L'atmosfera riceve più calore dal sottostante superficie terrestre che direttamente dal sole. Il calore viene trasferito all'atmosfera attraverso conducibilità termica molecolare,convezione, il rilascio di calore specifico di vaporizzazione a condensazione vapore acqueo nell'atmosfera. Pertanto, la temperatura nella troposfera di solito diminuisce con l'altezza. Ma se la superficie cede all'aria più calore di quanto ne riceva nello stesso tempo, si raffredda, e anche l'aria sopra di essa si raffredda da essa. In questo caso, la temperatura dell'aria aumenta con l'altitudine. Tale posizione è chiamata inversione di temperatura . Può essere osservato in estate di notte, in inverno - sopra la superficie nevosa. Inversione di temperatura comune nelle regioni polari. Il motivo dell'inversione, oltre al raffreddamento della superficie, potrebbe essere lo spostamento di aria calda da parte dell'aria fredda che scorre sotto di essa o il flusso di aria fredda sul fondo dei bacini intermontani.
In una troposfera calma, la temperatura diminuisce con l'altezza in media di 0,6 ° ogni 100 m Quando l'aria secca sale, questo indicatore aumenta e può raggiungere 1 ° ogni 100 m, e quando l'aria umida sale, diminuisce. Ciò è dovuto al fatto che l'aria che sale si espande e l'energia (calore) viene spesa per questo, e quando sale aria umida si verifica la condensazione del vapore acqueo, accompagnata dal rilascio di calore.
Abbassare la temperatura dell'aria che sale - il motivo principale della formazione delle nuvole . L'aria discendente, cadendo sotto una forte pressione, viene compressa e la sua temperatura aumenta.
Temperatura aria cambia periodicamente durante il giorno e tutto l'anno.
A il suo corso quotidiano c'è un massimo (nel pomeriggio) e un minimo (prima dell'alba). Dall'equatore ai poli, le ampiezze giornaliere delle fluttuazioni di temperatura diminuiscono. Ma allo stesso tempo, sono sempre più grandi sulla terraferma che sull'oceano.
A corso annuale temperatura aria all'equatore - due massimi (dopo gli equinozi) e due minimi (dopo i solstizi). Alle latitudini tropicali, temperate e polari - un massimo e un minimo. Le ampiezze delle fluttuazioni annuali della temperatura dell'aria aumentano con l'aumentare della latitudine. All'equatore, sono inferiori a quelli giornalieri: 1-2°C sull'oceano e fino a 5°C sulla terraferma. Alle latitudini tropicali - sopra l'oceano - 5 ° C, sopra terra - fino a 15 ° C. A latitudini temperate da 10-15°C sull'oceano a 60°C o più sulla terraferma. Alle latitudini polari prevale la temperatura negativa, le sue fluttuazioni annuali raggiungono i 30-40°C.
corretto quotidiano e corso annuale la temperatura dell'aria, dovuta ai cambiamenti dell'altezza del Sole sopra l'orizzonte e alla lunghezza del giorno, è complicata da cambiamenti non periodici causati dal movimento di masse d'aria con temperature diverse. Modello generale di distribuzione della temperatura nello strato inferiore della troposfera-la sua diminuzione nella direzione dall'equatore ai poli.
Se temperatura media annuale dell'aria dipendesse solo dalla latitudine, la sua distribuzione negli emisferi settentrionale e meridionale sarebbe la stessa. In realtà, però, la sua distribuzione è significativamente influenzata dalle differenze nella natura della superficie sottostante e dal trasferimento di calore dalle basse alle alte latitudini.
Come risultato del trasferimento di calore, la temperatura dell'aria all'equatore è più bassa e ai poli è più alta di quanto sarebbe senza questo processo. L'emisfero australe è più freddo dell'emisfero settentrionale principalmente a causa della terra ricoperta di ghiaccio e neve nelle vicinanze Polo Sud. La temperatura media dell'aria nello strato inferiore di due metri per l'intera Terra è di +14°C, che corrisponde alla temperatura media annuale dell'aria a 40°N.
DIPENDENZA DELLA TEMPERATURA DELL'ARIA DALLA LATITUDINE GEOGRAFICA
La distribuzione della temperatura dell'aria vicino alla superficie terrestre è mostrata mediante isoterme - linee che collegano luoghi con la stessa temperatura. Le isoterme non coincidono con le parallele. Si piegano, spostandosi dalla terraferma all'oceano e viceversa.
pressione atmosferica
L'aria ha massa e peso, e quindi esercita una pressione sulla superficie a contatto con essa. Viene chiamata la pressione esercitata dall'aria sulla superficie terrestre e su tutti gli oggetti su di essa pressione atmosferica . È pari al peso della colonna d'aria sovrastante e dipende dalla temperatura dell'aria: maggiore è la temperatura, minore è la pressione.
La pressione dell'atmosfera sulla superficie sottostante è in media di 1,033 g per 1 cm 2 (più di 10 tonnellate per m 2 ). La pressione è misurata in millimetri colonna di mercurio, millibar (1 mb = 0,75 mmHg) ed ettopascal (1 hPa = 1 mb). Con l'altitudine la pressione diminuisce: nello strato inferiore della troposfera, fino ad un'altezza di 1 km, diminuisce di 1 mm Hg. Arte. per ogni 10 M. Più alto è, più lentamente diminuisce la pressione. pressione normale a livello dell'oceano - 760 mm. Rt. Arte.
La distribuzione generale della pressione sulla superficie terrestre ha carattere zonale:
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Stagione |
Sulla terraferma |
Oltre l'oceano |
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Alle latitudini equatoriali |
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Alle latitudini tropicali |
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Basso |
Alto |
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A latitudini moderate |
Alto |
Basso |
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Basso |
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Alle latitudini polari |
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Così, sia in inverno che in estate, e sui continenti e sull'oceano, le zone di alta e bassa pressione. La distribuzione della pressione è chiaramente visibile sulle mappe isobare di gennaio e luglio. isobare - linee che collegano luoghi di uguale pressione. Più sono vicini l'uno all'altro, più velocemente la pressione cambia con la distanza. Viene chiamata la quantità di variazione di pressione per unità di distanza (100 km). gradiente di pressione .
Il cambiamento di pressione è spiegato dal movimento dell'aria. Sale dove c'è più aria e diminuisce dove l'aria esce. motivo principale movimento dell'aria - il suo riscaldamento e raffreddamento dalla superficie sottostante. Mentre l'aria si riscalda dalla superficie, si espande e si precipita verso l'alto. Raggiunta un'altezza alla quale la sua densità è maggiore della densità dell'aria circostante, si diffonde ai lati. Pertanto, la pressione sulla superficie calda diminuisce (latitudini equatoriali, latitudini tropicali continentali in estate). Ma allo stesso tempo aumenta nelle zone limitrofe, sebbene la temperatura non sia cambiata (latitudini tropicali in inverno).
Sopra la superficie fredda, l'aria si raffredda e si condensa, aggrappandosi alla superficie (latitudini polari, la parte continentale delle latitudini temperate in inverno). In alto, la sua densità diminuisce e l'aria arriva qui dal lato. La sua quantità sopra la superficie fredda aumenta, la pressione su di essa aumenta. Allo stesso tempo, dove l'aria è uscita, la pressione diminuisce senza cambiare la temperatura. Il riscaldamento e il raffreddamento dell'aria dalla superficie è accompagnato dalla sua ridistribuzione e variazione di pressione.
Alle latitudini equatoriali la pressione è sempre ridotto. Ciò è dovuto al fatto che l'aria riscaldata dalla superficie sale e parte verso le latitudini tropicali, creando lì una maggiore pressione.
Sopra la superficie fredda nell'Artico e in Antartide pressione elevato. È creato dall'aria proveniente da latitudini temperate al posto dell'aria fredda condensata. Il deflusso di aria alle latitudini polari è la ragione della diminuzione della pressione alle latitudini temperate.
Di conseguenza, cinture di bassa (equatoriale e temperata) e alta pressione sanguigna(tropicale e polare). A seconda della stagione, si spostano leggermente verso l'emisfero estivo ("seguendo il sole").
regioni polari alta pressione si espandono in inverno, si restringono in estate, ma esistono tutto l'anno. Cinghie pressione ridotta tutto l'anno intorno all'equatore e alle latitudini temperate dell'emisfero australe.
In inverno, alle latitudini temperate dell'emisfero settentrionale, la pressione sui continenti aumenta fortemente e la fascia di bassa pressione "si rompe". Le aree chiuse di bassa pressione persistono solo sugli oceani - islandese e Bassi Aleutini. Sui continenti, al contrario, l'inverno alti :asiatico (siberiano) e nordamericano. In estate, alle latitudini temperate dell'emisfero settentrionale, viene ripristinata la fascia di bassa pressione.
In estate sull'Asia si forma un'enorme area di bassa pressione con un centro alle latitudini tropicali - Basso asiatico. Alle latitudini tropicali, i continenti sono sempre più caldi degli oceani e la pressione su di essi è inferiore. Pertanto, sopra gli oceani ci sono massime subtropicali :Nord Atlantico (Azzorre), Nord Pacifico, Sud Atlantico, Sud Pacifico e Indiano del sud.
Pertanto, a causa del diverso riscaldamento e raffreddamento delle superfici continentali e dell'acqua (la superficie continentale si riscalda più velocemente e si raffredda più velocemente), la presenza di correnti calde e fredde e altri motivi sulla Terra, ad eccezione delle cinture pressione atmosferica possono verificarsi aree chiuse di bassa e alta pressione.
Attraversano l'atmosfera trasparente senza riscaldarla, raggiungono la superficie terrestre, la riscaldano e successivamente l'aria si riscalda da essa.
Il grado di riscaldamento della superficie, e quindi dell'aria, dipende principalmente dalla latitudine dell'area.
Ma in ogni punto specifico, sarà anche determinato da una serie di fattori, tra cui i principali sono:
A: altezza sul livello del mare;
B: superficie sottostante;
B: distanza dalle coste degli oceani e dei mari.
R - Poiché l'aria viene riscaldata dalla superficie terrestre, minore è l'altezza assoluta dell'area, maggiore è la temperatura dell'aria (a parità di latitudine). In condizioni di aria non satura di vapore acqueo si osserva uno schema: per ogni 100 metri di altitudine la temperatura (t o) diminuisce di 0,6 o C.
B - Caratteristiche qualitative della superficie.
B 1 - superfici diverse per colore e struttura assorbono e riflettono i raggi del sole in modo diverso. La massima riflettività è tipica per neve e ghiaccio, la minima per terreni e rocce di colore scuro.
Illuminazione della Terra dai raggi del sole nei giorni dei solstizi e degli equinozi.
B 2 - superfici diverse hanno capacità termica e trasferimento di calore diversi. Quindi la massa d'acqua dell'Oceano Mondiale, che occupa i 2/3 della superficie terrestre, a causa dell'elevata capacità termica, si riscalda molto lentamente e si raffredda molto lentamente. Il terreno si riscalda rapidamente e si raffredda rapidamente, cioè per riscaldare fino alla stessa t circa 1 m 2 di terra e 1 m 2 di superficie d'acqua, è necessario spendere importo diverso energia.
B - dalle coste all'interno dei continenti, la quantità di vapore acqueo nell'aria diminuisce. Più trasparente è l'atmosfera, meno è dispersa in essa. i raggi del sole, e tutti i raggi del sole raggiungono la superficie terrestre. In presenza di un largo numero vapore acqueo nell'aria, le gocce d'acqua riflettono, disperdono, assorbono i raggi del sole e non tutti raggiungono la superficie del pianeta, mentre il riscaldamento diminuisce.
Più alte temperature aria registrata nelle aree deserti tropicali. A regioni centrali Sahara per quasi 4 mesi, t circa l'aria all'ombra è superiore a 40 o C. Allo stesso tempo, all'equatore, dove l'angolo di incidenza dei raggi del sole è il più grande, la temperatura non supera i +26 o C .
D'altra parte, la Terra, in quanto corpo riscaldato, irradia energia nello spazio principalmente nello spettro infrarosso a onde lunghe. Se la superficie terrestre è avvolta da una "coperta" di nuvole, allora non tutto raggi infrarossi lasciare il pianeta, poiché le nuvole li ritardano, riflettendosi sulla superficie terrestre.
Con un cielo sereno, quando c'è poco vapore acqueo nell'atmosfera, i raggi infrarossi emessi dal pianeta vanno liberamente nello spazio, mentre la superficie terrestre si raffredda, il che si raffredda e quindi riduce la temperatura dell'aria.
Letteratura
Quando si progetta un sistema di riscaldamento ad aria, vengono utilizzati riscaldatori ad aria già pronti.
Per la corretta selezione equipaggiamento necessarioè sufficiente conoscere: la potenza richiesta della batteria di riscaldamento, che verrà successivamente montata nel sistema di riscaldamento della ventilazione di mandata, la temperatura dell'aria alla sua uscita dall'installazione della batteria di riscaldamento e la portata del refrigerante.
Per semplificare i calcoli effettuati, viene presentato alla vostra attenzione un calcolatore online per il calcolo dei dati di base per la corretta selezione di un riscaldatore.
Calcolo della potenza del riscaldatore
L'umanità conosce pochi tipi di energia: energia meccanica (cinetica e potenziale), energia interna (termica), energia di campo (gravitazionale, elettromagnetica e nucleare), chimica. Separatamente, vale la pena evidenziare l'energia dell'esplosione, ...
Energia del vuoto e ancora esistente solo in teoria - energia oscura. In questo articolo, il primo della sezione "Heat Engineering", proverò in un linguaggio semplice e accessibile, utilizzando esempio pratico, parla della forma di energia più importante nella vita delle persone - circa energia termica e di averla partorita in tempo Energia termica.
Poche parole per comprendere il posto dell'ingegneria termica come branca della scienza dell'ottenimento, del trasferimento e dell'utilizzo dell'energia termica. La moderna ingegneria termica è emersa dalla termodinamica generale, che a sua volta è una delle branche della fisica. La termodinamica è letteralmente "caldo" più "potenza". Pertanto, la termodinamica è la scienza del "cambiamento di temperatura" di un sistema.
L'impatto sul sistema dall'esterno, in cui la sua energia interna cambia, può essere il risultato del trasferimento di calore. Energia termica, che viene guadagnato o perso dal sistema come risultato di tale interazione con l'ambiente, viene chiamato quantità di calore ed è misurato nel sistema SI in Joule.
Se non sei un tecnico del calore e non ti occupi quotidianamente di problemi di ingegneria del calore, quando li incontri, a volte senza esperienza può essere molto difficile capirli rapidamente. È difficile immaginare anche le dimensioni dei valori desiderati della quantità di calore e potenza termica senza esperienza. Quanti Joule di energia sono necessari per riscaldare 1000 metri cubi di aria da -37˚С a +18˚С?.. Qual è la potenza della fonte di calore necessaria per farlo in 1 ora? » Non tutti gli ingegneri. A volte gli esperti ricordano anche le formule, ma solo pochi riescono a metterle in pratica!
Dopo aver letto questo articolo fino alla fine, sarai in grado di risolvere facilmente reali compiti industriali e domestici legati al riscaldamento e al raffreddamento. vari materiali. Comprendere l'essenza fisica dei processi di trasferimento del calore e la conoscenza di semplici formule di base sono i principali blocchi alla base della conoscenza nell'ingegneria del calore!
Le sostanze più conosciute possono temperature diverse e pressione per essere in stato solido, liquido, gassoso o plasma. Transizione da uno stato aggregato a un altro avviene a temperatura costante(a condizione che la pressione e altri parametri non cambino ambiente) ed è accompagnato dall'assorbimento o rilascio di energia termica. Nonostante il fatto che il 99% della materia nell'Universo sia allo stato di plasma, non considereremo questo stato di aggregazione in questo articolo.
Considera il grafico mostrato in figura. Mostra la dipendenza della temperatura di una sostanza T sulla quantità di calore Q, riassunto ad alcuni sistema chiuso contenente una certa massa di una particolare sostanza.
1. Un solido che ha una temperatura T1, riscaldato a una temperatura Tim, spendendo per questo processo una quantità di calore pari a Q1 .
2. Successivamente, inizia il processo di fusione, che avviene a temperatura costante Tpl(punto di fusione). Per fondere l'intera massa di un solido, è necessario spendere energia termica nella quantità D2 — Domanda 1 .
3. Successivamente, il liquido risultante dalla fusione di un solido viene riscaldato fino al punto di ebollizione (formazione di gas) Tkp, spendendo per questa quantità di calore pari a D3-D2 .
4. Ora a un punto di ebollizione costante Tkp il liquido bolle ed evapora, trasformandosi in un gas. Per la transizione dell'intera massa di liquido in gas, è necessario consumare energia termica nella quantità D4-D3.
5. Nell'ultima fase, il gas viene riscaldato dalla temperatura Tkp fino a una certa temperatura T2. In questo caso, il costo della quantità di calore sarà Q5-D4. (Se riscaldiamo il gas alla temperatura di ionizzazione, il gas si trasformerà in plasma.)
Quindi, riscaldando l'originale solido temperatura T1 fino a temperatura T2 abbiamo speso energia termica nella quantità Q5, traducendo la sostanza attraverso tre stati di aggregazione.
Trasferirsi direzione inversa, rimuoveremo la stessa quantità di calore dalla sostanza Q5, passando attraverso le fasi di condensazione, cristallizzazione e raffreddamento dalla temperatura T2 fino a temperatura T1. Naturalmente, stiamo considerando un sistema chiuso senza perdite di energia verso l'ambiente esterno.
Si noti che è possibile spostarsi da stato solido allo stato gassoso senza passare per la fase liquida. Questo processo è chiamato sublimazione e il processo inverso è chiamato desublimazione.
Quindi, abbiamo capito che i processi di transizione tra gli stati aggregati di una sostanza sono caratterizzati dal consumo di energia a temperatura costante. Quando una sostanza viene riscaldata, che è in una costante stato di aggregazione, la temperatura aumenta e anche l'energia termica viene consumata.
Le formule sono molto semplici.
Quantità di calore Q in J è calcolato dalle formule:
1. Dal lato del consumo di calore, cioè dal lato del carico:
1.1. Durante il riscaldamento (raffreddamento):
Q = m * c *(T2 -T1)
m – massa della sostanza in kg
Insieme a - capacità termica specifica di una sostanza in J / (kg * K)
1.2. Quando si scioglie (congela):
Q = m * λ
λ – calore specifico di fusione e cristallizzazione di una sostanza in J/kg
1.3. Durante l'ebollizione, l'evaporazione (condensazione):
Q = m * r
r – calore specifico di formazione del gas e di condensazione della materia in J/kg
2. Dal lato della produzione di calore, cioè dal lato della fonte:
2.1. Quando si brucia carburante:
Q = m * q
q – calore specifico di combustione del combustibile in J/kg
2.2. Quando si converte l'elettricità in energia termica (legge di Joule-Lenz):
Q =t *I *U =t *R *I ^2=(t /r)*U^2
t – tempo in s
io – valore corrente in A
U – tensione efficace in V
R – resistenza di carico in ohm
Concludiamo che la quantità di calore è direttamente proporzionale alla massa della sostanza durante tutte le trasformazioni di fase e, quando riscaldata, è inoltre direttamente proporzionale alla differenza di temperatura. Coefficienti di proporzionalità ( c , λ , r , q ) per ogni sostanza hanno i propri valori e sono determinati empiricamente (presi dai libri di riferimento).
Energia termica N in W è la quantità di calore ceduto al sistema in un certo tempo:
N=Q/t
Più velocemente vogliamo riscaldare il corpo a una certa temperatura, maggiore dovrebbe essere la potenza della fonte di energia termica: tutto è logico.
Nella vita, è spesso necessario fare un rapido calcolo preventivo per capire se ha senso continuare a studiare un argomento, fare un progetto e calcoli dettagliati e accurati ad alta intensità di lavoro. Avendo effettuato un calcolo in pochi minuti anche con una precisione del ± 30%, puoi prendere un importante decisione manageriale, che sarà 100 volte più economico e 1000 volte più efficiente e, di conseguenza, 100.000 volte più efficiente rispetto a un calcolo accurato per una settimana, o anche un mese, da parte di un gruppo di specialisti costosi ...
Nei locali del negozio per la preparazione di laminati con dimensioni di 24m x 15m x 7m, importiamo laminati da un magazzino sulla strada per un importo di 3 tonnellate. Il metallo laminato ha ghiaccio con una massa totale di 20 kg. Fuori -37˚С. Quale quantità di calore è necessaria per riscaldare il metallo a + 18˚С; scaldare il ghiaccio, scioglierlo e scaldare l'acqua fino a +18˚С; riscaldare l'intero volume d'aria nella stanza, supponendo che il riscaldamento sia stato completamente spento prima? Quale potenza dovrebbe avere l'impianto di riscaldamento se tutto quanto sopra deve essere completato in 1 ora? (Condizioni molto dure e quasi irrealistiche, soprattutto per quanto riguarda l'aria!)
Eseguiremo il calcolo nel programmaMicrosoft Excel o nel programmaOh, Calc.
Per la formattazione del colore di celle e caratteri, vedere la pagina "".
1. Scriviamo i nomi delle sostanze:
alla cella D3: Acciaio
alla cella E3: Ghiaccio
alla cella F3: acqua ghiacciata
alla cella G3: Acqua
alla cella G3: Aria
2. Inseriamo i nomi dei processi:
nelle celle D4, E4, G4, G4: calore
alla cella F4: fusione
3. Calore specifico delle sostanze c in J / (kg * K) scriviamo rispettivamente per acciaio, ghiaccio, acqua e aria
alla cella D5: 460
alla cella E5: 2110
alla cella G5: 4190
alla cella H5: 1005
4. Calore specifico di fusione del ghiaccio λ in J/kg inserire
alla cella F6: 330000
5. Massa di sostanze m in kg entriamo, rispettivamente, per acciaio e ghiaccio
alla cella D7: 3000
alla cella E7: 20
Poiché la massa non cambia quando il ghiaccio si trasforma in acqua,
nelle celle F7 e G7: =E7 =20
La massa d'aria si trova moltiplicando il volume della stanza per il peso specifico
nella cella H7: =24*15*7*1.23 =3100
6. Tempo di processo t in pochi minuti scriviamo solo una volta per l'acciaio
alla cella D8: 60
I valori temporali per il riscaldamento del ghiaccio, il suo scioglimento e il riscaldamento dell'acqua risultante sono calcolati dalla condizione che tutti e tre questi processi debbano sommarsi nello stesso tempo del tempo assegnato per il riscaldamento del metallo. Leggiamo di conseguenza
nella cella E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,7
nella cella F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =41,0
nella cella G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,4
Anche l'aria dovrebbe riscaldarsi nello stesso tempo assegnato, leggiamo
nella cella H8: =D8 =60,0
7. La temperatura iniziale di tutte le sostanze T1 in ˚C entriamo
alla cella D9: -37
alla cella E9: -37
alla cella F9: 0
alla cella G9: 0
alla cella H9: -37
8. Temperatura finale di tutte le sostanze T2 in ˚C entriamo
alla cella D10: 18
alla cella E10: 0
alla cella F10: 0
alla cella G10: 18
alla cella H10: 18
Penso che non dovrebbero esserci domande sui punti 7 e 8.
9. Quantità di calore Q in KJ richiesti per ciascuno dei processi che calcoliamo
per il riscaldamento dell'acciaio nella cella D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900
per riscaldare il ghiaccio nella cella E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561
per sciogliere il ghiaccio nella cella F12: =F7*F6/1000 = 6600
per riscaldamento acqua cella G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508
per riscaldamento aria cella H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330
Viene letta la quantità totale di energia termica richiesta per tutti i processi
nella cella unita D13E13F13G13H13: =SOMMA(D12:H12) = 256900
Nelle celle D14, E14, F14, G14, H14 e nella cella combinata D15E15F15G15H15, la quantità di calore è espressa in un'unità di misura dell'arco - in Gcal (in gigacalorie).
10. Energia termica N in kW, richiesto per ciascuno dei processi viene calcolato
per il riscaldamento dell'acciaio nella cella D16: =D12/(D8*60) =21,083
per riscaldare il ghiaccio nella cella E16: =E12/(E8*60) = 2,686
per sciogliere il ghiaccio nella cella F16: =F12/(F8*60) = 2,686
per riscaldamento acqua cella G16: =G12/(G8*60) = 2,686
per riscaldamento aria cella H16: =H12/(H8*60) = 47,592
La potenza termica totale richiesta per eseguire tutti i processi in un tempo t calcolato
nella cella unita D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361
Nelle celle D18, E18, F18, G18, H18 e nella cella combinata D19E19F19G19H19, la potenza termica è espressa in un'unità di misura dell'arco - in Gcal / h.
Questo completa il calcolo in Excel.
Si noti che ci vuole più del doppio dell'energia per riscaldare l'aria rispetto a quella necessaria per riscaldare la stessa massa di acciaio.
Quando si riscalda l'acqua, i costi energetici sono il doppio rispetto a quando si riscalda il ghiaccio. Il processo di fusione consuma molte volte più energia del processo di riscaldamento (con una piccola differenza di temperatura).
L'acqua di riscaldamento consuma dieci volte più energia termica rispetto al riscaldamento dell'acciaio e quattro volte di più rispetto al riscaldamento dell'aria.
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Abbiamo ricordato i concetti di “quantità di calore” e “potenza termica”, considerati le formule fondamentali per la trasmissione del calore, e analizzato un esempio pratico. Spero che il mio linguaggio sia stato semplice, comprensibile e interessante.
Attendo con ansia domande e commenti sull'articolo!
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- dispositivi utilizzati per il riscaldamento dell'aria nei sistemi di ventilazione di mandata, nei sistemi di condizionamento dell'aria, nel riscaldamento dell'aria, nonché negli impianti di essiccazione.
A seconda del tipo di refrigerante, i riscaldatori possono essere fuoco, acqua, vapore ed elettrici. .
I più diffusi attualmente sono i riscaldatori ad acqua ea vapore, che si dividono in tubi lisci e nervati; questi ultimi, a loro volta, si dividono in lamellari e spiroidali.
Distinguere tra riscaldatori single-pass e multi-pass. In single-pass, il refrigerante si muove attraverso i tubi in una direzione, e in multi-pass cambia più volte la direzione del movimento a causa della presenza di partizioni nei coperchi del collettore (Fig. XII.1).
I riscaldatori eseguono due modelli: medio (C) e grande (B).
Il consumo di calore per il riscaldamento dell'aria è determinato dalle formule:
 |
dove Q"— consumo di calore per il riscaldamento dell'aria, kJ/h (kcal/h); Q- lo stesso, W; 0,278 è il fattore di conversione da kJ/h a W; G- quantità in massa di aria riscaldata, kg/h, pari a Lp [qui l- quantità volumetrica di aria riscaldata, m 3 / h; p è la densità dell'aria (a una temperatura tK), kg/m3]; Insieme a- capacità termica specifica dell'aria, pari a 1 kJ/(kg-K); t k - temperatura dell'aria dopo il riscaldatore, ° С; t n— temperatura dell'aria prima della batteria di riscaldamento, °C.
Per i riscaldatori del primo stadio di riscaldamento, la temperatura tn è uguale alla temperatura dell'aria esterna.
Si presume che la temperatura dell'aria esterna sia uguale alla temperatura di ventilazione calcolata (parametri climatici di categoria A) quando si progetta una ventilazione generale progettata per combattere l'eccesso di umidità, calore e gas, il cui MPC è superiore a 100 mg / m3. Quando si progetta una ventilazione generale progettata per combattere i gas il cui MPC è inferiore a 100 mg / m3, nonché quando si progetta una ventilazione di mandata per compensare l'aria rimossa attraverso scarichi locali, cappe di processo o sistemi di trasporto pneumatico, si presume che la temperatura dell'aria esterna sia uguale alla temperatura esterna calcolata tn per la progettazione del riscaldamento (categoria dei parametri climatici B).
In una stanza senza eccedenze di calore, deve essere fornita aria di mandata con una temperatura pari alla temperatura dell'aria interna t² per questa stanza. In presenza di calore in eccesso, l'aria di mandata viene fornita a temperatura ridotta (di 5-8 °C). Si sconsiglia l'immissione in ambiente di aria di mandata con temperatura inferiore a 10°C anche in presenza di significative emissioni di calore per la possibilità di raffreddori. L'eccezione è l'uso di anemostati speciali.
La superficie richiesta per i riscaldatori di riscaldamento Fê m2, è determinata dalla formula:
dove Q— consumo di calore per il riscaldamento dell'aria, W (kcal/h); Per- coefficiente di scambio termico del riscaldatore, W / (m 2 -K) [kcal / (h-m 2 - ° C)]; t cfr.T. — temperatura media refrigerante, 0 С; t rv è la temperatura media dell'aria riscaldata che passa attraverso il riscaldatore, °C, pari a (t n + t c)/2.
Se il liquido di raffreddamento è vapore, la temperatura media del liquido di raffreddamento tav.T. è uguale alla temperatura di saturazione alla corrispondente tensione di vapore.
Per temperatura acqua tav.T. è definita come la media aritmetica del caldo e restituire l'acqua:
Il fattore di sicurezza 1,1-1,2 tiene conto della perdita di calore per il raffreddamento dell'aria nei condotti dell'aria.
Il coefficiente di scambio termico dei riscaldatori K dipende dal tipo di refrigerante, dalla velocità di massa dell'aria vp attraverso il riscaldatore, dalle dimensioni geometriche e caratteristiche del progetto riscaldatori, la velocità del movimento dell'acqua attraverso i tubi del riscaldatore.
La velocità di massa è intesa come la massa d'aria, kg, che attraversa 1 m2 della sezione abitabile del riscaldatore ad aria in 1 s. La velocità di massa vp, kg/(cm2), è determinata dalla formula
In base all'area della sezione aperta fЖ e alla superficie riscaldante FK, vengono selezionati il modello, la marca e il numero di riscaldatori. Dopo aver scelto i riscaldatori, la velocità di massa dell'aria viene specificata in base all'area effettiva della sezione aperta del riscaldatore fD di questo modello:
dove A, A 1 , n, n 1 e t- coefficienti ed esponenti, a seconda del design del riscaldatore
La velocità del movimento dell'acqua nei tubi del riscaldatore ω, m/s, è determinata dalla formula:
dove Q "è il consumo di calore per il riscaldamento dell'aria, kJ / h (kcal / h); rp è la densità dell'acqua, pari a 1000 kg / m3, sv è il calore specifico dell'acqua, pari a 4,19 kJ / (kg- K); fTP - area aperta per il passaggio del refrigerante, m2, tg - temperatura acqua calda nella linea di alimentazione, ° С; t 0 - temperatura dell'acqua di ritorno, 0С.
Il trasferimento di calore dei riscaldatori è influenzato dallo schema di legarli alle tubazioni. Con uno schema parallelo per il collegamento delle tubazioni, solo una parte del refrigerante passa attraverso un riscaldatore separato e con circuito sequenziale attraverso ciascun riscaldatore passa l'intero flusso del liquido di raffreddamento.
La resistenza dei riscaldatori al passaggio dell'aria p, Pa, è espressa dalla seguente formula:
dove B e z sono il coefficiente e l'esponente, che dipendono dal design del riscaldatore.
La resistenza dei riscaldatori posti in serie è pari a:
dove m è il numero di riscaldatori posizionati successivamente. Il calcolo termina con un controllo della potenza termica (trasmissione di calore) dei riscaldatori secondo la formula
dove QK - trasferimento di calore dei riscaldatori, W (kcal / h); QK - lo stesso, kJ/h, 3,6 - fattore di conversione da W a kJ/h FK - superficie riscaldante dei riscaldatori, m2, presa come risultato del calcolo di riscaldatori di questo tipo; K - coefficiente di scambio termico dei riscaldatori, W/(m2-K) [kcal/(h-m2-°C)]; tav.v - la temperatura media dell'aria riscaldata che passa attraverso il riscaldatore, °C; tab. T è la temperatura media del liquido di raffreddamento, °С.
Quando si selezionano i riscaldatori, il margine per la superficie di riscaldamento stimata è compreso tra il 15 e il 20%, per la resistenza al passaggio dell'aria - 10% e per la resistenza al movimento dell'acqua - 20%.
