

โดยที่ kt คือสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน

ความหมายทางกายภาพ: ปริมาณความร้อนที่สูญเสียไปยังชั้นใกล้เคียงผ่านหน่วยพื้นผิว ต่อหน่วยเวลาที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไปหนึ่งองศา

โดยทั่วไปแล้ว การถ่ายเทความร้อนสัมพันธ์กับการเคลื่อนตัวของชั้นด้านบนและด้านล่าง

34. อิทธิพลของอุณหภูมิต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของอ่างเก็บน้ำน้ำมันและก๊าซ

ความร้อนที่หินดูดซับนั้นไม่เพียงแต่ถูกใช้ไปกับกระบวนการทางความร้อนจลน์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงงานทางกลด้วยซึ่งสัมพันธ์กับการขยายตัวทางความร้อนของชั้นหิน การขยายตัวทางความร้อนนี้เกี่ยวข้องกับการพึ่งพาแรงยึดเหนี่ยวของอะตอมในโครงตาข่ายของแต่ละเฟสที่อุณหภูมิ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ปรากฏไปในทิศทางของพันธะ หากอะตอมเคลื่อนที่ได้ง่ายกว่าเมื่อเคลื่อนที่ออกจากกันมากกว่าเมื่อเข้าใกล้กัน การกระจัดของศูนย์กลางของอะตอมฟิสไซล์จะเกิดขึ้นเช่น การเสียรูป

ความสัมพันธ์ระหว่างการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและการเสียรูปเชิงเส้นสามารถเขียนได้:

ดล=ก×ล×ดต,

โดยที่ L คือความยาวเดิม [m] a คือสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้น

ในทำนองเดียวกันสำหรับการขยายปริมาตร:

dV/V=g เสื้อ ×dT,

โดยที่ g t คือสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อนเชิงปริมาตร

เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรจะแตกต่างกันอย่างมากสำหรับเมล็ดพืชต่างๆ การเสียรูปที่ไม่สม่ำเสมอจะเกิดขึ้นในระหว่างการกระแทก ซึ่งจะนำไปสู่การทำลายชั้นหิน

ณ จุดที่สัมผัสกันจะมีความเครียดเกิดขึ้นอย่างมาก ซึ่งส่งผลให้มีการเอาทรายออกและส่งผลให้หินถูกทำลายด้วย

ปรากฏการณ์การแทนที่น้ำมันและก๊าซก็เกี่ยวข้องเช่นกัน การขยายตัวตามปริมาตร- นี่คือกระบวนการที่เรียกว่ากระบวนการจูล-ทอมป์สัน ในระหว่างการทำงานจะมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรอย่างรวดเร็วและเกิดผลการควบคุมปริมาณ (การขยายตัวทางความร้อนเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง) เดบิโตเมทรีทางอุณหพลศาสตร์ขึ้นอยู่กับการศึกษาผลกระทบนี้

ขอแนะนำพารามิเตอร์อีกหนึ่งตัว - สัมประสิทธิ์อะเดียแบติก : h s =dТ/dр.

ค่าสัมประสิทธิ์อะเดียแบติกดิฟเฟอเรนเชียลจะกำหนดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของความดัน

ค่าของ h S >0 ภายใต้การบีบอัดแบบอะเดียแบติก ในกรณีนี้สารจะร้อนขึ้น ข้อยกเว้นคือน้ำเพราะ... ในช่วงตั้งแต่ 0¼4° มันจะเย็นลง

ชั่วโมง S =V/(C p ×g)×a×T,

โดยที่ V คือปริมาตร T คืออุณหภูมิ a คือสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น g คือความเร่งโน้มถ่วง

ค่าสัมประสิทธิ์จูล-ทอมป์สันจะกำหนดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิระหว่างการควบคุมปริมาณ

e=dТ/dр=V/(Ср ×g)×(1 - a×Т)=V/(Ср ×g) - h S ,

โดยที่ V/(Ср×g) กำหนดความร้อนเนื่องจากการทำงานของแรงเสียดทาน

ชั่วโมง S – การระบายความร้อนของสารเนื่องจากการขยายตัวแบบอะเดียแบติก

สำหรับของเหลว V/Ср×g>>hS Þ ของเหลวจะร้อนขึ้น

สำหรับก๊าซอี<0 Þ Газы охлаждаются.

ในทางปฏิบัติพวกเขาใช้ การวัดเสียงรบกวนหลุม - วิธีการที่ใช้ปรากฏการณ์เมื่อก๊าซเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงปล่อยพลังงานการสั่นสะเทือนทำให้เกิดเสียงดัง

35. การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของอ่างเก็บน้ำน้ำมันและก๊าซในระหว่างการพัฒนาแหล่งสะสม

1. ในสภาพธรรมชาติ ชั้นต่างๆ จะอยู่ที่ระดับความลึกมาก และเมื่อพิจารณาจากขั้นความร้อนใต้พิภพ อุณหภูมิในสภาวะเหล่านี้จะอยู่ที่ประมาณ 150° ดังนั้นจึงอาจเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าหินเปลี่ยนคุณสมบัติของมัน เพราะเมื่อเราเจาะเข้าไป เข้าไปในชั้น เรารบกวนสมดุลทางความร้อน.

2.เมื่อเรา สูบน้ำเข้าอ่างเก็บน้ำน้ำนี้มีอุณหภูมิพื้นผิว เมื่อน้ำเข้าสู่ชั้นหิน มันก็เริ่มทำให้ชั้นหินเย็นลง ซึ่งจะนำไปสู่ปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์ต่างๆ อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เช่น การแว็กซ์ของน้ำมัน เหล่านั้น. หากมีส่วนประกอบของพาราฟินในน้ำมัน พาราฟินจะหลุดออกมาและอุดตันการก่อตัวอันเป็นผลมาจากการทำความเย็น ตัวอย่างเช่น ที่สนาม Uzen อุณหภูมิความอิ่มตัวของน้ำมันกับพาราฟินคือ Tn = 35° (40°) และในระหว่างการพัฒนาสภาวะเหล่านี้ถูกละเมิด อันเป็นผลให้อุณหภูมิการก่อตัวลดลง พาราฟินหลุดออกมา การอุดตันเกิดขึ้น และ นักพัฒนาต้องปั๊มน้ำร้อนเป็นเวลานานและอุ่นการก่อตัวของพาราฟินจนละลายในน้ำมันจนหมด

3. น้ำมันที่มีความหนืดสูง

เพื่อทำให้ของเหลวกลายเป็นของเหลวจะใช้สารหล่อเย็น: น้ำร้อน, ไอน้ำร้อนยวดยิ่งและแหล่งความร้อนภายใน ดังนั้นจึงใช้ส่วนหน้าการเผาไหม้เป็นแหล่งกำเนิด: น้ำมันถูกจุดติดไฟและจ่ายสารออกซิไดเซอร์

โครงการต่อไปนี้กำลังดำเนินการในสวิตเซอร์แลนด์ ฝรั่งเศส ออสเตรีย และอิตาลีด้วย:

วิธีการลดความหนืดของน้ำมันโดยใช้กากกัมมันตภาพรังสี เก็บไว้ได้ 10 6 ปี แต่ในขณะเดียวกันก็ให้ความร้อนกับน้ำมันที่มีความหนืดสูงทำให้สกัดได้ง่ายขึ้น

36. สถานะทางกายภาพของระบบไฮโดรคาร์บอนในการก่อตัวของน้ำมันและก๊าซและคุณลักษณะของสถานะเหล่านี้

ลองใช้เนื้อหาง่ายๆ แล้วพิจารณาแผนภาพสถานะ:

ร

จุด C คือจุดวิกฤตที่ทำให้ความแตกต่างระหว่างคุณสมบัติหายไป

ความดัน (P) และอุณหภูมิ (T) ซึ่งเป็นลักษณะของการก่อตัว สามารถวัดได้ในช่วงกว้างมาก: ตั้งแต่หนึ่งในสิบของ MPa ถึงสิบ MPa และตั้งแต่ 20-40° ถึงมากกว่า 150°C ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ เงินฝากของเราที่มีไฮโดรคาร์บอนสามารถแบ่งออกเป็นก๊าซ น้ำมัน ฯลฯ

เพราะ ที่ระดับความลึกต่างๆ ความดันจะแตกต่างกันไปจากภูมิสถิตปกติไปจนถึงสูงผิดปกติ จากนั้นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนสามารถอยู่ในรูปของก๊าซ ของเหลว หรือในรูปของส่วนผสมของก๊าซ-ของเหลวในแหล่งสะสม

ที่ความดันสูง ความหนาแน่นของก๊าซจะเข้าใกล้ความหนาแน่นของของเหลวไฮโดรคาร์บอนเบา ภายใต้สภาวะเหล่านี้ เศษส่วนของน้ำมันหนักสามารถละลายในก๊าซอัดได้ ส่งผลให้น้ำมันละลายในแก๊สบางส่วน หากปริมาณก๊าซไม่มีนัยสำคัญ ก๊าซจะละลายในน้ำมันเมื่อความดันเพิ่มขึ้น ดังนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณของก๊าซและสภาพของก๊าซจึงมีการแยกแยะเงินฝาก:

1. ก๊าซบริสุทธิ์

2. คอนเดนเสทก๊าซ

3. ก๊าซและน้ำมัน

4. ปิโตรเลียมที่มีก๊าซละลาย

ขอบเขตระหว่างการสะสมของก๊าซ-น้ำมันและน้ำมันและก๊าซนั้นเป็นไปตามอำเภอใจ มีการพัฒนาในอดีตโดยเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของสองกระทรวง: อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ

ในสหรัฐอเมริกา เงินฝากไฮโดรคาร์บอนจะถูกแบ่งตามค่าของปัจจัยก๊าซ-คอนเดนเสท ความหนาแน่นและสีของไฮโดรคาร์บอนเหลวเป็น:

1) แก๊ส;

2) คอนเดนเสทก๊าซ

3) ก๊าซและน้ำมัน

ตัวประกอบคอนเดนเสทของก๊าซคือปริมาณก๊าซเป็นลูกบาศก์เมตรต่อลูกบาศก์เมตรของผลิตภัณฑ์ของเหลว

ตามมาตรฐานของอเมริกา ก๊าซคอนเดนเสทประกอบด้วยตะกอนที่ของเหลวไฮโดรคาร์บอนสีอ่อนหรือไม่มีสีที่มีความหนาแน่น 740-780 กก./ลบ.ม. และปัจจัยการควบแน่นของก๊าซ 900-1100 ม.3 /ม.3 จะถูกสกัดออกมา

ก๊าซที่สะสมอยู่อาจมีน้ำมันที่ถูกดูดซับ ซึ่งประกอบด้วยเศษส่วนไฮโดรคาร์บอนหนัก ซึ่งคิดเป็นมากถึง 30% ของปริมาตรรูพรุน

นอกจากนี้ ที่ความดันและอุณหภูมิบางอย่าง การมีอยู่ของก๊าซไฮเดรตซึ่งก๊าซอยู่ในสถานะของแข็งก็เป็นไปได้ การปรากฏตัวของเงินฝากดังกล่าวเป็นการสำรองจำนวนมากสำหรับการเพิ่มการผลิตก๊าซ

ในระหว่างกระบวนการพัฒนา ความดันเริ่มต้นและอุณหภูมิจะเปลี่ยนไป และการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีของไฮโดรคาร์บอนให้กลายเป็นตะกอนเกิดขึ้น

อย่างไรก็ตามก๊าซอาจถูกปล่อยออกมาจากน้ำมันในระหว่างระบบการพัฒนาอย่างต่อเนื่องซึ่งส่งผลให้การซึมผ่านของเฟสลดลงความหนืดเพิ่มขึ้นความดันลดลงอย่างรวดเร็วเกิดขึ้นในบริเวณก้นหลุมตามด้วยการสูญเสียคอนเดนเสท ซึ่งจะนำไปสู่การก่อตัวของปลั๊กคอนเดนเสท

นอกจากนี้ การเปลี่ยนเฟสของก๊าซอาจเกิดขึ้นระหว่างการขนส่งก๊าซ

38. แผนภาพเฟสของระบบองค์ประกอบเดียวและหลายองค์ประกอบ

กฎเฟสยิปซั่ม (แสดงความแปรปรวนของระบบ - จำนวนองศาอิสระ)

N - จำนวนส่วนประกอบของระบบ

m คือจำนวนเฟส

ตัวอย่าง: H 2 O (1 ชุด) N=1 m=2 Þ r=1

เมื่อติดขัด รเพียงหนึ่งเดียว ต

ระบบองค์ประกอบเดียว

บีบอัดจาก A ถึง B - ของเหลวหยดแรก (จุดน้ำค้างหรือจุดควบแน่น P=P us)

ณ จุด D ฟองไอน้ำสุดท้ายยังคงอยู่ ซึ่งเป็นจุดที่กลายเป็นไอหรือจุดเดือด

ไอโซเทอมแต่ละอันมีจุดเดือดและการกลายเป็นไอของตัวเอง

ระบบสององค์ประกอบ

การเปลี่ยนแปลง รและ ตกล่าวคือ ความดันที่เริ่มเกิดการควบแน่นจะน้อยกว่าความดันของการกลายเป็นไอเสมอ

ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง.

การถ่ายเทความร้อนแบบนำไฟฟ้า (lat. conduce, conductum toย่อ, เชื่อมต่อ) T. โดยการนำความร้อนไปยัง (หรือจาก) พื้นผิวของวัตถุแข็งใดๆ ที่สัมผัสกับพื้นผิวของร่างกาย

พจนานุกรมทางการแพทย์ขนาดใหญ่. 2000 .

ดูว่า "การถ่ายเทความร้อนแบบนำไฟฟ้า" ในพจนานุกรมอื่นๆ คืออะไร:

การถ่ายเทความร้อนเนื่องจากการถ่ายเทความร้อนร่วมกันโดยการแผ่รังสีและการนำความร้อน... พจนานุกรมอธิบายคำศัพท์โพลีเทคนิค

การแลกเปลี่ยนความร้อนการนำรังสี- - [เอเอส โกลด์เบิร์ก พจนานุกรมพลังงานภาษาอังกฤษเป็นภาษารัสเซีย 2549] หัวข้อ: พลังงานโดยทั่วไป EN การถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสีและการนำ ... คู่มือนักแปลทางเทคนิค

เทอร์โมมิเตอร์ทรงกลม Vernon ทรงกลมเป็นทรงกลมกลวง ผนังบาง เป็นโลหะ (ทองเหลืองหรืออะลูมิเนียม) มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.1-0.15 ม. พื้นผิวด้านนอกของทรงกลมจะดำคล้ำเพื่อดูดซับ ε γ 95% ของความร้อน . ... วิกิพีเดีย

คุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุ- เงื่อนไขรูบริก: คุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุ สถานะความชื้นของโครงสร้างที่ปิดล้อม ความชื้นในการทำงาน ... สารานุกรมคำศัพท์ คำจำกัดความ และคำอธิบายวัสดุก่อสร้าง

- (ก. ชุดยังชีพ อุปกรณ์ป้องกัน; n. Schutzanzug, Schutzkleidung; f. เครื่องแต่งกายสำหรับการป้องกัน; i. อุปกรณ์ป้องกัน traje) ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่, เสื้อผ้าพิเศษเพื่อปกป้องผู้ช่วยเหลือทุ่นระเบิด, นักดับเพลิง ฯลฯ จากผลกระทบที่เป็นอันตรายของสิ่งแวดล้อม … … สารานุกรมทางธรณีวิทยา

หนังสือ

• การทดสอบการถ่ายเทความร้อนและความร้อนของวัสดุและโครงสร้างของเทคโนโลยีการบินและอวกาศระหว่างการให้ความร้อนด้วยรังสี Viktor Eliseev เอกสารนี้กล่าวถึงปัญหาการถ่ายเทความร้อนและการทดสอบความร้อนของวัสดุและโครงสร้างของเทคโนโลยีการบินและอวกาศโดยใช้แหล่งกำเนิดรังสีความเข้มสูง ผลลัพธ์ที่ได้นำเสนอ...