Ilman fysikaaliset ominaisuudet: tiheys, viskositeetti, ominaislämpökapasiteetti. Ilman dynaaminen ja kinemaattinen viskositeetti eri lämpötiloissa
1. Lämmönkulutus tuloilman lämmitykseen
Q t \u003d L ∙ ρ ilma. ∙ ilman kanssa. ∙(t int. - t out.),
missä:
ρ ilmaa. on ilman tiheys. Kuivan ilman tiheys 15°C:ssa merenpinnan tasolla on 1,225 kg/m³;
ilman kanssa – ilman ominaislämpökapasiteetti 1 kJ/(kg∙K)=0,24 kcal/(kg∙°С);
t int. – ilman lämpötila lämmittimen ulostulossa, °С;
t ulos. - ulkoilman lämpötila, °С (kylmimmän viiden päivän jakson ilman lämpötila rakennusilmaston mukaan 0,92 varmuudella).
2. Jäähdytysnesteen virtaus lämmittimelle
G \u003d (3,6 ∙ Q t) / (s in ∙ (t pr -t arr)),
missä:
3,6 - muuntokerroin W kJ/h (virtausnopeuden saamiseksi kg/h);
G - vedenkulutus lämmittimen lämmittämiseen, kg / h;
Q t - lämmittimen lämpöteho, W;
c c - veden ominaislämpökapasiteetti, joka on 4,187 kJ / (kg ∙ K) \u003d 1 kcal / (kg ∙ ° С);
t pr. - jäähdytysnesteen lämpötila (suora viiva), ° С;
t ulos. – lämmönsiirtoaineen lämpötila (paluulinja), °C.
3. Putken halkaisijan valinta lämmittimen lämmitykseen
Vedenkulutus lämmittimelle , kg/h4. I-d-kaavio ilmanlämmitysprosessista
Ilman lämmitys lämmittimessä etenee arvolla d=const (vakiokosteuspitoisuudella).
1Kansainvälinen energiajärjestö arvioi, että autojen hiilidioksidipäästöjen vähentämisen painopiste on polttoainetehokkuuden parantaminen. CO2-päästöjen vähentäminen ajoneuvojen polttoainetehokkuutta lisäämällä on yksi maailman yhteisön prioriteeteista, kun otetaan huomioon uusiutumattomien energialähteiden järkevän käytön tarve. Tätä varten kansainvälisiä standardeja tiukennetaan jatkuvasti, mikä rajoittaa moottorin käynnistystä ja toimintaa matalissa ja jopa korkeissa ympäristön lämpötiloissa. Artikkelissa käsitellään polttomoottoreiden polttoainetehokkuutta ympäröivän ilman lämpötilasta, paineesta ja kosteudesta riippuen. Esitetään tutkimuksen tulokset polttomoottorin imusarjan tasaisen lämpötilan ylläpitämisestä polttoaineen säästämiseksi ja lämmityselementin optimaalisen tehon määrittämiseksi.
lämmityselementin teho
ympäristön lämpötila
ilmalämmitys
polttoainetaloutta
optimaalinen ilman lämpötila imusarjassa
1. Autojen moottorit. V.M. Arkangelski [ja muut]; resp. toim. NEITI. Hovah. M.: Mashinostroenie, 1977. 591 s.
2. Karnaukhov V.N., Karnaukhova I.V. Polttomoottorin täyttökertoimen määritys // Kuljetus- ja kuljetusteknologiset järjestelmät, kansainvälisen tieteellisen ja teknisen konferenssin materiaalit, Tjumen, 16. huhtikuuta 2014. Tyumen: Tyumen State University Publishing House, 2014.
3. Lenin I.M. Autojen ja traktorien moottoreiden teoria. M.: Korkeakoulu, 1976. 364 s.
4. Yutt V.E. Autojen sähkölaitteet. M: Publishing House Hot Line-Telecom, 2009. 440 s.
5. Yutt V.E., Ruzavin G.E. Polttomoottoreiden elektroniset ohjausjärjestelmät ja menetelmät niiden diagnosointiin. M.: Publishing House Hot Line-Telecom, 2007. 104 s.
Johdanto
Elektroniikan ja mikroprosessoriteknologian kehitys on johtanut sen laajaan käyttöön autoissa. Erityisesti elektronisten järjestelmien luomiseen moottorin, vaihteiston, kulkuvälineen ja lisälaitteiden automaattista ohjausta varten. Moottorin elektronisten ohjausjärjestelmien (ECS) käyttö mahdollistaa polttoaineenkulutuksen ja pakokaasujen myrkyllisyyden vähentämisen samalla, kun moottorin teho kasvaa, kiihtyvyys ja kylmäkäynnistyksen luotettavuus lisääntyvät. Nykyaikaiset ESU:t yhdistävät polttoaineen ruiskutuksen ohjauksen ja sytytysjärjestelmän toiminnan. Ohjelmaohjauksen toteuttamiseksi ohjausyksikössä tallennetaan ruiskutuksen keston (syötetyn polttoaineen määrän) riippuvuus kuormituksesta ja moottorin kierrosluvusta. Riippuvuus on esitetty taulukon muodossa, joka on kehitetty samantyyppisen moottorin kattavien testien perusteella. Samanlaisia taulukoita käytetään sytytyskulman määrittämiseen. Tätä moottorinhallintajärjestelmää käytetään kaikkialla maailmassa, koska tietojen valinta valmiista taulukoista on nopeampi prosessi kuin laskelmien suorittaminen tietokoneella. Ajoneuvojen ajotietokoneet korjaavat taulukoista saadut arvot kaasuläpän asentoantureiden signaalien, ilman lämpötilan, ilmanpaineen ja tiheyden mukaan. Tämän nykyaikaisissa autoissa käytetyn järjestelmän tärkein ero on jäykän mekaanisen yhteyden puuttuminen kaasuventtiilin ja sitä ohjaavan kaasupolkimen välillä. Perinteisiin järjestelmiin verrattuna ESU voi vähentää polttoaineenkulutusta eri ajoneuvoissa jopa 20 %.
Alhainen polttoaineenkulutus saavutetaan polttomoottorin kahden päätoimintatavan erilaisella organisoinnilla: matalakuormitustila ja suuren kuormituksen tila. Tässä tapauksessa ensimmäisessä tilassa oleva moottori toimii heterogeenisella seoksella, suurella ilmaylimäärällä ja myöhäisellä polttoaineen ruiskutuksella, minkä vuoksi varaus kerrostuu ilman, polttoaineen ja jäljellä olevien pakokaasujen seoksesta. jota se toimii laihalla seoksella. Suuren kuormituksen tilassa moottori alkaa toimia homogeenisella seoksella, mikä johtaa haitallisten aineiden päästöjen vähenemiseen pakokaasuissa. ESA-dieselmoottorien päästömyrkyllisyyttä käynnistettäessä voidaan vähentää erilaisilla hehkutulpilla. ESU vastaanottaa tietoa imuilman lämpötilasta, paineesta, polttoaineenkulutuksesta ja kampiakselin asennosta. Ohjausyksikkö käsittelee antureilta tulevaa tietoa ja antaa ominaiskarttojen avulla polttoaineen syöttökulman arvon. Jotta voidaan ottaa huomioon tulevan ilman tiheyden muutos sen lämpötilan muuttuessa, virtausanturi on varustettu termistorilla. Mutta imusarjan lämpötilan ja ilmanpaineen vaihteluiden seurauksena, yllä olevista antureista huolimatta, ilman tiheys muuttuu hetkellisesti ja sen seurauksena hapen syöttö polttokammioon vähenee tai lisääntyy.
Tarkoitus, tavoitteet ja tutkimusmenetelmä
Tjumenin osavaltion öljy- ja kaasuyliopistossa suoritettiin tutkimuksia Kia Sidin, MZR2.3- polttomoottorien KAMAZ-740, YaMZ-236 ja D4FB (1,6 CRDi) imusarjan lämpötilan pitämiseksi vakiona. L3T - Mazda CX7. Samalla ilmamassan lämpötilan vaihtelut otettiin huomioon lämpötila-antureilla. Normaalin (optimaalisen) ilman lämpötilan varmistaminen imusarjassa on suoritettava kaikissa mahdollisissa käyttöolosuhteissa: kylmä moottori käynnistetään, käytetään alhaisilla ja suurilla kuormituksilla, käytettäessä alhaisissa ympäristön lämpötiloissa.
Nykyaikaisissa nopeissa moottoreissa lämmönsiirron kokonaisarvo osoittautuu merkityksettömäksi ja on noin 1 % polttoaineen palamisen aikana vapautuvasta kokonaislämmöstä. Ilmanlämmityksen lämpötilan nousu imusarjassa 67 ˚С:een johtaa lämmönsiirron intensiteetin laskuun moottoreissa, eli ΔТ:n laskuun ja täyttökertoimen kasvuun. ηv (kuva 1)
missä ΔT on ilman lämpötilaero imusarjassa (˚K), Tp on ilman lämmityslämpötila imusarjassa, Tv on ilman lämpötila imusarjassa.
Riisi. 1. Kaavio ilman lämmityslämpötilan vaikutuksesta täyttökertoimeen (KAMAZ-740-moottorin esimerkissä)
Ilman lämmitys yli 67 ˚С ei kuitenkaan johda ηv:n nousuun, koska ilman tiheys pienenee. Saadut kokeelliset tiedot ovat osoittaneet, että vapaasti hengittävissä dieselmoottoreissa ilman lämpötila on toiminnan aikana ΔТ=23÷36˚С. Testit ovat vahvistaneet, että nestemäisellä polttoaineella toimivissa polttomoottoreissa ero täyttökertoimen ηv arvossa, joka lasketaan olosuhteissa, joissa tuore panos on ilmaa tai ilma-polttoaineseosta, on merkityksetön ja on alle 0,5 %. siksi kaikentyyppisille moottoreille ηv määräytyy ilman avulla.
Muutokset lämpötilassa, paineessa ja ilman kosteudessa vaikuttavat minkä tahansa moottorin tehoon ja vaihtelevat välillä Ne=10÷15% (Ne on moottorin tehollinen teho).
Aerodynaamisen ilmanvastuksen kasvu imusarjassa selittyy seuraavilla parametreilla:
Lisääntynyt ilman tiheys.
Muutos ilman viskositeetissa.
Polttokammioon tulevan ilman luonne.
Lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että korkea ilman lämpötila imusarjassa lisää hieman polttoaineen kulutusta. Samalla alhainen lämpötila lisää sen kulutusta jopa 15-20 %, joten tutkimukset tehtiin ulkolämpötilassa -40 ˚С ja sen lämpeneminen +70 ˚С imusarjassa. Optimaalinen polttoaineenkulutus on ilman lämpötila imusarjassa 15÷67 ˚С.
Tutkimustulokset ja analyysit
Testeissä määritettiin lämmityselementin teho sen varmistamiseksi, että polttomoottorin imusarjassa säilyy tietty lämpötila. Ensimmäisessä vaiheessa määritetään lämpömäärä, joka tarvitaan lämmittämään ilmaa, jonka massa on 1 kg vakiolämpötilassa ja ilmanpaineessa, tätä varten otetaan: 1. Ympäristön lämpötila t1=-40˚C. 2. Lämpötila imusarjassa t2=+70˚С.
Tarvittava lämpömäärä saadaan kaavalla:
(2)
missä СР on ilman massalämpökapasiteetti vakiopaineessa, määritettynä taulukon mukaan ja ilman lämpötilassa 0 - 200 ˚С.
Suuremman ilmamassan lämmön määrä määritetään kaavalla:
missä n on lämmitykseen tarvittava ilmamäärä kg moottorin käydessä.
Polttomoottorin käydessä yli 5000 rpm:n nopeudella henkilöautojen ilmankulutus on 55-60 kg/h ja kuorma-autoissa 100 kg/h. Sitten:
Lämmittimen teho määritetään kaavalla:
missä Q on ilman lämmitykseen käytetyn lämmön määrä J:ssä, N on lämmityselementin teho W, τ on aika sekunteina.
On tarpeen määrittää lämmityselementin teho sekunnissa, joten kaava on muotoa:
N=1,7 kW - henkilöautojen lämmityselementin teho ja kuorma-auton ilmavirralla yli 100 kg/h - N=3,1 kW.
(5)
missä Ttr on tuloputken lämpötila, Ptr on paine tuloputkessa Pa, T0 - , ρ0 on ilman tiheys, Rv on ilman yleinen kaasuvakio.
Korvaamalla kaavan (5) kaavaksi (2) saadaan:
(6)
(7)
Lämmittimen teho sekunnissa määritetään kaavalla (4) ottaen huomioon kaava (5):
(8)
Tulokset laskettaessa lämpömäärää, joka tarvitaan 1 kg painavan ilman lämmittämiseen keskimääräisellä ilmankulutuksella henkilöautoilla yli V=55kg/h ja kuorma-autoilla yli V=100kg/h, on esitetty taulukossa 1.
pöytä 1
Taulukko imusarjan ilman lämmittämiseen tarvittavan lämmön määrän määrittämiseksi ulkoilman lämpötilasta riippuen
|
V>55kg/tunti |
V>100kg/tunti |
|||
|
Q, kJ/s |
Q, kJ/s |
|||
Taulukon 1 tietojen perusteella muodostettiin käyrä (kuva 2) lämmön määrästä Q sekunnissa, joka kului ilman lämmittämiseen optimilämpötilaan. Kaavio osoittaa, että mitä korkeampi ilman lämpötila, sitä vähemmän lämpöä tarvitaan optimaalisen lämpötilan ylläpitämiseen imusarjassa ilman tilavuudesta riippumatta.
Riisi. 2. Lämmön määrä Q sekunnissa, joka kuluu ilman lämmittämiseen optimilämpötilaan
taulukko 2
Lämmitysajan laskenta eri ilmatilavuuksille
|
Q1, kJ/s |
Q2, kJ/s |
|||
Aika määritetään kaavalla τsec=Q/N ulkolämpötilalla >-40˚С, Q1 ilmavirtauksella V>55 kg/h ja Q2- V>100 kg/h
Edelleen taulukon 2 mukaan on piirretty käyrä ajasta, joka kuluu ilman lämmittämiseen +70 ˚С ICE-jakotukkiin eri lämmittimen tehoilla. Kaavio osoittaa, että lämmitysajasta riippumatta, kun lämmittimen tehoa lisätään, eri ilmamäärien lämmitysaika tasaantuu.
Riisi. 3. Ilman lämmitysaika +70 ˚С asti.
Johtopäätös
Laskelmien ja kokeiden perusteella on todettu, että edullisinta on käyttää säädettävän tehon lämmittimiä tietyn lämpötilan ylläpitämiseksi imusarjassa, jotta saavutetaan jopa 25-30 % polttoainesäästö.
Arvostelijat:
Reznik L.G., teknisten tieteiden tohtori, "Maantieliikenteen toiminta" -laitoksen professori FGBO UVPO "Tyumen State Oil and Gas University", Tyumen.
Merdanov Sh.M., teknisten tieteiden tohtori, professori, "Transport and Technological Systems" -laitoksen johtaja FGBO UVPO "Tyumen State Oil and Gas University", Tyumen.
Zakharov N.S., teknisten tieteiden tohtori, professori, Venäjän liikenneakatemian nykyinen jäsen, osaston "Autojen ja teknisten koneiden huolto" johtaja FGBO UVPO "Tyumen State Oil and Gas University", Tyumen.
Bibliografinen linkki
Karnaukhov V.N. LÄMMITYSELEMENTIN TEHON OPTIMOINTI OPTIMAALISEN ILMAN LÄMPÖTILAN SÄILYTTÄMISEKSI JÄÄN ottokanavassa // Tieteen ja koulutuksen nykyaikaisia ongelmia. - 2014. - Nro 3;URL-osoite: http://science-education.ru/ru/article/view?id=13575 (käyttöpäivä: 01.02.2020). Tuomme huomionne Kustantajan "Academy of Natural History" julkaisemat lehdet
Tarkastellaan ilman tärkeimpiä fysikaalisia ominaisuuksia: ilman tiheys, sen dynaaminen ja kinemaattinen viskositeetti, ominaislämpökapasiteetti, lämmönjohtavuus, lämpödiffuusio, Prandtl-luku ja entropia. Ilman ominaisuudet on annettu taulukoissa riippuen lämpötilasta normaalissa ilmanpaineessa.
Ilman tiheys vs. lämpötila
Yksityiskohtainen taulukko kuivan ilman tiheysarvoista eri lämpötiloissa ja normaalissa ilmanpaineessa. Mikä on ilman tiheys? Ilman tiheys voidaan määrittää analyyttisesti jakamalla sen massa sen varaamalla tilavuudella. tietyissä olosuhteissa (paine, lämpötila ja kosteus). Sen tiheys on myös mahdollista laskea tilakaavan ideaalikaasuyhtälön avulla. Tätä varten sinun on tiedettävä ilman absoluuttinen paine ja lämpötila sekä sen kaasuvakio ja moolitilavuus. Tämän yhtälön avulla voit laskea ilman tiheyden kuivassa tilassa.
Käytännössä, saadaksesi selville, mikä on ilman tiheys eri lämpötiloissa, on kätevää käyttää valmiita pöytiä. Esimerkiksi annettu taulukko ilmakehän ilman tiheysarvoista riippuen sen lämpötilasta. Ilman tiheys taulukossa ilmaistaan kilogrammoina kuutiometriä kohden ja on annettu lämpötila-alueella miinus 50 - 1200 celsiusastetta normaalissa ilmanpaineessa (101325 Pa).
| t, °С | ρ, kg/m3 | t, °С | ρ, kg/m3 | t, °С | ρ, kg/m3 | t, °С | ρ, kg/m3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -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 |
25 °C:ssa ilman tiheys on 1,185 kg/m3. Kuumennettaessa ilman tiheys pienenee - ilma laajenee (sen ominaistilavuus kasvaa). Nostamalla lämpötilaa esimerkiksi 1200 °C:seen asti saavutetaan erittäin alhainen ilman tiheys, joka on 0,239 kg/m3, mikä on 5 kertaa pienempi kuin sen arvo huoneenlämpötilassa. Yleensä lämmityksen väheneminen mahdollistaa luonnollisen konvektion kaltaisen prosessin tapahtumisen ja sitä käytetään esimerkiksi ilmailussa.
Jos vertaamme ilman tiheyttä suhteessa, niin ilma on kevyempi kolmella suuruusluokalla - lämpötilassa 4 ° C, veden tiheys on 1000 kg / m 3 ja ilman tiheys on 1,27 kg / m 3. On myös tarpeen huomioida ilman tiheyden arvo normaaleissa olosuhteissa. Kaasujen normaaliolot ovat sellaisia, joissa niiden lämpötila on 0 °C ja paine on yhtä suuri kuin normaali ilmakehän paine. Eli taulukon mukaan ilman tiheys normaaleissa olosuhteissa (NU:ssa) on 1,293 kg / m 3.
Ilman dynaaminen ja kinemaattinen viskositeetti eri lämpötiloissa
Lämpölaskelmia suoritettaessa on tarpeen tietää ilman viskositeetin arvo (viskositeettikerroin) eri lämpötiloissa. Tätä arvoa tarvitaan Reynoldsin, Grashofin, Rayleighin lukujen laskemiseen, joiden arvot määrittävät tämän kaasun virtaustilan. Taulukko näyttää dynaamisten kertoimien arvot μ ja kinemaattista ν ilman viskositeetti lämpötila-alueella -50 - 1200 °C ilmakehän paineessa.
Ilman viskositeetti kasvaa merkittävästi lämpötilan noustessa. Esimerkiksi ilman kinemaattinen viskositeetti on 15,06 10 -6 m 2 / s lämpötilassa 20 ° C, ja lämpötilan noustessa 1 200 ° C: een ilman viskositeetiksi tulee 233,7 10 -6 m 2 / s, eli se kasvaa 15,5 kertaa! Ilman dynaaminen viskositeetti 20°C lämpötilassa on 18,1·10 -6 Pa·s.
Kun ilmaa kuumennetaan, sekä kinemaattisen että dynaamisen viskositeetin arvot kasvavat. Nämä kaksi määrää ovat yhteydessä toisiinsa ilman tiheyden arvon kautta, jonka arvo pienenee, kun tätä kaasua kuumennetaan. Ilman (sekä muiden kaasujen) kinemaattisen ja dynaamisen viskositeetin kasvu lämmityksen aikana liittyy ilmamolekyylien voimakkaampaan värähtelyyn niiden tasapainotilan ympärillä (MKT:n mukaan).
| t, °С | μ 10 6, Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ 10 6, Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ 10 6, Pa s | 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 |
Huomautus: Ole varovainen! Ilman viskositeetti on annettu potenssilla 10 6 .
Ilman ominaislämpökapasiteetti lämpötiloissa -50 - 1200°С
Esitetään taulukko ilman ominaislämpökapasiteetista eri lämpötiloissa. Taulukon lämpökapasiteetti on annettu vakiopaineessa (ilman isobarinen lämpökapasiteetti) lämpötila-alueella miinus 50 - 1200°C kuivalle ilmalle. Mikä on ilman ominaislämpökapasiteetti? Ominaislämpökapasiteetin arvo määrittää lämpömäärän, joka on syötettävä yhteen kilogrammaan ilmaa vakiopaineessa, jotta sen lämpötila nousee 1 asteen. Esimerkiksi 20 °C:ssa 1 kg:n tätä kaasua lämmittämiseen 1 °C:lla isobarisessa prosessissa tarvitaan 1005 J lämpöä.
Ilman ominaislämpökapasiteetti kasvaa lämpötilan noustessa. Ilman massalämpökapasiteetin riippuvuus lämpötilasta ei kuitenkaan ole lineaarinen. Alueella -50 - 120°C sen arvo ei käytännössä muutu - näissä olosuhteissa ilman keskimääräinen lämpökapasiteetti on 1010 J/(kg deg). Taulukon mukaan on nähtävissä, että lämpötila alkaa vaikuttaa merkittävästi arvosta 130°C. Ilman lämpötila vaikuttaa kuitenkin sen ominaislämpökapasiteettiin paljon heikommin kuin sen viskositeetti. Joten kuumennettaessa 0 - 1200 °C, ilman lämpökapasiteetti kasvaa vain 1,2 kertaa - 1005 - 1210 J/(kg deg).
On huomattava, että kostean ilman lämpökapasiteetti on suurempi kuin kuivan ilman. Jos vertaamme ilmaa, on selvää, että veden arvo on suurempi ja ilman vesipitoisuus johtaa ominaislämmön kasvuun.
| t, °С | C p , J/(kg astetta) | t, °С | C p , J/(kg astetta) | t, °С | C p , J/(kg astetta) | t, °С | C p , J/(kg astetta) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -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 |
Lämmönjohtavuus, lämpödiffuusio, ilman Prandtl-luku
Taulukossa näkyvät ilmakehän ilman fysikaaliset ominaisuudet, kuten lämmönjohtavuus, lämpödiffuusio ja sen Prandtl-luku lämpötilasta riippuen. Ilman lämpöfysikaaliset ominaisuudet on annettu alueella -50 - 1200 °C kuivalle ilmalle. Taulukon mukaan voidaan nähdä, että ilmalla esitetyt ominaisuudet riippuvat merkittävästi lämpötilasta ja tämän kaasun tarkasteltavien ominaisuuksien lämpötilariippuvuus on erilainen.
Savukaasujen lämpötila kattilayksikön takana riippuu poltetun polttoaineen tyypistä, syöttöveden lämpötilasta t n v, polttoaineen arvioidusta hinnasta С t , sen vähentynyt kosteus
missä 
Teknisen ja taloudellisen optimoinnin perusteella perälämpöpinnan polttoaineen ja metallin käytön tehokkuuden ehdon sekä muiden olosuhteiden mukaan saatiin seuraavat suositukset arvon valintaan 
annettu taulukossa 2.4.
Taulukosta. 2.4, halvoille polttoaineille valitaan pienemmät savukaasujen optimilämpötilan arvot ja kalliille polttoaineille suuremmat arvot.
Matalapainekattiloihin (R ei .≤ 3,0 MPa) takalämmityspinnoilla savukaasujen lämpötila ei saa olla alhaisempi kuin taulukossa ilmoitettuja arvoja. 2.5, ja sen optimaalinen arvo valitaan teknisten ja taloudellisten laskelmien perusteella.
Taulukko 2.4 - Kattiloiden savukaasujen optimilämpötila
jonka kapasiteetti on yli 50 t/h (14 kg/s) poltettuna
vähärikkiset polttoaineet
|
Syöttöveden lämpötila t n in, 0 С |
Vähentynyt polttoaineen kosteus |
||
|
|
|
|
|
Taulukko 2.5 - Matalapainekattiloiden savukaasujen lämpötila
kapasiteetti alle 50 t/h (14 kg/s)
|
|
|
|
Kosteussäädetyt hiilet ja maakaasu | |
|
hiilet kanssa | |
|
Korkearikkinen polttoöljy | |
|
Turve ja puujäte |
, 0 С
KE- ja DE-tyyppisten kattiloiden savukaasujen lämpötila riippuu voimakkaasti t n c:stä. Syöttöveden lämpötilassa t n =100°C, 
, ja t n in = 80 ÷ 90 0 С se pienenee arvoihin 
.
Rikkipitoisia polttoaineita, erityisesti runsasrikkistä polttoöljyä, poltettaessa on olemassa ilmanlämmittimen matalan lämpötilan korroosion vaara metalliseinän minimilämpötilassa t st savukaasujen kastepisteen t p alapuolella. T p:n arvo riippuu vesihöyryn t k lauhtumislämpötilasta niiden osapaineessa savukaasuissa P H 2 O, rikki S n ja tuhka An vähentyneestä pitoisuudesta käyttöpolttoaineessa
,
(2.3)
missä 
- polttoaineen lämpöarvo, mJ/kg tai mJ/m 3 .
Vesihöyryn osapaine on
(2.4)
jossa: Р=0,1 MPa – savukaasun paine kattilan ulostulossa, MPa;
r H 2 O on vesihöyryn tilavuusosuus pakokaasuissa.
Korroosion poistamiseksi kokonaan ilman erityisiä suojatoimenpiteitä t st:n tulee olla 5 - 10 °C korkeampi
tp ,
tämä johtaa kuitenkin merkittävään kasvuun 
yli sen taloudellisen merkityksen. Siksi samaan aikaan lisätä 
ja ilman lämpötila ilmanlämmittimen tuloaukossa 
.
Seinän minimilämpötila, riippuen esivalituista arvoista 
ja 
määritetään kaavoilla: regeneratiivisille ilmanlämmittimille (RAH)
(2.5)
putkimaisille ilmanlämmittimille (TVP)
(2.6)
Kiinteitä rikkipitoisia polttoaineita poltettaessa tulee ilman lämpötilan ilmanlämmittimen tuloaukossa olla 
ota vähintään k, määritettynä P H 2 O:sta riippuen.
Korkearikkisiä polttoöljyjä käytettäessä tehokas tapa torjua matalan lämpötilan korroosiota on polttoöljyn polttaminen pienillä ilmaylimääräillä ( 
= 1,02 ÷ 1,03). Tämä polttomenetelmä eliminoi käytännössä täysin matalan lämpötilan korroosion ja on tunnustettu lupaavimmaksi, mutta se vaatii polttimien huolellista säätöä ja kattilayksikön toiminnan parantamista.
Asennettaessa vaihdettavia TVP-kuutioita tai vaihdettavaa kylmä (RVP) tiivistettä ilmanlämmittimen kylmävaiheisiin, seuraavat tuloilman lämpötilan arvot ovat sallittuja: 
regeneratiivisissa ilmanlämmittimissä 60 - 70°С ja putkimaisissa ilmanlämmittimissä 80 - 90°С.
Ilman esilämmitys arvoihin asti 
, ennen ilmanlämmittimeen tuloa asennetaan yleensä höyrylämmittimet, joita lämmitetään valitulla turbiinista tulevalla höyryllä. Käytetään myös muita ilmanlämmitysmenetelmiä ilmanlämmittimen tuloaukossa ja toimenpiteitä matalan lämpötilan korroosion estämiseksi, nimittäin: kuuman ilman kierrättäminen puhaltimen imuun, ilmanlämmittimien asennus välilämmönsiirtäjällä, kaasuhaihduttimet jne. H 2 SO 4 -höyryjen neutraloimiseen käytetään erilaisia lisäaineita sekä kattilayksikön kaasukanavissa että polttoaineessa.
Ilman lämmityslämpötila riippuu polttoainetyypistä ja uunin ominaisuuksista. Jos suurta ilmanlämmitystä ei vaadita kuivaus- tai polttoaineen palamisolosuhteiden vuoksi, on suositeltavaa asentaa yksivaiheinen ilmanlämmitin. Tässä tapauksessa tehokattiloiden optimaalinen ilman lämpötila, riippuen syöttöveden ja savukaasujen lämpötilasta, määräytyy suunnilleen kaavalla
Ilmanlämmittimen kaksivaiheisessa sijoittelussa kaavan (2.7) mukaisesti määritetään ensimmäisen vaiheen takana oleva ilman lämpötila ja lämmittimen toisessa vaiheessa ilma lämmitetään tästä lämpötilasta kuumaan ilmaan. lämpötila valittu taulukon mukaan. 2.6.
Tyypillisesti ilmalämmittimen kaksivaiheista asettelua "leikkauksessa" vesisäästöporrasilla käytetään arvolla t hw > 300°C. Tässä tapauksessa ilmanlämmittimen "kuuman" vaiheen edessä olevien kaasujen lämpötila ei saa ylittää 500 °C.
Taulukko 2.6 - Kattilayksiköiden ilmanlämmityslämpötila
kapasiteetti yli 75 t/h (21,2 kg/s)
|
Tulipesän ominaisuudet |
Polttoaineluokka |
"Ilman lämpötila. °С |
|
1 Uunit kiinteän kuonanpoistolla suljetulla pölynkäsittelykierrolla |
Kiveä ja vähärasvaista hiiltä Ruskeahiilenleikkurit. | |
|
2 Nestemäisen kuonanpoistouunit, sis. vaakasuuntaisilla sykloneilla ja pystysuoralla esiuunilla kuivattaessa polttoainetta ilmalla ja syötettäessä pölyä kuumalla ilmalla tai kuivausaineella |
Ash, PA ruskea hiilet Kivihiilet ja Donetsk laiha | |
|
3 Kuivattaessa polttoainetta kaasuilla suljetussa pölynkäsittelykierrossa, kiinteän kuonan poiston yhteydessä sama nestemäisen kuonan poiston kanssa |
ruskeat hiilet |
300 - 350 x x 350 - 400 x x |
|
4 Kuivattaessa polttoainetta kaasuilla avoimessa pölynkäsittelykierrossa kiinteän kuonanpoistolla Nestemäisen kuonanpoistolla |
Kaikille |
350 - 400 x x |
|
5. Kammiouunit |
Polttoöljy ja maakaasu |
250-300 x x x |
x Korkean kosteuden turpeella/W p > 50 % / ota 400 °C;
хх Korkeampi arvo korkealla polttoaineen kosteudella;
xxx Arvo t gw tarkistetaan kaavalla .
Ne kulkevat läpinäkyvän ilmakehän läpi lämmittämättä sitä, saavuttavat maan pinnan, lämmittävät sen ja ilma lämpenee myöhemmin siitä.
Pinnan ja siten ilman kuumenemisaste riippuu ensisijaisesti alueen leveysasteesta.
Mutta kussakin tietyssä kohdassa sen (t o) määräävät myös useat tekijät, joista tärkeimmät ovat:
A: korkeus merenpinnan yläpuolella;
B: pohjapinta;
B: etäisyys valtamerten ja merien rannikoista.
A - Koska ilma lämpenee maan pinnalta, mitä pienemmät alueen absoluuttiset korkeudet ovat, sitä korkeampi ilman lämpötila (samalla leveysasteella). Vesihöyryllä tyydyttymättömässä ilmassa havaitaan kuvio: jokaista 100 metrin korkeutta kohden lämpötila (t o) laskee 0,6 o C.
B - Pinnan laadulliset ominaisuudet.
B 1 - väriltään ja rakenteeltaan erilaiset pinnat imevät ja heijastavat auringon säteitä eri tavoin. Suurin heijastavuus on tyypillistä lumelle ja jäälle, minimi tummille maaperälle ja kiville.
Maan valaistus auringonsäteillä päivänseisauksen ja päiväntasauksen päivinä.
B 2 - eri pinnoilla on erilainen lämpökapasiteetti ja lämmönsiirto. Joten Maailman valtameren vesimassa, joka vie 2/3 maan pinnasta, lämpenee korkean lämpökapasiteetin vuoksi erittäin hitaasti ja jäähtyy hyvin hitaasti. Maa lämpenee nopeasti ja jäähtyy nopeasti, eli jotta noin 1 m 2 maata ja 1 m 2 vesipinta voitaisiin lämmittää samaan lämpötilaan, on kulutettava eri määrä energiaa.
B - rannikolta mantereiden sisäpuolelle vesihöyryn määrä ilmassa vähenee. Mitä läpinäkyvämpi ilmakehä, sitä vähemmän auringonvaloa siroaa siihen ja kaikki auringonsäteet saavuttavat maan pinnan. Kun ilmassa on suuri määrä vesihöyryä, vesipisarat heijastavat, sirottavat, imevät auringonsäteitä, eivätkä ne kaikki saavuta planeetan pintaa, kun taas sen lämmitys vähenee.
Korkeimmat ilman lämpötilat mitataan trooppisilla autiomailla. Saharan keskialueilla lämpötila varjossa on lähes 4 kuukauden ajan yli 40 °C. Samaan aikaan päiväntasaajalla, jossa auringonsäteiden tulokulma on suurin, lämpötila nousee. ei ylitä +26 °C.
Toisaalta maapallo kuumenneena kappaleena säteilee energiaa avaruuteen pääasiassa pitkän aallon infrapunaspektrissä. Jos maan pinta on kääritty pilvien "peittoon", kaikki infrapunasäteet eivät poistu planeetalta, koska pilvet viivästävät niitä heijastaen takaisin maan pinnalle.
Kirkkaalla taivaalla, kun ilmakehässä on vähän vesihöyryä, planeetan lähettämät infrapunasäteet menevät vapaasti avaruuteen, kun taas maan pinta jäähtyy, mikä jäähtyy ja siten alentaa ilman lämpötilaa.
Kirjallisuus
- Zubashchenko E.M. Alueellinen fyysinen maantiede. Maan ilmasto: opetusväline. Osa 1. / E.M. Zubaštšenko, V.I. Shmykov, A.Ya. Nemykin, N.V. Poljakov. - Voronezh: VGPU, 2007. - 183 s.