Интиқоли гармии конвексия дар системаҳои хунуккунии муҳаррик
Системаи хунуккунии муҳаррик яке аз зерсистемаҳои муҳимтарин дар нигоҳ доштани самаранокӣ, самаранокӣ ва дарозумрии муҳаррик мебошад - хоҳ дар мошинҳои автомобилӣ, хоҳ дар генераторҳо, хоҳ дар мошинҳои саноатӣ ё дигар мошинҳое, ки гармии баланд ба вуҷуд меоранд. Ҳангоми кор кардани муҳаррик, сӯхтани сӯзишворӣ ва соиш байни ҷузъҳои дохилӣ миқдори зиёди гармиро ба вуҷуд меорад. Агар ин гармӣ идора карда нашавад, ҳарорати муҳаррик метавонад аз ҳадди бехатар зиёдтар шавад, ки боиси паст шудани самаранокӣ, вайроншавии равған, деформатсияи ҷузъҳо ва ҳатто аз кор мондани муҳаррик мегардад. Дар ин ҷо интиқоли гармӣ, бахусус конвексия, нақши муҳим мебозад.
Мафҳумҳои асосии интиқоли гармӣ
Умуман, интиқоли гармӣ тавассути се механизм сурат мегирад: гузаронандагӣ, конвексия ва радиатсия. Дар системаҳои хунуккунии муҳаррик, ҳар се ҳамзамон рух медиҳанд, аммо конвексия аксар вақт "бозигари асосӣ" аст, зеро он ҷараёни моеъҳо (моеъҳо ё газҳо)-ро дар бар мегирад, ки гармиро аз як ҷой ба ҷои дигар интиқол медиҳанд.
– Ноқилият: интиқоли гармӣ тавассути маводҳои сахт, масалан, аз девори силиндр ба оби қабати болоӣ.
– Конвексия: интиқоли гармӣ байни сатҳи сахт ва моеъи ҳаракаткунанда, масалан, аз девори муҳаррик ба моеъи хунуккунанда ё аз болҳои радиатор ба ҳаво.
– Радиатсия: партоби энергияи гармӣ тавассути мавҷҳои электромагнитӣ, масалан, аз сатҳи муҳаррики гарм ба муҳити атроф.
Дар ҳоле ки пулҳои ноқилӣ гармиро аз дохили муҳаррик ба сатҳҳое, ки бо моеъ тамос доранд, интиқол медиҳанд, конвексия муайян мекунад, ки ин гармӣ то чӣ андоза самаранок интиқол ва хориҷ карда мешавад.
Таъриф ва механизми конвексия
Конвексия интиқоли гармӣ аст, ки дар натиҷаи якҷояшавии ду раванд ба амал меояд: (1) паҳншавии гармӣ (гузаронандагӣ) дар қабати моеъ, ки ба сатҳ хеле наздик аст ва (2) интиқоли массаи худи моеъ (адвексия), ки энергияи гармиро мебарад. Конвексияро метавон ба инҳо тақсим кард:
1. Конвексияи табиӣ
Ин аз сабаби фарқияти зичӣ аз сабаби фарқияти ҳарорат ба амал меояд. Моеъҳои гарм сабуктар мешаванд ва боло мераванд, дар ҳоле ки моеъҳои хунук ғарқ мешаванд. Мисол, ҳаракати ҳаво дар атрофи муҳаррики гарм ҳатто бе вентилятор мебошад.
2. Конвексияи маҷбурӣ
Ин вақте рух медиҳад, ки моеъ тавассути дастгоҳи беруна, ба монанди насос ё вентилятор, ҳаракат мекунад. Дар системаҳои муосири хунуккунии муҳаррик, конвексияи маҷбурӣ бартарӣ дорад: моеъи хунуккунанда дар атрофи блоки муҳаррик насос карда мешавад ва ҳаво тавассути радиатор тавассути вентилятор ва ҷараёни аз ҳаракати мошин ба вуҷуд омада ворид мешавад.
Аз ҷиҳати математикӣ, суръати интиқоли гармии конвективӣ аксар вақт бо як муодилаи оддӣ ифода карда мешавад:
\[
Q = hA(T_s – T_\infty)
\]
ки дар он Q суръати гармӣ (W), h коэффитсиенти интиқоли гармии конвексия (W/m²K), A масоҳати сатҳи тамос (m²), T_s ҳарорати сатҳ ва T_\infty ҳарорати моеъ аз сатҳ дур аст.
Қимати h муҳим аст, зеро он қобилияти системаро барои интиқоли гармӣ тавассути конвексия тавсиф мекунад. Ин қимат аз суръати ҷараёни моеъ, намуди моеъ, хосиятҳои физикӣ (часпакӣ, гузаронандагии гармӣ) ва хусусиятҳои ҷараён (ламинарӣ ё турбулентӣ) таъсир мегирад.
Нақши конвексия дар системаҳои хунуккунии моеъ
Дар бисёр муҳаррикҳо, хунуккунӣ тавассути моеъи хунуккунанда (омехтаи об ва антифриз), ки дар каналҳои атрофи силиндрҳо ва сарҳои силиндрҳо давр мезанад, анҷом дода мешавад. Ин равандро метавон ҳамчун як қатор равандҳои интиқоли гармӣ тавсиф кард:
1. Гармӣ аз камераи сӯзиш ва деворҳои силиндр тавассути ноқил ба сатҳи девор, ки бо хунуккунанда дар тамос аст, интиқол дода мешавад.
2. Конвексия аз деворҳои муҳаррик ба моеъи хунуккунанда ҳангоми ҷорӣ шудани моеъи хунуккунанда аз қабати об ба амал меояд. Ҳар қадар ҷараён тезтар ва турбуленттар бошад, ҳамон қадар коэффитсиенти конвексия баландтар мешавад.
3. Моеъи гарми хунуккунанда ба радиатор ҷорӣ мешавад, ки дар он ҷо гармӣ ба ҳаво бароварда мешавад.
Дар ҳамин марҳилаи дуюм конвексия ҳамчун механизми асосии "интиқол" амал мекунад. Каналҳои хунуккунӣ дар блоки муҳаррик аксар вақт барои нигоҳ доштани суръати мӯътадили ҷараён тарҳрезӣ шудаанд. Турбулентии идорашаванда метавонад интиқоли гармиро беҳтар кунад, гарчанде ки турбулентии аз ҳад зиёд метавонад талафоти фишорро афзоиш диҳад ва ба насос фишор оварад.
Конвексия дар радиаторҳо: Аз моеъи хунуккунанда то ҳаво
Радиатор ҳамчун мубодилаи гармӣ байни моеъи хунуккунанда ва ҳавои беруна амал мекунад. Дар дохили радиатор қубурҳо ва болҳои хурд барои зиёд кардани масоҳати сатҳ мавҷуданд. Раванд:
– Моди гарми хунуккунанда дар қубурҳои радиатор ҷорист; гармӣ аз моди хунуккунанда ба деворҳои қубур тавассути конвексияи дохилӣ интиқол дода мешавад.
– Гармӣ ба деворҳои қубур ворид мешавад (гузаронандагӣ).
– Гармӣ аз сатҳи берунии қубурҳо ва болҳо тавассути конвексияи беруна ба ҳавои атроф интиқол дода мешавад.
Интиқоли гармӣ афзоиш меёбад, агар:
– Масоҳати калони самаранок (парҳои зич ва тарҳи беҳтарин),
– Ҷараёни баланди ҳаво (ҳаракати воситаи нақлиёт ё кор кардани вентилятор бо радиатор),
– Сатҳи тоза (ифлосӣ, чанг ё ҳашарот метавонанд ба ҷараён халал расонанд ва самаранокиро коҳиш диҳанд).
Конвексияи ҳаво ба ҳаво одатан нисбат ба конвексияи моеъ коэффитсиенти интиқоли гармии пасттар дорад, зеро ҳаво гузаронандагии пасти гармӣ дорад. Аз ин рӯ, радиаторҳо барои пароканда кардани гармӣ ба болҳо ва ҷараёни ҳавои кофӣ ниёз доранд.
Омилҳое, ки ба самаранокии конвексия таъсир мерасонанд
Баъзе аз омилҳои асосие, ки самаранокии конвексияро дар системаи хунуккунии муҳаррик муайян мекунанд, инҳоянд:
1. Суръати ҷараёни моеъ
Афзоиши суръати ҷараён одатан коэффитсиенти конвексияро (h) зиёд мекунад. Дар моеъи хунуккунанда, насоси об ҷараёни устуворро таъмин мекунад. Дар ҳаво, вентилятор ва суръати воситаи нақлиёт суръати ҷараёнро тавассути радиатор муайян мекунанд.
2. Хусусиятҳои моеъи хунуккунанда
Моддаи хунуккунӣ танҳо аз об иборат нест; он одатан бо этиленгликол ё пропиленгликол барои баланд бардоштани нуқтаи ҷӯшиш, паст кардани нуқтаи яхкунӣ ва пешгирии зангзанӣ пурра карда мешавад. Аммо, гликол аз ҳад зиёд метавонад иқтидори гармии мушаххасро коҳиш диҳад ва часпакиро зиёд кунад, ки метавонад ба интиқоли гармӣ ва кори насос таъсир расонад.
3. Реҷаи ҷараён (ламинарӣ ва турбулентӣ)
Ҷараёни турбулентӣ омехташавиро зиёд мекунад, қабати сарҳадии гармиро тунук мекунад ва интиқоли гармиро афзоиш медиҳад. Бисёре аз тарҳҳои канал ва радиатор аз ин ҳолат бехатар истифода мебаранд.
4. Шароити сатҳӣ ва ифлосшавӣ
Пурра, занг ё боқимондаҳо дар хатҳои хунуккунӣ ва радиатор метавонанд ҳамчун изоляторҳои гармӣ амал кунанд ва интиқоли гармиро кам кунанд. Дар тарафи ҳаво, парҳои бандшуда ҷараёни ҳаворо кам мекунанд ва конвексияро халалдор мекунанд.
5. Тафовути ҳарорат (қувваи пешбаранда)
Ҳар қадар фарқияти ҳарорат байни сатҳи гарм ва моеъ зиёдтар бошад, ҳамон қадар эҳтимолияти интиқоли гармӣ зиёдтар аст. Аз ин рӯ, термостат дар нигоҳ доштани ҳарорати оптималии муҳаррик нақш мебозад: барои сӯзиши самаранок кофӣ гарм аст, аммо на он қадар гарм, ки аз ҳад зиёд гарм шавад.
Конвексия дар системаҳои хунуккунии ҳаво
Баъзе муҳаррикҳо, бахусус муҳаррикҳои хурд ё онҳое, ки тарҳҳои оддӣ доранд, аз хунуккунии ҳаво истифода мебаранд. Дар ин система, гармӣ аз сатҳи муҳаррик тавассути болҳое, ки масоҳати сатҳро васеъ мекунанд, хориҷ карда мешавад. Конвексия аз болҳо ба ҳаво, ё ба таври табиӣ ё бо ёрии вентилятор ё вентилятор, маҷбуран ба амал меояд.
Муваффақияти хунуккунии ҳаво аз бисёр ҷиҳат вобаста аст:
– тарҳи парҳо (ғафсӣ, фосила ва масоҳати сатҳ),
- самт ва суръати ҷараёни ҳаво;
- тозагии сатҳи парҳо.
Азбаски ҳаво нисбат ба моеъҳо қобилияти пасттари гармӣ дорад, хунуккунии ҳаво одатан барои борҳои гармии хурдтар ё барномаҳое мувофиқ аст, ки назорати ҳароратро ба мисли хунуккунии моеъ дақиқ талаб намекунанд.
Аҳамияти конвексия барои эътимоднокии мошинҳо
Конвексияи самаранок ҳарорати муҳаррикро дар доираи бехатар нигоҳ медорад. Ҳарорати аз ҳад зиёд баланд метавонад боиси инҳо гардад:
- ларзиш ва коҳиши самаранокӣ,
– вайроншавии равғани молиданӣ,
– зарар ба прокладкаҳо ва мӯҳрҳо,
– тарқишҳо дар сари силиндр,
– фарсудашавии афзояндаи қисмҳо.
Аз тарафи дигар, муҳаррики аз ҳад зиёд хунук низ беҳтарин нест, зеро он боиси сӯзиши камсамар, истеъмоли сӯзишворӣ ва партовҳои зиёд мегардад. Аз ин рӯ, системаи хунуккунӣ бояд қодир бошад, ки конвексияро мувофиқи шароити корӣ ба таври динамикӣ танзим кунад.
Penutup
Интиқоли гармии конвексия асоси кори системаи хунуккунии муҳаррик аст. Аз қабати обӣ дар дохили блоки муҳаррик то радиаторе, ки гармиро ба ҳаво пароканда мекунад, конвексия муайян мекунад, ки гармӣ чӣ қадар зуд интиқол ва пароканда мешавад. Самаранокии он аз суръати ҷараёни моеъ, хосиятҳои хунуккунӣ, тарҳи канал ва пар ва тозагии система таъсир мегирад. Бо дарки мафҳуми конвексия ва омилҳое, ки ба он таъсир мерасонанд, тарроҳони муҳаррик метавонанд кори хунуккуниро беҳтар кунанд ва корбарон метавонанд нигоҳдории дурустро барои таъмини кори устувор, самаранок ва дарозмуддати муҳаррик анҷом диҳанд.
Агар хоҳед, ман инчунин метавонам тасвири ҷараёни кори системаи хунуккунӣ, мисоли оддии ҳисобкуниро бо истифода аз муодилаи конвексия илова кунам ё кори радиаторро дар асоси тағирёбии суръати вентилятор ва майдони бол муқоиса кунам.
