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.
Přenos tepla
Přenos tepla je základním konceptem termodynamiky, který je nezbytný pro pochopení různých průmyslových procesů, včetně systémů stlačeného vzduchu.
V návaznosti na náš úvod do termodynamikyse tento článek věnuje třem hlavním typům přenosu tepla: vodivosti, konvekci a záření a jejich významu v různých aplikacích.
Přenos tepla může probíhat třemi různými způsoby:
Vedení společnosti
Konvekce vzduchu
Vyzařování
Ve skutečných podmínkách probíhá přenos tepla současně, ale ne stejně všemi třemi způsoby.
V každém případě teplo proudí z horkého do studeného: Jedná se o základní princip termodynamiky, kdy teplo přirozeně proudí z oblasti s vyšší teplotou do oblasti s nižší teplotou.
3 typy přenosu tepla
Vedení společnosti
Vodivost je přenos tepla pevným materiálem. K tomu dochází, když molekuly v látce vibrují a přenášejí energii na sousední molekuly. Tento proces je zásadní v mnoha průmyslových aplikacích, kde musí materiály efektivně vést teplo.
Příklad vedení: Dotýkání se kovové tyče, která byla na jednom konci zahřátá. Teplo se přenáší tyčinkou na vaši ruku.
Konvekce vzduchu
Konvekce je přenos tepla pohybem kapalin (kapalin nebo plynů). Tento typ přenosu tepla je nezbytný v systémech, kde je pro rovnoměrnou distribuci tepla vyžadován pohyb kapaliny.
Příklad horkého vzduchu: Vařící voda. Teplo ze sporáku způsobuje, že voda na dně je méně hustá a stoupá, zatímco chladnější voda klesá.
Vyzařování
Záření je přenos tepla prostřednictvím elektromagnetických vln. Na rozdíl od vedení a konvekce nevyžaduje záření žádné médium a může procházet prázdným prostorem.
Příklad záření: Teplo ze slunce zahřívající obličej nebo pražení marshmallow u ohně. Sluneční energie prochází vakuem prostoru a zahřívá předměty na Zemi.
Vzorce tepelné vodivosti a přenosu tepla
Vzorec tepelné vodivosti
Tepelná vodivost je měřítkem schopnosti materiálu vést teplo. Vzorec je:
Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)
kde:
- Q je přenášené teplo (J),
- λ je součinitel tepelné vodivosti (W/m*K),
- A je plocha tepelného toku (m2 ),
- t je čas (s),
- ΔT je teplotní rozdíl (K),
- Δx je vzdálenost (m).
Vzorec přenosu tepla pro konvekci
Vzorec pro konvekční přenos tepla je:
Q = - h * A * t * Δ Ú
kde:
- Q je přenos tepla (J),
- h je koeficient konvekčního přenosu tepla (W/m2 *K),
- A je plocha povrchu (m2 ),
- t je čas (s),
- ΔÚ je teplotní rozdíl mezi povrchem a kapalinou (K).
Záporné znaménko znamená, že dochází k přenosu tepla z vyšší na nižší teplotu.
Vzorec přenosu tepla zářením
Vzorec pro konvekční přenos tepla je:
Q = - k * A * t * Δ Ú
kde:
- Q je celkové přenášené teplo (J),
- k je součinitel přenosu tepla (W/m2 *K),
- A je plocha (m2 ),
- t je čas (s),
- ΔÚ je teplotní rozdíl (studený-horký)(K).
Logaritmický střední teplotní rozdíl (LTMD) ve výměnících tepla
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 logaritmický střední teplotní rozdíl (LMTD) je:
Өₘ = Ө₁ - Ө₂ / ln ( Ө₁ / Ө₂ )
kde:
- Өₘ je logaritmický průměrný teplotní rozdíl (K),
- Ө₁ je rozdíl teplot mezi dvěma kapalinami na jednom konci výměníku tepla (⁀1),
- Ө₂ je rozdíl teplot mezi dvěma kapalinami na druhém konci výměníku tepla (⁀2),
- ln označuje přirozený logaritmus.
Aplikace přenosu a rekuperace tepla
Přenos a rekuperace tepla jsou zásadní 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
Ve výrobě je účinný přenos tepla zásadní pro kování kovů, tvarování plastů a chemickou výrobu. Správné řízení teploty zajišťuje kvalitu výrobků a snižuje spotřebu energie. Na druhou stranu systémy rekuperace tepla zachycují odpadní teplo z těchto procesů a znovu jej používají jinde v zařízení, například při předehřívání surovin nebo vytápění prostor.
Automobilový průmysl
V automobilovém průmyslu je přenos tepla zásadní pro chlazení motoru, klimatizaci a řízení baterií elektrických vozidel. Účinné tepelné systémy zvyšují výkon a životnost vozidel tím, že účinně odvádějí teplo od kritických součástí. Systémy využití odpadního tepla mohou zachytit teplo generované motory a výfukovými systémy pro zlepšení palivové účinnosti nebo napájení dalších systémů vozidla.
Energetika
V energetickém sektoru je přenos tepla klíčem k výrobě energie, ať už prostřednictvím tradičních fosilních paliv nebo obnovitelných zdrojů, jako je solární a větrná energie. Efektivní systémy výměny tepla maximalizují energetický výstup a minimalizují plýtvání. Zpětné získávání tepla naopak zahrnuje zachycování odpadního tepla z procesů výroby energie a jeho využití pro jiné účely, jako je dálkové vytápění nebo dodatečná výroba energie prostřednictvím systémů kombinované výroby tepla a elektřiny (CHP).
Přenos tepla v systémech stlačeného vzduchu
Generování tepla při kompresi
Během procesu komprese se tlak vzduchu a teplota zvyšují v důsledku práce na vzduchu. Toto teplo musí být řízeno, aby byla zachována účinnost systému a zabránilo se poškození.
Význam chlazení stlačeným vzduchem
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 pomocná zařízení
Teplo generované v systémech stlačeného vzduchu lze využít v pomocných zařízeních, jako jsou sušičky a sušicí nádrže, což zvyšuje celkovou účinnost systému.
Využití odpadního tepla
Rekuperace tepla zahrnuje zachycování a opětovné využití odpadního tepla vznikajícího během komprese. Tento proces snižuje spotřebu energie, snižuje provozní náklady a podporuje udržitelnost minimalizací plýtvání energií.
Výhody rekuperace tepla:
Nižší spotřeba energie: Využití odpadního tepla snižuje závislost na externích zdrojích tepla.
Nižší provozní náklady: úspory energie se promítají do nižších provozních nákladů.
V tomto videu se podíváme na rekuperaci tepla kompresoru. Věděli jste, že významná část elektrické energie spotřebované kompresory se často plýtvá teplem?
Díky systémům rekuperace energie můžeme toto přebytečné teplo využít k ohřevu, sušení nebo výrobě teplé vody pro úkoly, jako je sprchování a průmyslové procesy, jako je čištění lahví a temperování čokolády.
Chcete se dozvědět více o rekuperaci energie pro vaše podnikání? Pochopení různých typů přenosu tepla je zásadní pro různé průmyslové aplikace, včetně systémů stlačeného vzduchu. Efektivním řízením a využitím tepla mohou průmyslová odvětví zvýšit efektivitu a snížit náklady. Přečtěte si více v naší elektronické knize.
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 kondukční, konvekční a radiační. Vodivost je přenos tepla přímým kontaktem mezi materiály, jak je patrné, když se kovová tyč zahřívá podél své délky.
Proč teplo proudí z horkého do studeného?
Tepelný tok z horkého do studeného je řízen druhým zákonem termodynamiky, který uvádí, že entropie neboli porucha má tendenci vzrůstat v izolovaném systému.
Jak se teplo přenáší pomocí vodivosti?
Teplo je přenášeno kondukcí prostřednictvím přímého kontaktu mezi molekulami v pevném materiálu.
Jak se teplo přenáší konvekcí?
Teplo se přenáší konvekcí prostřednictvím pohybu kapalin a rovnoměrně ho rozděluje.
Jak se teplo přenáší zářením?
Teplo je přenášeno zářením prostřednictvím elektromagnetických vln bez použití média.
Jaký je příklad vodivého přenosu tepla?
Příkladem vodivosti je kovová lžička, která se zahřívá od rukojeti ke špičce, když je ponořena do horké kapaliny.
Jaký je příklad konvekčního přenosu tepla?
Příkladem konvekce je cirkulace teplého vzduchu ve vytápěné místnosti.
Jaké jsou některé příklady přenosu tepla zářením?
Mezi příklady záření patří teplo z krbu a teplo ze slunce.
Jaký typ přenosu tepla představuje vroucí voda?
Vaření vody zahrnuje konvekci, při které teplo způsobuje cirkulaci vody a přenos tepla.
Jaký typ přenosu tepla může nastat v prázdném prostoru?
Záření může procházet prázdným prostorem, protože nevyžaduje žádné médium.
Jaký je typ přenosu tepla sluncem?
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 mikrovlnná trouba?
Mikrovlnná trouba využívá záření k přenosu tepla a vaření potravin.
Jaká je chemie pečení marshmallows?
Při pečení marshmallows dochází k chemické změně v důsledku přenosu tepla zářením. Cukr prochází karamelizací a Maillardovými reakcemi, při kterých vznikají molekuly vody, které se odpařují a zanechávají uhlík, což vede k začerněnému, křupavému povrchu. Tato kombinace chemických reakcí dodává praženým marshmallows jejich charakteristickou chuť a texturu.
Související články
Změny stavu plynů
18 února, 2022
K pochopení fungování stlačeného vzduchu vám může pomoci základní seznámení s fyzikou. Zjistěte více o termodynamice a o tom, jak je zásadní pro pochopení fungování vzduchových kompresorů.
Průtok plynu potrubím a škrticí klapkou
4 srpna, 2022
K pochopení fungování stlačeného vzduchu vám může pomoci základní seznámení s fyzikou. Zjistěte více o termodynamice a o tom, jak je zásadní pro pochopení fungování vzduchových kompresorů.