O toplinskoj energiji u jednostavnim rečima! Toplina utrošena na zagrijavanje zraka po ciklusu.Šta određuje zagrijavanje zraka?

Preliminarni proračun površine za grijanje mlaznica.

Q in \u003d V in * (i u // - 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 produkata izgaranja (dima) \u003d 2,1 m / s. Tada brzina zraka u normalnim uvjetima:

  6.538 m / s

Prosječne za vrijeme zraka i dima temperature.

  935 o s

  680 o

Prosječna temperatura vrha mlaznice za vrijeme dima i zraka

Prosječna temperatura ciklusa

Prosječna temperatura dna mlaznice za vrijeme dima i zraka:

Prosječna temperatura dna mlaznice po ciklusu

Određujemo vrijednost koeficijenata prijenosa topline za gornju i donju mlaznicu. Za mlaznice prihvaćenog tipa s vrijednošću 2240 Konvekcija topline prijenosa 18000 određuje se iz izraza Nu \u003d 0,0346 * Re 0,8

Stvarna brzina dima određena je 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) određena je formulom

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

Vrijednost kinematičke viskoznosti ν i koeficijenta toplinske provodljivosti λ za proizvode izgaranja odabrana je iz tablica. U ovom slučaju uzimamo u obzir da vrijednost λ vrlo malo ovisi o tlaku, a pri tlaku 0,355 Mn / m 2 možete koristiti vrijednosti λ pri tlaku 0,1013 Mn / m 2. Kinematička viskoznost plinova obrnuto je proporcionalna tlaku, vrijednost ν pri tlaku 0,1013 Mn / m 2 podijeljena je s omjerom.

Efektivna dužina snopa za blok mlaznicu

  \u003d 0.0284 m

Za ovu mlaznicu m 2 / m 3; ν \u003d 0,7 m 3 / m 3; m 2 / m 2.

Izračuni su sumirani u tabeli 3.1.

Tablica 3.1 - Određivanje koeficijenata prenosa topline za vrh i dno mlaznice.

Naziv, vrijednost i mjerne jedinice	Formula izračuna	Preliminarni proračun	Prečišćeni proračun
vrh	dno	vrh	Dno
dim	vazduh	dim	vazduh	vazduh	vazduh
Prosječno za razdoblje zraka i dima 0 S	Prema tekstu	1277,5		592,5		1026,7	355,56
Toplinska provodljivost proizvoda izgaranja i zraka l 10 2 W / (mgrad)	Prema tekstu	13,405	8,101	7,444	5,15	8,18	5,19
Kinematička viskoznost proizvoda izgaranja i zraka g 10 6 m 2 / s	App	236,5	52,6	92,079	18,12	53,19	18,28
Određujući promjer 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
Konvekcijski koeficijent prenosa toplote a do W / m 2 * deg		53,73	84,5	39,804	70,69	84,15	70,226
		0,027	-	0,045	-	-	-
		1,005	-	1,055	-	-	-
Koeficijent zračenja topline a p W / m 2 * deg		13,56	-	5,042	-	-	-
a Š / m 2 * deg		67,29	84,5	44,846	70,69	84,15	70,226

Toplinski kapacitet i toplinska provodljivost mlaznica od opeke l izračunavaju se formulama:

S, kJ / (kg * grad) l, š / (grad)

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

Fireclay 0.869 + 41.9 * 10 -5 * t 1,04 + 15,1 * 10 -5 t

Ekvivalentna polovina debljine opeke određena je formulom

  mm

Tabela 3.2 - Fizičke količine materijala i koeficijent akumulacije toplote za gornju i donju polovinu regenerativne mlaznice

Ime dimenzije	Formula izračuna	Preliminarni proračun	Prečišćeni proračun
		vrh	dno	vrh	Dno
dinas	fireclay	dinas	fireclay
Prosječna temperatura, 0 S	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 topline C, kJ / (kg * deg)	Prema tekstu	1,315	1,066	1,318	1,067
Koeficijent toplotne difuzivnosti a, m 2 / sat		0,0027	0,0018	0,0027	0,0018
Ž 0 s		21,704	14,59	21,68	14,58
Koeficijent akumulacije topline h do		0,942	0,916	0,942	0,916

Kao što je vidljivo iz tablice, vrijednost h k\u003e, tj. Opeka se koristi u toplinskom smislu tijekom cijele debljine. U skladu s tim, na gore navedeno uzimamo vrijednost koeficijenta toplinske histereze za vrh mlaznice x \u003d 2.3, za dno x \u003d 5.1.

Tada se ukupni koeficijent prijenosa topline izračunava po formuli:

za gornje mlaznice

58.025 kJ / (m 2 ciklus * deg)

za dno mlaznice

60.454 kJ / (m 2 ciklus * deg)

U prosjeku za mlaznicu u cjelini

59.239 kJ / (m 2 ciklusa * deg)

Podloga za grijanje mlaznica

  22093,13 m 2

Zapremina mlaznice

  \u003d 579,87 m 3

Površina vodoravnog poprečnog presjeka mlaznice u svjetlu

  \u003d 9.866 m 2

Studije provedene na prijelazu 1940-1950-ih omogućile su nam da razvijemo niz aerodinamičkih i tehnoloških rješenja koja omogućavaju sigurno prevladavanje zvučne barijere čak i proizvodnim zrakoplovima. Tada se činilo da osvajanje zvučne barijere stvara neograničene mogućnosti za daljnje povećanje brzine leta. U samo nekoliko godina okolo je letelo oko 30 vrsta nadzvučnih letjelica, od čega je značajan broj stavljen u serijsku proizvodnju.

Raznolikost korištenih rješenja dovela je do toga da su mnogi problemi povezani s letovima velikim nadzvučnim brzinama sveobuhvatno proučeni i riješeni. Međutim, pojavili su se novi problemi, mnogo složeniji od zvučne barijere. Nastaju zbog zagrijavanja strukture letjelica tokom leta velikom brzinom u gustim slojevima atmosfere. Ova nova prepreka nekada se zvala toplotna barijera. Za razliku od zvuka, novu barijeru ne može okarakterizirati konstanta, slična brzini zvuka, jer ovisi i o parametrima leta (brzina i visina) i dizajnu letvice (dizajnerska rješenja i korišteni materijali), kao i o opremi zrakoplova (klimatizacija, hlađenje itd.). str.). Dakle, koncept „termičke 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: iz aerodinamičkog povlačenja protoka zraka i od topline stvorene pogonskim sustavom. Obje ove pojave sačinjavaju proces interakcije između medija (zrak, ispušni plinovi) i strujne krute tvari (zrakoplov, motor). Drugi fenomen je tipičan za sve zrakoplove i povezan je s povećanjem temperature konstrukcijskih elemenata motora koji apsorbiraju toplinu iz zraka komprimiranog u kompresoru, kao i iz proizvoda izgaranja u komori i ispušnoj cijevi. Pri letenju pri velikim brzinama, unutarnje zagrijavanje zrakoplova nastaje i uslijed kočenja zraka u zračnom kanalu ispred kompresora. Pri letu pri malim brzinama, zrak koji prolazi kroz motor ima relativno nisku temperaturu, uslijed čega ne dolazi do opasnog zagrijavanja konstrukcijskih elemenata zračnog okvira. Pri velikim brzinama leta ograničenje zagrijavanja strukture zračnog okvira s vrućih elemenata motora osigurava se dodatnim hlađenjem zraka niskim temperaturama. Obično se koristi zrak koji se preusmjerava iz usisnog zraka pomoću vodiča koji razdvaja granični sloj, kao i zraka zarobljenog iz atmosfere pomoću dodatnih usjeka koji se nalaze na površini motorne pločice motora. U motorima sa dva kruga, za hlađenje se koristi i vanjski (hladni) zrak.

Dakle, nivo toplotne barijere za nadzvučni avion određuje se vanjskim aerodinamičkim grijanjem. Intenzitet zagrijavanja površine koju struji zrak ovisi o brzini leta. Pri malim brzinama ovo grijanje je toliko beznačajno da se porast temperature možda neće uzeti u obzir. Pri velikoj brzini protok zraka ima veliku kinetičku energiju, pa samim tim porast temperature može biti značajan. To se odnosi i na temperaturu unutar letjelice, jer protok velike brzine, koji je inhibiran dovodom zraka i komprimiran u kompresoru motora, postiže toliko visoku temperaturu da nije u mogućnosti uklanjati toplinu iz vrućih dijelova motora.

Rast temperature kože zrakoplova kao posljedica aerodinamičkog zagrijavanja uzrokovan je viskozitetom zraka koji struji oko zrakoplova, kao i njegovim sabijanjem na frontalnim površinama. Zbog gubitka brzine čestica zraka u pograničnom sloju kao posljedica viskoznog trenja, raste temperatura cijele strujnije površine zrakoplova. Zbog kompresije zraka temperatura se podiže, međutim, samo lokalno (na to uglavnom utječe luk trupa, vjetrobransko staklo pilotske kabine i posebno vodeći rubovi krila i pljusak), ali češće doseže vrijednosti koje nisu sigurne za strukturu. U ovom slučaju se na nekim mjestima događa gotovo direktan sud protoka zraka s površinom i potpuno dinamično kočenje. U skladu s načelom očuvanja energije, sva se kinetička energija toka pretvara u toplinsku i tlačnu energiju. Odgovarajuće povećanje temperature izravno je proporcionalno kvadratu brzine protoka prije kočenja (ili, ne vodeći računa o vjetru, kvadratu brzine zrakoplova) i obrnuto je proporcionalno visini leta.

Teoretski, ako je protok u stabilnom stanju, vrijeme je mirno i bez oblaka i nema prijenosa topline zračenjem, tada toplina ne prodire u strukturu, a temperatura kože je blizu takozvane adijabatske temperature kočenja. Njegova ovisnost o Machovom broju (brzina i visina) dana je u tabeli. 4.

U stvarnim uvjetima, porast temperature kože zrakoplova od aerodinamičkog grijanja, tj. Razlika između temperature kočenja i temperature okoline, nešto je manja zbog razmjene topline sa medijem (kroz zračenje), susjednim strukturnim elementima itd. Pored toga, dolazi do potpune inhibicije protoka. samo na takozvanim kritičnim točkama koje se nalaze na izbočenim dijelovima zrakoplova, a priljev topline u kožu ovisi i o prirodi pograničnog sloja zraka (on je intenzivniji za turbulentne granični sloj). Značajan pad temperature nastaje i prilikom letenja kroz oblake, posebno kada sadrže pregrijanu kapljicu vode i kristale leda. Za takve uvjete leta pretpostavlja se da pad temperature kože u kritičnoj tački u odnosu na teoretsku temperaturu kočenja može doseći čak 20-40%.

Tabela 4. Zavisnost temperature kože od Mahovog broja

Unatoč tome, cjelokupno zagrijavanje zrakoplova u letu nadzvučnim brzinama (posebno na maloj nadmorskoj visini) ponekad je toliko veliko da porast temperature pojedinih elemenata zrakoplova i opreme dovodi ili do njihovog uništenja ili, barem, do potrebe za promjenom načina leta. Na primjer, prilikom istraživanja letjelice KhV-70A u letovima na nadmorskoj visini većoj od 21 000 m brzinom M \u003d 3, temperatura ulaznih rubova usisnog zraka i vodećih ivica krila bila je 580-605 K, a ostatak kože 470-500 K. do tako velikih vrijednosti možemo u potpunosti uvažiti ako uzmemo u obzir činjenicu da čak i na temperaturama od oko 370 K organsko staklo, koje se obično koristi za ostakljivanje kabina, omekšava, zagrijava gorivo, a obično ljepilo gubi čvrstoću. Pri 400 K snaga jakosti duralumina znatno se smanjuje, pri 500 K dolazi do kemijskog raspada radnog fluida u hidrauličkom sustavu i brtve se probijaju, pri titarima 800 K titanove legure gube potrebna mehanička svojstva, aluminij i magnezij se tope pri temperaturama iznad 900 K, a čelik omekšava. Povećanje temperature također dovodi do uništavanja premaza od kojih se mogu koristiti anodiziranje i kromiranje do 570 K, popločavanje niklom do 650 K i srebro do 720 K.

Nakon pojave ove nove prepreke povećanju brzine leta, istraživanja su započela s uklanjanjem ili ublažavanjem njenih učinaka. Načini zaštite aviona od efekata aerodinamičkog grijanja određuju se faktorima koji sprečavaju porast temperature. Osim nadmorske visine i atmosferskih uvjeta, značajan utjecaj na stupanj zagrijavanja zrakoplova imaju:

- koeficijent toplotne provodljivosti materijala kože;

- veličini površine (posebno frontalne) zrakoplova; - vrijeme leta.

Slijedi da su najjednostavniji načini smanjenja zagrijavanja građevine povećavanje visine leta i ograničavanje njezinog trajanja na minimum. Te su metode korištene u prvim nadzvučnim zrakoplovima (posebno u eksperimentalnim). Zbog prilično velike toplinske vodljivosti i toplinskog kapaciteta materijala koji se koriste za izradu toplotnih opterećenja konstrukcijskih elemenata zrakoplova, od trenutka kada zrakoplov dostigne veliku brzinu do trenutka zagrijavanja pojedinih konstrukcijskih elemenata na proračunsku temperaturu kritične točke, obično prođe prilično dugo vrijeme. Na letovima koji traju nekoliko minuta (čak i na malim visinama) ne postižu se razorne temperature. Let na velikim visinama odvija se u uslovima niske temperature (oko 250 K) i niske gustine vazduha. Kao rezultat toga, količina topline koju odvaja tok na površine zrakoplova je mala, a izmjena topline traje duže, što u velikoj mjeri ublažava ozbiljnost problema. Sličan rezultat daje i ograničenje brzine zrakoplova na malim visinama. Na primjer, tijekom leta iznad zemlje brzinom od 1600 km / h, jačina duralumina smanjuje se samo za 2%, a porast brzine na 2400 km / h dovodi do smanjenja njegove snage do 75% u odnosu na izvornu vrijednost.

Sl. 1.14. Raspodjela temperature u zračnom kanalu i u motoru zrakoplova Concord tijekom leta s M \u003d 2.2 (a) i temperatura kože zrakoplova XB-70A tijekom leta pri konstantnoj brzini od 3200 km / h (b).

Međutim, potreba da se osiguraju sigurni radni uvjeti u cijelom rasponu korištenih brzina leta i visine prisiljava dizajnere na traženje odgovarajućih tehničkih sredstava. Budući da zagrijavanje konstrukcijskih elemenata zrakoplova uzrokuje smanjenje mehaničkih svojstava materijala, pojavu toplinskih naprezanja konstrukcije, kao i pogoršanje radnih uvjeta posade i opreme, takva tehnička sredstva koja se koriste u postojećoj praksi mogu se podijeliti u tri skupine. Oni obuhvaćaju upotrebu 1) materijala otpornih na toplinu, 2) dizajnerska rješenja koja pružaju potrebnu toplinsku izolaciju i dozvoljenu deformaciju dijelova, i 3) rashladne sustave za kabine posade i odjeljke opreme.

U avionima s najvećom brzinom M \u003d 2,0-1-2,2, široko se koriste legure aluminija (duralumin), koje odlikuje relativno visoka čvrstoća, niska gustoća i očuvanje svojstava čvrstoće uz lagani porast temperature. Duralumin se obično dopunjava čeličnim ili titanovim legurama iz kojih su dijelovi zračnog prostora izloženi najvećim mehaničkim ili toplotnim naprezanjima. Titanove legure korištene su već u prvoj polovici 50-ih, prvo u vrlo malom obimu (sada njihovi detalji mogu činiti do 30% mase zrakoplova). U eksperimentalnim zrakoplovima s M ~ 3, potrebno je koristiti čelične legure otporne na toplinu kao glavni konstrukcijski materijal. Takvi čelici zadržavaju dobra mehanička svojstva na visokim temperaturama, tipičnim za letove sa hipersoničnim brzinama, ali njihovi nedostaci su velika cijena i velika gustoća. U izvesnom smislu ovi nedostaci ograničavaju razvoj zrakoplova velike brzine, stoga se istražuju i drugi materijali.

U 70-im godinama su se koristili prvi eksperimenti s berilijem, kao i kompozitnim materijalima na bazi bora ili ugljičnih vlakana, u dizajniranju aviona. Ovi su materijali još uvijek visoki, ali ih istovremeno odlikuju niska gustina, velika čvrstoća i krutost, kao i značajna otpornost na toplinu. Primjeri specifičnih primjena ovih materijala u konstrukciji jedrilice dati su u opisima pojedinih zrakoplova.

Drugi faktor koji značajno utječe na performanse grijane konstrukcije zrakoplova je učinak takozvanih toplotnih naprezanja. Nastaju kao rezultat temperaturnih razlika između vanjskih i unutarnjih površina elemenata, a posebno između kože i unutarnjih konstrukcijskih elemenata zrakoplova. Površinsko grijanje okvira dovodi do deformacije njegovih elemenata. Na primjer, može doći do takvog izvijanja kože krila što će dovesti do promjene aerodinamičkih karakteristika. Stoga se u mnogim zrakoplovima koristi lemljeno (ponekad zalijepljeno) višeslojno oblaganje koje karakterizira visoka krutost i dobra izolacijska svojstva ili se koriste unutarnji konstrukcijski elementi s odgovarajućim kompenzatorima (na primjer, u zrakoplovu F-105 bočni zidovi članova izrađeni su od valovitog lima). Poznati su i eksperimenti hlađenja krila gorivom (na primjer, zrakoplovom X-15) koji protječe ispod kože na putu od rezervoara do mlaznica komore za izgaranje. Međutim, pri visokim temperaturama, gorivo se obično podvrgava koksanju, pa se takvi eksperimenti mogu smatrati neuspješnim.

Trenutno se istražuju različite metode, uključujući nanošenje izolacijskog sloja vatrostalnih materijala raspršivanjem plazmom. Ostale razmatrane obećavajuće metode nisu našle primjenu. Između ostalog, predloženo je korištenje "zaštitnog sloja" stvorenog puhanjem gasa u kućište, hlađenjem "znojenjem" nanošenjem tečnosti s visokom temperaturom isparavanja na površinu kroz porozno kućište, a isto tako hlađenjem stvoreno topljenjem i uvlačenjem dijela kućišta (ablativni materijali).

Prilično specifičan i istovremeno vrlo važan zadatak je održavanje odgovarajuće temperature u pilotskoj kabini i u odjeljcima opreme (posebno elektroničke), kao i temperature goriva i hidrauličkih sustava. Trenutno se ovaj problem rješava korištenjem visoko učinkovitih sistema klimatizacije, hlađenja i hlađenja, efikasne toplotne izolacije, upotrebe hidrauličkih tekućina s visokim temperaturama isparavanja itd.

Probleme povezane s toplotnom barijerom treba rješavati sveobuhvatno. Svaki napredak na ovom području gura barijeru za ovu vrstu zrakoplova prema većoj brzini leta, ne isključujući ga kao takvog. Međutim, želja za još većim brzinama dovodi do stvaranja još složenijih struktura i opreme koja zahtijeva uporabu boljih materijala. To ima primjetni učinak na težinu, troškove kupovine i na troškove rada i održavanja zrakoplova.

Iz gornje tabele. 2 podataka lovačkih zrakoplova pokazuju da se u većini slučajeva najveća brzina 2200-2600 km / h smatrala racionalnom. Samo se u nekim slučajevima vjeruje da bi brzina zrakoplova trebala biti veća od M ~ 3. Zrakoplovi koji mogu razvijati takve brzine uključuju eksperimentalna vozila X-2, XB-70A i T. 188, izviđačke SR-71, kao i E-266.

1*   Hlađenje je prisilni prijenos topline iz hladnog izvora u sredinu s visokom temperaturom, dok se umjetno suprotstavlja prirodnom smjeru kretanja topline (iz toplog tijela u hladno kada se odvija proces hlađenja). Najjednostavniji hladnjak je hladnjak za kućanstvo.

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

Stepen zagrijavanja površine, a samim tim i zraka, prije svega ovisi o zemljopisnoj širini područja.

Ali u svakoj će se točki (t o) određivati \u200b\u200bi niz faktora, među kojima su glavni:

A: visina;

B: temeljna površina;

B: udaljenost od obala okeana i mora.

A - Budući da se zagrevanje vazduha odvija sa zemljine površine, niža je apsolutna visina tog područja, viša je temperatura vazduha (na jednoj zemljopisnoj širini). U uvjetima zraka nezasićene vodenom parom primjećuje se obrazac: pri porastu na svakih 100 metara nadmorske visine temperatura (t o) se smanjuje za 0,6 o S.

B - Kvalitativne karakteristike površine.

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

Sunčevo svjetlo Zemlji u dane solsticija i ekvinoksa.

B 2 - različite površine imaju različitu toplinsku snagu i prijenos topline. Tako se vodena masa Svjetskog okeana, koja zauzima 2/3 Zemljine površine, zagrijava vrlo sporo i hladi se vrlo sporo zbog velikog toplotnog kapaciteta. Zemljište se brzo zagrijava i brzo hladi, tj. Da bi se zagrijalo na istu t oko 1 m 2 zemlje i 1 m 2 vodene površine potrebno je potrošiti drugačiju količinu energije.

U - s obala u unutrašnjosti količina vodene pare u zraku opada. Što je atmosfera transparentnija, to je manje sunčeve svetlosti raspršeno u njoj, a sve sunčeve zrake dopiru do Zemljine površine. U prisustvu velike količine vodene pare u zraku, kapljice vode se odbijaju, raspršuju, apsorbiraju sunčeve zrake i ne stižu sve na površinu planete, smanjuje se njeno zagrijavanje.

Najviše temperature zraka zabilježene su u područjima tropskih pustinja. U središnjim predjelima Sahare skoro 4 mjeseca temperatura je u hladu veća od 40 ° C. Istovremeno, na ekvatoru, gdje je kut upada sunčeve svjetlosti najveći, temperatura ne prelazi +26 ° C.

S druge strane, Zemlja kao grijano tijelo zrači energijom u prostor uglavnom u dugovalnom infracrvenom spektru. Ako je Zemljina površina umotana u „deku“ oblaka, onda sve infracrvene zrake ne napuštaju planetu, jer ih oblaci odgađaju, odlazeći natrag na Zemljinu površinu.

Uz vedro nebo, kada u atmosferi ima malo vodene pare, infracrveni zraci koje planeta emitira slobodno prelaze u svemir, a zemaljska se površina hladi, a hladi se i time smanjuje temperatura zraka.

Literatura

1. Zubashchenko E.M. Regionalna fizička geografija. Klime Zemlje: nastavno sredstvo. 1. dio / E.M. Zubashchenko, V.I. Shmykov, A.Ya. Nemykin, N.V. Polyakova. - Voronjež: Voronješki državni pedagoški univerzitet, 2007. - 183 str.

Kad sunce jače greje - kad stoji iznad glave ili kada ispod?

Sunce više greje kad je veće. Sunčeve zrake u ovom slučaju padaju pod pravim uglom, ili blizu pravog ugla.

Koje vrste rotacije Zemlje znate?

Zemlja se okreće oko svoje osi i oko sunca.

Zašto se na Zemlji mijenjaju dan i noć?

Promjena dana i noći rezultat je aksijalne rotacije Zemlje.

Utvrdite kako se kut upada sunčeve svjetlosti razlikuje 22. i 22. decembra u paralelama od 23,5 ° C. w. i y. W .; na paralelama 66,5 ° c. w. i y. w.

22. juna ugao upadanja sunčeve svjetlosti na paralelu 23.50 sjeverne širine 900 S - 430. Paralelno, 66,50 N - 470, 66,50 S - klizni kut.

22. decembra kut upadanja sunčeve svjetlosti na paralelu iznosi 23.50 N 430 S - 900. Paralelno, 66,50 N - ugao klizanja, 66,50 s - 470.

Razmislite zašto najtopliji i najhladniji mjeseci nisu lipanj i decembar, kada sunčeve zrake imaju najveći i najmanji kut upada na zemljinu površinu.

Atmosferski zrak se zagreva sa zemljine površine. Zbog toga u junu dolazi do zagrijavanja zemljine površine, a temperatura u srpnju dostiže maksimum. Dešava se i zimi. U decembru se zemaljska površina hladi. U januaru se vazduh hladi.

Definišite:

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

Prosječna dnevna temperatura je -20C.

prosječna godišnja temperatura Moskve, koristeći podatke iz tablice.

Prosječna godišnja temperatura je 50C.

Odredite dnevnu amplitudu temperature za termometre na slici 110, c.

Amplituda temperature na slici je 180C.

Odredite za koliko stepeni godišnja amplituda u Krasnojarsku je veća nego u Sankt Peterburgu ako je srednja srpanjska temperatura u Krasnojarsku + 19 ° C, a u januaru -17 ° C; u Sankt Peterburgu + 18 ° C i -8 ° C.

Amplituda temperatura u Krasnojarsku 360S.

Amplituda temperatura u Sankt Peterburgu iznosi 260 ° C.

Amplituda temperature u Krasnojarsku je veća od 100C.

Pitanja i zadaci

1. Kako se zrak u atmosferi zagrijava?

Prolazeći sunčeve zrake, atmosfera iz njih gotovo da i ne zagrijava. Zemljina površina se zagreva i sama postaje izvor toplote. Iz njega se zagrijava atmosferski zrak.

2. Za koliko stupnjeva se temperatura u troposferi smanjuje pri porastu na svakih 100 m?

Sa porastom godišnje na svakom kilometru, temperatura zraka opada za 6 0C. To znači 0,60 na svakih 100 m.

3. Izračunajte temperaturu vazduha iza piste zrakoplova ako je visina leta 7 km, a temperatura na zemljinoj površini + 200 °.

Temperatura pri usponu od 7 km snizit će se za 420. Dakle, temperatura u boku bit će -220.

4. Je li moguće susresti glečer u planinama na nadmorskoj visini od 2500 m, ako je u podnožju planine temperatura + 250C.

Temperatura na nadmorskoj visini od 2500 m iznosiće + 100S. Ledenik se neće susresti na nadmorskoj visini od 2500 m.

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

Tokom dana, sunčeve zrake osvjetljavaju zemljinu površinu i zagrijavaju je, a zrak se zagrijava s nje. Noću solarna energija prestaje i površina se postepeno hladi zrakom. Sunce je najvise iznad horizonta u podne. U ovo vrijeme dolazi većina solarne energije. Međutim, najviša temperatura primjećuje se 2-3 sata nakon podneva, jer je potrebno vrijeme za prenošenje topline sa zemljine površine u troposferu. Najniža temperatura javlja se prije izlaska sunca.

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

Tokom godine na istu teritoriju sunčeve zrake padaju na površinu na različite načine. Kad je kut upadanja zraka strmiji, površina prima više sunčeve energije, temperatura zraka raste i dolazi ljeto. Kada se sunčeve zrake više naginju, površina se slabo zagrijava. Temperatura zraka u ovo vrijeme opada, a dolazi i zima. Najtopliji mjesec na sjevernoj hemisferi je jul, a najhladniji januar. U Južnoj hemisferi, naprotiv: najhladniji mjesec u godini je juli, a najtopliji je januar.

2005-08-16

U velikom broju slučajeva moguće je značajno smanjiti kapitalne i pogonske troškove pružanjem autonomnog grijanja prostorija toplim zrakom korištenjem generatora topline koji rade na plin ili tekuće gorivo. U takvim se jedinicama ne zagrijava voda, nego dotok svježeg zraka, recirkulacija ili miješanje. Ova metoda je posebno efikasna za pružanje autonomnog grijanja industrijskih prostorija, izložbenih hala, radionica, garaža, benzinskih servisa, autopraonica, filmskih studija, skladišta, javnih zgrada, teretana, supermarketa, plastenika, plastenika, stočnih kompleksa, peradarnica itd.

Prednosti zračnog grijanja

Prednosti načina grijanja zraka u odnosu na tradicionalni način vode u velikim prostorijama su brojne, nabrajamo samo glavne:

1. Profitabilnost. Toplina se stvara izravno u grijanoj prostoriji i gotovo se u cijelosti troši za njezinu namjenu. Zahvaljujući izravnom izgaranju goriva bez posrednog rashladnog sredstva postiže se visoka toplotna efikasnost čitavog sustava grijanja: 90-94% za rekuperativne grijače i gotovo 100% za sustave izravnog grijanja. Uporaba programabilnih termostata pruža mogućnost dodatnih ušteda od 5 do 25% toplinske energije zahvaljujući funkciji "pripravnosti" - automatsko održavanje temperature u sobi nakon sati na razini od + 5-7 ° S.
2. Mogućnost "uključivanja" dovodne ventilacije. Za nikoga nije tajna da danas u većini preduzeća prinudna ventilacija ne radi pravilno, što značajno pogoršava radne uslove ljudi i utiče na produktivnost rada. Generatori topline ili direktni sustavi grijanja zagrijavaju zrak na ∆t do 90 ° C - to je sasvim dovoljno da „napravi“ dovodnu ventilaciju čak i na krajnjem sjeveru. Tako grijanje zraka podrazumijeva ne samo ekonomsku efikasnost, već i poboljšanje okolišnih i radnih uvjeta.
3. Mala inercija. Jedinice sustava grijanja zraka za nekoliko minuta puštaju u rad, a zbog velikog prometa zraka, soba se u potpunosti zagrijava za samo nekoliko sati. To omogućava brzo i fleksibilno manevriranje pri promjeni potreba za toplinom.
4. Odsustvo srednje rashladne tekućine omogućuje vam da odustanete od izgradnje i održavanja sustava grijanja vode, kotlovnice, grijalice i stanice za pročišćavanje vode koja je neefikasna za velike prostorije. Isključeni su gubici u grijanju i njihov popravak, što može dramatično umanjiti troškove rada. Zimi ne postoji rizik od odmrzavanja grijača i sustava grijanja u slučaju dužeg isključivanja sistema. Hlađenje čak i do dubokog „minusa“ ne vodi odmrzavanju sistema.
5. Visoki stupanj automatizacije omogućava vam proizvesti upravo onu količinu topline koja je potrebna. U kombinaciji s velikom pouzdanošću plinske opreme, to značajno povećava sigurnost sustava grijanja, a za njegov rad je dovoljan najmanje osoblja za održavanje.
6. Niski troškovi. Način grijanja velikih prostorija pomoću generatora topline jedan je od najjeftinijih i brzo implementiranih. Kapitalni troškovi za izgradnju ili rekonstrukciju zračnog sustava po pravilu su znatno niži od troškova organizacije vode ili zračenja. Period povrata kapitalnih troškova obično ne prelazi jednu ili dvije sezone grijanja.

Ovisno o zadacima koje treba riješiti, u sustavima grijanja na zraku mogu se koristiti različite vrste grijača. U ovom ćemo članku razmotriti samo jedinice koje rade bez upotrebe međupredmetnog rashladnog sredstva - rekuperativni grijači zraka (s izmjenjivačem topline i ispušnim proizvodima izvana) i sustavima za izravno grijanje zraka (grijači za miješanje plina).

Rekuperativni grijači zraka

U jedinicama ove vrste gorivo pomiješano s potrebnom količinom zraka plamenik dovodi u komoru za izgaranje. Dobiveni proizvodi izgaranja prolaze kroz dvosmjerni ili trosmjerni izmjenjivač topline. Toplina koja se prima za vrijeme sagorijevanja goriva prenosi se zagrijanim zrakom kroz zidove izmjenjivača topline, a dimni plinovi se uklanjaju prema van kroz dimnjak (Sl. 1) - zbog čega se nazivaju „indirektnim grijanjem“.

Rekuperativni grijači zraka mogu se koristiti ne samo izravno za grijanje, već i kao dio dovodnog ventilacijskog sustava, kao i za tehnološko grijanje zraka. Nazivna toplinska snaga takvih sustava je od 3 kW do 2 MW. Dovod zagrijanog zraka u prostoriju vrši se pomoću ugrađenog ili vanjskog ventilatora za puhanje, što omogućuje upotrebu jedinica za direktno zagrijavanje zraka, izdavanjem zraka kroz žlijebove, i zračnim kanalima.

Ispiranjem komore za sagorijevanje i izmjenjivača topline, zrak se zagrijava i šalje izravno u grijanu prostoriju kroz rešetke u gornjem dijelu rešetki za distribuciju zraka, ili se distribuira kroz kanalski sustav. Automatizirani blok gorionik nalazi se na prednjoj strani generatora topline (Sl. 2).

Izmjenjivači topline modernih grijača zraka u pravilu su izrađeni od nehrđajućeg čelika (peć je izrađena od toplinski otpornog čelika) i traju 5 do 25 godina, nakon čega se mogu popraviti ili zamijeniti. Učinkovitost modernih modela dostiže 90-96%. Glavna prednost rekuperativnih grijača zraka je njihova svestranost.

Mogu raditi na prirodnom ili ukapljenom plinu, dizel gorivu, ulju, loživom ili otpadnom ulju - samo promijenite plamenik. Postoji mogućnost rada sa svježim zrakom, pomiješanim sa unutrašnjim i u režimu pune recirkulacije. Takav sustav omogućava nekim slobodama, na primjer, da izmjene brzinu protoka zagrijanog zraka, „u letu“ kako bi redistribuirali protoke zagrijanog zraka u različite grane zračnih kanala pomoću posebnih ventila.

Ljeti rekuperativni grijači zraka mogu raditi u režimu ventilacije. Jedinice su montirane i u vertikalnom i vodoravnom položaju, na pod, zid ili su ugrađene u sekcijsku ventilacijsku komoru kao dio grijača.

Rekuperativni grijači zraka mogu se čak koristiti za grijanje prostorija visoke kategorije komfora, ako se sama jedinica preseli izvan područja neposredne usluge.

Glavni nedostaci:

1. Veliki i složeni izmjenjivač topline povećava troškove i težinu sustava u usporedbi s grijačima zraka za miješanje;
2. Potreban im je odvod za dimnjak i kondenzat.

Sistemi za direktno grijanje zraka

Moderne tehnologije omogućile su postizanje takve čistoće u sagorijevanju prirodnog plina da je postalo moguće ne preusmjeriti proizvode izgaranja „u cijev“, već ih koristiti za direktno grijanje zraka u ventilacijskim sustavima svježeg zraka. Gas koji ulazi u sagorijevanje u potpunosti izgara u struji zagrijanog zraka i, miješajući se s njim, daje svu toplinu.

Ovaj princip implementiran je u velikom broju sličnih dizajna rapskog plamenika u SAD-u, Engleskoj, Francuskoj i Rusiji i uspješno se koristi od 60-ih godina XX vijeka na mnogim kompanijama u Rusiji i inostranstvu. Na temelju principa ultra čistog izgaranja prirodnog plina direktno u zagrijanom struji zraka, proizvode se grijači zraka za miješanje plina STV (STARVEINE - „zvjezdani vjetar“) s nazivnom toplotnom snagom od 150 kW do 21 MW.

Tehnologija organizacije izgaranja, kao i visok stupanj razrjeđivanja produkata izgaranja, omogućuju dobivanje čistog toplog zraka u instalacijama u skladu sa svim primjenjivim standardima, praktično bez štetnih nečistoća (ne više od 30% maksimalne dopuštene koncentracije). STV grijači zraka (Sl. 3) sastoje se od modularne jedinice plamenika smještene unutar kućišta (odjeljak kanala), DUNGS plinovoda (Njemačka) i sistema automatizacije.

Kućište je obično opremljeno hermetičkim vratima za lakše održavanje. Jedinica plamenika, ovisno o potrebnoj izlaznoj toplini, sastoji se od potrebnog broja odjeljaka plamenika različitih konfiguracija. Automatizacija grijača osigurava gladak automatski start prema dijagramu sekvenci, kontrolu parametara sigurnog rada i mogućnost glatke regulacije toplinske snage (1: 4), što vam omogućava da automatski održavate potrebnu temperaturu zraka u grijanoj prostoriji.

Primjena grijača zraka za miješanje plina

Njihova glavna svrha je direktno zagrijavanje svježeg dovodnog zraka koji se dovodi u proizvodne prostore radi kompenzacije ispušne ventilacije i na taj način poboljšati radne uvjete ljudi.

Za prostorije s visokom stopom ventilacije ima smisla kombinirati dovodni ventilacijski sustav i sustav grijanja - u tom pogledu sustavi za izravno grijanje nemaju konkurenciju u odnosu cijene i kvalitete. Grijači zraka za miješanje plina dizajnirani su za:

• autonomno grijanje zraka za razne namjene s velikom izmjenom zraka (K 򖅁, 5);
• grijanje zraka u zračno-toplinskim zavjesama tipa zatvarača, moguće je kombinirati sa sustavima grijanja i prisilnom ventilacijom;
• sustavi predgrijavanja za motore na grijanim parkiralištima;
• zagrijavanje i otapanje automobila, cisterni, automobila, rasutih materijala, zagrijavanje i sušenje proizvoda prije bojenja ili drugih vrsta obrade;
• direktno zagrijavanje atmosferskog zraka ili sredstva za sušenje u raznim tehnološkim postrojenjima za grijanje i sušenje, na primjer, sušenje žita, trave, papira, tekstila, drveta; primjene u komorama za farbanje i sušenje nakon bojenja itd.

Smeštaj

Grijači za miješanje mogu se ugrađivati \u200b\u200bu zračne kanale dovodnih ventilacijskih sustava i termalne zavjese, te u kanale postrojenja za sušenje - kako u vodoravnom tako i vertikalnom dijelu. Mogu se montirati na pod ili platformu, ispod stropa ili na zid. U pravilu se postavljaju u dovodne i ventilacijske komore, ali mogu se postavljati i izravno u grijanu prostoriju (u skladu s kategorijom).

Uz dodatnu opremu, odgovarajući elementi mogu opsluživati \u200b\u200bprostorije kategorija A i B. Recirkulacija unutrašnjeg zraka kroz miješanje grijača zraka je nepoželjna - moguće je značajno smanjenje razine kisika u sobi.

Snage sustava direktnog grijanja

Jednostavnost i pouzdanost, niski trošak i trošak, sposobnost zagrijavanja na visoke temperature, visok stupanj automatizacije, glatka regulacija, ne trebaju uređaj za dimnjake. Direktno grijanje je najekonomičniji način - efikasnost sistema je 99,96%. Razina specifičnih kapitalnih troškova za sustav grijanja koji se temelji na jedinici grijanja u kombinaciji sa ventilacijom svježim zrakom najniža je pri najvišem stupnju automatizacije.

Sve vrste grijača zraka opremljene su sigurnosnim i upravljačkim sustavom automatizacije koji omogućuje nesmetano pokretanje, održavanje načina grijanja i gašenja u slučaju izvanrednih situacija. Kako biste uštedjeli energiju, moguće je opremiti grijače zraka automatskim upravljanjem uzimajući u obzir vanjsku i unutrašnju kontrolu temperature, funkcije dnevnog i tjednog načina programiranja grijanja.

Također je moguće uključiti parametre sustava grijanja, koji se sastoje od mnogih grijaćih jedinica, u centralizirani sustav upravljanja i odpreme. U tom će slučaju dispečerski operater imati operativne informacije o radu i stanju grijaćih jedinica, jasno prikazane na monitoru računala, a također će nadzirati način rada direktno iz sobe daljinskog upravljača.

Mobilni generatori toplote i toplotni pištolji

Dizajniran za privremenu upotrebu - na gradilištima, za grijanje u van sezone, tehnološko grijanje. Mobilni generatori topline i toplotni pištolji djeluju na propan (ukapljeni flaširani plin), dizel gorivo ili kerozin. Mogu biti direktno grijanje ili uklanjanje produkata izgaranja.

Vrste autonomnih sistema za grijanje zraka

Za autonomno opskrbu toplinom raznih prostorija koriste se različite vrste sustava grijanja zraka - s centraliziranom raspodjelom topline i decentraliziranim; sustavi koji u potpunosti djeluju na svježi zrak ili s potpunom / djelomičnom recirkulacijom unutarnjeg zraka.

U decentraliziranim sustavima grijanja zraka grijanje i cirkulaciju zraka u prostoriji obavljaju autonomni generatori topline smješteni u različitim područjima ili radnim područjima - na podu, zidu i pod krovom. Zrak iz grijača dovodi se izravno u radni dio prostorije. Ponekad su za bolju raspodjelu toplotnih tokova generator topline opremljeni malim (lokalnim) sustavima kanala.

Jedinice u ovom dizajnu odlikuju minimalnom snagom motora ventilatora, stoga su decentralizirani sustavi ekonomičniji u pogledu potrošnje energije. Također je moguće koristiti zavjese zrak-zrak kao dio sustava grijanja zraka ili ventilacije svježim zrakom.

Mogućnost lokalne regulacije i upotrebe generatora topline po potrebi - po zonama, u različito vrijeme - omogućava značajno smanjenje troškova goriva. Međutim, kapitalni troškovi primjene ove metode su nešto veći. U sustavima s centraliziranom raspodjelom topline koriste se jedinice za grijanje na zraku; topli zrak koji proizvode ulazi u radne prostore kroz sistem kanala.

Instalacije su po pravilu ugrađene u postojeće ventilacijske komore, ali moguće ih je postaviti izravno u grijanu prostoriju - na podu ili na gradilištu.

Primena i plasman, izbor opreme

Svaka od gore navedenih vrsta grijaćih jedinica ima svoje neosporne prednosti. A ne postoji gotov recept, u \u200b\u200bkojem slučaju koji je korisniji - ovisi o mnogim čimbenicima: količini izmjene zraka u odnosu na količinu gubitka topline, kategoriji sobe, dostupnosti slobodnog prostora za opremu i financijskim mogućnostima. Pokušat ćemo formulirati najopćenitije principe za odgovarajući izbor opreme.

1. Sustavi grijanja za prostorije s malom izmjenom zraka (izmjena zraka ≤򖅀, 5-1)

Ukupna toplinska snaga generatora topline u ovom se slučaju uzima gotovo jednaka količini topline koja je potrebna za kompenzaciju toplotnog gubitka prostorije, ventilacija je relativno mala, stoga je preporučljivo koristiti sustav grijanja koji se temelji na indirektnim generatorima topline, s potpunom ili djelomičnom recirkulacijom unutarnjeg zraka prostorije.

Ventilacija u takvim sobama može biti prirodna ili pomešana sa uličnim zrakom i recirkulacijom. U drugom slučaju snaga grijača se povećava za količinu dovoljnu za zagrijavanje svježeg dovodnog zraka. Takav sustav grijanja može biti lokalni, s podnim ili zidnim generatorima topline.

Ako instalaciju nije moguće postaviti u grijanoj prostoriji ili kada organizirate održavanje nekoliko prostorija, možete koristiti sustav centraliziranog tipa: postavite generatore topline u ventilacijsku komoru (gnijezđenje, na mezanin, u susjednu prostoriju) i distribuirate toplinu kroz zračne kanale.

Tijekom radnog vremena, toplinski generatori mogu raditi u načinu djelomične recirkulacije, istovremeno zagrijavajući miješani dovodni zrak, a u nepunim satima možete isključiti neke od njih, a preostali se prebacuju u ekonomični režim pripravnosti + 2-5 ° C s potpunom recirkulacijom.

2. Sustavi grijanja za prostorije s visokim protokom zraka, koji neprestano zahtijevaju snabdijevanje velikim količinama svježeg svježeg zraka (izmjena zraka 򖅂)

U ovom slučaju, količina topline potrebne za zagrijavanje dovodnog zraka može biti već nekoliko puta veća od količine topline potrebne za kompenzaciju gubitka topline. Ovdje je najprikladnija i ekonomična kombinacija sustava grijanja zraka s dovodnim ventilacijskim sustavom. Sustav grijanja može se graditi na osnovi uređaja za izravno grijanje zraka ili na osnovi korištenja rekuperativnih generatora topline u verziji s visokim stupnjem grijanja.

Ukupna toplotna snaga grijača treba biti jednaka zbroju potrebe za toplinom za zagrijavanjem dovodnog zraka i topline potrebne za kompenzaciju gubitka topline. U sustavima s direktnim grijanjem zagrijava se 100% uličnog zraka, osiguravajući potrebnu količinu dovodnog zraka.

Za vrijeme radnog vremena zagrijavaju zrak s ulične temperature do projektne temperature od + 16-40 ° C (uzimajući u obzir pregrijavanje kako bi se nadoknadili gubici topline). Kako biste uštedjeli tijekom neradnog vremena, moguće je isključiti dio grijača za smanjenje dovoda dovodnog zraka, a preostale prebaciti u stanje pripravnosti za održavanje + 2-5 ° S.

Rekuperativni generatori topline u stanju pripravnosti pružaju dodatne uštede prelazeći ih u režim potpune recirkulacije. Najniži kapitalni troškovi za organizaciju centraliziranih sustava grijanja - kada se koristi što veći grijač. Kapitalni troškovi za STV plinske grijače za miješanje mogu se kretati u rasponu od 300 do 600 rubalja / kW instalirane toplinske snage.

3. Kombinovani sistem grejanja vazduha

Najbolja opcija za prostorije sa značajnom izmjenom zraka u radnom vremenu s radom u jednoj smjeni ili s prekidnim radnim ciklusom - kada je razlika u potrebi za dotokom svježeg zraka i topline tokom dana značajna.

U ovom slučaju, poželjno je odvojeno funkcioniranje dva sustava: grijanje na vozilu i dovodna ventilacija u kombinaciji sa sustavom grijanja (nakon grijanja). U tom se slučaju u grijanoj prostoriji ili u ventilacijskim komorama instaliraju rekuperativni generatori topline za održavanje samo pripravnog stanja s potpunom recirkulacijom (pri izračunatoj vanjskoj temperaturi).

Sustav dovodne ventilacije, u kombinaciji sa sustavom grijanja, osigurava zagrijavanje potrebnog volumena svježeg dovodnog zraka na + 16-30 ° C, a soba se zagrijava do potrebne radne temperature i, radi uštede, uključuje se samo tijekom radnog vremena.

Gradi se ili na osnovi rekuperativnih generatora topline (s povećanim stupnjem grijanja), ili na osnovi moćnih sustava izravnog grijanja (što je 2-4 puta jeftinije). Moguća je kombinacija dovodnog sustava grijanja s postojećim sustavom grijanja vode (može i dalje raditi), opcija je također primjenjiva za postepenu modernizaciju postojećeg sustava grijanja i ventilacije.

Ovom metodom operativni troškovi će biti najmanji. Dakle, korištenjem različitih vrsta grijača za zrak u raznim kombinacijama moguće je istovremeno riješiti oba problema - i grijanjem i ventilacijom.

Postoji puno primjera upotrebe sustava za grijanje na zraku, a mogućnosti za njihovo kombiniranje vrlo su raznolike. U svakom je slučaju potrebno provesti toplinske proračune, uzeti u obzir sve uvjete primjene i izvršiti nekoliko opcija za odabir opreme, uspoređujući ih prema svrsishodnosti, visini kapitalnih troškova i operativnih troškova.