معدل التدفق الشامل ودرجة الحرارة: التأثير ، العلاقة ، أمثلة المشكلة


تتناول هذه المقالة العلاقة بين معدل التدفق الكتلي ودرجة الحرارة. بالنسبة للسوائل غير القابلة للضغط ، يسير معدل الحجم ومعدل التدفق الكتلي جنبًا إلى جنب.

سنقوم بتضييق المناقشة من خلال تحديد النظام والعلم الذي يحدث هناك. سننظر في نظام يتم فيه نقل الحرارة ، دعنا نقول أن الماء يتدفق في أنبوب. ستتمحور المناقشة الكاملة في هذه المقالة حول هذا النظام.

ما هو انتقال الحرارة؟

نقل الحرارةr بعبارات بسيطة هو نقل الطاقة (أو الانتروبيا) من نقطة إلى أخرى. يتم قياسه من خلال تغير درجة الحرارة الذي يحدث بين طول وحدة النظام.

يمكننا القول أن انتقال الحرارة يتناسب طرديا مع تغير درجة الحرارة ويتناسب عكسيا مع طول النظام. رياضياً ، يمكن نقل الحرارة عن طريق:

ما هي أوضاع / أنواع مختلفة من نقل الحرارة؟

يمكن أن يحدث انتقال الحرارة من مادة إلى أخرى بوسائل عديدة. في بعض الأحيان ، يحتاج إلى وسيط للنقل وأحيانًا لا يحتاج.

لنرى ما هو مختلف أنواع الحرارة نقل-

  • التوصيل- تنتقل الحرارة بين نقطتين عندما تتصادم الجزيئات بينهما. تنتقل الطاقة الاهتزازية للذرات من ذرة / جزيء إلى آخر. بهذه الطريقة تنتشر الحرارة. هذا يعني أنه لكي يحدث انتقال الحرارة عن طريق التوصيل فإنه يحتاج إلى وسيط.
  • الحمل الحراري- تنتقل الحرارة بحركة السائل. يمكن أن يكون هذا السائل الهواء أو الماء.
  • الإشعاع- يمكن أن يحدث انتقال الحرارة في حالة عدم وجود وسيط. يحدث انتقال الحرارة الإشعاعي في شكل مغنطيسي كهربائي أمواج.

معدل التدفق الشامل وعلاقة درجة الحرارة

دعنا نفكر في تدفق المياه عبر الأنبوب. الماء كونه سائل غير قابل للضغط يعني ذلك التدفق الحجمي ومعدل التدفق الشامل متناسبة.

لننظر في حالتين-

  • كتلة منخفضة معدل التدفق / معدل التدفق الحجمي: معدل التدفق الحجمي للماء منخفض مما يعني أن حجم / كتلة الماء المتدفق عبر قسم الأنبوب في الثانية أقل ، وبالتالي ستسخن جزيئات الماء بشكل أسرع.
  • مرتفع معدل التدفق الشامل / معدل التدفق الحجمي: إذا كان عدد جزيئات الماء المتدفقة عبر نقطة ما أكبر ، فسوف يستغرق الأمر وقتًا أطول لتسخينها. ومن ثم ، يمكننا القول أن اختلاف درجة الحرارة في هذه الحالة سيكون أقل.

معدل التدفق الشامل ومعادلة درجة الحرارة

كما ناقشنا أعلاه ، فإن اختلاف درجة الحرارة في النظام يتناسب عكسياً مع معدل تدفق الكتلة في النظام. هذا هو ، كما معدل التدفق الشامل يزيد من انخفاض الاختلاف في درجة الحرارة.

يوفر العلاقة بين معدل التدفق الكتلي ويرد فرق درجة الحرارة أدناه-

لنفس قيمة نقل الحرارة يمكننا القول أن فرق درجة الحرارة يتناسب عكسيا مع معدل تدفق الكتلة.

كيف تؤثر درجة الحرارة على معدل التدفق الكتلي؟

تزيد درجة الحرارة من سرعة تدفق الجزيئات وبالتالي تزداد الطاقة الحركية للسائل مع زيادة درجة الحرارة.

كيف تحسب الضغط من معدل التدفق الشامل؟

تقول معادلة قانون Hagen Pouisuille ذلك الضغط يتناسب طرديا مع التدفق معدل.

Q هو معدل التدفق وهو معدل تغير الحجم. بالنسبة للسوائل التي تكون كثافتها ثابتة وهي السوائل غير القابلة للضغط ، فإن معدل تدفق الكتلة يتناسب طرديًا مع معدل التدفق الحجمي. ومن ثم يمكننا القول أن الضغط يزداد مع معدل تدفق الكتلة.

معادلة Hagen Pouisueille معطاة أدناه-

أين،

مو هي اللزوجة الديناميكية

Q هو معدل التدفق باللتر في الثانية

ما هو المبادل الحراري؟

وكما يوحي اسمها، المبادلات الحرارية هو جهاز يستخدم لتبادل الحرارة بين مادتين. يمكن استخدامه لتبريد أو تسخين المادة الأخرى باستخدام مادة عاملة.

المبخر والمكثفات هي أيضا أنواع من الحرارة المبادلات. تمت مناقشة المكثف والمبخرات في الأقسام أدناه. تجد المبادلات الحرارية تطبيقاتها في أنظمة التبريد ومحطات الطاقة وأنظمة تكييف الهواء وما إلى ذلك.

معدل التدفق الشامل ودرجة الحرارة
صورة: إعادة التسخين في المبادلات الحرارية

أنواع المبادلات الحرارية

على أساس اتجاه السائل البارد والسائل الساخن ، يمكن تصنيف المبادلات الحرارية إلى ثلاثة أنواع. يتم تقديمها أدناه-

  • التدفق الموازي المبادل الحراري- في هذا النوع من المبادلات الحرارية، يتدفق كل من السائل البارد والساخن في نفس الاتجاه.
  • مبادل حراري للتدفق العكسي- في هذا النوع من المبادلات الحرارية ، تتحرك كل من السوائل الساخنة والباردة في اتجاه معاكس لبعضها البعض.
  • عبر مبادل حراري التدفق- في هذا النوع من المبادلات الحرارية ، تتحرك السوائل الساخنة والباردة بشكل عمودي مع بعضها البعض.

تتطلب التطبيقات المختلفة أنواعًا مختلفة من اتجاهات التدفق بين السوائل الساخنة والباردة. المبدأ الحاكم هو نفسه في جميع الأنواع الثلاثة.

ما هو المبخر؟

المبخر هو نوع من المبادلات الحرارية المستخدمة لتحويل المرحلة السائلة من مادة إلى شكلها الغازي. على سبيل المثال ، يتحول الماء إلى بخار. تحدث عملية تغيير المرحلة بأكملها دون تغيير في درجة الحرارة.

الحرارة المنقولة من السائل الساخن تساوي الحرارة التي يمتصها السائل البارد. يستخدم المبخر في أنظمة التبريد لإزالة الحرارة من الأطعمة والمشروبات المحفوظة داخل الثلاجة.

ما هو المكثف؟

المكثف هو نوع من المبادلات الحرارية التي تستخدم لتحويل الطور الغازي لمادة ما إلى الطور السائل لتلك المادة. على سبيل المثال ، يتحول البخار مرة أخرى إلى شكل سائل. تحدث عملية تغيير المرحلة بأكملها دون تغيير في درجة الحرارة.

الحرارة المنقولة إلى السائل البارد تساوي الحرارة التي يمتصها السائل الأكثر سخونة. تستخدم المكثفات في محطات توليد الكهرباء حيث العادم بخار من التوربينات يتحول إلى سائل

ما هو LMTD؟

يُعرف LMTD أيضًا باسم متوسط ​​فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي وهو مصطلح يستخدم في المبادلات الحرارية. إنه المتوسط ​​اللوغاريتمي لدرجات حرارة السائل البارد والسائل الساخن.

يستخدم LMTD لإيجاد إجمالي نقل الحرارة داخل النظام. يأخذ في الاعتبار درجات الحرارة الأولية والنهائية لكل من السائل الساخن والسائل البارد. يتم إعطاء صيغة LMTD أدناه-

أين،

دلتا T1 هو فرق درجة الحرارة بين درجات الحرارة الأولية لكل من السوائل الساخنة والباردة.

دلتا T2 هو فرق درجة الحرارة بين درجات الحرارة النهائية لكل من السوائل الساخنة والباردة.

ابهيشيك

مرحباً .... أنا أبهيشيك خامبهاتا ، لقد تابعت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. طوال أربع سنوات من عملي في الهندسة ، قمت بتصميم وطيران طائرات بدون طيار. موطن قوتي هو ميكانيكا الموائع والهندسة الحرارية. استند مشروعي في السنة الرابعة إلى تحسين أداء المركبات الجوية غير المأهولة باستخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية. أود التواصل مع الأشخاص ذوي التفكير المماثل.

آخر المقالات