ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ   

 

Алматы энергетика және байланыс институты

 

 

 

 

 

 

 

                                              

 

 

Д.Ж. Темірбаев

 

ЖЫЛУТӘСІЛДЕМЕЛІК

ФИЗИКАЛЫҚ ХИМИЯНЫҢ

НЕГІЗДЕРІ

Пәндік жаттығулар мен зерттеу сабаќтарына арналған єдістемелік н±сќаулар

  (050717 - Жылуќайраттыќ мамандығының студенттері үшін)

                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы – 2006

 

         ҚАЗАҚ БӨЛІМІМІЗДІҢ 10 ЖЫЛДЫҒЫНЫҢ (25.04.1995) ҚОШЕ-     МЕТІНЕ

 

ҚҰРАСТЫРУШЫ: Темірбаев Д.Ж. Жылутәсілдемелік физикалық химияның негіздері. Пєндік жаттыѓулар мен зерттеу сабаќтарына арналған єдістемелік н±сќаулары.
-Алматы: АЭжБИ, 2006.-20 б.
 

 

 

 

 

 

 

 

          “Жылутәсілдемелік өндірістердің физикалық химиясының негіздері” атты таңдалулы пєнініњ зерттеу сабаќтарының әдістемелік н±сќаулары мен іс жүзінде пайдалы кейбір мысалдары мен мәселелері бейімделген.

         Без.4, кесте.1, библиогр.-28 атау. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пікірші: техн. ғыл. канд. АЭжБИ-нің профессоры Е. Нұрекен.

 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          ã Алматы энергетика және байланыс институты, 2006 ж.

            Алғы сөз

 

         Жылуқайраттық мамандықтарының студенттері жоғары математика, жалпы физика мен жалпы химия және тәсілдік жылуқозғалым, су мен бу механикасы және жылумаңызалмасу табиғи-ғылымдық пәндерін өткеннен осы пәнді оқиды.

Физикалық химия - физикамен тікелей байланысты химияның саласы. Ол  көптеген химиялық оқиғалар мен құбылыстардың физикалық негіздерін танып, зерттейді. Физикалық химияға заттардың құрылысы мен қасиеттерінің және текті күй өзгерістерінің ілімі, химиялық жылуқозғалым, химиялық кинетика (тектесу жылдамдығы), электрохимия, коллоидтық (желімдер) химия және сол секілді көп таралған ғылыми және өндірістік маңызды салалары жатады.

         Оның ішінде химиялық оқиғалар мен құбылыстардың жылуқозғалымдық негіздерін зерттейтін химиялық жылуқозғалым ерекше орын алады.

Бұларға негізделген жылуқайраттық қондырғылардың жұмыстары мен физикалы химиялық өндірістердің жылулық тәсілдемеліктері арнайы пәндерде беріледі.

Осы арнайы пәндерде газ бен сұйық және қатты денелердің, қоспалар мен электролит және электродтардың, коллоид пен полимер және пластмассалардың физикалық және химиялық қасиеттеріне, ұғымдары мен табиғи құбылыстарына және жылуқозғалымдық заңдары мен заңдылықтарына сүйене жылутәсілдемелік өндірістердің  теориялары мен тәжірибелері игеріледі.

Сондықтан кең таралған және аса көлемді “Жылутәсілдемелік физикалық химия” пәнінің шамалы дәрістері мен жаттығуы [28] және зерттеу сабақтарында (осында) жылуқайраттық пен химиялық өндірістердің жылулық тәсілдемеліктерін арнайы пәндерде игеруге өте қажетті ұғымдары мен нақты құбылыстарына және олардың инженерлік есептеу әдістерінің негіздеріне ғана көңіл бөлінген.    

 

Зерттеулік жұмыстарға жалпы түсініктер мен нұсқаулар

 

Зерттеу жұмыстарының төменде келтірілген әдістемеліктерінің негізіне АЭжБИ-ның «өндірістік жылуқайраттық» кафедрасының істегі зерттеу қондырғылары мен орыс тіліндегі әдістемеліктері алынған [27].

Бірінші зерттеу жұмысының тәртіптері тез қалыптасады және ыстықтықтары тез өлшенеді. Бірақ оның мәліметтерінің өңделуі көлемді. Сондықтан, бұл жұмыс 4 сағаттық болады.

Екінші мен үшінші зерттеу жұмыстары қос тапсырмалы және 2 + 4 пен 4 + 4 сағаттықтан. Сондықтан, бұл әдістемелік бойынша (әртүрлі мамандық студенттерінің оқу бағдарламасына байланысты) жалпы 8-18 сағаттық 2 жұмыстан 5 жұмысқа дейін зерттеуге болады.

Қаралып отырылған зерттеу жұмыстарының (әсіресе біріншісі мен үшіншісінің) іс жүзіндегі маңыздылығынан, арнайы жылутәсілдік және жылуқайраттық пәндерде жалғасады. Олар дипломдық жобалар мен жұмыстарының негізгі тақырыптары болуы да мүмкін. Бұл жағдай әдістемеліктің мазмұны мен бақылау сұрақтарында ескеріліп, жалпы әдебиеттер тізімі молырақ келтіріліп, негізгілері әр жұмыстың әдістемелігінің аяғында ұсынылған және бірінші жұмысқа байланысты мысалды есептері келтірілген.

Жоғарғы жылдық студенттері зерттеу жұмыстарының жалпы тәртіптерін жақсы біледі, дегенмен, қауіптік сақтау ережелерін студенттер әрдәйім естерінен шығармауы керек.

 

1- Зерттеу жұмысы. Бөлмені жылытатын жылулық сорғыны зерттеу

 

Жұмыстың мақсаты. Жылулық сорғыны сынап, айналымын зерттеп, негізгі көрсеткіштерін анықтау (4 сағат).

 

1.1 Жылулық сорғының жылуқозғалымдық сипаттамасы

Жылулық сорғылардың бусорғылы (БЖС парокомпрессионные) түрлері іс жүзінде  көп таралған (1.1-сурет). Бұлар жұмыс денелерімен (NH3,Ф(фреон) – 12, Ф-22, СО2 және тағы басқа), сығымдағыштарының сатыларының санымен

кедергі

 

1.1- сурет

 

шықтағыш

 

сығымдағыш

 

буландырғышшшшшшш

 

 (бір-екі сатылы), сырықтарының санымен (бір-екі сырықты) және тік не бірдеңгейлі орналасуымен ажырасады. Жұмыс дене 1 – нүктеде қаныққан құрғақ не сәл аса қызған бу күйінде болуы мүмкін. Осы бу 1-2 жылуалмасусыз құбылысында сығылып, 2-3 рш=тұрақты құбылысында q жылуы тұтынушыларға беріліп, T2-аса қызу шықтағышта шықтанып, реттеуші кедергіде i3=i4 құбылысында ыстықтығы мен қысымы Tб мен Рб-ге төмендеп, ыстықтығы сәл жоғары салқындалатын ортадан qб жылуын алып, буландырғыштың 4-1 құбылысында буланып, сығымдағышқа сорылады.

 

1.2 Жұмыстың жүргізілуі мен есептеу реті

1 Жылулық сорғының қосқышы «желі» («сеть») арқылы оны іске қосыңыздар.

2 Сығымдағышты қосыңыздар.

3 Желдеткіштерді оқытушының берген жұмыс тәртіптеріне қойыңыздар (Qауа=Qб кВт беріледі).

4 Т1-Т10 ыстықжұптар арқылы (Т-термопара) жұмыс дене (фреон – 12) мен ауаның ыстықтықтарын анықтап, кестеге келтіріңіздер.

Мұндағы хромель – алюмельді ыстықжұптарға

                                             T=(мВ)*24,7(0С/мВ)=24,7, 0С.                     (1.1)

Ескерту

1 Ыстықжұптардың нөмірлері 1.1-суреттегі сүлбелер мен қондырғыларда бірдей болмаулары мүмкін. Сондықтан, студенттер өлшенген ыстықтықтардың мәндерін ең алдымен суреттегі сүлбелерге сәйкесті реттеп алуға тиіс.

2 Реттелген қанығу ыстықтықтарына сәйкес қанығу қысымдарын жұмыс дененің көрнек сызбағы арқылы анықтап, сол кестеде келтіріңіздер.

Бұлар арқылы фреон-12-нің igpi не TS-сызбағында БЖС-ның нақты жылуқозғалымдық айналымын салыңыздар. Салынған айналымды есептеңіздер. Ол үшін TS-сызбағынан  жұмыс дененің 1,2,3,4-нүктелеріндегі қажырларын (кДЖ/кг): i1=, i2=, i3=, i4= және 1-нүктедегі сорылатын будың м3/кг меншікті көлемін анықтап, сол кестеде келтіріңіздер.

 

1.3 Теориялық жылуқозғалымдық айналымының есебі

Кестеде келтірілген мәліметтер арқылы БЖС-ның  келесі көрсеткіштерін анықтаңыздар:

         1 Фреон-12-нің меншікті салқын өнімін (холодопроизводительность)

qá = i1 - i4 =,  кДж/кг.                                          (1.2)    

2 Сығымдағыштағы теориялық сығу жұмысын

l = i2 - i1 =,кДж/кг.                                                        (1.3)

3 Фреон-12-нің шықтағыштағы беретін меншікті жылулығын

q = qá + l =,кДж/кг.                                            (1.4)

4 Тоңазытқыш айналымының теориялық тоңазытқыштық еселеуішін (холодильный коэффициент) 

eТ = qб/l = TÎ/(TØ - TÎ)=.                            (1.5)

5 БЖС-ның теориялық жылуландыру еселеуішін (отопительный

коэффициент)

xÒ = q/l = (qÁ + l)/l =eТ + 1 = ТÎ/(ТØ - ТÎ) + 1 = ТØ/(ТØ - ТÎ)=.         (1.6)

6 Сығымдағыштың піспектерінің сағаттық алатын көлемін

                                      Vс = 60(D2/4)h×n×z =, м3/сағ.                           (1.7)

         мұндағы D = 67,5 мм піспектің қосөресі, м;

                          h = 50 мм піспектің жүрісі(ход поршня), м;

                     n = 960 – сығымдағыш білігінің айналу жиілігі, айналым/мин;

                     Z=7-сырықтардың саны.

         7 Фреон-12-нің жалпы салқын өнімін

                Qб = (Vс/n1)×qб =, ((м3/сағ)/(м3/кг))*(кДж/кг)=кДж/сағ.                   (1.8)

         8 Буландырғышқа келетін фреон-12-нің шығысын              

                                                      G = Qб/qб =, кг/сағ.                                           (1.9)

         9 Сығымдағыштағы кететін теориялық қуатты                                

                                                  Nò = Qá/ =, кВт.                                             (1.10)

10 Сығымдағышқа сорылатын фроен-12-ің буының көлемдік шығысын

V1 = G×n1 =, м/сағ.                                          (1.11)

11 Шықтағыштың жылулық жүктемесін

Q = QбxÒ /eТ = , кДж/сағ.                                (1.12)

12 Жұмыс дененің қалыпты жағдайлардағы көлемдік салқын өнімін

                                      q = qá/n1 =, кДж/м                                        (1.13)

 

         1.4 Нақты айналымның есебі

         БЖС-ның нақты айналымында сығымдағыштың көлемдік және қайраттық ысыраптары болады. Көлемдік ысыраптар БЖС-ның өнімділігін азайтады, ал қайраттық ысыраптар теорияға қарағаннан қуат шығыстарын ұлғайтады.

         Көлемдік ысыраптардың барлық түрлері берілу еселеуішімен (коэффициент подачи; жылутәсілдік анықтамалар бойынша) келесідей ескеріледі [20]

                                                  l = lк ×lж×lтғ.                                              (1.14)

    Мұндағылар келесідей анықталады  

                                 lк = lv×lрк                                                       (1.15)    

         -сорудың көрсетуші (к; индикаторлық) еселеуіші

                                  lv = 1 – v0((рш0)1/1,2 – 1);                            (1.16)

    - көлемдік еселеуіші

   lж = Тош = (tо+273)/(tш+273);                               (1.17)

         -жылыту еселеуіші;

         рш – шықтағыштағы қысым, ал қалғандары келесідей жуықта ескеріледі:      lрк = 0,95 –реттегіш кедергінің еселеуіші;

         v0 = 0,04-зиянды көлемінің үлесі 4%;

     lтғ = 0,98 – тығыздық еселеуіші.

     Сонда сығымдағыштың нақты сағаттық өнімі келесідей табылады

Vсн = Vс/l =,м/сағ.                                           (1.18)

П.П.Левиннің [20] кейіптемесі бойынша сығымдағыштың ішкі ПЖЕ-і (әдетте в= 0,001) 

hі = lж + в×to.                                                   (1.19)

         Сондықтан сығымдағыштың индикаторлық қуаты

                                               Ni = NÒ/hі =, кВт.                                    (1.20)         

Сырықтары тік орналасқан сығымдағыштардың механикалық ПЖЕ-і

hм =0,85–0,9, яғни hм =0,87. Сондықтан сығымдағыштың нәтижелік (эффективная) қуаты

Nн = Nэ = Ni/hм  =, кВт.                           (1.21)

         Оның электр қозғалтқышының қуаты

Nݺ = Nн/hш =, кВт.                                           (1.22)

Мұндағы hш  = 0,88–ременді шегергіштің (редуктордың) ПЖЕ-і.

Сығымдағыштың электр қозғалтқышының есепті қуатын зерттеу кезінде ваттметрмен өлшенген мәнімен салыстырыңыздар.

 

1.5 Бақылау сұрақтары

1 Неліктен тоңазытқыш пен жылулық сорғылардың айналымдарын бірге зерттеуге болады?

2 Желдеткіштердің міндеттері мен маңызы неде?

3  мен  екенін қалай ұғуға болады?

4 Теориялық және нақты айналымдардың айырмашылықтары неде?

5 Зерттелген жұмыстың маңыздылығы неде?

1.6 Ұсынылатын әдебиеттер тізімі: [9 - 11, 20].

 

1.7 Жылулық сорғыларды пайдаланудың мысалды есептері

 

         Қоршаған ортамен (яғни қалыпты күйдегі әуемен) салыстыра анықталатын қайтымды құбылыстардағы қайраттың ең үлкен жұмыстық қабілеттілігін эксергия дейміз. Дененің эксергиясының (Ех) қайратына (Э) қатынасын жұмыс қабілеттілігінің (эксергияның) еселеуіші дейді [10, 11]

                                                                                                   (1.23)

Механикалық пен электрлік қайтымды құбылыстарда  болады. Жылу, жылуқозғалымның екінші заңы бойынша, жұмысқа толық өзгермейді. Жылулық қайтымды құбылыстарда t, (1.7.1) анықтамасы бойынша, Карноның қайтымды тура айналымының пайдалы жұмыс еселеуішіне (ПЖЕ ) тең

                        (1.24)

         Қоршаған ортаның ыстықтығы Т0-дегі ыстықтығы Т жұмыс дененің жылуынан қайтымды пайда болған ең үлкен жұмысты жылулық эксергия дейміз.

 Жылудың Т ыстықтық деңгейінен Т0 ыстықтық деңгейіне өтуінің өте маңызды және іс жүзінде кең таралған, (1.24)-ке байланысты, келесі  жағдайларын қарастырайық.

Егер жылу көзінің ыстықтығы беруші ыстықтығына тең болып, қоршаған ортаның ыстықтығынан жоғары (Т = Тб > Т0) болса, (1.24) бойынша, жылулық қозғалтқыштардағыдай (тепловые двигатели), 0 < tq < 1 болады.

Егер сыртқы жұмыс арқылы ыстықтығы төмен (Т < Т0) деңгейден (жылу көзінен) жылу, ыстықтық деңгейі жоғары қоршаған ортаға (Т0 = ТҚ) қабылдаушының ыстықтығында берілсе, рефрижератор (ағылшынша refrigeration - салқындату) секілді сыртқы жұмысты салқындатқыш-тардағыдай, (1.24) бойынша tq < 0 болады. Сол секілді, ыстықтығы Т < Т0 жылу көзінің жылуы  қоршаған ортаға Т0 < Тб - тоңазытқыштың (не мұздатқыштың) сыртқы бетінің (беруші) ыстықтығында тасталса, (1.24) бойынша, мұнда да,  tq < 0 болады.

Егер жылу көзінің ыстықтығы Т қоршаған ортаның Т0 ыстықтығынан не төмен (Т < Т0)  , не жоғары (Т > Т0) болып, бірақ, сыртқы жұмыс арқылы,  беруші Тб ыстықтығы қабылдаушының ТҚ ыстықтығынан жоғары болса (Тб > ТҚ), жылу көзінің жылуы, жылулық сорғыдағыдай (тепловой насос) тұтынушыларға беріледі не басқадай пайдалынады. Бұл жағдайда да (1.24) бойынша tq < 0 болады.

         Жылулық сорғылардың пайдалану салаларының үнемиеттік (экономика) және мекенқорғаулық (экология) тиімділерінің бірі - жылуландыру саласы. Өйткені көптеген өндірістік салалардың қалдықты жылуларын қоршаған ортаға тастап, оны жылулық ластаудың орнына, жылулық сорғылар арқылы пайдалануға болады. Бұған төменде мысалдарды  есептерде келтіреміз. Ал, бұл жерде жылулық сорғылардың  тиімділігін Карноның қайтымды кері айналымымен бағалайық.

         Бұл айналым бойынша сыртқы  жұмыс арқылы салқын көзден  жылулығы алынып, ыстық көзге (тұтынушыға)  жылулығы берілсе, жылулық сорғының жетістігі жылуландыру еселеуішімен келесідей анықталады

                                             (1.25)

         Мұндағы салқындату еселеуіші (холодильный коэффициент).

         Ыстық жылулық көздің ыстықтығы газды шығырлардың шығыстарындағы түтіндерінің ыстықтықтарындай жоғары () болса, ондай денелерді жылулық қозғалтқыштардың (су буы секілді) жұмыс денелері жасауға не басқадай (бугазды қондырғылардағыдай) пайдаланауға болады. Ал салқын жылулық көздің ыстықтығы ге шамалас (мысалы, қазандықтардың түтініндей) болса, жылулығы жаңғыртылады.

Жылулық сорғының төменгі мүмкіндікті жылу көзі (ТМЖК) ретінде, мысалы ЖЭС-ның шықтағышындағы буды салқындатып, ыстықтықтығы Т0 = 27 + 273 = 300 К-ге көтерілген тәсілдік су болып, жылулық сорғыда өндірілген жылу арқылы тұтынушыларға берілетін желі суының ыстықтығы Ты = 127 + 273 = 400 К-ге жеткізілсе, жылулық сорғының тиімділігі (1.7.3) бойынша келесідей бағаланады

                                                                      (1.26)

Сонда, жылулық сорғыда пайдаланған сыртқы жұмыстың тиімділігі шамамен 0,3 болып, электрліктің өндіріліп – жеткізілуінде (1/0,3 @ 3) үш еседей ұтылсақ, жылулық сорғы оның есесін қайырып (0,3×4 > 1) бергендей болады.

         1-есеп (2.6[11]). Жылулық өнімділігі  бірсатылы бусығулы жылулық сорғының (БЖС, парокомпрессионный тепло- вой насос - ПТН) сүлбесін есеп- теңіздер (1.2-сурет).

         Төменгі мүмкіндікті жылу көзі ретінде буландырғышқа берілуі мен одан шығуындағы ыстықтықтары  мен  өзеннің  суы алынған. Жылулық сорғының жұмыс денесінің қосымша салқындатқышына берілуі мен шықтағыштың шығысындағы желі суының ыстықтықтары:  мен . Жылулық сорғының жұмыс денесі - хладон R-21.

         Шешімі. Буландырғыштағы ыстықтық айырым  деп, жұмыс дененің булану ыстықтығын анықтаймыз:

                                                            (1.27)

         Шықтандырғыштағы ыстықтық айырым   деп, су буының шықтану ыстықтығын  анықтаймыз:

                            (1.28)

         Хладон R-21-дің Ts-көрнек сызбағы бойынша [9 - 11] сүлбені сипаттаушы нүктелердегі көрсеткіштерін анықтаймыз:

         1-нүктеде:

         2- нүктеде:

         3- нүктеде:

         4-нүктеде:

         5- нүктеде:            (1.29)

         Жылуалмасусыздық ішкі ПЖЕ-і  сығымдағыштың шығысындағы жұмыс дененің қажыры:

                                        (1.30)

         Сығымдағыштың ішкі жұмысы:

                                                      (1.31)

         Буландырғыштың меншікті жылулық жүктемесі:

                                                   (1.32)

         Шықтағыштың меншікті жылулық жүктемесі:

                                                   (1.33)

         Салқындатқыштың меншікті жылулық жүктемесі:

                                                   (1.34)

         Қайраттық теңестік:

                 (1.35)

            Жұмыс дененің маңыздық шығысы:

                                     (1.36)

            Сығымдағыштың көлемдік өнімділігі:

                                 (1.37)

         Буландырғыштың есепті жылулық жүктемесі:

                                                          (1.38)

         Cалқындатқыштың есепті жылулық жүктемесі:

                                                                (1.39)

         Сығымдағыштың электромеханикалық ПЖЕ-індегі () меншікті жұмысы:

                                                      (1.40)

         Өндірілген жылулыққа кеткен меншікті электр қайраты:

                                                            (1.41)

         Сығымдағыштың электрлік қуаты:

                                                             (1.42)

         БЖС-ның жылуландыру еселеуіші:

                                     (1.43)

         Төменгі мүмкіндікті (салқын) жылулық көздің орта ыстықтығы:

                                                               (1.44)

         Өндірілген жылулықтың орта ыстықтығы:

                                                        (1.45)

         Мүмкіндігі  жылудың жұмыстық қабілеттілінің еселеуіші (1.25) ( десек):

                   .                    (1.46)

БЖС-ның ПЖЕ-і:

                            (1.47)

         1.7.2-есеп (2.7[11]). Жылуландырулық қазандықты (ЖҚ, отопительная котельная) жылулық сорғылы қондырғымен (ЖСҚ) ауыстырғанда қанша отын үнемделеді, егер беруші құбырдағы су ыстықтығы дегі жылулық жүктеме  жылуландыру еселеуіш , электр желінің ПЖЕ-і  жылуландыру қазандықтың  ПЖЕ-і   болса?

         Шешімі. ЖСҚ сығымдағышының электр қозғалтқышының қуаты:

                                                        (1.48)

         Электр желінің ысырабын ескергендегі бұл қозғалтқыштың қуаты:

                                               (1.49)

         Бұған сәйкесті ШЭС-ның отын шығысы:

          шартты отынның кг/сағ.  (1.4.9)

Мұндағы  ш.о. кг/(кВт×сағ) - ШЭС-дағы 1 кВт×сағат электр қайратын өндіруге кететін шартты отынның меншікті шығысы.

Жылуландыру қазандықтағы  жылулықты өндіруге кететін шартты отынның шығысы:

  (1.50)

Шартты отынның үнемделуі:

(1.51)

Тұтынушыларға берілген жылулықтың әрбір ГДж-на үнемделген меншікті шартты отын:

                     (1.52)

 

         2 - Зерттеу жұмысы. Салқынды қамту жүйесін зерттеу

         Мұнда келесі екі тапсырманың бірі жасалуы мүмкін.

         1-тапсырма. Берілген хлорлық натрий ерітіндісінің мұздану ыстықтығын өлшеп, ерітіндісінің жылусыйымдылығы мен хлорлық натрийінің шоғырын (2.1-кестедегі белгілі ср(t) мен С(t) тәуелділіктері бойынша) анықтаңыздар (2 сағат).

         2- тапсырма. Тоңазытқышта өндіріліп тұтынушыға берілетін салқынның мөлшерін анықтаңыздар (4 сағат).

         Бұл екі жұмыста ең тиімді бусығулы тоңазытқыш пайдаланады. Тоңазытқыш пен оның салқын қамту жүйесінің қағидалы сүлбесі 2.1 - суретте (нақты зерттеу қондырғысына сәйкесті) келтірілген.

Екінші тапсырманың әдістемесі 1- зерттеу жұмысындағыдай.

Сондықтан мұнда тек 1-тапсырманың әдістемесі келтірілді.

 

2.1 Жұмыстың реті

1 Тоңазытқыш іске қосылады.      

 

 

2.1-сурет. Салқынды қамту жүйесінің қағидалы сүлбесі:

  1-ыстықтықтықұстағыш (термостат), 2 – буландырғышты – салқындатқыш құтысы   (испарительно - охладительная камера), 3 – сығымдағыш (компрес- сор), 4 - буландырғыш (дроссель), 7 – зерттелетін дененің ыдысы (кювета), 8 – шығысөлшер (расходомер), 9 – салқын- дағыш, 10 – сорғы; А- тоңазытқыштың сүлбесі, Б- салқынды тұтыну сүлбесі.  

1   Буландырғышты – салқындатқыш-тың құтысындағы ыдысқа тұздың шоғыры белгісіз хлорлық натрий ерітіндісі құйылады.

2 Әрбір уақыт сайын ерітіндінің ыстықтығы жазылып отырылады.

 

 

3        Әрбір уақыт сайын ерітіндінің ыстықтығы жазылып отырылады.

4        Ерітіндінің ыстықтығы 4 – 5 минуттай өзгермей тұрақталуымен тәжірибе аяқталады.

5        Ерітіндінің мұздануына дейінгі ыстықтықтың өзгерісін уақытқа тәуелді сызбақ ретінде көрсетіңіздер.

6        2.1 - кестенің мәліметтері бойынша ср(t) мен С(t) тәуелдіктерін салып, ерітіндісінің анықталған мұздану ыстықтығына сәйкесті оның жылусыйымдылығы мен хлорлық натрийдің шоғырын  табыңыздар.

                  

         2.2 Ұсынылатын әдебиеттер тізімі:[ 7,20–22]

 

 

 

 

 

 2.1- кесте Хлорлық натрий ерітіндісінің қасиеттері

Мұздàну(t,0C) ыстықтығы

NaClерітіндісіндегі хлорлық

натрийдің  шоғыры,  С(t), %

NaClерітіндісінің жылусый ымдылығы, ср(t), кДж/(кгК)

0,9

-1,8

-2,6

-3,5

-5,4

-8,6

-12,2

1,5

2,9

4,3

5,6

8,3

12,2

16,2

4,19

4,07

1,0

3,88

3,48

3,33

3,25

 

3 – Зерттеу жұмысы.Градирняның үлгісін зерттеу

  

3.1 Градирнялардың негізгі ұғымдары

Әртүрлі жылутәсілдік пен жылуқайраттық қондырғылардың айналғы суын әуелік ауамен жылумаңызалмасулы салқындатушы қондырғыны градирня дейміз. Мысалы, жылу электр станцияларда (ЖЭС) айналғы су булы шығырлардың шығысындағы буды салқындатып шықтандыруға (95 – 96 %) және майлар мен сутегіні салқындатуға, түтіннің күлін ұстап онымен отынның қожын тасуға пайдаланады.

Егер, шықты ЖЭС-ның (ШЭС-ның) жағылатын отынының жылулық қабілеттілігінің жартысынан асасы осы айналғы сумен қоршаған ортаға тасталатынын ескерсек, градирнялардың міндеті зор екенін және оның үнемиеттік пен мекенқорғаулық маңызды екенін көреміз.

Шықтағыштың (ПЖЕ-сі h мен буының шығысы D және қажыр өзгерісі Dh)  жылулық теңестігі бойынша айналғы судың шығысы

G = DDhh/(Dt×cp)                                       (3.1)

судың ыстықтық айырымы Dt мен cp – жылусыйымдылығына кері сәйкесті. Бұл тұрғыдан су салқындатқыш дене ретінде табиғи өте қолайлы, өйткені оның  жылусыйымдылығы жоғары, ал салқын ыстықтығы (ылғалды ыстықтықөлшердің ыстықтығына (температуре мокрого термометра) тең болатындықтан) төмен. Дегенмен, ШЭС-ның шықтағышындағы будың қанығу ыстықтығы 30 0С-ден төмен болатындықтан, әдетті судың ыстықтық өзгерісі Dt = 3¸8 0С-дей-ақ өте аз болады. Сондықтан айналғы судың шығысы өте жоғары болады. Шынында үлкен ШЭС-ның осы кезенгі градирняларынан 8 ¸ 20 м3/с-ден аса су өтеді. Мысалы, осы секілді 3 ¸ 4 градирнялардан өтетін судың шығысы Ертіс – Қарағанды су арнасындай.

Градирняның келесі ерекшелігі – ол үлкендігі. Жаңағы аталған зор мұнаралы (башенные) градирнялардың биіктігі 100 ¸ 150 м, ал төменгі қосөресі 70 ¸ 160 м, жылуалмасу беті 4 ¸ 10 мың м2-ге жетеді, өйткені бу мен судың ыстықтық айырымының мәні өте аз (4 ¸ 9 0С-дей - ақ) және жылуөту еселеуіші k-нің мәні де аз болатындықтан аталған өте көп Q – жылуөтудің теңдеуі

                                              (3.2)

бойынша жылуалмасу F бетінің аса үлкендігімен анықталады.

Жылуөту қарқынын (яғни k-нің мәнін) көтеру үшін градирнялардың суы мен ауасын көбінде қарсы не қиылысты және еріксіз ағынды; суын тетікті үлдірлі, тамшылы не үлдірлі – тамшылы, ал өзі (құрылысы бойынша) әдетті айрықиінді (гиперболлалы) не көп қырлы пирамидалы жасалады.

Градирнялардың жұмысы келесі көрсеткіштермен сипатталады:

- судың бүркілу тығыздығымен

j = G/F, кг/(м2с);                                     (3.3)

- меншікті жылулық жүктемесімен

q = Q/F, Вт/м2;                                         (3.4)

- градирняның ішіндегі ауаның ағынды күшімен салыстырылған табиғи көтерілу күшімен, яғни Архимед сынамасымен (санымен)

                                     (3.5)

Мұндағы DШ мен wШ – градирняның шығысындағы қосөресі, м мен ауаның жылдамдығы,

м/с; g – еркін түсу үдеуі, м/с2;

rС мен rШ – градирняның сырты мен шығысындағы ауаның тығыздығы, кг/м3.

Егер Ar < 3 болса, сыртқы салқын ауа градирняға өтпейді. Ar = 3 ¸ 6 аралығында сыртқы ауаның градирняға өтуі шамалы. Ал Ar > 7 болғанда, сыртқы ауа градирняның су бүркілетін жеріне дейін жетеді.

 

3.2 Үшінші зерттеу - жұмысына тапсырмалар

Градирнялардың аталған ерекшеліктеріне сүйене, жеке екі тапсырма ретінде екі мәселеге көңіл бөлеміз. 

1 - тапсырма. Градирняның су шығысы жоғары болатындықтан оны тасуға кететін ЖЭС-ның өзіндік шығысы да көп болады. Сондықтан, 1- тапсырма ретінде градирняның электрлік пен жылулық қуаттарының маңызды NЭ(Q) тәуелділігін анықтаңыздар (4 сағат).

2 - тапсырма. Градирняның суы ауамен түйіспелі араласуы арқылы суыйды. Ал, нақты араласу құбылысы – жылуқозғалымдық қайтымсыз құбылыс. Сондықтан, 2-тапсырма ретінде градирняның пайдалы жылулық еселеуішін (ПЖЕ-н) анықтаңыздар (4 сағат).

Бұл секілді маңызды тапсырмаларды жалғастыра беруге болады. Мысалы, салқындалатын судың шығысын не ыстықтығын ауаның күйіне тәуелді анықтау да маңызды, өйткені градирняның жұмысы ауа райына (қысы – жазы) тәуелді.

Аталған тапсырмаларды градирняның келесі үлгісімен тәжірибелі зерттеуге болады.

           

 

 

3.3 Градирняның зерттелетін үлгісінің сипаттамасы

 Градирняның зерттелетін үлгісіндегі (3.1- сурет) шықтағыштың міндетін U-15 түрлі ыстықтықұстағыш (термостат) атқарады. Айналғы су термостатта         электрлі қыздырылып (оның ыстықтығы шығыр шықтағышындағы будың   қанығу ыстықтығына тең деп алынады (нақты жағдайда t1су < tҚбу)),  градирняға

беріліп, ауамен түйіспелі салқындалады. Суды салқындатушы ауа градирняға қарсы ағынды сығымдағышпен беріліп, сумен жылумаңызалмасып градирнядан шығады. Су мен ауаның шығыстары ротаметрмен (доңғалақты шығыс- өлшермен), шаққылы қысымөлшер (дифманометр) мен аралық (шайба) арқылы анықталады. Су мен ауаның ыстықтықтары градирняның кірісі мен шығысындағы хромель – алюмельді ыстықжұпта (термопаралар) арқылы мультиметрмен анықталады.

 

3.4 Градирняның электрлік шығынын жылулығына тәуелді анықтау реті

Бірінші тапсырма бойынша градирняның маңызды электрлік пен жылулық қуаттарының NЭ(Q) тәуелділігі келесі ретпен анықталады:

а) қондырғы 220 В-ті электрлік жүйеге қосылады;

б) электр өзгерткішімен (ЛАТР) градирняның жұмыс тәртібі қойылады;

в) ²Сорғы² мен ²Тез қыздыру² қосқыштарымен термостат қосылады;

г) термостатта судың жоғарғы ыстықтығы беріледі;

д) термостаттың реттегіші мен ротаметр арқылы судың шығысы беріледі;

е) ЛАТР арқылы ауаның сығымдағышының электрлік кернеуі беріледі;

ж) вольтметр мен амперметрдің көрсетулері жазылады;

и) судың градирняның кірісі мен шығысындағы ыстықтықтары жазылады,

к) судың кірісі мен шығысындағы ыстықтықтары өзгертіліп, градирняның келесі жұмыс тәртібі қойылады;

л) осы секілді градирняның 4 ¸ 5 жұмыс тәртіптері зерттеліп, мәліметтері кестеге жазылады. Оның бағаналарының аттары келесідей болады:

         1) тәртіптердің реті;

         2) электр кернеулері, U, В;

         3) электр ағыны, I, A;

         4) t1су. 0C;

         5) t2су. 0C;

         6) Gсу, л/с (кг/с).

 

3.5 Мәліметтердің өңдеу реті:

1 Ауа сығымдағышының (не желдеткішінің) электрлік қуатын анықтау

NЭ = UI, Вт.                                         (3.6)

2  Судың ыстықтық өзгерісін анықтау

Dt = t1 – t2, 0С.                                        (3.7)

3        Градирняның жылулық жүктемесін анықтау

Q = GcPDt, Вт.                                        (3.8)

4   Градирняның электрлік пен жылулық қуаттарының NЭ(Q) тәуелділігін

анықтап, оның сызбағын келтіру

                                                        j = NЭ/Q.                                                 (3.9)

5 Өңдеу мәліметтерін 3.2- кестеге келтіріп, қорытынды жасау. Оның

бағаналарының аттары келесідей болады: а) өңдеу реті; б) NЭ, Вт; в) Dt, 0С; г) Q, Вт; д) j = NЭ/Q.

 

3.6 Градирняның пайдалы жылулық еселеуішінің анықтау реті

Екінші тапсырма бойынша градирняның пайдалы жылулық еселеуіші (h) келесі ретпен анықталады:

а) термостаттағы судың ыстықтығы мен шығысын қалыптастыру;

б) сорғыны қосу;

в) берілген шығысты (G = 0,15 ì3/ñ) ауаны градирняға беру;            

г) қалыптасқан жылумаңызалмасулық тәртіпте су мен ауаның шы- ғыстарын және градирняның кірісі мен шығысындағы ыстықтықтарын анықтап, 3.3- кестеде келтіру;

д) градирняның суы мен ауасының жылулық теңестігі арқылы пайдалы

жылулық еселеуішін келесідей  анықтау

h = GауаDtауаcpауа/ GсуDtсуcpсу;                          (3.10)

е) қорытынды жасаңыздар.

Градирня - буландыру

 

3.7 Бақылау сұрақтары

1  Градирня дегеніміз не? Оның міндеттері мен ерекшеліктері қандай?

2  Градирнялар қайда және неліктен пайдаланады?

3  Градирняға ауа райы қандай әсер етеді?

4  Градирнялардың қандайы үнемділік тиімді?

5  Градирняның қоршаған ортаға тиетін әсері қандай?

         6  Градирнялардың үнемділік және мекенқорғаулық тиімділіктерін оның орнына өзен мен көлдердің суын пайдалануларымен салыстырыңыздар.

7        Буландырулардың жылуөту еселеуіштерін қалай көтеруге болады?

8        Жасалған зерттеу арқылы нені игере алдыңыздар?

 

3.8     Ұсынылатын әдебиеттер тізімі: [15, 16, 23 - 26].

                                                 

 

 

 

 

 

 

 

Әдебиеттер тізімі

 

         1. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия.-5-е изд.: УП для хим.спец.вузов.- М.: ВШ, 2003.-527 с.

2. Исаев С.И. Термодинамика: Уч. для вузов.-3-е изд.-М.: МГТУ, 2000.-416 с.

3. Химия окружающей среды.- Пер. С англ. /Под ред. А.П.Цыганкова.- М.: Химия, 1982.-672 с.

4. Юдаев Б.Н. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче: УП для вузов.- М.: ВШ, 1968.-372 с.

5. Физическая химия в вопросах и ответах / Под ред. К.В.Топчиевой, Н.В.Федорович.- М.: МГУ, 1981.-264 с.

6. Кудряшев И.В., Каретников Г.С. Сборник примеров и задач по физической химии.- М.: ВШ, 1991.-527 с.

7. Промышленные тепломассообменные процессы и установки./ Под ред. А. М. Бакластова.- М.: ЭАИ, 1986. –327 с.

8. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: УП для вузов / Под ред. П.Г. Романкова.-10-е изд.,перераб. И доп.- Л.: Химия, 1987.-576 с.  

9. Янтовский Е.И. Парокомпрессионные теплонасосные установки.- М.: Энергоиздат, 1982.-144 с.         

10. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения.- М.: Энергоиздат, 1981.-320 с.

11. Мартынов А.В. Установки для трансформации тепла и охлаждения: Cборник задач.- М.: ЭАИ, 1989-200 с.

12. Вукалович М.П. и Новиков И.И. Техническая термодинамика.- М.: Энергия, 1968.-496 с.

         13. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика.- М.: Энергия, 1974.-448 с.

         14. Ермекбаев К.Б., Темирбаев Д.Ж. Термодинамические основы теплотехники: УП для вузов.- Алма-Ата: КазПТИ им. В.И. Ленина, 1979.-58 с.

15. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции.- М.: ЭАИ, 1987.-328 с.

16. Промышленные тепловые электростанции /М.И. Баженов, А.С. Богородский, Б.В. Сазанов, В.Н. Юренов //Под ред. Е.Я. Соколова.-М.:Энергия, 1979.-296с.

         17. Беликов С.Е., Котлер В.Р. Нулевые выбросы в атмосферу // Теплоэнергетика - 2004.- №1.- С.69-72.

         18. Кириллов В.А., Кузин Н.А., Куликов А.В. Применение каталитического способа окисления углеводородных газов для получения тепла в бытовой теплоэнергетике // Теплоэнергетика.- 2000.- №1.- С.18-22.

         19. Пугач Л.И. Энергетика и экология: Учебник.- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003.-504 с.

         20. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки.-М.: Энергоиздат, 1982.-320 с.

21. Теплообменные аппараты холодильных установок / Под ред. Г.Н. Даниловой.-Л.:Машиностроение, 1986.-303 с.

22. Холодильные машины: Справочник. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.-223 с.

23. Борисов Б.Г.,Багров О.Н., Калинин Н.В. Системы водоснабжения промпредприятий.-М.:МЭИ, 1987.-64 с.

24. Фарфоровский Б.С., Фарфоровский В.Б. Охладители циркуляционной воды тепловых электростанций.-Л.:Энергия,1972.-112 с.

25. Абрамов Н.И. Водоснабжение.-М.:Стройиздат,1982.-440 с.

26. Огай В.Д., Кибарин А.А., Тютебаева Г.М. Реализация технологического процесса на ТЭС: Методические указания к выполнению лабораторных работ.-Алматы:АИЭС, 2004.-48 с.

27. Борисова Н.Г., Стояк В.В. Исследование работы компрессионного теплового насоса.- Алматы:АИЭС, 2004.-21 с.

28. Темірбаев Д.Ж. Жылутәсілдемелік физикалық химияның негіздері: Оқу құралы.-Алматы: АЭжБИ,2006.-81 б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мазмұны

 

Алғы сөз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

Зерттеулік жұмыстарға жалпы түсініктер мен нұсқаулар. . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1-зерттеу жұмысы. Бөлмені жылытатын жылулық сорғыны зерттеу. . . . . . . .. .4

1.1   Жылулық сорғының жылуқозғалымдық сипаттамасы . . . . . . . . . . . . .4

1.2  Жұмыстың жүргізілуі мен есептеу реті. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .5

1.3 Теориялық жылуқозғалымдық айналымының есебі . . . . . . . . . . . . . . .6

1.4 Нақты айналымның есебі. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.5 Бақылау сұрақтары. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  .7

1.6 Ұсынылатын әдебиеттер тізімі: [9 - 11, 20]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  7

1.7 Жылулық сорғылардың пайдалануының мысалды есептері . . . . . . . . 7

2-зерттеу жұмысы.Салқынды қамту жүйесін зерттеу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

2.1 Жұмыстың реті. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2 Ұсынылатын әдебиеттер тізімі: [7, 20 - 22] . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .  .12

3- зерттеу жұмысы. Градирняның үлгісін зерттеу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

3.1 Градирняның негізгі ұғымдары . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.2 Үшінші зерттеу жұмысына тапсырмалар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.3 Градирняның зерттелетін үлгісінің сипаттамасы . . . . . . . . . . . . . . .  . 15

3.4 Градирняның электрлік шығынын жылулығына тәуелді анықтау

реті. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . ..  15

3.5 Мәліметтердің өңдеу реті . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . .15

3.6 Градирняның пайдалы жылулық еселеуішінің анықтау реті . . . . . . . 16

3.7 Бақылау сұрақтары . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.8 Ұсынылатын әдебиеттер тізімі: [15, 16, 23 - 26] . . . . . . . . . . . . . . . . .  16

   Әдебиеттер тізімі . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        2006 ж. қосымша жоспары, реті  74

 

 

 

 

 

Дүйсенби Жүсіпұлы Темірбаев

 

 

ЖЫЛУТӘСІЛДЕМЕЛІК

    ФИЗИКАЛЫҚ ХИМИЯНЫҢ

                   НЕГІЗДЕРІ

           

   Пәндік жаттығулар мен зерттеу сабаќтарына арналған
єдістемелік н±сќаулар

(050717-Жылуќайраттыќ мамандығының студенттері үшін)

 

 

 

 

   

 

Редакторы    Ж.А. Байбураева

 

Басуға қол қойылды _______                                     Пішімі  60х84  1/16

Тиражы ______дана                                          1 типография қағазы

Көлемі ____оқу. б.т.                                            Тапсырма ___________

Бағасы __________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы энергетика және байланыс институтының

                                         көшірмелі – көбейткіш бюросы

                               050013 Алматы, Байтұрсынұлы көшесі, 12