Basic overview of air compressor thermodynamics
21 april, 2022
To better understand the physics of air compressor thermodynamics and heat generation, this article discusses the main principles and two gas laws.
Hvordan overføres varme?
Varmeoverførsel er et grundlæggende begreb inden for termodynamik, der er afgørende for forståelsen af forskellige industrielle processer, herunder trykluftsystemer.
I forlængelse af vores introduktion til termodynamikudforsker denne artikel de tre hovedtyper af varmeoverførsel: Ledning, konvektion og stråling, og deres betydning i forskellige applikationer.
Varmeoverførsel kan finde sted på tre forskellige måder:
Ledning
Konvektion
Stråling
I virkelige situationer foregår varmeoverførslen samtidigt, men ikke på alle tre måder.
I hvert tilfælde strømmer varmen fra varm til kold: Dette er et grundlæggende princip i termodynamik, hvor varmen naturligt strømmer fra et område med højere temperatur til et område med lavere temperatur.
3 typer af varmeoverførsel
Ledning
Ledning er overførsel af varme gennem et fast materiale. Det forekommer, når molekyler i et stof vibrerer og overfører energi til nærliggende molekyler. Denne proces er afgørende i mange industrielle applikationer, hvor materialer skal lede varme effektivt.
Eksempel på ledning: Berøring af en metalstang, der er blevet opvarmet i den ene ende. Varmen bevæger sig gennem stangen til din hånd.
Konvektion
Konvektion er overførsel af varme ved bevægelse af væsker (væsker eller gasser). Denne type varmeoverførsel er afgørende i systemer, hvor væskebevægelse er nødvendig for at fordele varmen jævnt.
Eksempel på konvektion: Kogende vand. Varmen fra ovnen får vandet i bunden til at blive mindre tæt og stige, mens køligere vand falder ned.
Stråling
Stråling er overførsel af varme gennem elektromagnetiske bølger. I modsætning til ledning og konvektion kræver stråling ikke et medium og kan forekomme gennem tomrum.
Eksempel på stråling: Varmen fra solen opvarmer dit ansigt eller rister marshmallow ved en brand. Solens energi bevæger sig gennem rummets vakuum og opvarmer objekter på Jorden.
Varmeledningsevne og varmeoverførselsformler
Formel for varmeledningsevne
Varmeledningsevne er et mål for et materiales evne til at lede varme. Formlen er:
Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)
hvor:
- Q er den overførte varme (J)
- Λ er varmeledningsevnekoefficienten (W/m*K)
- A er varmestrømningsområdet (m2)
- t er tidspunktet (s)
- Δt er temperaturforskellen (K)
- Δx er afstanden (m).
Varmeoverførselsformel til konvektion
Formlen for konvektiv varmeoverførsel er:
Q = - h * A * t * Δ T
hvor:
- Q Er varmeoverførslen (J)
- h Er den konvektive varmeoverførselskoefficient (W/m2*K)
- A er overfladearealet (m2)
- t er tidspunktet (s)
- ΔT Er temperaturforskellen mellem overfladen og væsken (K).
Det negative tegn angiver, at varmeoverførslen sker fra højere til lavere temperatur.
Strålingsvarmeoverførselsformel
Formlen for konvektiv varmeoverførsel er:
Q = - k * A * t * Δ T
hvor:
- Q Er den samlede transmitterede varme (J)
- k Er varmeoverførselskoefficienten (W/m2*K)
- A er arealet (m2)
- t er tidspunktet (s)
- ΔT Er temperaturforskellen (kold-varm)(K).
Logaritmisk middeltemperaturforskel (LTMD) i varmevekslere
Varmetransmissionen i en varmeveksler er på hvert punkt en funktion af den fremherskende temperaturforskel og af den samlede varmeoverførselskoefficient. Det kræver brug af en logaritmisk middeltemperaturforskel Өm i stedet for en lineær aritmetisk ΔT.
Formlen for Log Mean Temperature Difference (LMTD) er:
Өₘ = Ө₁ - Ө₂ / ln ( Ө₁ / Ө₂ )
hvor:
- Өₘ Er den gennemsnitlige temperaturforskel i Log (K)
- Ө₁ er temperaturforskellen mellem de to væsker i den ene ende af varmeveksleren (⁀1)
- Ө₂ er temperaturforskellen mellem de to væsker i den anden ende af varmeveksleren (⁀2)
- ln angiver den naturlige logaritme.
Anvendelser af varmeoverførsel og varmegenvinding
Varmeoverførsel og varmegenvinding er afgørende i forskellige brancher, herunder produktion, bilindustri og energi. Mens varmeoverførsel indebærer flytning af varme fra et sted til et andet, fokuserer varmegenvinding på at opfange og genbruge spildvarme.
Fremstillingsindustrien
I produktionen er effektiv varmeoverførsel afgørende for metalsmedning, plaststøbning og kemisk produktion. Korrekt termisk styring sikrer produktkvalitet og reducerer energiforbruget. På den anden side opfanger varmegenvindingssystemer spildvarme fra disse processer og genbruger den andre steder i anlægget, f.eks. forvarmning af råmaterialer eller varmerum.
Bilindustri
I bilindustrien er varmeoverførsel afgørende for motorkøling, klimastyring og elbilbatteristyring. Effektive termiske systemer forbedrer bilens ydeevne og levetid ved effektivt at flytte varmen væk fra kritiske komponenter. I mellemtiden kan varmegenvindingssystemer opfange den varme, der genereres af motorer og udstødningssystemer for at forbedre brændstofeffektiviteten eller drive yderligere køretøjssystemer.
Energi
I energisektoren er varmeoverførsel nøglen til elproduktion, uanset om det sker gennem traditionelle fossile brændstoffer eller vedvarende energikilder som sol og vind. Effektive varmevekslingssystemer maksimerer energiproduktionen og minimerer spild. Varmegenvinding indebærer på den anden side, at spildvarme fra elproduktionsprocesser opsamles og anvendes til andre formål, f.eks. fjernvarme eller yderligere elproduktion via kombinerede kraftvarmeanlæg.
Luft- og gasløsninger til producenter af elbilopladere
![Elektrisk køretøjs opladerstik med digitalt display]()
Luft- og gasløsninger til producenter af elbilopladere
Varmeoverførsel i trykluftsystemer
Varmeproduktion under kompression
Under kompressionsprocessen øges lufttrykket og temperaturen som følge af arbejde udført på luften. Denne varme skal styres for at opretholde systemets effektivitet og forhindre skader.
Vigtigheden af køling af trykluft
Ukontrolleret varme i trykluftsystemer kan føre til beskadigelse af udstyret, reduceret effektivitet og fugtkondensering. Afkøling af trykluften er afgørende for at undgå disse problemer.
Udnyttelse af varme til hjælpeudstyr
Varme genereret i trykluftsystemer kan anvendes i hjælpeudstyr såsom tørrere og tørringstanke, hvilket øger systemets samlede effektivitet.
Varmegenvinding
Varmegenvinding indebærer opsamling og genbrug af spildvarme genereret under kompression. Denne proces reducerer energiforbruget, sænker driftsomkostningerne og fremmer bæredygtighed ved at minimere spild af energi.
Fordele ved varmegenvinding:
Reduceret energiforbrug: Udnyttelse af spildvarme reducerer afhængigheden af eksterne varmekilder.
Lavere driftsomkostninger: Energibesparelser betyder lavere driftsomkostninger.
I denne video undersøger vi kompressorens varmegenvinding. Vidste du, at en betydelig del af den elektriske energi, der forbruges af kompressorer, ofte går til spilde?
Med energigenvindingssystemer kan vi genbruge denne overskudsvarme til opvarmning, tørring eller generering af varmt vand til opgaver som brusebad og industrielle processer som flaskerensning og chokoladehærdning.
Vil du vide mere om energigenvinding for din virksomhed? Forståelse af de forskellige typer af varmeoverførsel er afgørende for forskellige industrielle anvendelser, herunder trykluftsystemer. Ved at styre og udnytte varmen effektivt kan industrien forbedre effektiviteten og reducere omkostningerne.Læs mere i vores e-bog.
Du kan finde flere oplysninger om varmegenvinding og andre energieffektive løsninger på vores varmegenvindingsside.
Ofte stillede spørgsmål og eksempler på varmeoverførsel i dagligdagen
Hvad er de tre typer af varmeoverførsel?
De tre typer af varmeoverførsel er ledning, konvektion og stråling. Ledning er overførsel af varme gennem direkte kontakt mellem materialer, som det ses, når en metalstang opvarmes langs sin længde.
Hvorfor strømmer varmen fra varm til kold?
Varmestrømmen fra varm til kold er drevet af termodynamikkens anden lov, som fastslår, at entropi, eller forstyrrelse, har tendens til at stige i et isoleret system.
Hvordan overføres varme ved ledning?
Varmen overføres ved ledning gennem direkte kontakt mellem molekyler i et fast materiale.
Hvordan overføres varme ved konvektion?
Varmen overføres ved konvektion gennem væskens bevægelse, og varmen fordeles jævnt.
Hvordan overføres varme ved stråling?
Varme overføres ved stråling gennem elektromagnetiske bølger, uden behov for et medium.
Hvad er et eksempel på ledningsvarmeoverførsel?
Et eksempel på ledning er en metalske, der bliver varm fra håndtaget til spidsen, når den placeres i en varm væske.
Hvad er et eksempel på konvektionsvarmeoverførsel?
Et eksempel på konvektion er cirkulation af varm luft i et opvarmet rum.
Hvad er nogle eksempler på strålingsvarmeoverførsel?
Eksempler på stråling omfatter varmen fra en pejs og varmen fra solen.
Hvilken type varmeoverførsel er kogende vand?
Kogende vand indebærer konvektion, hvor varmen får vandet til at cirkulere og overføre varme.
Hvilken type varmeoverførsel kan ske gennem tomrum?
Stråling kan forekomme gennem tomt rum, da det ikke kræver et medium.
Hvilken type varmeoverførsel er solen?
Solen overfører varme til Jorden gennem stråling.
Hvilken type varmeoverførsel bruger tørretumblerne?
Tørrere bruger typisk konvektion til at overføre varme og tørre materialer.
Hvilken type varmeoverførsel er en mikrobølgeovn?
En mikrobølgeovn bruger stråling til at overføre varme og tilberede mad.
Hvad er kemien bag stegning af skumfiduser?
Når marshmallows ristes, forårsager varmeoverførsel gennem stråling en kemisk ændring. Sukkeret gennemgår karamellisering og Maillard-reaktioner, og producerer vandmolekyler, der fordamper og efterlader kulstof, hvilket resulterer i et mørkt, sprødt ydre. Denne kombination af kemiske reaktioner giver ristede marshmallows deres karakteristiske smag og tekstur.
Relaterede artikler
Changes in State for Gases
18 februar, 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 august, 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.