O toplotnoj energiji jednostavnim jezikom! Toplina potrošena na zagrijavanje zraka po ciklusu Što određuje zagrijavanje zraka

Preliminarni proračun površine grijanja mlaznice.

Q in \u003d V in * (i in // - i in /) * τ \u003d 232231.443 * (2160-111.3) * 0.7 \u003d 333.04 * 10 6 kJ / ciklus.

Prosječna logaritamska razlika temperature po ciklusu.

Brzina proizvoda sagorevanja (dima) \u003d 2,1 m / s. Tada je brzina vazduha u normalnim uslovima:

6,538 m / s

Prosječne temperature zraka i dima za period.

935 o C

680 o C

Prosječna temperatura vrha mlaznice u periodima dima i zraka

Kružite prosječnu temperaturu vrha mlaznice

Prosječna temperatura dna mlaznice u periodima dima i zraka:

Kružite prosječnu temperaturu dna mlaznice

Odredite vrijednost koeficijenata prijenosa topline za gornji i donji dio mlaznice. Za mlaznicu prihvaćenog tipa sa vrijednošću 2240 18000 vrijednost prijenosa topline konvekcijom određuje se iz izraza Nu \u003d 0,0346 * Re 0,8

Stvarna brzina dima određuje se formulom W d \u003d W do * (1 + βt d). Stvarna brzina zraka pri temperaturi t in i tlaku zraka p in \u003d 0,355 MN / m 2 (apsolutna) određuje se formulom

Gdje je 0,1013-MN / m 2 tlak u normalnim uvjetima.

Vrijednost kinematičke viskoznosti ν i koeficijent toplotne provodljivosti λ za proizvode sagorijevanja odabrani su iz tablica. U ovom slučaju uzimamo u obzir da vrijednost λ vrlo malo ovisi o tlaku, a pri tlaku od 0,355 MN / m 2 mogu se koristiti vrijednosti λ pri tlaku od 0,1013 MN / m 2. Kinematička viskoznost plinova je obrnuto proporcionalna pritisku; vrijednost ν pri tlaku od 0,1013 MN / m 2 podijeljena je odnosom.

Efektivna dužina snopa za mlaznicu bloka

\u003d 0,0284 m

Za dato pakovanje m 2 / m 3; ν \u003d 0,7 m 3 / m 3; m 2 / m 2.

Izračuni su sažeti u tabeli 3.1

Tabela 3.1 - Određivanje koeficijenata prolaska toplote za vrh i dno mlaznice.

Naziv, vrijednost i mjerne jedinice dimenzija	Formula za proračun	Procjena	Rafinirani proračun
vrh	dno	vrh	Dno
dim	zrak	dim	zrak	zrak	zrak
Prosječne temperature zraka i dima za period 0 S.	Prema tekstu	1277,5		592,5		1026,7	355,56
Koeficijent toplotne provodljivosti proizvoda sagorevanja i vazduha l 10 2 W / (mgrad)	Prema tekstu	13,405	8,101	7,444	5,15	8,18	5,19
Kinematička viskoznost proizvoda sagorevanja i vazduha g 10 6 m 2 / s	aplikacija	236,5	52,6	92,079	18,12	53,19	18,28
Određivanje promjera kanala d, m		0,031	0,031	0,031	0,031	0,031	0,031
Stvarna brzina dima i zraka W m / s	Prema tekstu	11,927	8,768	6,65	4,257	8,712	4,213
Re
Nu	Prema tekstu	12,425	32,334	16,576	42,549	31,88	41,91
Koeficijent prenosa toplote konvekcijom a do W / m 2 * stepena		53,73	84,5	39,804	70,69	84,15	70,226
		0,027	-	0,045	-	-	-
		1,005	-	1,055	-	-	-
Koeficijent prolaska toplote zračenja a p W / m 2 * stepeni		13,56	-	5,042	-	-	-
a W / m 2 * stepeni		67,29	84,5	44,846	70,69	84,15	70,226

Toplotni kapacitet i toplotna provodljivost cigle l ambalaže izračunavaju se po formulama:

S, kJ / (kg * stupnjeva) l, W / (mgrad)

Dinas 0,875 + 38,5 * 10 -5 * t 1,58 + 38,4 * 10 -5 t

Šamot 0,869 + 41,9 * 10 -5 * t 1,04 + 15,1 * 10 -5 t

Ekvivalentna poludebljina opeke određuje se formulom

mm

Tabela 3.2 - Fizičke količine materijala i koeficijent akumulacije toplote za gornju i donju polovinu regenerativnog pakovanja

Veličine	Formula za proračun	Procjena	Rafinirani proračun
		vrh	dno	vrh	Dno
dinas	šamot	dinas	šamot
Prosječna temperatura, 0 ° C	Prema tekstu	1143,75	471,25	1152,1	474,03
Zapreminska gustina, r kg / m 3	Prema tekstu
Koeficijent toplotne provodljivosti l W / (mgrad)	Prema tekstu	2,019	1,111	2,022	1,111
Kapacitet toplote S, kJ / (kg * stepeni)	Prema tekstu	1,315	1,066	1,318	1,067
Koeficijent toplotne difuznosti a, m 2 / sat		0,0027	0,0018	0,0027	0,0018
F 0 S		21,704	14,59	21,68	14,58
Koeficijent akumulacije toplote h do		0,942	0,916	0,942	0,916

Kao što je očito iz tablice, vrijednost h do\u003e, tj. Opeke se koriste u toplinskom omjeru za cijelu debljinu. U skladu s tim, uzimamo vrijednost koeficijenta toplotne histereze za vrh mlaznice x \u003d 2,3, za dno x \u003d 5,1.

Tada se ukupni koeficijent prolaska toplote izračunava po formuli:

za vrh mlaznice

58,025 kJ / (m 2 ciklusa * stupnjeva)

za dno mlaznice

60,454 kJ / (m 2 ciklusa * stupnjeva)

Prosjek za mlaznicu u cjelini

59.239 kJ / (m 2 ciklusa * stupnjeva)

Površina grijanja mlaznice

22093,13 m 2

Zapremina mlaznice

\u003d 579,87 m 3

Horizontalni presjek mlaznice na čistini

\u003d 9.866 m 2

Istraživanje provedeno na prijelazu iz 1940-ih u 1950-e omogućilo je razvijanje brojnih aerodinamičkih i tehnoloških rješenja koja osiguravaju siguran prolazak zvučne barijere čak i serijskim avionima. Tada se činilo da osvajanje zvučne barijere stvara neograničene mogućnosti za dalje povećanje brzine leta. U samo nekoliko godina letjelo je oko 30 tipova nadzvučnih aviona, od kojih je značajan broj pušten u masovnu proizvodnju.

Raznolikost korištenih rješenja dovela je do činjenice da su mnogi problemi povezani s letovima velikim nadzvučnim brzinama sveobuhvatno proučeni i riješeni. Međutim, naišli su na nove probleme, mnogo složenije od zvučne barijere. Oni su uzrokovani zagrijavanjem konstrukcije avion kada leti velikom brzinom u gustim slojevima atmosfere. Ova nova prepreka nekada se nazivala toplotnom barijerom. Za razliku od zvučne barijere, novu barijeru ne možemo okarakterizirati kao stalnu, slično brzini zvuka, jer ona ovisi kako o parametrima leta (brzina i nadmorska visina) i dizajnu letjelice (dizajnerska rješenja i korišteni materijali), tako i o opremi aviona (klimatizacija, rashladni sistemi itd.). P.). Dakle, koncept "toplotne barijere" uključuje ne samo problem opasnog zagrijavanja konstrukcije, već i pitanja poput prijenosa topline, svojstava čvrstoće materijala, principa dizajna, klimatizacije itd.

Zagrijavanje zrakoplova u letu javlja se uglavnom iz dva razloga: od aerodinamičnog kočenja protoka zraka i od oslobađanja toplote pogonskog sistema. Oba ova fenomena predstavljaju proces interakcije između medija (zrak, izduvni plinovi) i usredotočenog čvrstog tijela (avion, motor). Drugi fenomen je tipičan za sve avione, a povezan je s porastom temperature strukturnih elemenata motora koji primaju toplinu iz zraka komprimiranog u kompresoru, kao i iz produkata sagorijevanja u komori i ispušnoj cijevi. Kada letite velikom brzinom, unutrašnje zagrevanje vazduhoplova takođe se dešava usporavanjem vazduha u vazdušnom kanalu ispred kompresora. Kada leti malim brzinama, zrak koji prolazi kroz motor ima relativno nisku temperaturu, uslijed čega se ne događa opasno zagrijavanje strukturnih elemenata zrakoplova. Pri velikim brzinama leta, ograničenje zagrijavanja konstrukcije zrakoplova od vrućih elemenata motora osigurava se dodatnim hlađenjem zrakom s niskim temperaturama. Uobičajeno se koristi zrak koji se uklanja iz usisa zraka pomoću vodilice koja odvaja granični sloj, kao i zrak zarobljen iz atmosfere pomoću dodatnih usisnih otvora koji se nalaze na površini gondole motora. Dvokružni motori za hlađenje koriste i vanjski (hladni) zrak.

Dakle, nivo toplotne barijere za nadzvučne avione određuje se spoljnim aerodinamičkim zagrevanjem. Intenzitet zagrijavanja površine u struji zraka ovisi o brzini leta. Pri malim brzinama, ovo zagrijavanje je toliko zanemarivo da porast temperature možda neće biti uzet u obzir. Pri velikim brzinama protok zraka ima visoku kinetičku energiju, pa stoga porast temperature može biti značajan. To se odnosi i na temperaturu u zrakoplovu, jer protok velike brzine, usporavan u usisu zraka i komprimiran u kompresoru motora, postaje toliko vruć da nije u stanju ukloniti toplinu iz vrućih dijelova motora.

Porast temperature kože zrakoplova kao rezultat aerodinamičnog zagrijavanja uzrokovan je viskoznošću zraka koji teče oko zrakoplova, kao i njegovom kompresijom na prednjim površinama. Zbog gubitka brzine od strane čestica vazduha u graničnom sloju kao rezultat viskoznog trenja, raste temperatura čitave racionalizirane površine vazduhoplova. Kao rezultat kompresije zraka temperatura raste, međutim, samo lokalno (to je uglavnom nos trupa, vjetrobran kokpita, a posebno prednje ivice krila i ograde), ali češće dostiže vrijednosti koje nisu sigurne za strukturu. U ovom slučaju na nekim mjestima dolazi do gotovo izravnog sudara strujanja zraka s površinom i potpunog dinamičkog kočenja. U skladu s principom očuvanja energije, sva kinetička energija protoka tada se pretvara u energiju toplote i pritiska. Odgovarajući porast temperature direktno je proporcionalan kvadratu brzine protoka prije usporavanja (ili, isključujući vjetar, kvadratu brzine zrakoplova) i obrnuto proporcionalan visini leta.

Teoretski, ako je protok stalan, vrijeme je mirno i bez oblaka i ne dolazi do prijenosa toplote zračenjem, tada toplina ne prodire u strukturu, a temperatura kože je blizu takozvane temperature adijabatskog kočenja. Njegova ovisnost o Mahovom broju (brzina i nadmorska visina) prikazana je u tablici. 4.

U stvarnim uvjetima, ispada da je porast temperature kože zrakoplova od aerodinamičnog zagrijavanja, tj. Razlika između temperature usporavanja i temperature okoline, nešto manja zbog izmjene topline s medijem (kroz zračenje), susjednim strukturnim elementima itd. Uz to dolazi do potpunog usporavanja protoka samo na takozvanim kritičnim točkama smještenim na isturenim dijelovima zrakoplova, a protok topline do kože također ovisi o prirodi graničnog sloja zraka (za turbulentni granični sloj je intenzivniji). Značajno smanjenje temperature događa se i pri letenju kroz oblake, posebno kada sadrže prehlađene kapljice vode i kristale leda. Za takve uvjete leta pretpostavlja se da smanjenje temperature kože u kritičnoj tački u odnosu na teoretsku temperaturu stagnacije može doseći čak 20-40%.

Tabela 4. Ovisnost temperature kože od Mahovog broja

Ipak, općenito zagrijavanje zrakoplova u letu nadzvučnom brzinom (posebno na malim nadmorskim visinama) ponekad je toliko veliko da porast temperature pojedinih elemenata zrakoplovne konstrukcije i opreme dovodi ili do njihovog uništenja, ili, barem, do potrebe za promjenom načina leta. Na primjer, prilikom ispitivanja zrakoplova KhV-70A u letovima na nadmorskoj visini većoj od 21.000 m brzinom M \u003d 3, temperatura prednjih ivica usisnika zraka i prednjih ivica krila bila je 580-605 K, a ostatak kože 470-500 K. na tako velike vrijednosti može se u potpunosti uvažiti, s obzirom na činjenicu da čak i na temperaturama od oko 370 K organsko staklo omekšava, što se obično koristi za zastakljivanje kabina, ukuhava gorivo, a obični ljepilo gubi svoju čvrstoću. Pri 400 K čvrstoća duralumina značajno opada, pri 500 K dolazi do hemijskog raspadanja radne tečnosti u hidrauličkom sistemu i uništavanja zaptivki, kod 800 K legure titana gube potrebna mehanička svojstva, na temperaturama iznad 900 K topi se aluminijum i magnezijum, a čelik omekšava. Povećanje temperature dovodi i do uništavanja prevlaka, od kojih se anodizacija i hromiranje mogu koristiti do 570 K, niklovanje do 650 K i posrebrenje do 720 K.

Nakon pojave ove nove prepreke povećanju brzine leta, istraživanja su počela uklanjati ili ublažavati njene posljedice. Načini zaštite aviona od efekata aerodinamičnog zagrijavanja određeni su faktorima koji sprečavaju porast temperature. Pored visine leta i atmosferskih uslova, značajan uticaj na stepen zagrevanja aviona vrše i:

- koeficijent toplotne provodljivosti materijala kože;

- veličina površine (posebno frontalne) vazduhoplova; -Vrijeme leta.

Stoga slijedi da su najjednostavniji načini za smanjenje zagrijavanja konstrukcije povećanje visine leta i njegovo trajanje ograničeno na minimum. Ove metode su korištene u prvim nadzvučnim avionima (posebno u eksperimentalnim). Zbog prilično velike toplotne provodljivosti i toplotnog kapaciteta materijala koji se koriste za proizvodnju strukturnih elemenata zrakoplova pod stresom, obično prođe prilično dugo od trenutka kada zrakoplov postigne veliku brzinu do trenutka kada se pojedini elementi konstrukcije zagriju do projektne temperature kritične točke. U letovima koji traju nekoliko minuta (čak i na malim visinama) destruktivne temperature se ne postižu. Let na velikim nadmorskim visinama odvija se u uslovima niske temperature (oko 250 K) i male gustine vazduha. Kao rezultat, količina toplote koju protok odaje na površine zrakoplova je mala, a izmjena topline traje duže, što značajno ublažava problem. Sličan rezultat se postiže ograničavanjem brzine aviona na malim visinama. Primjerice, tijekom leta iznad tla brzinom od 1600 km / h, snaga duralumin smanjuje se samo za 2%, a povećanje brzine na 2400 km / h dovodi do smanjenja njegove snage i do 75% u odnosu na početnu vrijednost.

Slika: 1.14. Raspodela temperature u vazdušnom kanalu i u motoru aviona Concorde tokom leta sa M \u003d 2,2 (a) i temperatura kože aviona XB-70A tokom leta pri konstantnoj brzini od 3200 km / h (b).

Međutim, potreba da se osiguraju sigurni radni uslovi u cijelom rasponu korištenih brzina i visina leta primorava dizajnere da potraže odgovarajuća tehnička sredstva. Budući da zagrijavanje konstruktivnih elemenata zrakoplova uzrokuje smanjenje mehaničkih svojstava materijala, pojavu toplotnih naprezanja u konstrukciji, kao i pogoršanje radnih uvjeta posade i opreme, takva tehnička sredstva koja se koriste u postojećoj praksi mogu se podijeliti u tri skupine. Sukladno tome uključuju upotrebu 1) materijala otpornih na toplinu, 2) dizajnerskih rješenja koja pružaju potrebnu toplinsku izolaciju i dopuštene deformacije dijelova i 3) rashladnih sistema za kokpit i odjeljke opreme.

U avionima sa maksimalnom brzinom od M \u003d 2,0-1-2,2, široko se koriste legure aluminijuma (duralumin) koje karakteriziraju relativno velika čvrstoća, mala gustina i očuvanje svojstava čvrstoće uz blagi porast temperature. Durali se obično dopunjavaju čeličnim ili titanovim legurama, od kojih su izrađeni dijelovi zrakoplovne konstrukcije koji su izloženi najvećim mehaničkim ili toplotnim opterećenjima. Legure titana koristile su se već u prvoj polovini 50-ih, prvo u vrlo malim razmjerima (sada njihovi dijelovi mogu činiti i do 30% mase zrakoplova). U eksperimentalnim avionima sa M ~ 3 postaje neophodno koristiti legure čelika otporne na toplotu kao glavni strukturni materijal. Takvi čelici zadržavaju dobra mehanička svojstva na visokim temperaturama, tipična za letove hipersoničnom brzinom, ali nedostaci su im visoka cijena i velika gustina. Ovi nedostaci u određenom smislu ograničavaju razvoj brzih aviona, stoga su u toku istraživanja drugih materijala.

70-ih godina izvedeni su prvi eksperimenti za upotrebu berilija u konstrukciji aviona, kao i kompozitnih materijala na bazi bora ili ugljeničnih vlakana. Ovi materijali i dalje imaju visoku cijenu, ali istodobno ih karakterizira mala gustina, velika čvrstoća i krutost, kao i značajna otpornost na toplinu. Primjeri specifičnih primjena ovih materijala u konstrukciji zrakoplova dati su u opisima pojedinih zrakoplova.

Drugi faktor koji značajno utječe na performanse zagrijane strukture zrakoplova je učinak takozvanih toplinskih naprezanja. Nastaju kao rezultat temperaturnih razlika između vanjske i unutarnje površine elemenata, a posebno između kože i unutarnjih strukturnih elemenata zrakoplova. Površinsko zagrijavanje zrakoplovne konstrukcije dovodi do deformacije njezinih elemenata. Na primjer, može doći do iskrivljenja kože krila, što će dovesti do promjene aerodinamičkih karakteristika. Zbog toga se u mnogim zrakoplovima koristi lemljena (ponekad zalijepljena) višeslojna koža koju odlikuje velika krutost i dobra izolacijska svojstva ili se koriste elementi unutarnje konstrukcije s odgovarajućim kompenzatorima (na primjer, u avionu F-105 zidovi bočnih nosača izrađeni su od valovitog lima). Poznati su i eksperimenti na hlađenju krila gorivom (na primjer, u avionu X-15) koje teče ispod kože na putu od spremnika do mlaznica komore za sagorijevanje. Međutim, pri visokim temperaturama gorivo se obično koksira, pa se takvi eksperimenti mogu smatrati neuspješnima.

Trenutno se istražuju razne metode, uključujući primjenu izolacijskog sloja vatrostalnih materijala prskanjem plazmom. Ostale metode koje se smatraju perspektivnim nisu našle primenu. Između ostalog, predloženo je korištenje "zaštitnog sloja" stvorenog puhanjem plina na kožu, hlađenjem "znojenjem" hranjenjem tekućine s visokom temperaturom isparavanja na površinu kroz poroznu kožu i hlađenjem nastalim topljenjem i uvlačenjem dijela kože (materijali za ablaciju).

Prilično specifičan i istovremeno vrlo važan zadatak je održavanje odgovarajuće temperature u kokpitu i u odjeljcima za opremu (posebno elektroničku), kao i temperature goriva i hidrauličkih sistema. Trenutno se ovaj problem rješava upotrebom sistema za klimatizaciju, hlađenje i hlađenje visokih performansi, efikasnom toplotnom izolacijom, upotrebom radnih fluida hidrauličkih sistema s visokom temperaturom isparavanja itd.

Problemi toplotne barijere moraju se rješavati na sveobuhvatan način. Svaki napredak u ovom području gura barijeru za ovaj tip aviona prema većoj brzini leta, ne isključujući je kao takvu. Međutim, težnja za još većim brzinama dovodi do stvaranja još složenijih struktura i opreme, što zahtijeva upotrebu kvalitetnijih materijala. To ima značajan utjecaj na težinu, troškove kupovine i troškove rada i održavanja zrakoplova.

Od onih datih u tabeli. 2 od ovih borbenih aviona pokazuje da se u većini slučajeva smatrao racionalnim maksimalna brzina 2200-2600 km / h. Samo se u nekim slučajevima smatra da bi brzina aviona trebala premašiti M ~ 3. Avioni sposobni za razvoj takvih brzina uključuju eksperimentalne avione X-2, XB-70A i T. 188, izviđački avion SR-71 i avion E-266.

1* Rashlađivanje je prisilni prijenos topline iz izvora hladnoće u okruženje s visokom temperaturom, dok se umjetno suprotstavlja prirodnom smjeru kretanja toplote (iz toplog tijela u hladno kada se odvija proces hlađenja). Najjednostavniji hladnjak je kućni hladnjak.

Prolaze kroz prozirnu atmosferu ne zagrijavajući je, dopiru do zemljine površine, zagrijavaju je i zrak se naknadno zagrijava iz nje.

Stupanj zagrijavanja površine, a time i zraka, prvenstveno ovisi o geografskoj širini područja.

Ali u svakoj određenoj točki, to (oko) će također biti određeno nizom čimbenika, među kojima su glavni:

A: nadmorska visina;

B: podložna površina;

B: udaljenost od obala okeana i mora.

O - Budući da se zrak zagrijava sa zemljine površine, što su apsolutne visine područja niže, to je temperatura zraka veća (na jednoj geografskoj širini). U uslovima zraka zasićenih vodenom parom, primjećuje se pravilnost: pri porastu na svakih 100 metara nadmorske visine temperatura (t o) opada za 0,6 o C.

B - Kvalitativne karakteristike površine.

B 1 - površine različite boje i strukture upijaju i odbijaju sunčeve zrake na različite načine. Maksimalna reflektivnost je tipična za snijeg i led, a najmanja za tamno obojena tla i kamenje.

Osvjetljenje Zemlje sunčevim zracima u dane solsticija i ekvinocija.

B 2 - različite površine imaju različit toplotni kapacitet i prenos toplote. Dakle, vodena masa Svjetskog okeana, koja zauzima 2/3 Zemljine površine, zbog svog velikog toplotnog kapaciteta zagrijava se vrlo sporo i hladi vrlo sporo. Zemljište se brzo zagrijava i brzo hladi, tj. Da biste zagrijali na istih t oko 1 m 2 zemlje i 1 m 2 vodene površine, trebate potrošiti drugačiju količinu energije.

B - od obala do unutrašnjosti kontinenata, količina vodene pare u zraku opada. Što je atmosfera prozirnija, to se sunčevi zraci manje raspršuju u njoj i svi sunčevi zraci dopiru do površine Zemlje. U prisustvu veliki broj vodene pare u zraku, kapljice vode se odbijaju, raspršuju, upijaju sunčeve zrake i ne dopiru sve do površine planete, dok se zagrijavanjem smanjuje.

Najviše temperature zraka zabilježene u područjima tropske pustinje... U centralnim predjelima Sahare gotovo 4 mjeseca temperatura zraka u sjeni iznosi više od 40 o C. Istodobno, na ekvatoru, gdje je ugao upada sunčevih zraka najveći, temperatura ne prelazi +26 o C.

S druge strane, Zemlja, kao zagrijano tijelo, zrači energiju u svemir uglavnom u dugovalnom infracrvenom spektru. Ako je zemaljska površina omotana "pokrivačem" oblaka, tada svi infracrveni zraci ne napuštaju planetu, jer ih oblaci zadržavaju, odbijajući se natrag na površinu zemlje.

Uz vedro nebo, kada u atmosferi ima malo vodene pare, infracrvene zrake koje planeta emituje slobodno odlaze u svemir, dok se zemljina površina hladi, što se hladi i time temperatura vazduha opada.

Književnost

1. Zubashchenko E.M. Regionalna fizička geografija. Klima Zemlje: priručnik za trening. 1. dio / E.M. Zubashchenko, V.I. Shmykov, A. Ya. Nemykin, N.V. Polyakova. - Voronjež: VSPU, 2007. - 183 str.

Kada sunce zagrije - kada je ono iznad vaše glave ili kada je niže?

Sunce više grije kad je više. U ovom slučaju sunčeve zrake padaju pod pravim uglom ili blizu pravog ugla.

Koje vrste rotacije Zemlje poznajete?

Zemlja se okreće oko svoje ose i oko sunca.

Zašto dolazi do promjene dana i noći na Zemlji?

Promjena dana i noći rezultat je aksijalne rotacije Zemlje.

Utvrdite kako se razlikuje ugao pada sunčeve svetlosti 22. juna i 22. decembra na paralelama od 23,5 ° N. sh. i y. w.; na paralelama 66,5 ° N sh. i y. sh.

22. juna, ugao pada sunčevih zraka paralelno od 23,50 N. 900, S. - 430. Na paraleli od 66,50 sjeverne širine. - 470, 66,50 S - kut klizanja.

22. decembra, ugao pada sunčevih zraka paralelno od 23,50 N. 430, S. - 900. Na paraleli od 66,50 sjeverne širine. - ugao ispaše, 66,50 S - 470.

Razmislite zašto najtopliji i najhladniji mjeseci nisu juni i decembar, kada sunčevi zraci imaju najveći i najmanji ugao pada na zemljana površina.

Atmosferski vazduh se zagreva sa zemljine površine. Stoga se u junu zemljina površina zagrijava, a temperatura dostiže maksimum u julu. To se dešava i zimi. U decembru se zemljina površina ohladila. Zrak se hladi u januaru.

Definišite:

prosječna dnevna temperatura u smislu četiri mjerenja dnevno: -8 ° S, -4 ° S, + 3 ° S, + 1 ° S.

Prosječna dnevna temperatura je -20C.

prosjek godišnja temperatura Moskva koristeći podatke iz tabele.

Prosječna godišnja temperatura je 50C.

Odredite dnevnu amplitudu temperature za očitanja termometra na slici 110, c.

Amplituda temperature na slici je 180C.

Utvrdite za koliko stepeni je godišnja amplituda u Krasnojarsku veća nego u Sankt Peterburgu, ako prosječna temperatura Jul u Krasnojarsku + 19 ° S, a januar -17 ° S; u Sankt Peterburgu + 18 ° S, odnosno -8 ° S.

Raspon temperatura u Krasnojarsku je 360 \u200b\u200b° C.

Raspon temperatura u Sankt Peterburgu je 260 ° C.

Raspon temperatura u Krasnojarsku je za 100 ° C viši.

Pitanja i zadaci

1. Kako nastaje zagrijavanje atmosferskog zraka?

Prolazeći kroz sunčeve zrake, atmosfera od njih se gotovo ne zagrijava. Zemljina površina se zagrijava i sama postaje izvor toplote. Iz nje se zagrijava atmosferski zrak.

2. Za koliko stepeni se temperatura u troposferi smanjuje na svakih 100 m?

Pri penjanju na pa na kilometar, temperatura zraka pada za 6 ° C. To znači da za 0,60 na svakih 100 m.

3. Izračunajte temperaturu zraka izvan aviona ako je visina leta 7 km, a temperatura na površini Zemlje + 20 ° C.

Pri usponu od 7 km temperatura će pasti za 420, što znači da će temperatura izvan aviona biti -220.

4. Da li je moguće sresti ledenjak u planinama na nadmorskoj visini od 2500 m, ako je temperatura u podnožju planina + 250 ° C?

Temperatura na nadmorskoj visini od 2500 m biće + 100C. Na visini od 2500 m nema ledenjaka.

5. Kako i zašto se temperatura zraka mijenja tokom dana?

Danju sunčeve zrake obasjavaju površinu zemlje i zagrijavaju je, a zrak se zagrijava iz nje. Noću se protok sunčeve energije zaustavlja, a površina se postepeno hladi zrakom. Sunce se izlazi iznad horizonta u podne. U to vrijeme dolazi najviše sunčeve energije. Međutim, najviša temperatura se opaža 2-3 sata poslije podneva, jer je potrebno vrijeme za prijenos toplote sa Zemljine površine u troposferu. Najhladnija temperatura javlja se prije izlaska sunca.

6. Šta određuje razliku u zagrijavanju Zemljine površine tokom godine?

Tokom godine na istom području sunčeve zrake padaju na površinu na različite načine. Kada je upadni ugao zraka veći, površina prima više sunčeve energije, temperatura zraka raste i počinje ljeto. Kada se sunčeve zrake nagnu više, površina se lagano zagrijava. Temperatura zraka u ovo vrijeme pada i dolazi zima. Najtopliji mjesec na sjevernoj hemisferi je srpanj, dok je najhladniji mjesec januar. Na južnoj hemisferi je obrnuto: najhladniji mjesec u godini je jul, a najtopliji siječanj.

2005-08-16

U brojnim slučajevima moguće je značajno smanjiti kapitalne i operativne troškove pružanjem autonomnog zagrijavanja prostorija toplim vazduhom na osnovu upotrebe generatora toplote koji rade na plin ili tečno gorivo. U takvim jedinicama se ne zagrijava voda, već zrak - svježi dotok, recirkulirani ili mješoviti zrak. Ova metoda je posebno efikasna za samostalno grijanje industrijskih prostorija, izložbenih paviljona, radionica, garaža, stanica održavanje, autopraonice, filmski studiji, skladišta, javne zgrade, teretane, supermarketi, staklenici, staklenici, kompleksi za stoku, farme živine itd.

Prednosti grijanje na zrak

Mnogo je prednosti načina zagrijavanja zraka u odnosu na tradicionalno grijanje vode u velikim prostorijama, a mi ćemo navesti samo glavne:

1. Profitabilnost. Toplina se proizvodi direktno u grijanoj sobi i gotovo se u potpunosti troši za namjeravanu svrhu. Zahvaljujući izravnom sagorijevanju goriva bez intermedijarnog nosača toplote, postiže se visoka toplotna efikasnost cijelog sistema grijanja: 90-94% - za rekuperativne grijače i gotovo 100% - za sustave izravnog grijanja. Upotreba programabilnih termostata pruža mogućnost dodatne uštede od 5 do 25% toplotne energije zahvaljujući funkciji "režim pripravnosti" - automatsko održavanje sobne temperature tokom neradnog vremena na nivou od + 5-7 ° S.
2. Mogućnost "uključivanja" dovodne ventilacije. Nije tajna da danas u većini preduzeća ventilacija za opskrbu ne radi ispravno, što značajno pogoršava radne uvjete ljudi i utječe na produktivnost rada. Generatori toplote ili direktni sistemi za grejanje zagrevaju vazduh za ∆t do 90 ° S - to je sasvim dovoljno da „prisili“ dovodnu ventilaciju da radi čak i u uslovima Daleki sjever... Dakle, grejanje vazduhom podrazumeva ne samo ekonomsku efikasnost, već i poboljšanje ekološke situacije i radnih uslova.
3. Mala inercija. Jedinice sistema za vazdušno grejanje za nekoliko minuta puštaju u rad, a zbog velikog protoka vazduha, soba se u potpunosti zagreje za samo nekoliko sati. To omogućava brzo i fleksibilno manevriranje kao odgovor na promenljive potrebe za toplotom.
4. Odsustvo srednjeg nosača toplote omogućava napuštanje izgradnje i održavanja sistema za grijanje vode, što je neučinkovito za velike prostorije, kotlovnicu, toplovod i postrojenje za pročišćavanje vode. Isključeni su gubici u toplovodima i njihov popravak, što omogućava drastično smanjenje operativnih troškova. Zimi ne postoji rizik od odmrzavanja grijača zraka i sistema grijanja u slučaju dužeg isključenja sistema. Hlađenje čak i do dubokog "minusa" ne dovodi do odmrzavanja sistema.
5. Visok stepen automatizacije omogućava vam da generirate tačno potrebnu količinu toplote. U kombinaciji s velikom pouzdanošću plinske opreme, ovo značajno povećava sigurnost sistema grijanja, a minimum pogonskog osoblja je dovoljan za njegov rad.
6. Niski troškovi. Način zagrijavanja velikih prostorija uz pomoć generatora toplote jedan je od najjeftinijih i najbrže implementiranih. Kapitalni troškovi izgradnje ili obnove sistema za vazduh obično su znatno niži od troškova organizovanja tople vode ili zračenja. Period povrata kapitalnih troškova obično ne prelazi jednu ili dvije grejne sezone.

Ovisno o zadacima koje treba riješiti, grijači različitih vrsta mogu se koristiti u sistemima za grijanje zraka. U ovom ćemo članku razmotriti samo jedinice koje rade bez upotrebe srednjeg nosača toplote - rekuperativni grijači zraka (s izmjenjivačem topline i ispuhom produkata sagorijevanja izvana) i sustavi izravnog grijanja zraka (grijači zraka koji miješaju plin).

Rekuperativni grijači zraka

U jedinicama ove vrste plamenik dovodi gorivo pomiješano s potrebnom količinom zraka u komoru za sagorijevanje. Nastali proizvodi sagorijevanja prolaze kroz dvo- ili troprolazni izmjenjivač toplote. Toplina dobivena sagorijevanjem goriva prenosi se na zagrijani zrak kroz zidove izmjenjivača toplote, a dimni plinovi se ispuštaju van kroz dimnjak (slika 1) - zato se i nazivaju generatorima toplote "indirektnog zagrijavanja".

Rekuperativni grejači vazduha mogu se koristiti ne samo direktno za grejanje, već i kao deo sistema ventilacije za dovod, kao i za zagrevanje procesnog vazduha. Nazivna toplotna snaga takvih sistema je od 3 kW do 2 MW. Zagrijani zrak u prostoriju se dovodi putem ugrađenog ili vanjskog ventilatora puhala, što omogućava upotrebu uređaja kako za direktno zagrijavanje zraka tako što se isporučuje kroz rešetkaste rešetke i kroz kanale za zrak.

Pranjem komore za sagorevanje i izmenjivača toplote, vazduh se zagreva i usmerava ili direktno u grejanu prostoriju kroz rešetke za raspodelu vazduha koje se nalaze u gornjem delu, ili kroz sistem vazdušnih kanala. Na prednjoj strani generatora topline nalazi se automatizirani gorionik blokova (slika 2).

Izmjenjivači topline modernih grijača zraka po pravilu su izrađeni od nehrđajućeg čelika (kamin je izrađen od čelika otpornog na toplinu) i služe od 5 do 25 godina, nakon čega se mogu popraviti ili zamijeniti. Efikasnost modernih modela dostiže 90-96%. Glavna prednost rekuperativnih grijača zraka je njihova svestranost.

Mogu raditi na prirodni ili TNG, dizel, ulje, mazut ili otpadno ulje - samo promijenite plamenik. Postoji mogućnost rada sa svježim zrakom, s mješavinom unutarnjeg zraka i u režimu pune recirkulacije. Takav sistem omogućava nekim slobodama, na primjer, promjenu brzine protoka zagrijanog zraka, "u letu" preraspodjelu protoka zagrijanog zraka u različitim granama kanala pomoću posebnih ventila.

Ljeti rekuperativni grijači zraka mogu raditi u režimu ventilacije. Jedinice se montiraju vertikalno i vodoravno, na pod, na zid ili ugrađene u sekcijsku ventilacijsku komoru kao dio grijača.

Rekuperativni grejači vazduha mogu se koristiti čak i za grejanje prostorija kategorije visoke komfora, ako je sama jedinica izvađena iz neposrednog servisnog područja.

Glavni nedostaci:

1. Veliki i složeni izmjenjivač topline povećava cijenu i težinu sistema u odnosu na grijače zraka mješavinskog tipa;
2. Potreban im je dimnjak i odvod kondenzata.

Sistemi direktnog vazdušnog grejanja

Moderne tehnologije omogućile su postizanje takve čistoće sagorijevanja prirodnog plina da je postalo moguće ne preusmjeriti proizvode izgaranja "u cijev", već ih koristiti za direktno zagrijavanje zraka u dovodnim ventilacijskim sustavima. Plin koji ulazi u izgaranje potpuno sagorijeva u protoku zagrijanog zraka i miješajući se s njim daje svu toplinu.

Ovaj princip implementiran je u brojne slične dizajne rampenih plamenika u SAD-u, Engleskoj, Francuskoj i Rusiji i uspješno se koristi od 60-ih godina XX vijeka u mnogim preduzećima u Rusiji i inostranstvu. Zasnovani na principu ultračistog sagorijevanja prirodnog plina direktno u zagrijanoj struji zraka, proizvode se grijači zraka koji miješaju plin tipa STV (STARVEINE - "zvjezdani vjetar"), sa nominalnom izlaznom toplotom od 150 kW do 21 MW.

Sama tehnologija sagorijevanja, kao i visok stupanj razrjeđivanja proizvoda izgaranja, omogućuju dobivanje čistog toplog zraka u postrojenjima u skladu sa svim važećim standardima, praktično bez štetnih nečistoća (ne više od 30% od maksimalno dozvoljene koncentracije). Grijači zraka STV (slika 3) sastoje se od modularnog bloka plamenika smještenog unutar tijela (dio kanala za vazduh), plinovoda DUNGS (Njemačka) i sistema automatizacije.

Kućište je obično opremljeno vratima pod pritiskom radi lakšeg održavanja. Blok plamenika, ovisno o potrebnoj toplotnoj snazi, sastoji se od potrebnog broja dijelova plamenika različitih konfiguracija. Automatika grijača osigurava nesmetan automatski start prema ciklogramu, kontrolu parametara sigurnog rada i mogućnost glatke regulacije toplotne snage (1: 4), što omogućava automatsko održavanje potrebne temperature zraka u grijanoj sobi.

Primjena plinskih grijača zraka

Njihova glavna svrha je direktno zagrijavanje svježeg dovodnog zraka koji se dovodi u proizvodne pogone kako bi se nadoknadila ispušna ventilacija i na taj način poboljšali radni uvjeti ljudi.

Za sobe sa velikom frekvencijom razmjene zraka postaje poželjno kombinirati dovodni ventilacijski sistem i sustav grijanja - s tim u vezi, izravni sustavi grijanja nemaju konkurenciju u odnosu na odnos cijene i kvaliteta. Plinski grijači zraka za miješanje dizajnirani su za:

• autonomno vazdušno grejanje prostorija za razne namene sa velikom razmenom vazduha (K򖅁, 5);
• grejanje vazduha u vazdušno-termalnim zavesama odsečenog tipa, moguće je kombinovati sa sistemima za grejanje i dovodnu ventilaciju;
• sustavi predgrijavanja za motore automobila na negrijanim parkiralištima;
• zagrijavanje i odmrzavanje vagona, cisterni, automobila, rasutih materijala, proizvoda za grijanje i sušenje prije farbanja ili drugih vrsta obrade;
• direktno grijanje atmosferski vazduh ili sredstvo za sušenje u različitim procesnim instalacijama za grijanje i sušenje, na primjer, sušenje zrna, trave, papira, tekstila, drveta; primjena u komorama za farbanje i sušenje nakon farbanja itd.

Smještaj

Grijači s miješanjem mogu se ugraditi u zračne kanale dovodnih ventilacijskih sistema i toplotne zavjese, u zračne kanale jedinica za sušenje - i u vodoravnom i u vertikalnom dijelu. Mogu se montirati na pod ili platformu, ispod stropa ili na zid. Obično se postavljaju u dovodne i ventilacijske komore, ali se mogu ugraditi direktno u grijanu sobu (u skladu s kategorijom).

Kada dodatna oprema odgovarajući elementi mogu služiti prostorijama kategorija A i B. Recirkulacija unutrašnjeg vazduha kroz grejače vazduha za grejanje je nepoželjna - moguće je značajno smanjenje nivoa kiseonika u sobi.

Snage direktni sistemi grijanja

Jednostavnost i pouzdanost, niska cijena i ekonomičnost, sposobnost zagrijavanja do visokih temperatura, visok stupanj automatizacije, glatka kontrola, ne trebaju dimnjak. Direktno grijanje je najekonomičnija metoda - efikasnost sistema je 99,96%. Nivo specifičnih kapitalnih troškova za sistem grijanja zasnovan na izravnoj jedinici grijanja u kombinaciji s prisilnom ventilacijom najniži je s najvišim stupnjem automatizacije.

Grijači zraka svih vrsta opremljeni su sigurnosnim i kontrolnim sistemom automatizacije koji osigurava nesmetano pokretanje, održavanje režima grijanja i isključivanje u slučaju nužde. Kako bi se uštedjela energija, moguće je opremiti grijače zraka automatskim upravljanjem uzimajući u obzir vanjske i unutarnje temperature, s funkcijama dnevnog i tjednog načina programiranja grijanja.

Takođe je moguće uključiti parametre sistema grijanja, koji se sastoji od mnogih grijaćih jedinica, u centralizirani sistem upravljanja i otpreme. U tom će slučaju operater-dispečer imati operativne informacije o radu i stanju grijaćih jedinica, jasno prikazane na monitoru računara, a također će kontrolirati njihov način rada izravno s udaljene otpremne točke.

Mobilni generatori toplote i toplotne puške

Dizajniran za privremenu upotrebu - na gradilištima, za grijanje van sezone, procesno grijanje. Mobilni generatori toplote i toplotne puške rade na propan (LPG), dizel gorivo ili kerozin. Mogu biti i direktno zagrijavanje i uklanjanje proizvoda sagorijevanja.

Vrste autonomnih sistema za grijanje vazduhom

Za autonomno grejanje različitih prostorija koriste se razne vrste sistema za vazdušno grejanje - sa centralizovanom distribucijom toplote i decentralizovanim; sistemi koji u potpunosti rade na napajanju svježi zrakili sa potpunom / djelomičnom cirkulacijom unutarnjeg zraka.

U decentralizovanim sistemima za grejanje vazduha, grejanje i cirkulaciju vazduha u prostoriji izvode autonomni generatori toplote koji se nalaze u različitim područjima ili radnim oblastima - na podu, zidu i ispod krova. Zrak iz grijača dovodi se direktno u radni prostor prostorije. Ponekad su, radi bolje raspodjele toplotnih tokova, generatori toplote opremljeni malim (lokalnim) kanalnim sistemima.

Za jedinice u ovom dizajnu karakteristična je minimalna snaga motora ventilatora, stoga su decentralizovani sistemi ekonomičniji u pogledu potrošnje energije. Takođe je moguće koristiti vazdušno-toplotne zavese kao deo sistema za grejanje vazduha ili dovodne ventilacije.

Mogućnost lokalne regulacije i upotrebe generatora topline prema potrebi - po zonama, u različito vrijeme - omogućava značajno smanjenje troškova goriva. Međutim, kapitalni troškovi primjene ove metode nešto su veći. U sistemima sa centralizovanom distribucijom toplote koriste se jedinice za grejanje vazduha; topli vazduh koji oni generišu ulazi u radna područja kroz sistem vazdušnih kanala.

Jedinice su, po pravilu, ugrađene u postojeće ventilacijske komore, ali ih je moguće smjestiti direktno u grijanu sobu - na pod ili na mjestu.

Primena i plasman, izbor opreme

Svaka od gore navedenih vrsta grijaćih jedinica ima svoje neporecive prednosti. I nema gotovog recepta, u tom je slučaju koji od njih svrsishodniji - to ovisi o mnogim čimbenicima: količini razmjene zraka u odnosu na količinu gubitaka topline, kategoriji sobe, dostupnosti slobodnog prostora za postavljanje opreme, od financijskih mogućnosti. Pokušat ćemo formirati najviše opšti principi razuman izbor opreme.

1. Sistemi grijanja za sobe s niskom razmjenom zraka (razmjena zraka ≤򖅀, 5-1)

U ovom slučaju uzima se da je ukupna toplotna snaga generatora toplote gotovo jednaka količini toplote koja je potrebna za nadoknađivanje gubitaka toplote u prostoriji, ventilacija je relativno mala, stoga je poželjno koristiti sistem grijanja na bazi indirektnih generatora toplote s potpunom ili djelomičnom recirkulacijom unutrašnjeg zraka u sobi.

Ventilacija u takvim prostorijama može biti prirodna ili sa mješavinom vanjskog zraka i recirkulirajućeg zraka. U drugom slučaju, snaga grijača se povećava za količinu dovoljnu za zagrijavanje svježeg dovodnog zraka. Takav sistem grijanja može biti lokalni, s podnim ili zidnim generatorima toplote.

Ako je jedinicu nemoguće smjestiti u grijanu prostoriju ili prilikom organiziranja održavanja nekoliko prostorija, možete koristiti centralizirani sistem: generatore topline smjestite u ventilacijsku komoru (dodatak, na polukatu, u susjednu prostoriju) i toplinu rasporedite kroz zračne kanale.

Tijekom radnog vremena, generatori toplote mogu raditi u načinu djelomične recirkulacije, istovremeno zagrijavajući miješani dovodni zrak, dok ne rade, neki od njih se mogu isključiti, a preostali se mogu prebaciti u ekonomičan režim mirovanja + 2-5 ° C s punom recirkulacijom.

2. Sistemi grijanja za prostorije s velikom brzinom razmjene zraka, kojima je stalno potreban dotok velike količine svježeg svježeg zraka (Izmjena zraka 򖅂)

U ovom slučaju, količina toplote potrebna za zagrijavanje dovodnog zraka već može biti nekoliko puta veća od količine topline potrebne za nadoknađivanje gubitka topline. Ovdje je najprikladnije i najekonomičnije kombinirati sustav grijanja zraka sa sistemom dovodne ventilacije. Sistem grijanja može se graditi na bazi jedinica za direktno grijanje na zrak, ili na osnovu upotrebe rekuperativnih generatora toplote u dizajnu s povećanim stupnjem zagrijavanja.

Ukupna toplotna snaga grijača mora biti jednaka zbroju potrebe za toplinom za zagrijavanje dovodnog zraka i topline potrebne za nadoknadu gubitaka topline. U sistemima direktnog grijanja, 100% vanjskog zraka se zagrijava, pružajući potrebnu količinu dovodnog zraka.

Tijekom radnog vremena zagrijavaju zrak izvana na projektnu temperaturu od + 16-40 ° C (uzimajući u obzir pregrijavanje kako bi se osigurala kompenzacija za gubitak toplote). Da biste uštedjeli novac u neradno vrijeme, moguće je isključiti neke od grijača kako biste smanjili potrošnju dovodnog zraka, a ostatak prebacili u stanje pripravnosti održavajući + 2-5 ° S.

Rekuperativni generatori toplote u režimu mirovanja pružaju dodatne uštede prebacujući ih u režim pune recirkulacije. Najniži kapitalni troškovi pri organizaciji centraliziranih sistema grijanja - kada se koriste najveći mogući grijači. Kapitalni troškovi za grejače vazduha za mešanje STV gasa mogu se kretati od 300 do 600 rubalja / kW instalirane toplotne snage.

3. Kombinovani vazdušni sistemi grejanja

Najbolja opcija za prostorije sa značajnom razmjenom zraka tijekom radnog vremena s jednosmjenskim načinom rada ili isprekidanim radnim ciklusom - kada je razlika u potrebi za dovodom svježeg zraka i topline tijekom dana značajna.

U ovom slučaju je poželjan odvojen rad dvaju sistema: rezervno grejanje i ventilacija u kombinaciji sa sistemom za grejanje (podgrevanje). Istovremeno, rekuperativni generatori toplote ugrađuju se u grejanu prostoriju ili u ventilacione komore kako bi održavali samo režim pripravnosti sa potpunom recirkulacijom (na dizajniranoj spoljnoj temperaturi).

Sistem dovodne ventilacije, u kombinaciji sa sistemom grijanja, omogućava zagrijavanje potrebne količine svježeg dovodnog zraka na + 16-30 ° C i zagrijavanje prostorije na potrebnu radnu temperaturu, a radi uštede uključuje se samo tijekom radnog vremena.

Gradi se ili na bazi rekuperativnih generatora toplote (sa povećanim stepenom zagrevanja), ili na bazi moćnih sistema direktnog grejanja (koji je 2-4 puta jeftiniji). Moguće je kombinirati sustav podgrijavanja napajanja sa postojećim sustavom grijanja tople vode (može ostati u pogonu), opcija je primjenjiva i za postepenu modernizaciju postojećeg sustava grijanja i ventilacije.

Ovom metodom operativni troškovi bit će najniži. Dakle, pomoću grijača zraka različitih vrsta u različitim kombinacijama moguće je istovremeno riješiti oba problema - i grijanje i ventilaciju napajanja.

Puno je primjera primjene sistema za grijanje sa zrakom, a mogućnosti njihove kombinacije su izuzetno raznolike. U svakom slučaju potrebno je izvršiti termičke proračune, uzeti u obzir sve uvjete korištenja i izvršiti nekoliko opcija za odabir opreme, uspoređujući ih u smislu svrsishodnosti, iznosa kapitalnih troškova i operativnih troškova.