Základní přehled termodynamiky vzduchových kompresorů
21 dubna, 2022
Tento článek pojednává o hlavních principech a dvou zákonech týkajících se plynů, abyste mohli lépe porozumět fyzice termodynamiky vzduchových kompresorů a generování tepla.
Jak se přenáší teplo?
Přenos tepla je základním pojmem v termodynamice, který je nezbytný pro pochopení různých průmyslových procesů, včetně systémů stlačeného vzduchu.
V návaznosti na náš úvod do termodynamiky, tento článek zkoumá tři hlavní typy přenosu tepla: Vedení, konvekce a záření, a jejich význam v různých aplikacích.
Přenos tepla může probíhat třemi různými způsoby:
Vedení
Konvekce
Záření
Ve skutečných podmínkách probíhá přenos tepla současně, ale ne stejně všemi třemi způsoby.
V každém případě teplo proudí z tepla do chladu: To je základní princip termodynamiky, kde teplo přirozeně proudí z oblasti vyšší teploty do oblasti nižší teploty.
3 typy přenosu tepla
Vedení
Vodivost je přenos tepla přes pevný materiál. Dochází k tomu, když molekuly v látce vibrují a přenášejí energii do sousedních molekul. Tento proces je rozhodující v mnoha průmyslových aplikacích, kde materiály potřebují efektivně provádět teplo.
Příklad vedení: Dotýkání se kovové tyče, která byla zahřívána na jednom konci Teplo prochází tyčí do ruky.
Konvekce
Konvekce je přenos tepla pohybem tekutin (kapalin nebo plynů). Tento typ přenosu tepla je nezbytný v systémech, kde je pohyb kapaliny nutný k rovnoměrnému rozložení tepla.
Příklad konvekce: Vroucí voda. Teplo ze sporáku způsobuje, že voda na dně se stává méně hustou a stoupá, zatímco chladnější voda sestupuje.
Záření
Záření je přenos tepla elektromagnetickými vlnami. Na rozdíl od vedení a konvekce, záření nevyžaduje médium a může dojít přes prázdný prostor.
Příklad záření: Teplo ze slunce ohřívá váš obličej nebo pražení marshmallow ohněm. Sluneční energie prochází vakuem vesmíru a ohřívá objekty na Zemi.
Tepelná vodivost a tepelně vodivé vzorce
Vzorec tepelné vodivosti
Tepelná vodivost je měřítkem schopnosti materiálu provádět teplo. Vzorec je:
Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x )
kde:
- Q je teplo přenášené (J),
- Λ je součinitel tepelné vodivosti (W/m *k ),
- A je oblast tepelného toku (m 2),
- t je čas (s ),
- ΔT je teplotní rozdíl (k ),
- Δx je vzdálenost (m ).
Vzorec přenosu tepla pro konvekci
Vzorec pro konvektivní přenos tepla je:
Q = – h * A * t * Δ T
kde:
- Q Je přenos tepla (J),
- h Je součinitel konvektivního přenosu tepla (W/m 2*k ),
- A je plocha povrchu (m 2),
- t je čas (s ),
- ΔT Je teplotní rozdíl mezi povrchem a tekutinou (k ).
Negativní znamení znamená, že přenos tepla probíhá z vyšší na nižší teplotu.
Vzorec přenosu radiačního tepla
Vzorec pro konvektivní přenos tepla je:
Q = – k * A * t * Δ T
kde:
- Q Je celkový přenos tepla (J),
- k Je koeficient přenosu tepla (W/m 2*k ),
- A je to oblast (m 2),
- t je čas (s ),
- ΔT Je teplotní rozdíl (studeno-horký)(k ).
Logaritmický střední teplotní rozdíl (LTMD) v tepelných výměnících
Přenos tepla ve výměníku tepla je v každém bodě funkcí převažujícího teplotního rozdílu a celkového koeficientu přenosu tepla. Vyžaduje použití logaritmického středního teplotního rozdílu Өm, namísto lineárního aritmetického teplotního rozdílu ΔT.
Vzorec pro Log Mean Temperature Difference (LMTD) je:
PŘED = V – PŘED CO2 / ln ( V / = CO2 )
kde:
- PŘED Je střední teplotní rozdíl protokolu (k ),
- V je teplotní rozdíl mezi dvěma kapalinami na jednom konci výměníku tepla (1),
- PŘED CO2 je teplotní rozdíl mezi dvěma kapalinami na druhém konci výměníku tepla (2),
- č. označuje přirozený logaritmus.
Aplikace přenosu tepla a rekuperace tepla
Přenos tepla a rekuperace tepla jsou klíčové v různých průmyslových odvětvích, včetně výroby, automobilového průmyslu a energetiky. Zatímco přenos tepla zahrnuje pohyb tepla z jednoho místa na druhé, rekuperace tepla se zaměřuje na zachycení a opětovné využití odpadního tepla.
Výroba
Při výrobě je účinný přenos tepla nezbytný pro kovokovářské kování, tvarování plastů a chemickou výrobu. Správné řízení teploty zajišťuje kvalitu výrobků a snižuje spotřebu energie. Na druhé straně systémy zpětného získávání tepla zachycují odpadní teplo z těchto procesů a znovu je používají jinde v zařízení, jako je předehřívání surovin nebo vytápění prostor.
Automobilový průmysl
V automobilovém průmyslu je přenos tepla rozhodující pro chlazení motoru, klimatizaci a správu baterií elektrických vozidel. Efektivní tepelné systémy zvyšují výkon a životnost vozidla efektivním pohybem tepla od kritických komponent. Systémy zpětného získávání tepla mohou zachycovat teplo vytvářené motory a výfukovými systémy, aby se zlepšila účinnost paliva nebo pohánění dalších systémů vozidel.
Energie
V energetickém sektoru je přenos tepla klíčem k výrobě energie, ať už prostřednictvím tradičních fosilních paliv nebo obnovitelných zdrojů, jako je slunce a vítr. Efektivní systémy výměny tepla maximalizují energetický výkon a minimalizují odpad. Rekuperace tepla na druhé straně zahrnuje zachycování odpadního tepla z procesů výroby energie a jeho použití pro jiné účely, jako je dálkové vytápění nebo další výroba energie prostřednictvím kombinovaných systémů tepla a elektřiny (CHP).
Přenos tepla v systémech stlačeného vzduchu
Generování tepla během komprese
Během procesu komprese se tlak vzduchu a teplota zvyšují v důsledku práce na vzduchu. Toto teplo musí být řízeno tak, aby byla zachována účinnost systému a aby se zabránilo poškození.
Význam chlazení stlačeného vzduchu
Nekontrolované teplo v systémech stlačeného vzduchu může vést k poškození zařízení, snížení účinnosti a kondenzaci vlhkosti. Chlazení stlačeného vzduchu je zásadní pro prevenci těchto problémů.
Využití tepla pro pomocné zařízení
Teplo generované v systémech stlačeného vzduchu může být použito v doplňkových zařízeních, jako jsou sušičky a sušící nádrže, což zvyšuje celkovou účinnost systému.
Využití odpadního tepla
Rekuperace tepla zahrnuje zachycení a opětovné využití odpadního tepla vzniklého při kompresi. Tento proces snižuje spotřebu energie, snižuje provozní náklady a podporuje udržitelnost minimalizací plýtvání energií.
Výhody rekuperace tepla:
Snížená spotřeba energie: Využití odpadního tepla snižuje závislost na vnějších zdrojích tepla.
Nižší provozní náklady: Úspory energie se promítají do nižších provozních nákladů.
V tomto videu se budeme zabývat rekuperací tepla kompresoru. Věděli jste, že značná část elektrické energie spotřebované kompresory se často ztrácí?
S rekuperací energie můžeme toto přebytečné teplo znovu použít pro vytápění, sušení nebo výrobu teplé vody pro úkoly, jako je sprchování a průmyslové procesy, jako je čištění lahví a temperování čokolády.
Chcete se dozvědět více o využití energie pro vaše podnikání? Pochopení různých typů přenosu tepla je rozhodující pro různé průmyslové aplikace, včetně systémů stlačeného vzduchu. Díky efektivnímu řízení a využívání tepla mohou průmyslová odvětví zvýšit efektivitu a snížit náklady.Více se dozvíte v našem e-booku.
Další informace o rekuperaci tepla a dalších energeticky účinných řešeních naleznete na naší stránce rekuperace tepla.
Časté dotazy a příklady přenosu tepla v každodenním životě
Jaké jsou tři typy přenosu tepla?
Tři typy přenosu tepla jsou vodivost, konvekce a záření. Vodivost je přenos tepla přímým kontaktem mezi materiály, jak je vidět, když se kovová tyč zahřívá po celé své délce.
Proč teplo proudí z tepla do chladu?
Tok tepla z tepla do chladu je poháněn druhým zákonem termodynamiky, který uvádí, že entropie, nebo porucha, má tendenci zvyšovat v izolovaném systému.
Jak se teplo přenáší vodivostí?
Teplo se přenáší vodivostí přímým kontaktem mezi molekulami v pevném materiálu.
Jak se teplo přenáší konvekcí?
Teplo se přenáší konvekcí pohybem tekutin, rovnoměrně rozloží teplo.
Jak se teplo přenáší radiací?
Teplo se přenáší zářením elektromagnetickými vlnami, bez potřeby média.
Jaký je příklad přenosu tepla vedením?
Příkladem vedení je kovová lžíce, která se zahřívá z rukojeti do špičky, když je umístěna v horké tekutině.
Jaký je příklad přenosu tepla konvekcí?
Příkladem konvekce je cirkulace teplého vzduchu ve vytápěné místnosti.
Jaké jsou příklady přenosu radiačního tepla?
Příklady záření zahrnují teplo z krbu a teplo ze slunce.
Jaký typ přenosu tepla je vroucí voda?
Vroucí voda zahrnuje konvekci, kde teplo způsobuje, že voda cirkuluje a přenáší teplo.
Jaký typ přenosu tepla může probíhat v prázdném prostoru?
Záření se může objevit prostřednictvím prázdného prostoru, protože nevyžaduje médium.
Jaký druh přenosu tepla je slunce?
Slunce přenáší teplo na Zemi prostřednictvím záření.
Jaký typ přenosu tepla používají sušičky?
Sušičky obvykle používají konvekci k přenosu tepla a suchých materiálů.
Jaký typ přenosu tepla je mikrovlnka?
Mikrovlnka využívá záření k přenosu tepla a vaření jídla.
Jaká je chemie za pražením marshmallows?
Když se marshmallows praží, přenos tepla radiací způsobuje chemickou změnu. Cukr prochází karamelizací a Maillardovou reakcí, která produkuje molekuly vody, které se odpařují a zanechávají za sebou uhlík, což má za následek zčernalý, křupavý exteriér. Tato kombinace chemických reakcí dává praženým marshmallows jejich výraznou chuť a texturu.
Související články
Changes in State for Gases
18 února, 2022
To understand the workings of compressed air, a basic introduction to physics can come a long way. Learn more about thermodynamics and how they are vital in understanding how air compressors work.
Gas Flow Through Pipes and Throttling
4 srpna, 2022
To understand the workings of compressed air, a basic introduction to physics can come a long way. Learn more about thermodynamics and how they are vital in understanding how air compressors work.