Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας, προτεραιότητα για τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα από τα αυτοκίνητα είναι η βελτίωση της απόδοσης των καυσίμων τους. Το έργο της μείωσης των εκπομπών CO2 μέσω της αύξησης της απόδοσης καυσίμου των οχημάτων είναι μία από τις προτεραιότητες για την παγκόσμια κοινότητα, λαμβάνοντας υπόψη την ανάγκη για ορθολογική χρήση των μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Για το σκοπό αυτό, τα διεθνή πρότυπα γίνονται συνεχώς αυστηρότερα, περιορίζοντας την απόδοση της εκκίνησης και λειτουργίας του κινητήρα σε χαμηλές και ακόμη και υψηλές θερμοκρασίες. περιβάλλον. Το άρθρο εξετάζει το ζήτημα της απόδοσης καυσίμου των κινητήρων εσωτερικής καύσης ανάλογα με τη θερμοκρασία, την πίεση και την υγρασία του περιβάλλοντος αέρα. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα μιας μελέτης για τη διατήρηση σταθερής θερμοκρασίας στην πολλαπλή εισαγωγής ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης με σκοπό την εξοικονόμηση καυσίμου και τον προσδιορισμό της βέλτιστης ισχύος του θερμαντικού στοιχείου.
ισχύς στοιχείου θέρμανσης
θερμοκρασία περιβάλλοντος
θέρμανση αέρα
οικονομία καυσίμου
βέλτιστη θερμοκρασία αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής
1. Μηχανές αυτοκινήτων. V.M. Αρχάγγελσκι [και άλλοι]. αντιστ. εκδ. ΚΥΡΙΑ. Χοβάχ. Μ.: Μηχανολόγων Μηχανικών, 1977. 591 Σελ.
2. Karnaukhov V.N., Karnaukhova I.V. Προσδιορισμός του συντελεστή πλήρωσης σε κινητήρες εσωτερικής καύσης // Μεταφορικά και μεταφορικά-τεχνολογικά συστήματα, υλικά του Διεθνούς Επιστημονικού και Τεχνικού Συνεδρίου, Tyumen, 16 Απριλίου 2014. Tyumen: Tyumen State Oil and Gas University Publishing House, 2014.
3. Λένιν Ι.Μ. Θεωρία κινητήρων αυτοκινήτων και τρακτέρ. Μ.: μεταπτυχιακό σχολείο, 1976. 364 σελ.
4. Yutt V.E. Ηλεκτρολογικός εξοπλισμός αυτοκινήτων. M: Publishing House Hot Line-Telecom, 2009. 440 p.
5. Yutt V.E., Ruzavin G.E. Ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου κινητήρων εσωτερικής καύσης και μέθοδοι διάγνωσής τους. Μ.: Εκδοτικός Οίκος Hot Line-Telecom, 2007. 104 σελ.
Εισαγωγή
Η ανάπτυξη της τεχνολογίας ηλεκτρονικών και μικροεπεξεργαστών οδήγησε στην ευρεία εισαγωγή της στα αυτοκίνητα. Ειδικότερα, στη δημιουργία ηλεκτρονικών συστημάτων για αυτόματο έλεγχο του κινητήρα, του κιβωτίου ταχυτήτων, του πλαισίου και του πρόσθετου εξοπλισμού. Η χρήση ηλεκτρονικών συστημάτων ελέγχου κινητήρα (ESC) καθιστά δυνατή τη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και της τοξικότητας των καυσαερίων ενώ ταυτόχρονα αυξάνει την ισχύ του κινητήρα, αυξάνει την απόκριση του γκαζιού και την αξιοπιστία της ψυχρής εκκίνησης. Το σύγχρονο ECS συνδυάζει τις λειτουργίες ελέγχου του ψεκασμού καυσίμου και τη λειτουργία του συστήματος ανάφλεξης. Για την εφαρμογή του ελέγχου προγράμματος, η μονάδα ελέγχου καταγράφει την εξάρτηση της διάρκειας ψεκασμού (ποσότητα παρεχόμενου καυσίμου) από το φορτίο και τις στροφές του κινητήρα. Η εξάρτηση καθορίζεται με τη μορφή πίνακα που αναπτύχθηκε με βάση ολοκληρωμένες δοκιμές κινητήρα παρόμοιου μοντέλου. Παρόμοιοι πίνακες χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της γωνίας ανάφλεξης. Αυτό το σύστημα ελέγχου κινητήρα χρησιμοποιείται σε όλο τον κόσμο, επειδή η επιλογή δεδομένων από έτοιμους πίνακες είναι μια πιο γρήγορη διαδικασία από την εκτέλεση υπολογισμών με χρήση υπολογιστή. Οι τιμές που λαμβάνονται από τους πίνακες προσαρμόζονται από τους υπολογιστές οχήματος του αυτοκινήτου ανάλογα με τα σήματα από τους αισθητήρες θέσης γκαζιού, τη θερμοκρασία του αέρα, την πίεση αέρα και την πυκνότητα. Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτού του συστήματος, που χρησιμοποιείται στα σύγχρονα αυτοκίνητα, είναι η απουσία άκαμπτης μηχανικής σύνδεσης μεταξύ της βαλβίδας γκαζιού και του πεντάλ γκαζιού που το ελέγχει. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά συστήματα, το ESU μπορεί να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου σε διάφορα οχήματα έως και 20%.
Η χαμηλή κατανάλωση καυσίμου επιτυγχάνεται μέσω διαφορετικής οργάνωσης των δύο κύριων τρόπων λειτουργίας του κινητήρα εσωτερικής καύσης: λειτουργία χαμηλού φορτίου και λειτουργία υψηλού φορτίου. Σε αυτήν την περίπτωση, ο κινητήρας στην πρώτη λειτουργία λειτουργεί με ένα ανομοιόμορφο μείγμα, μεγάλη περίσσεια αέρα και καθυστερημένη έγχυση καυσίμου, λόγω του οποίου επιτυγχάνεται διαστρωμάτωση φορτίου από ένα μείγμα αέρα, καυσίμου και εναπομείναντα καυσαερίων, ως αποτέλεσμα εκ των οποίων λειτουργεί σε ένα άπαχο μείγμα. Στη λειτουργία υψηλού φορτίου, ο κινητήρας αρχίζει να λειτουργεί σε ένα ομοιογενές μείγμα, το οποίο οδηγεί σε μείωση των εκπομπών επιβλαβών ουσιών στα καυσαέρια. Η τοξικότητα εκπομπών κατά τη χρήση ESC σε κινητήρες ντίζελ κατά την εκκίνηση μπορεί να μειωθεί με διάφορους προθερμαντήρες. Η ECU λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με τη θερμοκρασία του αέρα εισαγωγής, την πίεση, την κατανάλωση καυσίμου και τη θέση του στροφαλοφόρου άξονα. Η μονάδα ελέγχου επεξεργάζεται πληροφορίες από τους αισθητήρες και, χρησιμοποιώντας χαρακτηριστικούς χάρτες, παράγει την τιμή της γωνίας προώθησης παροχής καυσίμου. Για να ληφθούν υπόψη οι αλλαγές στην πυκνότητα του εισερχόμενου αέρα όταν αλλάζει η θερμοκρασία του, ο αισθητήρας ροής είναι εξοπλισμένος με ένα θερμίστορ. Αλλά ως αποτέλεσμα των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας και της πίεσης του αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής, παρά τους παραπάνω αισθητήρες, εμφανίζεται μια στιγμιαία αλλαγή στην πυκνότητα του αέρα και, ως αποτέλεσμα, μείωση ή αύξηση της ροής οξυγόνου στον θάλαμο καύσης.
Σκοπός, στόχοι και μέθοδος έρευνας
Στο Tyumen State Oil and Gas University, διεξήχθη έρευνα για τη διατήρηση σταθερής θερμοκρασίας στην πολλαπλή εισαγωγής των κινητήρων εσωτερικής καύσης των KAMAZ-740, YaMZ-236 και D4FB (1.6 CRDi) του Kia Sid, MZR2.3- L3T - Mazda CX7. Ταυτόχρονα, διακυμάνσεις της θερμοκρασίας αέρια μάζαλαμβάνονται υπόψη από τους αισθητήρες θερμοκρασίας. Η διασφάλιση της κανονικής (βέλτιστης) θερμοκρασίας αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής πρέπει να πραγματοποιείται υπό όλες τις πιθανές συνθήκες λειτουργίας: εκκίνηση ψυχρού κινητήρα, λειτουργία σε χαμηλά και υψηλά φορτία, όταν λειτουργεί σε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος.
Στους σύγχρονους κινητήρες υψηλής ταχύτητας, η συνολική ποσότητα μεταφοράς θερμότητας αποδεικνύεται ασήμαντη και ανέρχεται περίπου στο 1% της συνολικής ποσότητας θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την καύση του καυσίμου. Η αύξηση της θερμοκρασίας θέρμανσης του αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής στους 67 ˚C οδηγεί σε μείωση της έντασης της ανταλλαγής θερμότητας στους κινητήρες, δηλαδή μείωση της ΔT και αύξηση του συντελεστή πλήρωσης. ηv (Εικ. 1)
όπου ΔT είναι η διαφορά στη θερμοκρασία αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής (˚K), Tp είναι η θερμοκρασία θέρμανσης του αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής, Tv είναι η θερμοκρασία αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής.
Ρύζι. 1. Γράφημα της επίδρασης της θερμοκρασίας θέρμανσης του αέρα στον συντελεστή πλήρωσης (χρησιμοποιώντας το παράδειγμα του κινητήρα KAMAZ-740)
Ωστόσο, η θέρμανση του αέρα σε περισσότερους από 67 ˚С δεν οδηγεί σε αύξηση της ηv λόγω του γεγονότος ότι η πυκνότητα του αέρα μειώνεται. Τα πειραματικά δεδομένα που ελήφθησαν έδειξαν ότι ο αέρας στους κινητήρες ντίζελ με φυσική αναρρόφηση κατά τη λειτουργία έχει εύρος θερμοκρασίας ΔΤ=23÷36˚С. Οι δοκιμές επιβεβαίωσαν ότι για κινητήρες εσωτερικής καύσης που λειτουργούν με υγρό καύσιμο, η διαφορά στον συντελεστή πλήρωσης ηv, που υπολογίζεται από τις συνθήκες ότι το φρέσκο φορτίο είναι αέρας ή μείγμα αέρα-καυσίμου, είναι ασήμαντη και ανέρχεται σε λιγότερο από 0,5%, επομένως για όλοι οι τύποι κινητήρων ηv καθορίζεται από τον αέρα.
Οι αλλαγές στη θερμοκρασία, την πίεση και την υγρασία του αέρα επηρεάζουν την ισχύ οποιουδήποτε κινητήρα και κυμαίνονται στην περιοχή Ne=10÷15% (Ne - αποτελεσματική ισχύς κινητήρα).
Η αύξηση της αεροδυναμικής αντίστασης αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής εξηγείται από τις ακόλουθες παραμέτρους:
Αυξημένη πυκνότητα αέρα.
Αλλαγές στο ιξώδες του αέρα.
Η φύση της ροής αέρα στον θάλαμο καύσης.
Πολυάριθμες μελέτες έχουν αποδείξει ότι η υψηλή θερμοκρασία αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής αυξάνει ελαφρώς την κατανάλωση καυσίμου. Ταυτοχρονα χαμηλή θερμοκρασίααυξάνει την κατανάλωσή του έως και 15-20%, επομένως οι μελέτες πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία εξωτερικού αέρα -40 ˚С και θέρμανση στους +70 ˚С στην πολλαπλή εισαγωγής. Η βέλτιστη θερμοκρασία για την κατανάλωση καυσίμου είναι η θερμοκρασία του αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής 15÷67 ˚С.
Αποτελέσματα έρευνας και ανάλυση
Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, προσδιορίστηκε η ισχύς του θερμαντικού στοιχείου για να διασφαλιστεί ότι διατηρήθηκε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία στην πολλαπλή εισαγωγής του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Στο πρώτο στάδιο, προσδιορίζεται η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση αέρα βάρους 1 kg σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση αέρα, για αυτό υποθέτουμε: 1. Θερμοκρασία αέρα περιβάλλοντος t1 = -40˚C. 2. Θερμοκρασία στην πολλαπλή εισαγωγής t2=+70˚С.
Βρίσκουμε την απαιτούμενη ποσότητα θερμότητας χρησιμοποιώντας την εξίσωση:
(2)
όπου CP είναι η θερμοχωρητικότητα μάζας του αέρα σε σταθερή πίεση, που προσδιορίζεται από τον πίνακα και για τον αέρα σε θερμοκρασίες από 0 έως 200 ˚С.
Η ποσότητα θερμότητας για μεγαλύτερη μάζα αέρα καθορίζεται από τον τύπο:
όπου n είναι ο όγκος του αέρα σε kg που απαιτείται για θέρμανση κατά τη λειτουργία του κινητήρα.
Όταν ο κινητήρας εσωτερικής καύσης λειτουργεί σε ταχύτητες πάνω από 5000 rpm, κατανάλωση αέρα επιβατικά αυτοκίνηταφτάνει τα 55-60 κιλά/ώρα και το φορτίο - 100 κιλά/ώρα. Επειτα:
Η ισχύς του θερμαντήρα καθορίζεται από τον τύπο:
όπου Q είναι η ποσότητα θερμότητας που δαπανάται για τη θέρμανση του αέρα σε J, N είναι η ισχύς του θερμαντικού στοιχείου σε W, τ είναι ο χρόνος σε δευτερόλεπτα.
Είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η ισχύς του θερμαντικού στοιχείου ανά δευτερόλεπτο, οπότε ο τύπος θα έχει τη μορφή:
N=1,7 kW - ισχύς στοιχείου θέρμανσης για επιβατικά αυτοκίνητα και με παροχή αέρα άνω των 100 kg/ώρα για φορτηγά - N=3,1 kW.
(5)
όπου Ttr είναι η θερμοκρασία στον αγωγό εισαγωγής, Ptr είναι η πίεση σε Pa στον αγωγό εισαγωγής, T0 - , ρ0 - πυκνότητα αέρα, Rв - καθολική σταθερά αερίου αέρα.
Αντικαθιστώντας τον τύπο (5) στον τύπο (2), παίρνουμε:
(6)
(7)
Η ισχύς του θερμαντήρα ανά δευτερόλεπτο προσδιορίζεται από τον τύπο (4) λαμβάνοντας υπόψη τον τύπο (5):
(8)
Τα αποτελέσματα των υπολογισμών της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση αέρα βάρους 1 kg με μέση ταχύτητα ροής αέρα για επιβατικά αυτοκίνητα μεγαλύτερη από V = 55 kg/ώρα και για φορτηγά - περισσότερο από V = 100 kg/ώρα παρουσιάζονται στον Πίνακα 1 .
Τραπέζι 1
Πίνακας για τον προσδιορισμό της ποσότητας θερμότητας για τη θέρμανση του αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής ανάλογα με τη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα
|
V>55 κιλά/ώρα |
V> 100 κιλά/ώρα |
|||
|
Q, kJ/sec |
Q, kJ/sec |
|||
Με βάση τα δεδομένα στον Πίνακα 1, κατασκευάστηκε ένα γράφημα (Εικ. 2) για την ποσότητα θερμότητας Q ανά δευτερόλεπτο που δαπανάται για τη θέρμανση του αέρα στη βέλτιστη θερμοκρασία. Το γράφημα δείχνει ότι όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του αέρα, τόσο λιγότερη θερμότητα απαιτείται για τη διατήρηση της βέλτιστης θερμοκρασίας στην πολλαπλή εισαγωγής, ανεξάρτητα από τον όγκο του αέρα.
Ρύζι. 2. Η ποσότητα θερμότητας Q ανά δευτερόλεπτο που δαπανάται για τη θέρμανση του αέρα στη βέλτιστη θερμοκρασία
πίνακας 2
Υπολογισμός χρόνου θέρμανσης για διαφορετικούς όγκους αέρα
|
Q1, kJ/sec |
Q2, kJ/sec |
|||
Ο χρόνος προσδιορίζεται από τον τύπο τsec=Q/N σε θερμοκρασία εξωτερικού αέρα >-40˚С, Q1 σε ροή αέρα V>55 kg/ώρα και Q2- V>100 kg/ώρα
Περαιτέρω, σύμφωνα με τον Πίνακα 2, σχεδιάζεται ένα γράφημα για το χρόνο θέρμανσης του αέρα στους +70 ˚C στην πολλαπλή του κινητήρα εσωτερικής καύσης σε διαφορετική ισχύ θερμαντήρα. Το γράφημα δείχνει ότι, ανεξάρτητα από το χρόνο θέρμανσης, όταν η ισχύς του θερμαντήρα αυξάνεται, ο χρόνος θέρμανσης για διαφορετικούς όγκους αέρα εξισώνεται.
Ρύζι. 3. Ώρα να θερμάνετε τον αέρα σε θερμοκρασία +70 ˚С.
συμπέρασμα
Με βάση υπολογισμούς και πειράματα, έχει διαπιστωθεί ότι η πιο οικονομική είναι η χρήση θερμαντικών σωμάτων μεταβλητής ισχύος για τη διατήρηση μιας δεδομένης θερμοκρασίας στην πολλαπλή εισαγωγής προκειμένου να επιτευχθεί εξοικονόμηση καυσίμου έως και 25-30%.
Αναθεωρητές:
Reznik L.G., Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Καθηγητής του Τμήματος «Λειτουργίας Μηχανοκίνητων Μεταφορών» του Ομοσπονδιακού Κρατικού Εκπαιδευτικού Ιδρύματος του Εκπαιδευτικού Ιδρύματος Ανώτατης Επαγγελματικής Εκπαίδευσης «Tyumen State Oil and Gas University», Tyumen.
Merdanov Sh.M., Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Καθηγητής, Επικεφαλής του Τμήματος Μεταφορών και Τεχνολογικών Συστημάτων, Ομοσπονδιακό Κρατικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Ανώτατων Εκπαιδευτικών Ιδρυμάτων Tyumen State Oil and Gas University, Tyumen.
Zakharov N.S., Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Καθηγητής, σημερινό μέλος Ρωσική Ακαδημίαμεταφορών, επικεφαλής του τμήματος «Υπηρεσία αυτοκινήτων και τεχνολογικών μηχανών» του Ομοσπονδιακού Κρατικού Εκπαιδευτικού Ιδρύματος Ανώτατου Εκπαιδευτικού Ιδρύματος «Tyumen State Oil and Gas University», Tyumen.
Βιβλιογραφικός σύνδεσμος
Karnaukhov V.N. ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΙΣΧΥΟΣ ΘΕΡΜΑΝΤΙΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ ΓΙΑ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΒΕΛΤΙΣΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΑΕΡΑ ΣΤΗΝ Πολλαπλή εισαγωγής πάγου // Σύγχρονα θέματαεπιστήμη και εκπαίδευση. – 2014. – Νο. 3.;URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=13575 (ημερομηνία πρόσβασης: 02/01/2020). Φέρνουμε στην προσοχή σας περιοδικά που εκδίδονται από τον εκδοτικό οίκο "Ακαδημία Φυσικών Επιστημών"
Η ανθρωπότητα γνωρίζει λίγα είδη ενέργειας - μηχανική ενέργεια (κινητική και δυναμική), εσωτερική ενέργεια(θερμική), ενέργεια πεδίου (βαρυτική, ηλεκτρομαγνητική και πυρηνική), χημική. Αξίζει να τονιστεί η ενέργεια της έκρηξης...
Ενέργεια κενού και σκοτεινή ενέργεια, που υπάρχει ακόμα μόνο στη θεωρία. Σε αυτό το άρθρο, το πρώτο στην ενότητα «Μηχανική Θέρμανσης», θα προσπαθήσω σε απλή και προσιτή γλώσσα, χρησιμοποιώντας ένα πρακτικό παράδειγμα, να μιλήσω για η πιο σημαντική μορφήενέργεια στις ζωές των ανθρώπων - περίπου θερμική ενέργειακαι για τη γέννησή της εγκαίρως θερμική ισχύς.
Λίγα λόγια για να κατανοήσουμε τη θέση της θερμικής μηχανικής ως κλάδου της επιστήμης της απόκτησης, μεταφοράς και χρήσης θερμικής ενέργειας. Η σύγχρονη θερμική μηχανική έχει προκύψει από τη γενική θερμοδυναμική, η οποία με τη σειρά της είναι ένας από τους κλάδους της φυσικής. Η θερμοδυναμική είναι κυριολεκτικά «ζεστή» συν «ισχύς». Έτσι, η θερμοδυναμική είναι η επιστήμη της «αλλαγής θερμοκρασίας» ενός συστήματος.
Μια εξωτερική επίδραση σε ένα σύστημα, η οποία αλλάζει την εσωτερική του ενέργεια, μπορεί να είναι αποτέλεσμα ανταλλαγής θερμότητας. Θερμική ενέργεια, που αποκτάται ή χάνεται από το σύστημα ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον, ονομάζεται ποσότητα θερμότηταςκαι μετριέται σε μονάδες SI σε Joules.
Εάν δεν είστε μηχανικός θέρμανσης και δεν ασχολείστε με θέματα θερμικής μηχανικής σε καθημερινή βάση, τότε όταν τα συναντάτε, μερικές φορές χωρίς εμπειρία μπορεί να είναι πολύ δύσκολο να τα καταλάβετε γρήγορα. Χωρίς εμπειρία, είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς τις διαστάσεις των απαιτούμενων τιμών της ποσότητας θερμότητας και θερμικής ισχύος. Πόσα Joules ενέργειας χρειάζονται για να θερμανθούν 1000 κυβικά μέτρα αέρα από θερμοκρασία -37˚С έως +18˚С;.. Ποια ισχύς της πηγής θερμότητας χρειάζεται για να γίνει αυτό σε 1 ώρα;... Αυτά δεν είναι το περισσότερο δύσκολες ερωτήσειςΣήμερα, δεν είναι όλοι οι μηχανικοί σε θέση να απαντήσουν «αμέσως». Μερικές φορές οι ειδικοί θυμούνται ακόμη και τις φόρμουλες, αλλά μόνο λίγοι μπορούν να τις εφαρμόσουν στην πράξη!
Αφού διαβάσετε αυτό το άρθρο μέχρι το τέλος, θα είστε σε θέση να λύσετε εύκολα πραγματικά βιομηχανικά και καθημερινά προβλήματα που σχετίζονται με τη θέρμανση και την ψύξη διαφόρων υλικών. Η κατανόηση της φυσικής ουσίας των διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και η γνώση απλών βασικών τύπων είναι τα κύρια μπλοκ στη βάση της γνώσης στη μηχανική θερμότητας!
Η ποσότητα θερμότητας κατά τη διάρκεια διαφόρων φυσικών διεργασιών.
Οι περισσότερες γνωστές ουσίες μπορούν διαφορετικές θερμοκρασίεςκαι η πίεση να είναι σε στερεά, υγρή, αέρια ή πλάσμα κατάσταση. Μετάβασηαπό τη μια κατάσταση συνάθροισης στην άλλη εμφανίζεται σε σταθερή θερμοκρασία(με την προϋπόθεση ότι η πίεση και οι άλλες περιβαλλοντικές παράμετροι δεν αλλάζουν) και συνοδεύεται από απορρόφηση ή απελευθέρωση θερμικής ενέργειας. Παρά το γεγονός ότι το 99% της ύλης στο Σύμπαν βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος, δεν θα εξετάσουμε αυτήν την κατάσταση συσσωμάτωσης σε αυτό το άρθρο.
Σκεφτείτε το γράφημα που παρουσιάζεται στο σχήμα. Δείχνει την εξάρτηση από τη θερμοκρασία μιας ουσίας Τστην ποσότητα της θερμότητας Q, φέρεται σε ένα ορισμένο κλειστό σύστημα που περιέχει μια ορισμένη μάζα μιας συγκεκριμένης ουσίας.
1. Στερεό που έχει θερμοκρασία Τ1, θερμαίνεται σε θερμοκρασία Λιώστε, ξοδεύοντας σε αυτή τη διαδικασία ποσότητα θερμότητας ίση με Q1 .
2. Στη συνέχεια, αρχίζει η διαδικασία τήξης, η οποία συμβαίνει σε σταθερή θερμοκρασία Tpl(σημείο τήξης). Για να λιώσει ολόκληρη η μάζα ενός στερεού, είναι απαραίτητο να δαπανηθεί θερμική ενέργεια στην ποσότητα Ε2 - Ε1 .
3. Στη συνέχεια, το υγρό που προκύπτει από την τήξη του στερεού θερμαίνεται μέχρι το σημείο βρασμού (σχηματισμός αερίου) Tkp, ξοδεύοντας για αυτό το ποσό θερμότητας ίσο με Ε3-Ε2 .
4. Τώρα σε σταθερό σημείο βρασμού Tkpτο υγρό βράζει και εξατμίζεται, μετατρέπεται σε αέριο. Για να μετατρέψετε ολόκληρη τη μάζα του υγρού σε αέριο, είναι απαραίτητο να ξοδέψετε θερμική ενέργειασε ποσότητα Ε4-Ε3.
5. Στο τελευταίο στάδιο, το αέριο θερμαίνεται από τη θερμοκρασία Tkpμέχρι μια ορισμένη θερμοκρασία Τ2. Σε αυτή την περίπτωση, η ποσότητα της θερμότητας που καταναλώνεται θα είναι Q5-Ε4. (Αν θερμάνουμε το αέριο στη θερμοκρασία ιονισμού, το αέριο θα μετατραπεί σε πλάσμα.)
Έτσι, θερμαίνεται το αρχικό στερεό σώμα από τη θερμοκρασία Τ1μέχρι τη θερμοκρασία Τ2ξοδέψαμε θερμική ενέργεια στο ποσό Q5, μεταφέροντας μια ουσία μέσω τριών καταστάσεων συσσωμάτωσης.
Κινούμενοι προς την αντίθετη κατεύθυνση, θα αφαιρέσουμε την ίδια ποσότητα θερμότητας από την ουσία Q5, έχοντας περάσει από τα στάδια της συμπύκνωσης, της κρυστάλλωσης και της ψύξης από τη θερμοκρασία Τ2μέχρι τη θερμοκρασία Τ1. Φυσικά, εξετάζουμε ένα κλειστό σύστημα χωρίς απώλεια ενέργειας στο εξωτερικό περιβάλλον.
Σημειώστε ότι μια μετάβαση από τη στερεά κατάσταση στην αέρια κατάσταση είναι δυνατή, παρακάμπτοντας την υγρή φάση. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται εξάχνωση και η αντίστροφη διαδικασία ονομάζεται αποεξάχνωση.
Έτσι, συνειδητοποιήσαμε ότι οι διαδικασίες μετάβασης μεταξύ συνολικών καταστάσεων της ύλης χαρακτηρίζονται από κατανάλωση ενέργειας σε σταθερή θερμοκρασία. Όταν θερμαίνεται μια ουσία που βρίσκεται σε μια αμετάβλητη κατάσταση συσσωμάτωσης, η θερμοκρασία αυξάνεται και η θερμική ενέργεια καταναλώνεται επίσης.
Κύριοι τύποι μεταφοράς θερμότητας.
Οι τύποι είναι πολύ απλοί.
Ποσότητα θερμότητας Qστο J υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τους τύπους:
1. Από την πλευρά της κατανάλωσης θερμότητας, δηλαδή από την πλευρά του φορτίου:
1.1. Κατά τη θέρμανση (ψύξη):
Q = Μ * ντο *(T2 -T1)
Μ – μάζα ουσίας σε kg
Με -ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας σε J/(kg*K)
1.2. Κατά την τήξη (κατάψυξη):
Q = Μ * λ
λ – ειδική θερμότητα τήξης και κρυστάλλωσης μιας ουσίας σε J/kg
1.3. Κατά τη διάρκεια του βρασμού, εξάτμιση (συμπύκνωση):
Q = Μ * r
r – ειδική θερμότητα σχηματισμού αερίου και συμπύκνωσης μιας ουσίας σε J/kg
2. Από την πλευρά της παραγωγής θερμότητας, δηλαδή από την πλευρά της πηγής:
2.1. Όταν καίγεται καύσιμο:
Q = Μ * q
q – ειδική θερμότητα καύσης καυσίμου σε J/kg
2.2. Κατά τη μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμική ενέργεια (νόμος Joule-Lenz):
Q =t *I *U =t *R *I ^2=(t /R)*U^2
t – χρόνο σε s
Εγώ – πραγματική τρέχουσα τιμή σε Α
U – πραγματική τιμή τάσης σε V
R – Αντοχή φορτίου σε ohms
Συμπεραίνουμε ότι η ποσότητα της θερμότητας είναι ευθέως ανάλογη με τη μάζα της ουσίας κατά τη διάρκεια όλων των μετασχηματισμών φάσης και, κατά τη θέρμανση, επιπλέον ευθέως ανάλογη με τη διαφορά θερμοκρασίας. συντελεστές αναλογικότητας ( ντο , λ , r , q ) για κάθε ουσία έχουν τις δικές τους σημασίες και προσδιορίζονται πειραματικά (παρμένα από βιβλία αναφοράς).
Θερμική ισχύς Ν σε W είναι η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται στο σύστημα σε συγκεκριμένο χρόνο:
N=Q/t
Όσο πιο γρήγορα θέλουμε να θερμάνουμε το σώμα σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς της πηγής θερμικής ενέργειας - όλα είναι λογικά.
Υπολογισμός ενός εφαρμοσμένου προβλήματος στο Excel.
Στη ζωή, είναι συχνά απαραίτητο να κάνετε έναν γρήγορο υπολογισμό αξιολόγησης για να καταλάβετε αν έχει νόημα να συνεχίσετε να μελετάτε ένα θέμα, να κάνετε ένα έργο και λεπτομερείς, ακριβείς, χρονοβόρους υπολογισμούς. Έχοντας κάνει έναν υπολογισμό σε λίγα λεπτά, ακόμη και με ακρίβεια ±30%, μπορείτε να πάρετε μια σημαντική απόφαση διαχείρισης που θα είναι 100 φορές φθηνότερη και 1000 φορές πιο αποτελεσματική και τελικά 100.000 φορές πιο αποτελεσματική από την εκτέλεση ενός ακριβούς υπολογισμού μέσα σε μια εβδομάδα, αλλιώς και μήνες, από μια ομάδα ακριβών ειδικών...
Προϋποθέσεις του προβλήματος:
Φέρνουμε 3 τόνους έλασης από αποθήκη στο δρόμο στις εγκαταστάσεις του εργαστηρίου παρασκευής έλασης με διαστάσεις 24m x 15m x 7m. Πάνω στο έλασης υπάρχει πάγος συνολικής μάζας 20 kg. Έξω είναι -37˚С. Πόση θερμότητα χρειάζεται για να θερμανθεί το μέταλλο στους +18˚С; ζεστάνετε τον πάγο, λιώστε τον και θερμαίνετε το νερό στους +18˚С. θερμάνετε ολόκληρο τον όγκο του αέρα στο δωμάτιο, υποθέτοντας ότι η θέρμανση ήταν εντελώς απενεργοποιημένη πριν; Τι ισχύ πρέπει να έχει το σύστημα θέρμανσης αν όλα τα παραπάνω πρέπει να ολοκληρωθούν σε 1 ώρα; (Πολύ σκληρές και σχεδόν μη ρεαλιστικές συνθήκες - ειδικά όσον αφορά τον αέρα!)
Θα κάνουμε τον υπολογισμό στο πρόγραμμαMS Excel ή στο πρόγραμμαOOo Υπολογ.
Ελέγξτε τη χρωματική μορφοποίηση των κελιών και των γραμματοσειρών στη σελίδα "".
Αρχικά δεδομένα:
1. Γράφουμε τα ονόματα των ουσιών:
στο κελί D3: Ατσάλι
στο κελί E3: Πάγος
στο κελί F3: Παγωμένο νερό
στο κελί G3: Νερό
στο κελί G3: Αέρας
2. Εισάγουμε τα ονόματα των διεργασιών:
στα κελιά D4, E4, G4, G4: θερμότητα
στο κελί F4: τήξη
3. Ειδική θερμοχωρητικότητα ουσιών ντοσε J/(kg*K) γράφουμε για χάλυβα, πάγο, νερό και αέρα, αντίστοιχα
στο κελί D5: 460
στο κελί E5: 2110
στο κελί G5: 4190
στο κελί H5: 1005
4. Ειδική θερμότηταπάγος που λιώνει λ εισάγετε σε J/kg
στο κελί F6: 330000
5. Πολλές ουσίες ΜΕισάγουμε κιλά αντίστοιχα για ατσάλι και πάγο
στο κελί D7: 3000
στο κελί E7: 20
Αφού η μάζα δεν αλλάζει όταν ο πάγος μετατρέπεται σε νερό, τότε
στα κελιά F7 και G7: =E7 =20
Βρίσκουμε τη μάζα του αέρα πολλαπλασιάζοντας τον όγκο του δωματίου με το ειδικό βάρος
στο κελί H7: =24*15*7*1.23 =3100
6. Χρόνος διαδικασίας tανά λεπτό γράφουμε μόνο μία φορά για ατσάλι
στο κελί D8: 60
Οι χρονικές τιμές για τη θέρμανση του πάγου, την τήξη του και τη θέρμανση του προκύπτοντος νερού υπολογίζονται από την προϋπόθεση ότι και οι τρεις αυτές διαδικασίες πρέπει να ολοκληρωθούν στο ίδιο χρονικό διάστημα που προβλέπεται για τη θέρμανση του μετάλλου. Διαβάστε αναλόγως
στο κελί E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,7
στο κελί F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =41,0
στο κελί G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,4
Ο αέρας θα πρέπει επίσης να ζεσταθεί τον ίδιο χρόνο, διαβάζουμε
στο κελί H8: =D8 =60,0
7. Η αρχική θερμοκρασία όλων των ουσιών Τ1 Το βάζουμε στους ˚C
στο κελί D9: -37
στο κελί Ε9: -37
στο κελί F9: 0
στο κελί G9: 0
στο κελί H9: -37
8. Η τελική θερμοκρασία όλων των ουσιών Τ2 Το βάζουμε στους ˚C
στο κελί D10: 18
στο κελί E10: 0
στο κελί F10: 0
στο κελί G10: 18
στο κελί H10: 18
Νομίζω ότι δεν πρέπει να υπάρχουν ερωτήσεις σχετικά με τα στοιχεία 7 και 8.
Αποτελέσματα υπολογισμού:
9. Ποσότητα θερμότητας Qσε KJ, που απαιτείται για κάθε μία από τις διαδικασίες, υπολογίζουμε
για θέρμανση χάλυβα στο στοιχείο D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900
για θέρμανση πάγου στο κελί E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561
για τήξη πάγου στο κελί F12: =F7*F6/1000 = 6600
για θέρμανση νερού στο κελί G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508
για θέρμανση αέρα στην κυψέλη H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330
Διαβάζουμε τη συνολική ποσότητα θερμικής ενέργειας που απαιτείται για όλες τις διεργασίες
στο συγχωνευμένο κελί D13E13F13G13H13: =SUM(D12:H12) = 256900
Στα κελιά D14, E14, F14, G14, H14 και στο συνδυασμένο κελί D15E15F15G15H15, η ποσότητα θερμότητας δίνεται σε μονάδα μέτρησης τόξου - σε Gcal (σε γιγαθερμίδες).
10. Θερμική ισχύς Νυπολογίζεται σε kW που απαιτείται για καθεμία από τις διεργασίες
για θέρμανση χάλυβα στο στοιχείο D16: =D12/(D8*60) =21,083
για θέρμανση πάγου στο κελί E16: =E12/(E8*60) = 2,686
για τήξη πάγου στο κελί F16: =F12/(F8*60) = 2,686
για θέρμανση νερού στο κελί G16: =G12/(G8*60) = 2,686
για θέρμανση αέρα στην κυψέλη H16: =H12/(H8*60) = 47,592
Η συνολική θερμική ισχύς που απαιτείται για την έγκαιρη ολοκλήρωση όλων των διεργασιών tυπολογίζεται
στο συγχωνευμένο κελί D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361
Στα κελιά D18, E18, F18, G18, H18 και στο συνδυασμένο κελί D19E19F19G19H19, η θερμική ισχύς δίνεται σε μονάδα μέτρησης τόξου - σε Gcal/ώρα.
Αυτό ολοκληρώνει τον υπολογισμό στο Excel.
Συμπεράσματα:
Λάβετε υπόψη ότι ο αέρας θέρμανσης απαιτεί περισσότερο από διπλάσια ενέργεια από τη θέρμανση της ίδιας μάζας χάλυβα.
Η θέρμανση του νερού κοστίζει διπλάσια ενέργεια από τη θέρμανση του πάγου. Η διαδικασία τήξης καταναλώνει πολλές φορές περισσότερη ενέργεια από τη διαδικασία θέρμανσης (σε μικρή διαφορά θερμοκρασίας).
Το νερό θέρμανσης απαιτεί δέκα φορές περισσότερη θερμική ενέργεια από τη θέρμανση του χάλυβα και τέσσερις φορές περισσότερη από τη θέρμανση του αέρα.
Για λήψη πληροφορίες σχετικά με την κυκλοφορία νέων άρθρων και για λήψη αρχείων προγράμματος εργασίας Σας ζητώ να εγγραφείτε σε ανακοινώσεις στο παράθυρο που βρίσκεται στο τέλος του άρθρου ή στο παράθυρο στο επάνω μέρος της σελίδας.
Αφού εισαγάγετε τη διεύθυνσή σας ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗκαι κάνοντας κλικ στο κουμπί «Λήψη ανακοινώσεων άρθρου». ΜΗΝ ΞΕΧΑΣΕΙΣ ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΝΩ ΣΥΝΔΡΟΜΗ κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο σε μια επιστολή που θα έρθει αμέσως σε εσάς στην καθορισμένη διεύθυνση email (μερικές φορές στον φάκελο « Ανεπιθυμητη αλληλογραφια » )!
Θυμηθήκαμε τις έννοιες «ποσότητα θερμότητας» και «θερμική ισχύς», εξετάσαμε τους θεμελιώδεις τύπους μεταφοράς θερμότητας και αναλύσαμε ένα πρακτικό παράδειγμα. Ελπίζω ότι η γλώσσα μου ήταν απλή, σαφής και ενδιαφέρουσα.
Περιμένω ερωτήσεις και σχόλια για το άρθρο!
σε ικετεύω ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ αρχείο λήψης έργου του συγγραφέα ΜΕΤΑ ΤΗΝ ΕΓΓΡΑΦΗ για ανακοινώσεις άρθρων.
Το κύριο φυσικές ιδιότητεςαέρας: η πυκνότητα του αέρα, το δυναμικό και κινηματικό του ιξώδες, η ειδική θερμοχωρητικότητα, η θερμική αγωγιμότητα, η θερμική διάχυση, ο αριθμός Prandtl και η εντροπία. Οι ιδιότητες του αέρα δίνονται σε πίνακες ανάλογα με την κανονική θερμοκρασία ατμοσφαιρική πίεση.
Πυκνότητα αέρα ανάλογα με τη θερμοκρασία
Παρουσιάζεται αναλυτικός πίνακας τιμών πυκνότητας ξηρού αέρα σε διάφορες θερμοκρασίες και κανονική ατμοσφαιρική πίεση. Ποια είναι η πυκνότητα του αέρα; Η πυκνότητα του αέρα μπορεί να προσδιοριστεί αναλυτικά διαιρώντας τη μάζα του με τον όγκο που καταλαμβάνει.υπό δεδομένες συνθήκες (πίεση, θερμοκρασία και υγρασία). Μπορείτε επίσης να υπολογίσετε την πυκνότητά του χρησιμοποιώντας τον τύπο της εξίσωσης κατάστασης του ιδανικού αερίου. Για να γίνει αυτό, πρέπει να γνωρίζετε την απόλυτη πίεση και θερμοκρασία του αέρα, καθώς και τη σταθερά του αερίου και τον μοριακό όγκο του. Αυτή η εξίσωση σας επιτρέπει να υπολογίσετε την ξηρή πυκνότητα του αέρα.
Στην πράξη, για να μάθετε ποια είναι η πυκνότητα του αέρα σε διαφορετικές θερμοκρασίες, είναι βολικό να χρησιμοποιείτε έτοιμα τραπέζια. Για παράδειγμα, ο παρακάτω πίνακας δείχνει την πυκνότητα του ατμοσφαιρικού αέρα ανάλογα με τη θερμοκρασία του. Η πυκνότητα του αέρα στον πίνακα εκφράζεται σε κιλά ανά κυβικό μέτρο και δίνεται στο εύρος θερμοκρασίας από μείον 50 έως 1200 βαθμούς Κελσίου σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση (101325 Pa).
| t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
Στους 25°C, ο αέρας έχει πυκνότητα 1.185 kg/m3.Όταν θερμαίνεται, η πυκνότητα του αέρα μειώνεται - ο αέρας διαστέλλεται (αυξάνεται ο ειδικός όγκος του). Με την αύξηση της θερμοκρασίας, για παράδειγμα, στους 1200°C, επιτυγχάνεται πολύ χαμηλή πυκνότητα αέρα, ίση με 0,239 kg/m 3, η οποία είναι 5 φορές μικρότερη από την τιμή του θερμοκρασία δωματίου. ΣΕ γενική περίπτωση, η μείωση όταν θερμαίνεται επιτρέπει να λάβει χώρα μια διαδικασία όπως η φυσική μεταφορά και χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, στην αεροναυπηγική.
Εάν συγκρίνουμε την πυκνότητα του αέρα σε σχέση με το , τότε ο αέρας είναι τρεις τάξεις μεγέθους ελαφρύτερος - σε θερμοκρασία 4°C, η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3 και η πυκνότητα του αέρα είναι 1,27 kg/m3. Είναι επίσης απαραίτητο να σημειωθεί η πυκνότητα του αέρα στο φυσιολογικές συνθήκες. Κανονικές συνθήκες για τα αέρια είναι εκείνες στις οποίες η θερμοκρασία τους είναι 0°C και η πίεση είναι ίση με την κανονική ατμοσφαιρική πίεση. Έτσι, σύμφωνα με τον πίνακα, Η πυκνότητα του αέρα υπό κανονικές συνθήκες (στα NL) είναι 1.293 kg/m 3.
Δυναμικό και κινηματικό ιξώδες αέρα σε διαφορετικές θερμοκρασίες
Κατά την εκτέλεση θερμικών υπολογισμών, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε την τιμή του ιξώδους του αέρα (συντελεστής ιξώδους) σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Αυτή η τιμή απαιτείται για τον υπολογισμό των αριθμών Reynolds, Grashof και Rayleigh, οι τιμές των οποίων καθορίζουν το καθεστώς ροής αυτού του αερίου. Ο πίνακας δείχνει τις τιμές των δυναμικών συντελεστών μ και κινηματική ν ιξώδες αέρα στο εύρος θερμοκρασίας από -50 έως 1200°C σε ατμοσφαιρική πίεση.
Ο συντελεστής ιξώδους του αέρα αυξάνεται σημαντικά με την αύξηση της θερμοκρασίας.Για παράδειγμα, το κινηματικό ιξώδες του αέρα είναι ίσο με 15,06 10 -6 m 2 /s σε θερμοκρασία 20°C και με αύξηση της θερμοκρασίας στους 1200°C, το ιξώδες του αέρα γίνεται ίσο με 233,7 10 -6 m 2 /s, δηλαδή αυξάνεται 15,5 φορές! Το δυναμικό ιξώδες του αέρα σε θερμοκρασία 20°C είναι 18,1·10 -6 Pa·s.
Όταν ο αέρας θερμαίνεται, οι τιμές τόσο του κινηματικού όσο και του δυναμικού ιξώδους αυξάνονται. Αυτές οι δύο ποσότητες σχετίζονται μεταξύ τους μέσω της πυκνότητας του αέρα, η τιμή της οποίας μειώνεται όταν αυτό το αέριο θερμαίνεται. Η αύξηση του κινηματικού και δυναμικού ιξώδους του αέρα (καθώς και άλλων αερίων) όταν θερμαίνεται σχετίζεται με μια πιο έντονη δόνηση των μορίων του αέρα γύρω από την κατάσταση ισορροπίας τους (σύμφωνα με το MKT).
| t, °С | μ·10 6 , Πα·ς | ν·10 6, m 2 /s | t, °С | μ·10 6 , Πα·ς | ν·10 6, m 2 /s | t, °С | μ·10 6 , Πα·ς | ν·10 6, m 2 /s |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Σημείωση: Προσοχή! Το ιξώδες του αέρα δίνεται στην ισχύ του 10 6 .
Ειδική θερμοχωρητικότητα αέρα σε θερμοκρασίες από -50 έως 1200°C
Παρουσιάζεται ένας πίνακας της ειδικής θερμοχωρητικότητας του αέρα σε διάφορες θερμοκρασίες. Η θερμοχωρητικότητα στον πίνακα δίνεται σε σταθερή πίεση (ισοβαρική θερμοχωρητικότητα αέρα) στο εύρος θερμοκρασίας από μείον 50 έως 1200°C για αέρα σε ξηρή κατάσταση. Ποια είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα του αέρα; Η ειδική θερμοχωρητικότητα καθορίζει την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να παρέχεται σε ένα κιλό αέρα υπό σταθερή πίεση για να αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά 1 βαθμό. Για παράδειγμα, στους 20°C, για να θερμανθεί 1 kg αυτού του αερίου κατά 1°C σε μια ισοβαρή διεργασία, απαιτούνται 1005 J θερμότητας.
Η ειδική θερμοχωρητικότητα του αέρα αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.Ωστόσο, η εξάρτηση της θερμοχωρητικότητας μάζας του αέρα από τη θερμοκρασία δεν είναι γραμμική. Στην περιοχή από -50 έως 120°C, η τιμή του πρακτικά δεν αλλάζει - υπό αυτές τις συνθήκες, η μέση θερμική χωρητικότητα του αέρα είναι 1010 J/(kg deg). Σύμφωνα με τον πίνακα, φαίνεται ότι η θερμοκρασία αρχίζει να έχει σημαντική επίδραση από μια τιμή 130°C. Ωστόσο, η θερμοκρασία του αέρα επηρεάζει την ειδική θερμοχωρητικότητα του πολύ λιγότερο από το ιξώδες του. Έτσι, όταν θερμαίνεται από 0 έως 1200°C, η θερμική ικανότητα του αέρα αυξάνεται μόνο 1,2 φορές - από 1005 σε 1210 J/(kg deg).
Πρέπει να σημειωθεί ότι η θερμοχωρητικότητα υγρός αέραςυψηλότερο από το ξηρό. Αν συγκρίνουμε τον αέρα, είναι προφανές ότι το νερό έχει μεγαλύτερη τιμή και η περιεκτικότητα σε νερό στον αέρα οδηγεί σε αύξηση της ειδικής θερμοχωρητικότητας.
| t, °С | C p , J/(kg deg) | t, °С | C p , J/(kg deg) | t, °С | C p , J/(kg deg) | t, °С | C p , J/(kg deg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Θερμική αγωγιμότητα, θερμική διάχυση, αριθμός Prandtl αέρα
Ο πίνακας παρουσιάζει φυσικές ιδιότητες του ατμοσφαιρικού αέρα όπως η θερμική αγωγιμότητα, η θερμική διάχυση και ο αριθμός Prandtl ανάλογα με τη θερμοκρασία. Οι θερμοφυσικές ιδιότητες του αέρα δίνονται στην περιοχή από -50 έως 1200°C για ξηρό αέρα. Σύμφωνα με τον πίνακα, μπορεί να φανεί ότι οι υποδεικνυόμενες ιδιότητες του αέρα εξαρτώνται σημαντικά από τη θερμοκρασία και η εξάρτηση από τη θερμοκρασία των εξεταζόμενων ιδιοτήτων αυτού του αερίου είναι διαφορετική.
Περνώντας μέσα από μια διάφανη ατμόσφαιρα χωρίς να τη ζεστάνουν, φτάνουν η επιφάνεια της γης, θερμαίνετε το και από αυτό στη συνέχεια θερμαίνεται ο αέρας.
Ο βαθμός θέρμανσης της επιφάνειας, άρα και του αέρα, εξαρτάται, πρώτα απ 'όλα, από το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής.
Αλλά σε κάθε συγκεκριμένο σημείο το (t o) θα καθορίζεται επίσης από μια σειρά παραγόντων, μεταξύ των οποίων οι κυριότεροι είναι:
Α: υψόμετρο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.
Β: υποκείμενη επιφάνεια.
Β: απόσταση από τις ακτές των ωκεανών και των θαλασσών.
A – Εφόσον η θέρμανση του αέρα συμβαίνει από την επιφάνεια της γης, όσο χαμηλότερο είναι το απόλυτο υψόμετρο της περιοχής, τόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του αέρα (σε ένα γεωγραφικό πλάτος). Σε συνθήκες αέρα ακόρεστου με υδρατμούς, παρατηρείται ένα μοτίβο: για κάθε 100 μέτρα υψομέτρου, η θερμοκρασία (t o) μειώνεται κατά 0,6 o C.
Β – Ποιοτικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας.
B 1 - επιφάνειες διαφορετικού χρώματος και δομής απορροφούν και αντανακλούν τις ακτίνες του ήλιου διαφορετικά. Η μέγιστη ανακλαστικότητα είναι χαρακτηριστική του χιονιού και του πάγου, η ελάχιστη για τα σκουρόχρωμα εδάφη και τους βράχους.
Φωτισμός της Γης από τις ακτίνες του ήλιου τις ημέρες των ηλιοστασιών και των ισημεριών.
B 2 – διαφορετικές επιφάνειες έχουν διαφορετική θερμική ικανότητα και μεταφορά θερμότητας. Έτσι, η υδάτινη μάζα του Παγκόσμιου Ωκεανού, που καταλαμβάνει τα 2/3 της επιφάνειας της Γης, θερμαίνεται πολύ αργά και ψύχεται πολύ αργά λόγω της υψηλής θερμοχωρητικότητας της. Η γη θερμαίνεται γρήγορα και ψύχεται γρήγορα, δηλαδή, για να θερμανθεί 1 m2 γης και 1 m2 επιφάνειας νερού στον ίδιο τόνο, είναι απαραίτητο να ξοδέψετε διαφορετικές ποσότητεςενέργεια.
Β – από τις ακτές προς το εσωτερικό των ηπείρων, η ποσότητα των υδρατμών στον αέρα μειώνεται. Όσο πιο διαφανής είναι η ατμόσφαιρα, τόσο λιγότερο διασκορπίζεται ακτίνες ηλίου, και όλες οι ακτίνες του ήλιου φτάνουν στην επιφάνεια της Γης. Υπό την παρουσία του μεγάλη ποσότηταυδρατμοί στον αέρα, οι σταγόνες νερού αντανακλούν, διασκορπίζονται, απορροφούν τις ηλιακές ακτίνες και δεν φτάνουν όλες στην επιφάνεια του πλανήτη, η θέρμανση του μειώνεται.
Το περισσότερο υψηλές θερμοκρασίεςαέρας που καταγράφεται σε περιοχές τροπικές ερήμους. ΣΕ κεντρικές περιοχέςΣτη Σαχάρα, για σχεδόν 4 μήνες η θερμοκρασία στον αέρα στη σκιά είναι μεγαλύτερη από 40 o C. Ταυτόχρονα, στον ισημερινό, όπου η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου είναι μεγαλύτερη, η θερμοκρασία δεν υπερβαίνει το + 26 o C.
Από την άλλη, η Γη, ως θερμαινόμενο σώμα, εκπέμπει ενέργεια στο διάστημα κυρίως στο υπέρυθρο φάσμα μακρών κυμάτων. Εάν η επιφάνεια της γης είναι καλυμμένη με μια «κουβέρτα» από σύννεφα, τότε δεν φεύγουν όλες οι υπέρυθρες ακτίνες από τον πλανήτη, αφού τα σύννεφα τις καθυστερούν, αντανακλώντας τις πίσω στην επιφάνεια της γης.
Σε έναν καθαρό ουρανό, όταν υπάρχουν λίγοι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα, οι υπέρυθρες ακτίνες που εκπέμπονται από τον πλανήτη πηγαίνουν ελεύθερα στο διάστημα και η επιφάνεια της γης ψύχεται, το οποίο ψύχεται και ως εκ τούτου μειώνει τη θερμοκρασία του αέρα.
Βιβλιογραφία
- Zubaschenko E.M. Περιφερειακή φυσική γεωγραφία. Το κλίμα της γης: διδακτικό βοήθημα. Μέρος 1. / Ε.Μ. Zubaschenko, V.I. Shmykov, A.Ya. Nemykin, N.V. Πολιάκοβα. – Voronezh: VSPU, 2007. – 183 σελ.