Basic overview of air compressor thermodynamics
21 kwietnia, 2022
To better understand the physics of air compressor thermodynamics and heat generation, this article discusses the main principles and two gas laws.
Jak przenosi się ciepło?
Jedną z bardzo interesujących gałęzi fizyki jest termodynamika, szczególnie w celu uzyskania wglądu w sprężarki powietrza. W tym artykule mówimy o przekazywaniu ciepła, kontynuując tym samym nasze wprowadzenie do termodynamiki.
Jak przenosi się ciepło?
Każda różnica temperatury w ciele lub między różnymi ciałami lub układami prowadzi do przekazywania ciepła, aż do osiągnięcia równowagi temperaturowej. Ten transfer ciepła może odbywać się na trzy różne sposoby:
- poprzez przewodzenie
- poprzez konwekcję
- przez promieniowanie
3 rodzaje transferu ciepła
Przewodnictwo, to przenoszenie ciepła przez bezpośredni kontakt cząstek. Odbywa się między ciałami stałymi lub między cienkimi warstwami cieczy lub gazu. Wibrujące atomy oddają część swojej energii kinetycznej sąsiednim atomom, które mniej wibrują.
Konwekcja to przenoszenie ciepła między gorącą stałą powierzchnią a sąsiadującym stacjonarnym lub ruchomym płynem (gazem lub cieczą), wzmocnione przez mieszanie jednej części płynu z drugą. Może występować jako swobodna konwekcja w wyniku naturalnego ruchu w ośrodku spowodowanego różnicą gęstości w wyniku różnic temperatur. Może również występować jako wymuszona konwekcja z ruchem płynu powodowanym przez czynniki mechaniczne, na przykład wentylator lub pompę. Wymuszona konwekcja powoduje znacznie wyższe przenoszenie ciepła w wyniku wyższych prędkości mieszania.
Promieniowanie to przenoszenie ciepła przez pustą przestrzeń. Wszystkie ciała o temperaturze powyżej 0 °K emitują ciepło przez promieniowanie elektromagnetyczne we wszystkich kierunkach. Kiedy promienie cieplne uderzają w ciało, część energii jest absorbowana i przekształcana w celu ogrzania tego ciała. Promienie, które nie są pochłaniane, przechodzą przez ciało lub są przez nie odbijane. W rzeczywistych sytuacjach przenikanie ciepła jest sumą równoczesnego przenoszenia ciepła przez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie.
Formuły przewodności cieplnej i przenoszenia ciepła
Formuła przewodzenia cieplnego
Przewodność cieplna jest miarą zdolności materiału do przewodzenia ciepła. Formuła jest następująca:
Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)
gdzie:
- Q oznacza ciepło przenoszone (J),
- λ jest współczynnikiem przewodności cieplnej (w/m*K),
- A oznacza obszar przepływu ciepła (m2),
- t jest czasem (s),
- ΔT jest różnicą temperatury (K),
- Δx jest odległością (m).
Formuła transferu ciepła dla konwekcji
Formuła konwekcyjnego przenoszenia ciepła jest następująca:
Q = - h * A * t * Δ T
gdzie:
- Q Jest przenoszeniem ciepła (J),
- h Jest konwekcyjnym współczynnikiem przenikania ciepła (w/m2*K),
- A jest powierzchnią (m2),
- t jest to czas (s),
- ΔT Jest różnicą temperatury między powierzchnią a płynem (K).
Znak ujemny wskazuje, że transfer ciepła odbywa się z wyższej do niższej temperatury.
Formuła transferu ciepła promieniowania
Formuła konwekcyjnego przenoszenia ciepła jest następująca:
Q = - K * A * t * Δ T
gdzie:
- Q Jest całkowitym ciepłem przekazywanym (J),
- K Jest współczynnikiem przenikania ciepła (w/m2*K),
- A jest obszarem (m2),
- t jest to czas (s),
- ΔT Różnica temperatur (zimna-gorąca) (K).
Logarytmiczna średnia różnica temperatur (LTMD) w wymiennikach ciepła
Przenikanie ciepła w wymienniku ciepła jest w każdym punkcie funkcją przeważającej różnicy temperatur i całkowitego współczynnika przenikania ciepła. Wymaga zastosowania logarytmicznej średniej różnicy temperatur Өm zamiast arytmetyki liniowej ΔT.
Logarytmiczna średnia różnica temperatur jest zdefiniowana jako zależność między różnicami temperatur po dwóch stronach podłączenia wymiennika ciepła zgodnie z formułą:
Zastosowania transferu ciepła i odzysku ciepła
Transfer ciepła i odzysk ciepła mają kluczowe znaczenie w różnych branżach, w tym w przemyśle wytwórczym, motoryzacyjnym i energetycznym. Podczas gdy transfer ciepła obejmuje przemieszczanie ciepła z jednego miejsca do drugiego, odzyskiwanie ciepła koncentruje się na wychwytywaniu i ponownym wykorzystaniu ciepła odpadowego.
Produkcja
W produkcji wydajny transfer ciepła jest niezbędny do kucia metalu, formowania tworzyw sztucznych i produkcji chemicznej. Właściwe zarządzanie ciepłem zapewnia jakość produktu i zmniejsza zużycie energii. Z drugiej strony systemy odzysku ciepła wychwytują ciepło odpadowe z tych procesów i wykorzystują je w innych miejscach obiektu, takich jak podgrzewanie surowców lub pomieszczeń grzewczych.
Przemysł samochodowy
W przemyśle motoryzacyjnym transfer ciepła ma kluczowe znaczenie dla chłodzenia silnika, kontroli klimatu i zarządzania akumulatorami pojazdów elektrycznych. Skuteczne systemy termiczne zwiększają wydajność pojazdu i trwałość pojazdu, skutecznie odprowadzając ciepło z krytycznych elementów. Tymczasem systemy odzysku ciepła mogą wychwytywać ciepło wytwarzane przez silniki i układy wydechowe w celu poprawy efektywności paliwowej lub zasilania dodatkowych systemów pojazdów.
Energia
W sektorze energetycznym transfer ciepła jest kluczem do wytwarzania energii, czy to poprzez tradycyjne paliwa kopalne, czy też źródła odnawialne, takie jak energia słoneczna i wiatrowa. Wydajne systemy wymiany ciepła maksymalizują wydajność energetyczną i minimalizują ilość odpadów. Odzysk ciepła polega natomiast na wychwytywaniu ciepła odpadowego z procesów wytwarzania energii elektrycznej i wykorzystywaniu go do innych celów, takich jak ciepłownictwo komunalne lub wytwarzanie dodatkowej energii elektrycznej za pomocą systemów skojarzonego ciepła i energii elektrycznej (CHP).
Rozwiązania w zakresie powietrza i gazów dla producentów ładowarek do pojazdów elektrycznych
![Wtyczka ładowarki pojazdu elektrycznego z wyświetlaczem cyfrowym]()
Rozwiązania w zakresie powietrza i gazów dla producentów ładowarek do pojazdów elektrycznych
Dowiedz się więcej o produkcji akumulatorów elektrycznych
![EV Battery Production ebook]()
Dowiedz się więcej o produkcji akumulatorów elektrycznych
Transfer ciepła w systemach sprężonego powietrza
Wytwarzanie ciepła podczas kompresji
Podczas procesu sprężania ciśnienie powietrza i temperatura wzrasta z powodu pracy wykonywanej na powietrzu. Ciepło to musi być zarządzane w celu utrzymania wydajności systemu i zapobiegania uszkodzeniom.
Znaczenie chłodzenia sprężonego powietrza
Niekontrolowane ciepło w systemach sprężonego powietrza może prowadzić do uszkodzenia sprzętu, zmniejszenia wydajności i kondensacji wilgoci. Chłodzenie sprężonego powietrza ma kluczowe znaczenie dla zapobieżenia tym problemom.
Wykorzystanie ciepła dla urządzeń pomocniczych
Ciepło wytwarzane w systemach sprężonego powietrza może być wykorzystywane w urządzeniach pomocniczych, takich jak suszarki i zbiorniki osuszające, co zwiększa ogólną wydajność systemu.
Odzyskiwanie ciepła
Odzyskiwanie ciepła polega na wychwytywaniu i ponownym wykorzystaniu ciepła odpadowego wytwarzanego podczas sprężania. Proces ten zmniejsza zużycie energii, obniża koszty operacyjne i promuje zrównoważony rozwój poprzez minimalizację strat energii.
Korzyści z odzysku ciepła:
Mniejsze zużycie energii: Wykorzystanie ciepła odpadowego zmniejsza zależność od zewnętrznych źródeł ciepła.
Niższe koszty operacyjne: Oszczędność energii przekłada się na niższe koszty operacyjne.
W tym filmie omawiamy odzyskiwanie ciepła przez sprężarkę. Czy wiesz, że znaczna część energii elektrycznej zużywanej przez sprężarki przekształca się w ciepło jest często marnowana?
Dzięki systemom odzyskiwania energii możemy ponownie wykorzystać nadmiar ciepła do ogrzewania, suszenia lub wytwarzania ciepłej wody do zadań takich jak prysznic i procesy przemysłowe, takie jak czyszczenie butelek i odpuszczanie czekolady.
Chcesz dowiedzieć się więcej o odzyskiwaniu energii dla swojej firmy? Zrozumienie różnych rodzajów wymiany ciepła ma kluczowe znaczenie dla różnych zastosowań przemysłowych, w tym systemów sprężonego powietrza. Dzięki efektywnemu zarządzaniu i wykorzystaniu ciepła, przemysł może poprawić wydajność i obniżyć koszty.Dowiedz się więcej w naszym ebook.
Aby uzyskać więcej informacji na temat odzyskiwania ciepła i innych energooszczędnych rozwiązań, odwiedź naszą stronę odzyskiwania ciepła.
Najczęściej zadawane pytania i przykłady wymiany ciepła w życiu codziennym
Jakie są trzy rodzaje wymiany ciepła?
Trzy rodzaje przenoszenia ciepła to przewodnictwo, konwekcja i promieniowanie. Przewodnictwo to przekazywanie ciepła przez bezpośredni kontakt między materiałami, co widać, gdy metalowy pręt nagrzewa się wzdłuż swojej długości.
Dlaczego ciepło przepływa z ciepła na zimno?
Przepływ ciepła od gorącego do zimnego jest napędzany przez drugie prawo termodynamiki, które stwierdza, że entropia, czyli zaburzenie, ma tendencję do wzrostu w odizolowanym systemie.
W jaki sposób ciepło jest przenoszone przez przewodnictwo?
Ciepło jest przenoszone przez przewodzenie poprzez bezpośredni kontakt między cząsteczkami w materiale stałym.
W jaki sposób ciepło jest przenoszone przez konwekcję?
Ciepło jest przenoszone przez konwekcję poprzez ruch płynów, rozprowadzając ciepło równomiernie.
W jaki sposób ciepło jest przenoszone przez promieniowanie?
Ciepło jest przenoszone przez promieniowanie poprzez fale elektromagnetyczne, bez potrzeby stosowania medium.
Jaki jest przykład przewodzenia przenoszenia ciepła?
Przykładem przewodzenia jest metalowa łyżka, która nagrzewa się od uchwytu do końcówki, gdy jest umieszczona w gorącym płynie.
Jaki jest przykład konwekcyjnego przenoszenia ciepła?
Przykładem konwekcji jest cyrkulacja ciepłego powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu.
Jakie są przykłady przenoszenia ciepła radiacyjnego?
Przykłady promieniowania obejmują ciepło z kominka i ciepło ze słońca.
Jaki rodzaj wymiany ciepła to wrząca woda?
Wrząca woda polega na konwekcji, gdzie ciepło powoduje cyrkulację wody i przekazywanie ciepła.
Jaki rodzaj transferu ciepła może nastąpić poprzez pustą przestrzeń?
Promieniowanie może wystąpić poprzez pustą przestrzeń, ponieważ nie wymaga medium.
Jaki rodzaj transferu ciepła jest słońce?
Słońce przenosi ciepło na Ziemię poprzez promieniowanie.
Jaki rodzaj wymiany ciepła wykorzystują suszarki?
Suszarki zazwyczaj wykorzystują konwekcję do przenoszenia ciepła i suchych materiałów.
Jaki rodzaj transferu ciepła jest mikrofalówka?
Mikrofalówka wykorzystuje promieniowanie do przenoszenia ciepła i gotowania żywności.
Jaka jest chemia stojąca za pieczeniem marshmallows?
Kiedy pianki są palone, transfer ciepła przez promieniowanie powoduje zmianę chemiczną. Cukier ulega karmelizacji i reakcjom Maillarda, wytwarzając cząsteczki wody, które odparowują i pozostawiają węgiel w tyle, co powoduje poczerniałe, chrupiące zewnątrz. Ta kombinacja reakcji chemicznych nadaje pieczonym bagienom ich charakterystyczny smak i teksturę.
Powiązane artykuły
Changes in State for Gases
18 lutego, 2022
Aby zrozumieć działanie sprężonego powietrza ważne jest podstawowe wprowadzenie do fizyki. Dowiedz się więcej na temat termodynamiki i tego, jak ta wiedza potrzebna jest do zrozumienia działania sprężarek powietrza.
Gas Flow Through Pipes and Throttling
4 sierpnia, 2022
Dowiedz się więcej na temat termodynamiki i tego, jak ważna jest ona do zrozumienia działania sprężarek powietrza.