Jurnalul Politehnicii - Despre schimbul de căldură dintre abur și monocilindru metalic

Titlu:	Despre schimbul de căldură dintre abur și metal la motoarele cu abur cu un singur cilindru.
Autor:	Anonim
Referinţă:	1891, volumul 279 (pp. 229-231)
Adresa URL:	http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj279/ar279083

Pentru a determina influența schimbului de căldură dintre abur și metalul pereților cilindrilor asupra consumului de abur, numeroase studii teoretice și practice au fost efectuate de experți remarcabili de mult timp, inclusiv publicațiile relevante ale Dwelshauvers-Dery, Fliegner, Grashof, Hirn și Kirsch, Unwin, Willans și Zeuner trebuie menționați în primul rând. Cu toate acestea, nu a fost încă posibil să se explice pe deplin fenomenele care se petrec în interiorul unui cilindru de abur, motiv pentru care E. Cavalli, profesor la școala de inginerie din Roma, a efectuat recent alte investigații teoretice, deși pe baza diferitelor ipoteze, cu privire la mișcările de căldură avute în vedere aici care, publicat în Revue universelle des mines, 1890 p. 280, tratează această importantă întrebare | 230 | îmbogățiți materialul existent cu o altă contribuție.

Dacă se imaginează un corp solid omogen de grosime nedeterminată, care este delimitat pe o parte de o suprafață plană (α) și se presupune că această suprafață menține o temperatură constantă ca urmare a alimentării constante de căldură, atunci căldura poate fi pătrunde treptat în masa corpului, calculează temperatura oricărei suprafețe tăiate (μ) paralel cu suprafața finală (α) folosind formula stabilită de Cauchy pe baza investigațiilor anterioare efectuate de Laplace și Fourier.

c, k 0 și γ	rel. căldura specifică, căldura- conductivitatea și greutatea corpului pentru metrul cub în kilograme;
ϑ	temperatura uniformă inițială în toată mulțimea;
y	temperatura suprafeței tăiate μ după a Timpul de z ore contat de la prima vedere- uită-te la încălzire;
t	temperatura la care trece suprafața α se obține o sursă constantă de căldură (ϑ, y și t în grade conform Celsius);
X	distanța dintre cele două suprafețe μ și α în metri;

și ai pariat și tu

la fel și după formula lui Cauchy

Integrala L, cunoscută sub numele de integrala lui Laplace, nu poate fi redusă la nicio formă în timp finit, deoarece nu poate fi extinsă nici în serie, nici în fracții continue. Având în vedere importanța sa mare pentru observațiile științifice, au fost așadar stabilite tabele numerice sub care acei von Meyer (prelegeri despre calculul probabilității, Leipzig 1879, p. 545) dau valorile acestei integrale până la a șaptea zecimală.

Se găsește aici, pentru,

și primește când este plasat,

Dacă se stabilește pentru o aproximare suficientă, valoarea corespunzătoare pentru din rezultate

Această distanță δ determină poziția acelei suprafețe a corpului în care se află cantitatea de căldură q 'care se propagă în timpul z.

Expresia algebrică pentru cantitatea de căldură q 'poate fi ușor determinată. Dacă avem în vedere o prismă dreaptă cu o suprafață de bază de 1 metru pătrat și o greutate de y în corp. kg dx, care este situat între zonele μ și μ 'la o distanță infinit de mică, numărul de calorii corespunzător creșterii temperaturii y - ϑ se obține astfel:

și pentru cantitatea totală de căldură q 'care a curs în interiorul corpului în timpul z pentru metrul pătrat al zonei α

Această cantitate de căldură q 'poate fi, de asemenea, reprezentată geometric. Dacă ne gândim la corp, în unghi drept cu suprafața α, o dreaptă x și prin aceasta o suprafață π, care intersectează suprafețele α și μ în drepte a și m, piesa M 0 M = poartă de la linia dreaptă x la m (t - ϑ) (1 - L), a cărui dimensiune poate fi determinată cu ajutorul tabelelor lui Meyer, atunci capătul extrem M al acestei secțiuni aparține unei curbe ale cărei puncte individuale sunt obținute prin adăugarea de valori diferite la dimensiunea x cuprins în limitele de la 0 la δ. Această curbă, care se află în zona π, formează o suprafață cu linia de bază x și dreapta a, a cărei dimensiune poate fi determinată în conformitate cu regula lui Simpson. Primesti:

și luând în considerare ecuația (3)

Dezvoltarea de mai sus se bazează pe presupunerea că temperatura suprafeței α este constantă; în realitate acest lucru nu este cazul, deoarece are inițial temperatura ϑ, care se schimbă treptat doar la temperatura t după z ore ca urmare a alimentării cu căldură. În consecință, cantitatea de căldură care a curgut în interiorul corpului poate fi determinată aproximativ în funcție de ecuația (4), iar valoarea exactă a acesteia, pe care dorim să o notăm cu q, va fi puțin mai mică decât se evidențiază din ecuația menționată. Oricare ar fi valoarea lui q, totuși, trebuie să admitem că temperatura suprafeței α menține valoarea constantă t într-o scurtă instanță dz după timpul z și, prin urmare, o primește întotdeauna

Pe de altă parte, conform legii lui Newton, dacă T denotă temperatura constantă a căldurii furnizate și k denotă conductivitatea termică externă:

Dacă se elimină valoarea din ecuația (6) și o substituie în ecuația (5), se obține după transformare:

aceasta oferă formula foarte simplă:

de la care temperatura suprafeței α la capăt | 231 | se poate determina timpul z în care a fost expus acțiunii sursei de căldură.

Pentru fierul forjat și cu o aproximare suficientă și pentru fontă se poate seta (aici este și se presupune); prin urmare

Din aceasta este ușor să calculați valoarea exactă pentru cantitatea de căldură care a curs în corp în timpul z pentru metrul pătrat de suprafață încălzită. Primesti:

sau luând în considerare valoarea constantei a 0:

Să trecem acum la aplicarea celor precedente la motoarele cu abur monocilindrice care lucrează cu expansiune și condens.

În cilindrul unei astfel de mașini, la fiecare cursă, fluxul de abur proaspăt are loc pe partea care era în legătură cu condensatorul la cursa anterioară; La începutul fluxului de abur, temperatura de pe această parte este aceeași sau doar puțin mai mare decât cea a amestecului de apă și abur care a trecut în condensator. Aburul care ajunge de la cazan la o temperatură mai mare pierde, prin urmare, o parte din căldura sa latentă atunci când intră în cilindru și încălzește pereții cu care intră în contact. Când acest abur este saturat, are loc o condensare parțială, care împreună cu cea din conductele de alimentare cu abur și corpul supapei determină scăderea tensiunii aburului, care este evidentă pe diagramele luate prin intermediul indicatorilor.

Când începe fluxul, volumul mic de vapori închis în spațiile dăunătoare este în contact cu suprafețe relativ mari, iar schimbul viguros de căldură între vapori și înveliș provoacă o condensare deloc neglijabilă; Cu toate acestea, în măsura în care pistonul își parcurge cursa cu o viteză crescândă, schimbul de căldură este redus parțial din cauza încălzirii treptate a pereților, parțial din cauza scăderii relației dintre suprafață și volumul de vapori care a pătruns, dar nu încetează pe întreaga perioadă de intrare, mergând în aceeași direcție.

Capacul cilindrului, suprafața pistonului frontal, precum și suprafața interioară a spațiului dăunător rămân în contact constant cu aburul pe toată durata fluxului de intrare, iar efectul lor general pentru unitatea de suprafață va fi în orice caz diferit de cel care se produce treptat doar cu aburul în cursul mișcării pistonului Aburul care vine în contact cu suprafața interioară a cilindrului. Prin urmare, pentru a determina cantitatea de căldură care a curs, este necesar să se transforme ecuațiile (7) și (9).

Timpul z, calculat ca o fracțiune de oră, de care pistonul are nevoie din poziția inițială pentru a parcurge orice parte a cursei sale, poate fi determinat și de unghiul α prin care manivela s-a rotit din poziția sa din punctul mort și de numărul de minute Exprimați numărul de rotații ale arborelui volantului. Unul are

Dacă pariați și voi

deci ecuațiile (7) și (9) se transformă în:

unde T reprezintă temperatura aburului de intrare și ϑ temperatura peretelui la începutul intrării.

Cantitatea de căldură q determinată pentru metrul pătrat de suprafață încălzită pătrunde în pereți până la o grosime d a acesteia, a cărei valoare în metri poate fi determinată din ecuația (3).

Dacă mașina funcționează la presiune maximă, fără expansiune, atunci

Cu cât este mai mare n, cu atât este mai mică această adâncime și nu va ajunge niciodată la suprafața exterioară a cilindrului atâta timp cât grosimea peretelui său nu este disproporționat de subțire.

Schimbul de căldură de pe suprafața cilindrului interior, care intră doar treptat în contact cu vaporii pe măsură ce pistonul se deplasează înainte, este, desigur, mai mic decât atunci când acesta din urmă intră în contact cu suprafața care devine treptat liberă în timpul perioadei de intrare din primul moment al cursei pistonului ar fi fost.

---