Про теплової енергії простою мовою! Тепло, що витрачається на нагрів повітря за цикл Від чого залежить нагрівання повітря

Попередній розрахунок поверхні нагріву насадки.

Q в \u003d V в * (i в // - i в /) * τ \u003d 232231,443 * (2160-111,3) * 0,7 \u003d 333,04 * 10 6 кДж / цикл.

Среднелогаріфміческая різниця температур за цикл.

Швидкість продуктів згоряння (диму) \u003d 2,1 м / с. Тоді швидкість повітря при нормальних умовах:

  6,538 м / с

Середні за період температури повітря і диму.

  935 о С

  680 о С

Середня температура верху насадки в димовий і повітряний періоди

Середня за цикл температура верху насадки

Середня температура низу насадки в димовому і повітряному періодах:

Середня за цикл температура низу насадки

Визначаємо значення коефіцієнтів тепловіддачі для верху і низу насадки. Для насадки прийнятого типу при значенні 2240 18000 величина тепловіддачі конвекцією визначається з виразу Nu \u003d 0,0346 * Re 0,8

Дійсну швидкість диму визначаємо за формулою W д \u003d W до * (1 + βt д). Дійсну швидкість повітря при температурі t в і тиску повітря р в \u003d 0,355 Мн / м 2 (абсолютних) визначаємо за формулою

Де 0,1013-Мн / м 2 - тиск при нормальних умовах.

Значення кінематичної в'язкості ν і коефіцієнта теплопровідності λ для продуктів згоряння вибираємо за таблицями. При цьому враховуємо, що значення λ дуже мало залежить від тиску, і при тиску 0,355 Мн / м 2 можна використовувати значення λ при тиску 0,1013 Мн / м 2. Кінематична в'язкість газів обернено пропорційна тиску, того значення ν при тиску 0,1013 Мн / м 2 ділимо на ставлення.

Ефективна довжина променя для блокової насадки

  \u003d 0,0284 м

Для даної насадки м 2 / м 3; ν \u003d 0,7 м 3 / м 3; м 2 / м 2.

Розрахунки зведені в таблицю 3.1

Таблиця 3.1 - Визначення коефіцієнтів тепловіддачі для верху і низу насадки.

Найменування, значення і одиниці вимірювання розмірів	розрахункова формула	Попередній розрахунок	уточнений розрахунок
верх	низ	верх	низ
дим	повітря	дим	повітря	повітря	повітря
Середні за період температури повітря і диму 0 С	За текстом	1277,5		592,5		1026,7	355,56
Коефіцієнт теплопровідності продуктів згоряння і повітря l 10 2 Вт / (мград)	За текстом	13,405	8,101	7,444	5,15	8,18	5,19
Кінематична в'язкість продуктів згоряння і повітря g 10 6 м 2 / с	прикладна програма	236,5	52,6	92,079	18,12	53,19	18,28
Визначальний діаметр каналу d, м		0,031	0,031	0,031	0,031	0,031	0,031
Дійсна швидкість диму і повітря W м / с	За текстом	11,927	8,768	6,65	4,257	8,712	4,213
Re
Nu	За текстом	12,425	32,334	16,576	42,549	31,88	41,91
Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією a до Вт / м 2 * град		53,73	84,5	39,804	70,69	84,15	70,226
		0,027	-	0,045	-	-	-
		1,005	-	1,055	-	-	-
Коефіцієнт променистої тепловіддачі a п Вт / м 2 * град		13,56	-	5,042	-	-	-
a Вт / м 2 * град		67,29	84,5	44,846	70,69	84,15	70,226

Теплоємність і коефіцієнт теплопровідності цегли l насадки розраховуються за формулами:

С, кДж / (кг * град) l, Вт / (мград)

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

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

Еквівалентна полутолщіна цегли визначається за формулою

  мм

Таблиця 3.2 - Фізичні величини матеріалу і коефіцієнт акумуляції тепла для вірніше і нижньої половини регенеративної насадки

Найменування розмірів	розрахункова формула	Попередній розрахунок	уточнений розрахунок
		верх	низ	верх	низ
динас	шамот	динас	шамот
Середня температура, 0 С	За текстом	1143,75	471,25	1152,1	474,03
Густина, r кг / м 3	За текстом
Коефіцієнт теплопровідності l Вт / (мград)	За текстом	2,019	1,111	2,022	1,111
Теплоємність С, кДж / (кг * град)	За текстом	1,315	1,066	1,318	1,067
Коефіцієнт температуропровідності а, м 2 / год		0,0027	0,0018	0,0027	0,0018
F 0 S		21,704	14,59	21,68	14,58
Коефіцієнт акумуляції тепла h до		0,942	0,916	0,942	0,916

Як очевидно з таблиці, значення h до\u003e, т.е.кірпічі використовується в тепловому відношенні на всю його товщину. Відповідно до вище складеного приймаємо значення коефіцієнта теплового гістерезису для верху насадки x \u003d 2,3, для низу x \u003d 5,1.

Тоді сумарний коефіцієнт теплопередачі розраховується за формулою:

для верху насадки

58,025 кДж / (м 2 цикл * град)

для низу насадки

60,454 кДж / (м 2 цикл * град)

В середньому для насадки в цілому

59,239 кДж / (м 2 цикл * град)

Поверхня нагріву насадки

  22093,13 м 2

обсяг насадки

  \u003d 579,87 м 3

Площа горизонтального перерізу насадки в світлі

  \u003d 9,866 м 2

Дослідження, проведені на рубежі 1940-1950-х років, дозволили розробити ряд аеродинамічних і технологічних рішень, що забезпечують безпечне подолання звукового бар'єру навіть серійними літаками. Тоді здавалося, що підкорення звукового бар'єру створює необмежені можливості подальшого збільшення швидкості польоту. Буквально за кілька років було облітати близько 30 типів надзвукових літаків, з яких значна кількість було запущено в серійне виробництво.

Різноманіття використаних рішень призвело до того, що багато проблем, пов'язаних з польотами на великих надзвукових швидкостях, були всебічно вивчені і вирішені. Однак зустрілися нові проблеми, значно складніші, ніж звуковий бар'єр. Вони викликані нагріванням конструкції літального апарату при польоті з великою швидкістю в щільних шарах атмосфери. Це нова перешкода свого часу назвали тепловим бар'єром. На відміну від звукового новий бар'єр можна охарактеризувати постійної, подібної швидкості звуку, оскільки він залежить як від параметрів польоту (швидкості і висоти) і конструкції планера (конструктивних рішень і використаних матеріалів), так і від обладнання літака (системи кондиціонування, охолодження і т. п.). Таким чином, в поняття «теплової бар'єр» входить не тільки проблема небезпечного нагрівання конструкції, але також такі питання, як теплообмін, властивості міцності матеріалів, принципи конструювання, кондиціювання повітря і т.п.

Нагрівання літака в польоті відбувається головним чином з двох причин: від аеродинамічного гальмування повітряного потоку і від тепловиділення рухової установки. Обидва ці явища складають процес взаємодії між середовищем (повітрям, вихлопними газами) і обтічним твердим тілом (літаком, двигуном). Друге явище є типовим для всіх літаків, і пов'язане воно з підвищенням температури елементів конструкції двигуна, що сприймають тепло від повітря, стиснутого в компресорі, а також від продуктів згоряння в камері і вихлопній трубі. При польоті з великими швидкостями внутрішній нагрів літака відбувається також і від повітря, які гальмують в повітряному каналі перед компресором. При польоті на малих швидкостях повітря, що проходить через двигун, має відносно низьку температуру, внаслідок чого небезпечний нагрів елементів конструкції планера не відбувається. При великих швидкостях польоту обмеження нагрівання конструкції планера від гарячих елементів двигуна забезпечується за допомогою додаткового охолодження повітрям низької температури. Зазвичай використовується повітря, що відводиться від повітрозабірника за допомогою направляючої, яка відділяє прикордонний шар, а також повітря, захоплюваний з атмосфери за допомогою додаткових заборником, розміщених на поверхні гондоли двигуна. У двох контурних двигунах для охолодження використовується також повітря зовнішнього (холодного) контуру.

Таким чином, рівень теплового бар'єру для надзвукових літаків визначається зовнішнім аеродинамічним нагрівом. Інтенсивність нагрівання поверхні, обтічної потоком повітря, залежить від швидкості польоту. При малих швидкостях це нагрівання так незначний, що підвищення температури може не братися до уваги. При великій швидкості повітряний потік має високу кінетичну енергію, в зв'язку з чим підвищення температури може бути значним. Стосується це так само і температури всередині літака, оскільки високошвидкісний потік, загальмований в воздухозаборнике і стислий в компресорі двигуна, набуває настільки високу температуру, що виявляється не в змозі відводити тепло від гарячих частин двигуна.

Зростання температури обшивки літака в результаті аеродинамічного нагріву викликається в'язкістю повітря, що обтікає літак, а також його стисненням на лобових поверхнях. Внаслідок втрати швидкості частинками повітря в прикордонному шарі в результаті в'язкісно тертя відбувається підвищення температури всієї обтічної поверхні літака. В результаті стиснення повітря температура зростає, правда, лише локально (до цього схильні головним чином носова частина фюзеляжу, лобове скло кабіни екіпажу, а особливо передні кромки крила і оперення), але зате частіше досягає значень, небезпечних для конструкції. В цьому випадку в деяких місцях відбувається майже пряме зіткнення потоку повітря з поверхнею і повне динамічне гальмування. Відповідно до принципу збереження енергії вся кінетична енергія потоку при цьому перетворюється в теплову і в енергію тиску. Відповідне підвищення температури прямо пропорційно квадрату швидкості потоку до гальмування (або, без урахування вітру - квадрату швидкості літака) і обернено пропорційно висоті польоту.

Теоретично, якщо обтікання має сталий характер, погода безвітряна і безхмарна і не відбувається перенесення тепла за допомогою випромінювання, то тепло не проникає всередину конструкції, а температура обшивки близька до так званої температурі адіабатичного гальмування. Залежність її від числа Маха (швидкості і висоти польоту) приведена в табл. 4.

У дійсних умовах підвищення температури обшивки літака від аеродинамічного нагріву, т. Е. Різниця між температурою гальмування і температурою оточення, виходить дещо меншою зважаючи теплообміну з середовищем (за допомогою випромінювання), сусідніми елементами конструкції і т. П. Крім того, повне гальмування потоку відбувається лише в так званих критичних точках, розташованих на виступаючих частинах літака, а приплив тепла до обшивки залежить також від характеру прикордонного шару повітря (він більш інтенсивний для турбулентного прикордонного шару). Значне зниження температури відбувається також при польотах крізь хмари, особливо коли вони містять переохолоджені краплі води і кристалики льоду. Для таких умов польоту приймається, що зниження температури обшивки в критичній точці в порівнянні з теоретичної температурою гальмування може досягти навіть 20-40%.

Таблиця 4. Залежність температури обшивки від числа Маха

Проте загальний нагрів літака в польоті з надзвуковими швидкостями (особливо на малій висоті) іноді такий високий, що підвищення температури окремих елементів планера і устаткування призводить або до їх руйнування, або, як мінімум, до необхідності зміни режиму польоту. Наприклад, при дослідженнях літака ХВ-70А в польотах на висотах понад 21 ТОВ м зі швидкістю М \u003d 3 температура вхідних кромок повітрозабірника і передніх кромок крила становила 580-605 К, а іншої частини обшивки 470-500 К.Последствія підвищення температури елементів конструкції літака до таких великих значень можна оцінити в повній мірі, якщо врахувати той факт, що вже при температурах близько 370 К розм'якшується органічне скло, повсюдно вживається для скління кабін, кипить паливо, а звичайний клей втрачає міцність. При 400 К значно знижується міцність дюралюмінію, при 500 К відбувається хімічне розкладання робочої рідини в гідросистемі і руйнування ущільнень, при 800 К втрачають необхідні механічні властивості титанові сплави, при температурі вище 900 К плавляться алюміній і магній, а сталь розм'якшується. Підвищення температури призводить також до руйнування покриттів, з яких анодування і хромування можуть використовуватися до 570 К, нікелювання-до 650 К, а сріблення-до 720 К.

Після появи цього нового перешкоди в збільшенні швидкості польоту почалися дослідження з метою виключити або пом'якшити його наслідки. Способи захисту літака від ефектів аеродинамічного нагріву визначаються чинниками, що перешкоджають зростанню температури. Крім висоти польоту і атмосферних умов, істотний вплив на ступінь нагріву літака надають:

- коефіцієнт теплопровідності матеріалу обшивки;

- величина поверхні (особливо лобової) літака; -час польоту.

Звідси випливає, що найпростішими способами зменшення нагрівання конструкції є збільшення висоти польоту і обмеження до мінімуму його тривалості. Ці способи використовувалися в перших надзвукових літаках (особливо в експериментальних). Завдяки досить високій теплопровідності і теплоємності матеріалів, вживаних для виготовлення теплонапружених елементів конструкції літака, від моменту досягнення літаком високій швидкості до моменту розігріву окремих елементів конструкції до розрахункової температури критичної точки проходить зазвичай досить великий час. У польотах, які тривають кілька хвилин (навіть на невеликих висотах), що руйнують температури не досягаються. Політ на великих висотах відбувається в умовах низької температури (близько 250 К) і малу щільність повітря. Внаслідок цього кількість тепла, що віддається потоком поверхонь літака, невелика, а теплообмін протікає довше, що значно пом'якшує гостроту проблеми. Аналогічний результат дає обмеження швидкості літака на малих висотах. Наприклад, під час польоту над землею зі швидкістю 1600 км / год міцність дюралюмінію знижується тільки на 2%, а збільшення швидкості до 2400 км / год призводить до зниження його міцності на величину до 75% в порівнянні з початковим значенням.

Рис. 1.14. Розподіл температури в повітряному каналі і в двигуні літака «Конкорд» при польоті з М \u003d 2,2 (а) і температури обшивки літака ХВ-70А при польоті з постійною швидкістю 3200 км / год (б).

Однак необхідність забезпечення нормальних умов експлуатації в усьому діапазоні використовуваних швидкостей і висот польоту змушує конструкторів шукати відповідні технічні засоби. Оскільки нагрів елементів конструкції літака викликає зниження механічних властивостей матеріалів, виникнення термічних напружень конструкції, а також погіршення умов роботи екіпажу та обладнання, такі технічні засоби, що використовуються в існуючій практиці, можна розділити на три групи. Вони відповідно включають застосування 1) теплостійких матеріалів, 2) конструктивних рішень, що забезпечують необхідну теплоізоляцію і допустиму деформацію деталей, а також 3) систем охолодження кабіни екіпажу і відсіків обладнання.

У літаках з максимальною швидкістю М \u003d 2,0-1-2,2 широко застосовуються сплави алюмінію (Дюран), які характеризуються відносно високою міцністю, малою щільністю і збереженням міцності властивостей при невеликому підвищенні температури. Дюралі зазвичай доповнюються сталевими або титановими сплавами, з яких виконуються частини планера, що піддаються найбільшим механічним або тепловим навантаженням. Сплави титану знайшли застосування вже в першій половині 50-х років спочатку в дуже невеликих масштабах (зараз деталі з них можуть становити до 30% маси планера). В експериментальних літаках з М ~ 3 стає необхідним застосування жароміцних сталевих сплавів як основного конструкційного матеріалу. Такі стали зберігають хороші механічні властивості при високих температурах, характерних для польотів з гіперзвуковими швидкостями, але їх недоліками є висока вартість і велика щільність. Ці недоліки в певному сенсі обмежують розвиток високошвидкісних літаків, тому ведуться дослідження і інших матеріалів.

У 70-х роках здійснені перші досліди застосування в конструкції літаків берилію, а також композиційних матеріалів на базі волокон бору або вуглецю. Ці матеріали поки мають високу вартість, але в той же час для них характерні мала щільність, високі міцність і жорсткість, а також значна термостійкість. Приклади конкретних застосувань цих матеріалів при будівництві планера наведені в описах окремих літаків.

Іншим фактором, що істотно впливає на працездатність нагрівається конструкції літака, є ефект так званих термічних напружень. Виникають вони в результаті температурних перепадів між зовнішніми і внутрішніми поверхнями елементів, а особливо між обшивкою і внутрішніми елементами конструкції літака. Поверхневий нагрів планера призводить до деформації його елементів. Наприклад, може статися таке викривлення обшивки крила, яке призведе до зміни аеродинамічних характеристик. Тому в багатьох літаках використовується паяна (іноді клеєна) багатошарова обшивка, яка відрізняється високою жорсткістю і хорошими ізоляційними властивостями, або застосовуються елементи внутрішньої конструкції з відповідними компенсаторами (наприклад, в літаку F-105 стінки лонжерона виготовляються з гофрованого листа). Відомі також досліди охолодження крила за допомогою палива (наприклад, у літака Х-15), що протікає під обшивкою на шляху від бака до форсунок камери згоряння. Однак при високих температурах паливо зазвичай піддається коксування, тому такі досліди можна вважати невдалими.

Зараз досліджуються різні методи, серед яких нанесення ізоляційного шару з тугоплавких матеріалів шляхом плазмового напилення. Інші вважалися перспективними методи не знайшли застосування. Серед іншого пропонувалося використовувати «захисний шар», який створюється шляхом вдуву газу на обшивку, охолодження «випотіванням» за допомогою подачі на поверхню крізь пористу обшивку рідини з високою температурою випаровування, а також охолодження, створюване плавленням і винесенням частини обшивки (абляціонний матеріали).

Досить специфічною і разом з тим дуже важливим завданням є підтримання відповідної температури в кабіні екіпажу і в відсіках обладнання (особливо електронного), а також температури паливних і гідравлічних систем. В даний час ця проблема вирішується шляхом використання високопродуктивних систем кондиціонування, охолодження та рефрижерації, ефективної теплоізоляції, застосування робочих рідин гідросистем з високою температурою випаровування і т.д.

Проблеми, пов'язані з тепловим бар'єром, повинні вирішуватися комплексно. Будь-який прогрес у цій галузі відсуває бар'єр для даного типу літаків в бік більшої швидкості польоту, не виключаючи його як такого. Однак прагнення до ще більших швидкостей призводить до створення ще більш складних конструкцій і обладнання, що вимагають застосування більш якісних матеріалів. Це помітним чином відбивається на масі, закупівельної вартості і на витратах по експлуатації та обслуговуванню літака.

З наведених у табл. 2 даних літаків-винищувачів видно, що в більшості випадків раціональної вважалася максимальна швидкість 2200-2600 км / ч. Лише в деяких випадках вважають, що швидкість літака повинна перевершувати М ~ 3. До літаків, здатним розвивати такі швидкості, відносяться експериментальні машини Х-2, ХВ-70А і Т. 188, розвідувальний SR-71, а також літак Е-266.

1*   Рефрижерації називається примусовий перенос тепла від холодного джерела до середовища з високою температурою при штучному протидії природному напрямку руху тепла (від теплого тіла до холодного, коли має місце процес охолодження). Найпростішим рефрижератором є побутовий холодильник.

Проходять через прозору атмосферу, не нагріваючи її, вони досягають земної поверхні, нагрівають її, а від неї в подальшому нагрівається повітря.

Ступінь нагріву поверхні, а значить і повітря, залежать, перш за все, від широти місцевості.

Але в кожній конкретній точці вона (t о) буде визначатися також цілим рядом факторів, серед яких основними є:

А: висота над рівнем моря;

Б: подстилающая поверхню;

В: віддаленість від узбереж океанів і морів.

А - Оскільки нагрівання повітря відбувається від земної поверхні, то чим менше абсолютні висоти місцевості, тим вище температура повітря (на одній широті). В умовах ненасиченого водяними парами повітря спостерігається закономірність: при підйомі на кожні 100 метрів висоти температура (t о) зменшується на 0,6 о С.

Б - Якісні характеристики поверхні.

Б 1 - різні за кольором і структурі поверхні по різному поглинають і відображають сонячні промені. Максимальна відбивна здатність характерна для снігу і льоду, мінімальна для темно забарвлених грунтів і гірських порід.

Освітлення Землі сонячними променями в дні сонцестоянь і рівнодень.

Б 2 - різні поверхні мають різну теплоємність і тепловіддачу. Так водна маса Світового океану, що займає 2/3 поверхні Землі, через високу теплоємності дуже повільно нагрівається і дуже повільно охолоджується. Суша швидко нагрівається і швидко охолоджується тобто, щоб нагріти до однакової t про 1 м 2 суші і 1 м 2 водної поверхні, треба затратити різну кількість енергії.

В - від узбереж в глиб материків кількість водяної пари в повітрі зменшується. Чим прозоріша атмосфера, тим менше розсіюється в ній сонячних променів, і всі сонячні промені досягають поверхні Землі. При наявності великої кількості водяної пари в повітрі, крапельки води відображають, розсіюють, поглинають сонячні промені і далеко не всі вони досягаються поверхні планети, нагрівання її при цьому зменшується.

Найвищі температури повітря зафіксовано в районах тропічних пустель. У центральних районах Сахари майже 4 місяці t про повітря в тіні становить понад 40 о С. У той же час на екваторі, де кут падіння сонячних променів найбільший, температура не буває вище +26 о С.

З іншого боку, Земля як нагріте тіло випромінює енергію в космос в основному в довгохвильовому інфрачервоному спектрі. Якщо земна поверхня закутана «ковдрою» хмар, то не всі інфрачервоні промені йдуть з планети, так як хмари їх затримують, відображаючи назад до земної поверхні.

При ясному небі, коли водяної пари в атмосфері мало, інфрачервоні промені, що випускаються планетою вільно йдуть в космос, при цьому відбувається вихолоджування земної поверхні, яка остигає і тим самим знижується температура повітря.

література

1. Зубащенко Е.М. Регіональна фізична географія. Клімати Землі: навчально-методичний посібник. Частина 1. / Е.М. Зубащенко, В.І. Шмиков, А.Я. Немикін, Н.В. Полякова. - Воронеж: ВДПУ, 2007. - 183 с.

Коли сонце гріє сильніше - коли воно стоїть вище над головою або коли нижче?

Сонце гріє сильніше, коли стоїть вище. Сонячні промені в цьому випадку падають під прямим, або близьким до прямого кутом.

Які види обертання Землі вам відомі?

Земля обертається навколо своєї осі і навколо Сонця.

Чому на Землі відбувається зміна дня і ночі?

Зміна дня і ночі - результат осьового обертання Землі.

Визначте, як відрізняється кут падіння сонячних променів 22 червня і 22 грудня на паралелях 23,5 ° с. ш. і ю. ш .; на паралелях 66,5 ° с. ш. і ю. ш.

22 червня кут падіння сонячних променів на паралелі 23,50 пн.ш. 900, пд.ш. - 430. На паралелі 66,50 пн.ш. - 470, 66,50 пд.ш. - ковзний кут.

22 грудня кут падіння сонячних променів на паралелі 23,50 пн.ш. 430, пд.ш. - 900. На паралелі 66,50 пн.ш. - ковзний кут, 66,50 пд.ш. - 470.

Подумайте, чому самі теплі і холодні місяці - НЕ червень і грудень, коли сонячні промені мають найбільший і найменший кути падіння на земну поверхню.

Атмосферне повітря нагрівається від земної поверхні. Тому в червні відбувається нагрівання земної поверхні, а температура досягає максимуму в липні. Теж відбувається взимку. У грудні вихолоджується земна поверхня. У січні остигає повітря.

Визначте:

середню добову температуру за показниками чотирьох вимірів за добу: -8 ° С, -4 ° С, + 3 ° С, + 1 ° С.

Середньодобова температура 20С.

середню річну температуру Москви, використовуючи дані таблиці.

Середньорічна температура 50С.

Визначте добову амплітуду температур для показників термометрів на малюнку 110, ст.

Амплітуда температур на малюнку в 180С.

Визначте, на скільки градусів річна амплітуда в Красноярську більше, ніж в Санкт-Петербурзі, якщо середня температура липня в Красноярську + 19 ° С, а січня--17 ° С; в Санкт-Петербурзі + 18 ° С і -8 ° С відповідно.

Амплітуда температур в Красноярську 360С.

Амплітуда температур в Санкт-Петербурзі 260С.

Амплітуда температур в Красноярську більше на 100С.

Запитання і завдання

1. Як відбувається нагрівання повітря атмосфери?

Пропускаючи сонячні промені, атмосфера від них майже не нагрівається. Нагрівається ж земна поверхня, і сама стає джерелом тепла. Саме від неї нагрівається атмосферне повітря.

2. Наскільки градусів зменшується температура в тропосфері при підйомі на кожні 100 м?

При підйомі вгору па кожен кілометр температура повітря знижується на 6 0С. Значить, на 0,60 на кожні 100 м.

3. Обчисліть температуру повітря за боротися літака, якщо висота польоту 7 км, а температура біля поверхні Землі + 200С.

Температура при підйомі на 7 км знизиться на 420. Отже, температура за бортом літака складе -220.

4. Чи можна в горах на висоті 2500 м зустріти влітку льодовик, якщо біля підніжжя гір температура +250.

Температура на висоті 2500 м складе + 100С. Льодовик на висоті 2500 м не зустрінеться.

5. Як і чому змінюється температура повітря протягом доби?

Днем сонячні промені освітлюють земну поверхню і прогрівають її, від неї нагрівається і повітря. Вночі надходження сонячної енергії припиняється, і поверхня разом з повітрям поступово остигає. Сонце найвище стоїть над горизонтом опівдні. В цей час надходить найбільше сонячної енергії. Однак найвища температура спостерігається через 2-3 години після полудня, так як на передачу тепла від поверхні Землі до тропосфері потрібен час. Найнижча температура буває перед сходом сонця.

6. Від чого залежить різниця в нагріванні поверхні Землі протягом року?

Протягом року на одній і тій же території сонячні промені падають на поверхню по-різному. Коли кут падіння променів більш стрімкий, поверхня отримує більше сонячної енергії, температура повітря підвищується і наступає літо. Коли сонячні промені нахилені сильніше, поверхня нагрівається слабо. Температура повітря в цей час знижується, і настає зима. Найтепліший місяць в Північній півкулі - липень, а самий холодний - січень. У Південній півкулі - навпаки: найхолодніший місяць року - липень, а самий теплий - січень.

2005-08-16

В цілому ряді випадків можна значно зменшити капітальні та експлуатаційні витрати, забезпечивши автономне опалення приміщень теплим повітрям на основі застосування теплогенераторів, що працюють на газі або рідкому паливі. У таких агрегатах нагрівається не вода, а повітря - свіжий припливне, рециркуляционний або змішаний. Такий спосіб особливо ефективний для забезпечення автономного опалення виробничих приміщень, виставкових павільйонів, майстерень, гаражів, станцій технічного обслуговування, автомобільних мийок, кіностудій, складів, громадських будівель, спортзалів, супермаркетів, теплиць, оранжерей, тваринницьких комплексів, птахоферм і т.п.

Переваги повітряного опалення

Переваг повітряного способу опалення перед традиційним водяним у великих за обсягом приміщеннях багато, перерахуємо лише основні:

1. Економічність. Тепло виробляється безпосередньо в приміщенні, що нагрівається і практично цілком витрачається за призначенням. Завдяки прямому спалюванню палива без проміжного теплоносія досягається високий тепловий ККД всієї системи опалення: 90-94% - для рекуперативних нагрівачів і практично 100% - для систем прямого нагріву. Застосування програмованих термостатів забезпечує можливість додаткової економії від 5 до 25% теплової енергії за рахунок функції «чергового режиму» - автоматичної підтримки температури в приміщенні в неробочий час на рівні + 5-7 ° С.
2. Можливість «включити» припливну вентиляцію. Ні для кого не секрет, що сьогодні на більшості підприємств припливна вентиляція не працює належним чином, що значно погіршує умови роботи людей і впливає на продуктивність праці. Теплогенератори або системи прямого нагріву нагрівають повітря на Δt до 90 ° С - цього цілком достатньо для того, щоб «примусити» працювати припливну вентиляцію навіть в умовах Крайньої Півночі. Таким чином, повітряне опалення має на увазі собою не тільки економічну ефективність, але і поліпшення екологічної обстановки і умов праці.
3. Мала інерційність. Агрегати систем повітряного опалення в лічені хвилини виходять на робочий режим, а за рахунок високої оборотності повітря, приміщення повністю прогрівається всього за кілька годин. Це дає можливість оперативно і гнучко маневрувати при зміні потреб в теплі.
4. Відсутність проміжного теплоносія дозволяє відмовитися від будівництва і змісту малоефективною для великих приміщень системи водяного опалення, котельні, теплотрас і станції водопідготовки. Виключаються втрати в теплотрасах та предметiв особистого вжитку, що дозволяє різко знизити експлуатаційні витрати. У зимовий час відсутній ризик розморожування калориферів і системи опалення в разі тривалого відключення системи. Охолодження навіть до глибокого «мінуса» не приводить до розморожування системи.
5. Високий ступінь автоматизації дозволяє виробляти рівно ту кількість тепла, в якому є необхідність. У поєднанні з високою надійністю газового обладнання це значно підвищує безпеку системи опалення, а для її експлуатації досить мінімуму обслуговуючого персоналу.
6. Малі витрати. Спосіб опалення великих приміщень за допомогою теплогенераторів один з найдешевших і швидко реалізованих. Капітальні витрати на будівництво або реконструкцію повітряної системи, як правило, значно нижче витрат на організацію водяного або променистого опалення. Термін окупності капітальних витрат зазвичай не перевищує одного-двох опалювальних сезонів.

Залежно від розв'язуваних завдань, в системах повітряного опалення можуть застосовуватися нагрівачі різного типу. У цій статті ми розглянемо тільки агрегати, що працюють без застосування проміжного теплоносія - рекуперативні повітронагрівачі (з теплообмінником і відводом продуктів згоряння назовні) і системи прямого нагріву повітря (газові змішувальні повітронагрівачі).

рекуперативні повітронагрівачі

В агрегатах цього типу паливо, змішане з необхідною кількістю повітря, подається пальником в камеру згоряння. Утворилися продукти горіння проходять через дво- або триходовий теплообмінник. Тепло, отримане при згорянні палива, передається нагрівається повітрю через стінки теплообмінника, а димові гази через димохід відводяться назовні (рис. 1) - саме тому їх називають теплогенераторами «непрямого нагріву».

Рекуперативні повітронагрівачі можуть бути використані не тільки безпосередньо для опалення, але і в складі системи припливної вентиляції, а також для технологічного нагріву повітря. Номінальна теплова потужність таких систем від 3 кВт до 2 МВт. Подача повітря, що нагрівається в приміщення здійснюється через вбудований або виносний нагнітає вентилятор, що дає можливість використання агрегатів як для прямого підігріву повітря з видачею його через жалюзійні решітки, так і з повітроводами.

Омиваючи камеру згоряння і теплообмінник, повітря нагрівається і спрямовується або безпосередньо в опалювальне приміщення через розташовані у верхній частині жалюзійні повітророзподільні решітки, або розподіляється по системі повітроводів. На лицьовій частині теплогенератора розташована автоматизована блокова пальник (рис. 2).

Теплообмінники сучасних воздухонагревателей, як правило, виготовлені з нержавіючої сталі (топка - з жароміцної сталі) і служать від 5 до 25 років, після яких можуть бути відремонтовані або замінені. ККД сучасних моделей досягає 90-96%. Головна перевага рекуперативних воздухонагревателей - їх універсальність.

Вони можуть працювати на природному або зрідженому газі, дизельному паливі, нафти, мазуті або відпрацьованому маслі - варто тільки поміняти пальник. Існує можливість роботи зі свіжим повітрям, з підмішуванням внутрішнього і в режимі повної рециркуляції. Така система дозволяє деякі вільності, наприклад, змінювати витрата повітря, що нагрівається, «на ходу» перерозподіляти потоки нагрітого повітря в різні гілки повітропроводів за допомогою спеціальних клапанів.

Влітку рекуперативні повітронагрівачі можуть працювати в режимі вентиляції. Монтуються агрегати як в вертикальному, так і в горизонтальному положенні, на підлозі, стіні, або вбудовуються в секційну венткамере як секцію нагрівача.

Рекуперативні повітронагрівачі можуть бути використані навіть для опалення приміщень високої категорії комфортності, в разі якщо сам агрегат буде винесено за межі зони безпосереднього обслуговування.

Основні недоліки:

1. Великий і складний теплообмінник збільшує вартість і вагу системи, в порівнянні з воздухонагревателями змішувального типу;
2. Потребують в димарі і відведення конденсату.

Системи прямого нагрівання повітря

Сучасні технології дозволили добитися такої чистоти спалювання природного газу, що з'явилася можливість не відводити продукти згоряння «в трубу», а використовувати їх для прямого нагрівання повітря в системах припливної вентиляції. Газ, що надходить на горіння, повністю згорає в потоці повітря, що нагрівається і, змішуючись з ним, віддає йому все тепло.

Цей принцип реалізований в ряді аналогічних конструкцій рампової пальника в США, Англії, Франції та Росії і з успіхом використовується з 60-х років XX століття на багатьох підприємствах Росії і за кордоном. Засновані на принципі надчистого спалювання природного газу безпосередньо в потоці повітря, що нагрівається газові змішувальні повітронагрівачі типу STV (STARVEINE - «зоряний вітер») виробляються з номінальною тепловою потужністю від 150 кВт до 21 МВт.

Сама технологія організації горіння, а також високий ступінь розведення продуктів горіння, дозволяють отримати в установках чистий тепле повітря у відповідності з усіма діючими нормами, практично не містить шкідливих домішок (не більше 30% ГДК). Повітронагрівачі STV (рис. 3) складаються з модульного горілчаного блоку, розташованого усередині корпусу (ділянки воздуховода), газової лінії DUNGS (Німеччина) і системи автоматики.

Корпус, як правило, оснащений гермодвері для зручності обслуговування. Пальниковий блок, в залежності від необхідної теплової потужності, компонується з необхідної кількості горілчаних секцій різної конфігурації. Автоматика нагрівачів забезпечує плавний автоматичний пуск по циклограмме, контроль параметрів безпечної роботи і можливість плавного регулювання теплової потужності (1: 4), що дозволяє автоматично підтримувати необхідну температуру повітря в опалювальному приміщенні.

Застосування газових змішувальних воздухонагревателей

Головне їхнє призначення - прямий нагрів свіжого приточного повітря, що подається у виробничі приміщення для компенсації витяжної вентиляції і поліпшення, таким чином, умов роботи людей.

Для приміщень з великою кратністю повітрообміну виникає доцільність поєднання системи припливної вентиляції і системи опалення - в цьому плані у систем прямого нагріву немає конкурентів по співвідношенню ціна / якість. Газові змішувальні повітронагрівачі призначені для:

• автономного повітряного опалення приміщень різного призначення з великим повітрообміном (До 򖅁, 5);
• нагрівання повітря в повітряно-теплових завісах отсечного типу, можливе суміщення з системами опалення та припливної вентиляції;
• систем передпускового підігріву двигунів автомобілів на неопалюваних стоянках;
• відігрівання і розмерзання вагонів, цистерн, автомобілів, сипучих матеріалів, нагрівання і сушіння виробів перед фарбуванням або іншими видами обробки;
• прямого нагріву атмосферного повітря або сушильного агента в різних установках технологічного нагріву і сушіння, наприклад, сушка зерна, трави, паперу, текстилю, деревини; застосування в камерах забарвлення і сушки після фарбування і т.п.

Розміщення

Змішувальні нагрівачі можуть бути вбудовані в повітряні канали систем припливної вентиляції і теплових завіс, в повітроводи сушильних установок - як на горизонтальних, так і на вертикальних ділянках. Можуть монтуватися на підлозі або майданчику, під стелею або на стіні. Розміщуються, какправіло, в припливно-вентиляційних камерах, але можлива їх установка і безпосередньо в опалювальному приміщенні (відповідно до категорії).

При додатковому устаткуванні відповідними елементами можуть обслуговувати приміщення категорій А і Б. Рециркуляція внутрішнього повітря через змішувальні повітронагрівачі небажана - можливе істотне зниження рівня кисню в приміщенні.

Сильні сторони систем прямого нагріву

Простота і надійність, низька собівартість і економічність, можливість нагріву до високих температур, високий ступінь автоматизації, плавне регулювання, не потребують пристрої димоходу. Прямий нагрів - найекономічніший спосіб - ККД системи дорівнює 99,96%. Рівень питомих капітальних витрат на систему опалення на базі установки прямого нагріву, суміщеної з припливною вентиляцією, найнижчий при високому ступені автоматизації.

Повітронагрівачі всіх типів оснащені системою автоматики безпеки та управління, що забезпечує плавний пуск, підтримання режиму нагріву і відключення в разі виникнення аварійних ситуацій. З метою енергозбереження можливе оснащення воздухонагревателей автоматикою регулювання з урахуванням зовнішньої і контролем внутрішньої температур, функціями добового і тижневого режимів програмування нагріву.

Можливо також включення параметрів системи опалення, що складається з багатьох опалювальних агрегатів, в систему централізованого управління і диспетчеризації. У цьому випадку оператор-диспетчер матиме оперативну інформацію про роботу і стан опалювальних агрегатів, наочно відображена на моніторі комп'ютера, а також керувати режимом їх роботи безпосередньо з віддаленого диспетчерського пункту.

Мобільні теплогенератори та теплові гармати

Призначені для тимчасового застосування - на будівництвах, для опалення в міжсезоння періоди, технологічного нагріву. Мобільні теплогенератори та теплові гармати працюють на пропані (зрідженому балонному газі), дизельному паливі або гасі. Можуть бути як прямого нагріву, так і з відводом продуктів згоряння.

Типи систем автономного повітряного опалення

Для автономного теплопостачання різних приміщень застосовуються різні типи систем повітряного опалення - з централізованим розподілом тепла і децентралізовані; системи, що працюють повністю на приплив свіжого повітря, або з повною / частковою рециркуляцією внутрішнього повітря.

У децентралізованих системах повітряного опалення нагрів і циркуляція повітря в приміщенні здійснюються автономними теплогенераторами, розташованими в різних ділянках або робочих зонах - на підлозі, стіні і під дахом. Повітря з нагрівачів подається безпосередньо в робочу зону приміщення. Іноді для кращого розподілу теплових потоків теплогенератори оснащують невеликими (локальними) системами повітропроводів.

Для агрегатів в такому виконанні характерна мінімальна потужність електродвигуна вентилятора, тому децентралізовані системи більш економічні в плані витрати електроенергії. Можливо також використання повітряно-теплових завіс як частини системи повітряного опалення або припливної вентиляції.

Можливість локального регулювання і використання теплогенераторів в міру необхідності - по зонам, в різний час-дає можливість значного зниження витрат на паливо. Однак капітальні витрати на реалізацію даного способу трохи вище. У системах з централізованим розподілом тепла використовуються повітряно-опалювальні агрегати; виробляється ними тепле повітря надходить в робочі зони по системі повітроводів.

Установки, як правило, вбудовуються в існуючі венткамера, але допускається можливість розміщення їх безпосередньо в приміщенні, що обігрівається - на підлозі або на майданчику.

Застосування і розміщення, підбір обладнання

У кожного з типів перерахованих вище опалювальних агрегатів є свої незаперечні переваги. І немає готового рецепту, в якому випадку який з них доцільніше - це залежить від багатьох факторів: величини повітрообміну в співвідношенні з величиною тепловтрат, категорії приміщення, наявності вільного місця для розміщення обладнання, від фінансових можливостей. Спробуємо сформувати найбільш загальні принципи доцільного підбору обладнання.

1. Системи опалення для приміщень з невеликою повітрообміном (Квоздухообмена ≤򖅀, 5-1)

Сумарна теплова потужність теплогенераторів в цьому випадку приймається практично рівній кількості тепла, необхідного для компенсації тепловтрат приміщення, вентиляція порівняно мала, тому тут доцільно застосування системи опалення на основі теплогенераторів непрямого нагріву з повною або частковою рециркуляцією внутрішнього повітря приміщення.

Вентиляція в таких приміщеннях може бути природною або з підмішуванням вуличного повітря до рециркулируют. У другому випадку потужність нагрівачів збільшують на величину, достатню для нагріву свіжого повітря приточування. Така система опалення може бути місцевою, з підлоговими або настінними теплогенераторами.

При неможливості розміщення установки в опалювальному приміщенні або при організації обслуговування декількох приміщень можна застосувати систему централізованого типу: теплогенератори розташувати в венткамере (Пристрій, на антресолях, в сусідньому приміщенні), а тепло розподіляти по воздуховодам.

У робочий час теплогенератори можуть працювати в режимі часткової рециркуляції, попутно нагріваючи підмішують припливне повітря, в неробочий можна деякі з них відключати, а що залишилися переводити на економічний черговий режим + 2-5 ° С з повною рециркуляцією.

2. Системи опалення для приміщень з великою кратністю повітрообміну, постійно потребують подачі великих обсягів приточного свіжого повітря (Квоздухообмена 򖅂)

У цьому випадку кількість тепла, необхідне для нагрівання припливного повітря, може вже в кілька разів перевищувати кількість тепла, необхідне для компенсації тепловтрат. Тут найбільш доцільно і економічно поєднання системи повітряного опалення з системою припливної вентиляції. Система опалення може будуватися на основі установок прямого нагрівання повітря, або на основі застосування рекуперативних теплогенераторів у виконанні з підвищеним ступенем нагрівання.

Сумарна теплова потужність нагрівачів повинна дорівнювати сумі теплової потреби на нагрів припливного повітря і тепла, необхідного для компенсації тепловтрат. У системах прямого нагріву відбувається нагрів 100% вуличного повітря, забезпечуючи подачу необхідного обсягу припливного повітря.

У робочий час вони нагрівають повітря від вуличної до розрахункової температури + 16-40 ° С (з урахуванням перегріву для забезпечення компенсації тепловтрат). З метою економії в неробочий час можна вимикати частину нагрівачів для зниження витрати припливного повітря, а що залишилися перевести на черговий режим підтримки + 2-5 ° С.

Рекуперативні теплогенератори в черговому режимі дозволяють забезпечити додаткову економію за рахунок переведення їх в режим повної рециркуляції. Найменші капітальні витрати при організації систем опалення централізованого типу - при застосуванні якомога більших нагрівачів. Капітальні витрати на газові змішувальні повітронагрівачі STV можуть скласти від 300 до 600 руб / кВт встановленої теплової потужності.

3. Комбіновані системи повітряного опалення

Оптимальний варіант для приміщень із значним повітрообміном в робочий час при однозмінному режимі роботи, або переривчастому робочому циклі - коли різниця в необхідності подачі повітря та тепла протягом дня значна.

У цьому випадку доцільно роздільне функціонування двох систем: чергового опалення та припливної вентиляції, суміщеної з системою опалення (підігріву). При цьому в опалювальному приміщенні або в венткамерах встановлюються рекуперативні теплогенератори для підтримки лише чергового режиму з повною рециркуляцією (при розрахунковій зовнішній температурі).

Система припливної вентиляції, поєднана з системою опалення, забезпечує нагрів необхідного обсягу свіжого приточного повітря до + 16-30 ° С і догрів приміщення до необхідної робочої температури і з метою економії включається тільки в робочий час.

Будується вона або на основі рекуперативних теплогенераторів (з підвищеним ступенем нагрівання), або на основі потужних систем прямого нагріву (що дешевше в 2-4 рази). Можлива комбінація припливної системи підігріву з існуючою системою водяного опалення (може залишатися чергової), варіант застосуємо також для стадийной модернізації існуючої системи опалення та вентиляції.

При такому способі експлуатаційні витрати будуть найменшими. Таким чином, застосовуючи повітронагрівачі різних типів в різних комбінаціях, можна вирішити одночасно обидва завдання - і опалення, і припливну вентиляцію.

Прикладів застосування систем повітряного опалення дуже багато і можливості комбінації їх надзвичайно різноманітні. В кожному випадку необхідно провести теплові розрахунки, врахувати всі умови застосування і виконати кілька варіантів підбору обладнання, порівнюючи їх з доцільності, величиною капітальних витрат і експлуатаційних витрат.