Quyida issiqlik almashinuvchilari qanday ishlashini tushunish uchun foydali bo'lgan ba'zi termodinamik printsiplar keltirilgan:
- Termodinamikaning birinchi qonuni:Birinchi qonun energiyaning saqlanish qonuni deb ataladi, unda energiya (issiqlik va ish shaklida) yaratilishi yoki yo'q qilinishi mumkin emas. U faqat boshqa tizimga o'tkazilishi yoki u yoki bu shaklga aylantirilishi mumkin. Issiqlik almashtirgichlarda bu bayonot issiqlik balansi tenglamasi bilan tarjima qilinadi:
(Issiqlik) ortiqcha (Issiqlik hosil bo'lishi)=(Isitish chiqishi) va (Issiqlik to'planishi)
Agar u barqaror oqimda ishlaydi deb faraz qilsak, bu issiqlik xossalari vaqt o'zgarishi bilan barcha nuqtalarda doimiy bo'lib qoladi va tizim adiabatik (mukammal izolyatsiyalangan) bo'lsa, issiqlik balansi tenglamasi Heat In=Heat Out ga soddalashadi. . Bu issiqlik almashtirgichlarni loyihalash va ishlatishda ishlatiladigan eng asosiy tenglamalardan biridir.
- Termodinamikaning ikkinchi qonuni:Ikkinchi qonun entropiya tushunchasini, tizimning tartibsizlik va tasodifiylik darajasini kiritadi. Koinotning entropiyasi doimo o'sib bormoqda va hech qachon kamayishi mumkin emas. U bizga eng yuqori entropiya hosil bo'ladigan ikkita o'zaro ta'sir qiluvchi tizim orasidagi energiya oqimining yo'nalishini aytadi. Issiqlik har doim yuqori haroratli tanadan past haroratga o'tkaziladi, bu barcha tizimlarning tabiiy tendentsiyasidir. Issiqlik almashinuvchilari uchun sovuq suyuqlik issiqlikni oladi va uning haroratini oshiradi va issiq suyuqlik issiqlikni yo'qotadi va uning haroratini pasaytiradi.
Issiqlik uzatish mexanizmi
Issiqlik almashinuvchilarida issiqlikni uzatishda ishtirok etadigan mexanizm ham o'tkazuvchanlik, ham konveksiyaning kombinatsiyasi hisoblanadi. Issiqlik uzatishning harakatlantiruvchi kuchi - kirish va chiqish harorati o'rtasidagi harorat farqi minus jarayon oqimining kirish va chiqish harorati.
Yaqinlashish harorati:Issiqlik almashtirgichning yaqinlashish harorati suyuqlik oqimining chiqish va kirish harorati o'rtasidagi farq, minus jarayon oqimining kirish va chiqish harorati o'rtasidagi farqdir. Issiq yaqinlashish harorati bilan farq issiq kirish harorati va sovuq chiqish harorati o'rtasida bo'ladi. Sovuq yaqinlashish harorati bilan teskari sovuq yaqinlashish harorati va issiq chiqish harorati mavjud.
Barcha issiqlik almashinuvchilari optimal yaqinlashish haroratiga ega, bu issiqlik almashtirgichni sotib olish to'g'risida qaror qabul qilishda e'tiborga olinishi kerak, chunki yaqinlashish haroratini noto'g'ri hisoblash jarayon uchun noto'g'ri issiqlik almashtirgich turiga ega bo'lishiga olib kelishi mumkin.
O'tkazish:Bu qo'shni molekulalarning to'g'ridan-to'g'ri to'qnashuvi orqali issiqlik energiyasini uzatishdir. Kinetik energiyasi yuqori bo'lgan molekula issiqlik energiyasini kinetik energiyasi past bo'lgan molekulaga o'tkazadi. Qattiq jismlarda tezroq uchraydi. Issiqlik almashinuvchilari uchun u ikkita suyuqlikni ajratib turadigan devorda sodir bo'ladi. Furyening issiqlik o'tkazuvchanligi qonuni shuni ko'rsatadiki, materialning ko'ndalang kesimiga normal bo'lgan issiqlik uzatish tezligi salbiy harorat gradientiga proportsionaldir. Proportsionallik konstantasi materialning issiqlik o'tkazuvchanligidir.
Q = -k A
Bu erda Q - issiqlik uzatish tezligi, k - materialning issiqlik o'tkazuvchanligi, A - issiqlik oqimining yo'nalishiga normal maydon va dT / dx - harorat gradienti.
Konvektsiya:Issiqlik almashtirgichlarda konvektsiya suyuqlikning devor yuzasiga nisbatan katta hajmdagi harakati orqali sodir bo'ladi va shu bilan issiqlik energiyasini uzatadi. Bu hodisa Nyutonning sovutish qonuni bilan ifodalanadi, unda issiqlik yo'qotish tezligi tananing va uning atrofidagi haroratning farqiga mutanosibdir (masalan, devor va suyuqlik).Q = h A ΔT
Bu erda Q - issiqlik uzatish tezligi, A - issiqlik oqimining yo'nalishiga normal bo'lgan maydon va DT - devor va suyuqlik o'rtasidagi harorat farqi. H bilan belgilangan konvektiv issiqlik uzatish koeffitsienti devor o'lchamlari, suyuqlikning fizik xususiyatlari va suyuqlik oqimining xususiyatlariga qarab baholanadi.Supero'tkazuvchi qismli issiqlik almashtirgichning ishlashi paytida issiqlik issiq suyuqlikdan sovuq suyuqlikka quyidagi ketma-ketlikda o'tkaziladi:
- Issiq suyuqlikdan devorning qo'shni yuzasiga konveksiya orqali.
- Devor yuzasi orqali o'tkazuvchanlik yo'li bilan.
- Devordan sovuq suyuqlikka konveksiya orqali.
