Základný prehľad termodynamiky vzduchového kompresora
21 apríla, 2022
Aby sme lepšie pochopili fyziku termodynamiky a tvorby tepla vzduchového kompresora, tento článok sa zaoberá hlavnými princípmi a dvoma zákonmi plynu.
Prenos tepla
Prenos tepla je základný koncept v termodynamike, ktorý je nevyhnutný na pochopenie rôznych priemyselných procesov vrátane systémov stlačeného vzduchu.
V nadväznosti na náš úvod do termodynamiky tento článok skúma tri hlavné typy prenosu tepla: vodivosť, konvekciu a žiarenie a ich význam v rôznych aplikáciách.
Prenos tepla sa môže uskutočňovať tromi rôznymi spôsobmi:
Prevedenie
Teplovzdušné
Vyžarovanie
V reálnych situáciách sa prenos tepla uskutočňuje súčasne, ale nie rovnakým spôsobom vo všetkých troch smeroch.
V každom prípade teplo prúdi z horúceho do studeného: ide o základný princíp termodynamiky, pri ktorom teplo prirodzene prúdi z oblasti s vyššou teplotou do oblasti s nižšou teplotou.
3 typy prenosu tepla
Prevedenie
Vedenie je prenos tepla cez pevný materiál. Vyskytuje sa, keď molekuly v látke vibrujú a prenášajú energiu na susedné molekuly. Tento proces je rozhodujúci v mnohých priemyselných aplikáciách, kde musia materiály efektívne viesť teplo.
Príklad vedenia: Dotýkanie sa kovovej tyče, ktorá bola zahriata na jednom konci. Teplo prechádza cez tyč k vašej ruke.
Teplovzdušné
Konvekcia je prenos tepla pohybom kvapalín (kvapalín alebo plynov). Tento typ prenosu tepla je nevyhnutný v systémoch, kde je na rovnomernú distribúciu tepla potrebný pohyb kvapaliny.
Príklad horúceho vzduchu: vriaca voda. Teplo z pece spôsobuje, že voda na dne sa stáva menej hustá a stúpa, zatiaľ čo chladnejšia voda klesá.
Vyžarovanie
Žiarenie je prenos tepla prostredníctvom elektromagnetických vĺn. Na rozdiel od vedenia a konvekcie si žiarenie nevyžaduje žiadne médium a môže prechádzať cez prázdny priestor.
Príklad žiarenia: Teplo zo slnka, ktoré zahrieva tvár alebo praží marshmallow pri ohni. Slnečná energia prechádza cez vákuum priestoru a zahrieva objekty na Zemi.
Vzorce tepelnej vodivosti a prenosu tepla
Vzorec tepelnej vodivosti
Tepelná vodivosť je miera schopnosti materiálu viesť teplo. Vzorec je:
Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)
kde:
- Q je prenášané teplo (J),
- λ je súčiniteľ tepelnej vodivosti (W/m*K),
- A je plocha tepelného toku (m2 ),
- t je čas (s),
- ΔT je teplotný rozdiel (K),
- Δx je vzdialenosť (m).
Vzorec prenosu tepla pre konvekciu
Vzorec pre konvekčný prenos tepla je:
Q = - h * A * t * Δ T
kde:
- Q je prenos tepla (J),
- h je koeficient konvekčného prenosu tepla (W/m2 *K),
- A je povrchová plocha (m2 ),
- t je čas (s),
- ΔT je teplotný rozdiel medzi povrchom a kvapalinou (K).
Záporné znamienko znamená, že dochádza k prenosu tepla z vyššej na nižšiu teplotu.
Vzorec prenosu tepla žiarením
Vzorec pre konvekčný prenos tepla je:
Q = - k * A * t * Δ T
kde:
- Q je celkové prenesené teplo (J),
- k je koeficient prenosu tepla (W/m2 *K),
- A je plocha (m2 ),
- t je čas (s),
- ΔT je teplotný rozdiel (studený-horúci)(K).
Logaritmický priemerný teplotný rozdiel (LTMD) vo výmenníkoch tepla
Prenos tepla vo výmenníku tepla je v každom bode funkciou prevládajúceho teplotného rozdielu a celkového koeficientu prenosu tepla. Namiesto lineárneho aritmetického ΔT sa vyžaduje použitie logaritmického priemerného teplotného rozdielu ✱m.
Vzorec pre logaritmický priemerný teplotný rozdiel (LMTD) je:
Өₘ = Ө₁ - Ө₂ / ln ( Ө₁ / Ө₂ )
kde:
- Өₘ je logaritmický priemerný teplotný rozdiel (K),
- Ө₁ je teplotný rozdiel medzi dvoma kvapalinami na jednom konci výmenníka tepla (⁀1),
- Ө₂ je teplotný rozdiel medzi dvoma kvapalinami na druhom konci výmenníka tepla (⁀2),
- ln označuje prirodzený logaritmus.
Aplikácie prenosu tepla a rekuperácie tepla
Prenos tepla a rekuperácia tepla sú kľúčové v rôznych odvetviach vrátane výroby, automobilového priemyslu a energetiky. Zatiaľ čo prenos tepla zahŕňa pohyb tepla z jedného miesta na druhé, rekuperácia tepla sa zameriava na zachytávanie a opätovné využívanie odpadového tepla.
Výrobné informácie
Pri výrobe je efektívny prenos tepla nevyhnutný pre kovanie kovov, lisovanie plastov a chemickú výrobu. Správny tepelný manažment zaisťuje kvalitu produktov a znižuje spotrebu energie. Na druhej strane systémy na rekuperáciu tepla zachytávajú odpadové teplo z týchto procesov a opätovne ho používajú inde v zariadení, ako je predhrievanie surovín alebo vykurovanie priestorov.
Automobilový priemysel
V automobilovom priemysle je prenos tepla kritický pre chladenie motora, klimatizáciu a správu batérií elektrických vozidiel. Efektívne tepelné systémy zvyšujú výkonnosť a životnosť vozidla tým, že účinne odvádzajú teplo od kritických komponentov. Systémy rekuperácie tepla môžu zachytávať teplo generované motormi a výfukovými systémami na zlepšenie palivovej účinnosti alebo napájanie ďalších systémov vozidla.
Energia
V energetickom sektore je prenos tepla kľúčom k výrobe energie, či už prostredníctvom tradičných fosílnych palív alebo obnoviteľných zdrojov, ako je slnko a veterná energia. Efektívne systémy výmeny tepla maximalizujú energetický výkon a minimalizujú odpad. Rekuperácia tepla na druhej strane zahŕňa zachytávanie odpadového tepla z procesov výroby energie a jeho využívanie na iné účely, ako je diaľkové vykurovanie alebo dodatočná výroba energie prostredníctvom systémov kombinovanej výroby tepla a elektriny (CHP).
Vzduchové a plynové riešenia pre výrobcov nabíjačiek elektrických vozidiel
![Zástrčka nabíjačky elektrického vozidla s digitálnym displejom]()
Vzduchové a plynové riešenia pre výrobcov nabíjačiek elektrických vozidiel
Zistite viac o výrobe batérií pre elektrické vozidlá
![Elektronická kniha o výrobe batérií EV]()
Zistite viac o výrobe batérií pre elektrické vozidlá
Prenos tepla v systémoch stlačeného vzduchu
Generovanie tepla počas kompresie
Počas procesu kompresie sa tlak vzduchu a teplota zvyšujú v dôsledku prác vykonávaných na vzduchu. Toto teplo sa musí riadiť, aby sa zachovala účinnosť systému a zabránilo sa poškodeniu.
Význam chladenia stlačeným vzduchom
Nekontrolované teplo v systémoch stlačeného vzduchu môže viesť k poškodeniu zariadenia, zníženej účinnosti a kondenzácii vlhkosti. Chladenie stlačeného vzduchu je rozhodujúce na predchádzanie týmto problémom.
Využívanie tepla pre pomocné zariadenia
Teplo generované v systémoch stlačeného vzduchu možno využiť vo vedľajších zariadeniach, ako sú sušičky a sušiace nádrže, čím sa zvyšuje celková účinnosť systému.
Rekuperácia tepla
Rekuperácia tepla zahŕňa zachytávanie a opätovné použitie odpadového tepla vznikajúceho počas kompresie. Tento proces znižuje spotrebu energie, znižuje prevádzkové náklady a podporuje udržateľnosť minimalizáciou plytvania energiou.
Výhody rekuperácie tepla:
Znížená spotreba energie: Využitie odpadového tepla znižuje závislosť od externých zdrojov tepla.
Nižšie prevádzkové náklady: úspory energie sa premietajú do nižších prevádzkových nákladov.
V tomto videu skúmame rekuperáciu tepla kompresora. Vedeli ste, že značná časť elektrickej energie spotrebovanej kompresormi sa mení na teplo a často sa plytvá?
Pomocou systémov na rekuperáciu energie môžeme toto prebytočné teplo znovu využiť na ohrev, sušenie alebo výrobu horúcej vody na úlohy, ako je sprchovanie a priemyselné procesy, ako je čistenie fliaš a temperovanie čokolády.
Chcete sa dozvedieť viac o rekuperácii energie pre vaše podnikanie? Pochopenie rôznych typov prenosu tepla je rozhodujúce pre rôzne priemyselné aplikácie vrátane systémov stlačeného vzduchu. Efektívnym riadením a využívaním tepla môžu odvetvia zvýšiť efektivitu a znížiť náklady. Viac informácií nájdete v našej elektronickej knihe.
Ďalšie informácie o rekuperácii tepla a iných energeticky účinných riešeniach nájdete na našej stránke o rekuperácii tepla.
Najčastejšie otázky a príklady prenosu tepla v každodennom živote
Aké sú tri typy prenosu tepla?
Tri typy prenosu tepla sú vodivosť, konvekcia a žiarenie. Vedenie je prenos tepla prostredníctvom priameho kontaktu medzi materiálmi, ako je to vidieť, keď sa kovová tyč zahrieva pozdĺž svojej dĺžky.
Prečo teplo prúdi z horúceho do studeného?
Tepelný tok z horúceho do studeného je riadený druhým zákonom termodynamiky, ktorý uvádza, že entropia alebo porucha má tendenciu zvyšovať sa v izolovanom systéme.
Ako sa teplo prenáša vodivosťou?
Teplo sa prenáša vodivosťou prostredníctvom priameho kontaktu medzi molekulami v pevnom materiáli.
Ako sa teplo prenáša konvekciou?
Teplo sa prenáša konvekciou prostredníctvom pohybu kvapalín, ktoré rovnomerne rozdeľujú teplo.
Ako sa teplo prenáša žiarením?
Teplo sa prenáša žiarením prostredníctvom elektromagnetických vĺn bez potreby média.
Aký je príklad vodivého prenosu tepla?
Príkladom vodivosti je kovová lyžica, ktorá sa zohreje od rukoväte až po špičku, keď sa ponorí do horúcej kvapaliny.
Aký je príklad konvekčného prenosu tepla?
Príkladom konvekcie je cirkulácia teplého vzduchu vo vyhrievanej miestnosti.
Aké sú niektoré príklady prenosu tepla vyžarovaného žiarením?
Medzi príklady žiarenia patrí teplo z kozuba a teplo zo slnka.
Aký druh prenosu tepla je vriaca voda?
Vriaca voda zahŕňa konvekciu, pri ktorej teplo spôsobuje cirkuláciu vody a prenos tepla.
Aký typ prenosu tepla môže nastať cez prázdny priestor?
Žiarenie môže prechádzať cez prázdny priestor, pretože nevyžaduje žiadne médium.
Aký druh prenosu tepla je slnko?
Slnko prenáša teplo na Zem prostredníctvom žiarenia.
Aký typ prenosu tepla používajú sušičky?
Sušičky zvyčajne používajú konvekciu na prenos tepla a suchých materiálov.
Aký druh prenosu tepla využíva mikrovlnná rúra?
Mikrovlnná rúra používa žiarenie na prenos tepla a varenie potravín.
Aké chemické procesy prebiehajú pri pečení marshmallows?
Pri pražení marshmallows spôsobuje prenos tepla prostredníctvom žiarenia chemickú zmenu. Cukor podlieha karamelizácii a Maillardovej reakcii, pri ktorej vznikajú molekuly vody, ktoré sa odparujú a zanechávajú uhlík, čo má za následok čierny, chrumkavý vonkajší povrch. Táto kombinácia chemických reakcií dodáva praženým marshmallows ich charakteristickú chuť a textúru.
Súvisiace články
Zmeny stavu plynov
18 februára, 2022
Na pochopenie fungovania stlačeného vzduchu môže základný úvod do fyziky priniesť veľa. Zistite viac o termodynamike a o tom, ako je dôležitá pre pochopenie fungovania vzduchových kompresorov.
Prietok plynu cez potrubia a proces škrtenia
4 augusta, 2022
Na pochopenie fungovania stlačeného vzduchu môže základný úvod do fyziky priniesť veľa. Zistite viac o termodynamike a o tom, ako je dôležitá pre pochopenie fungovania vzduchových kompresorov.