Polytechnisches Journal - O výmene tepla medzi parou a kovovým jednovalcom

Názov:	O výmene tepla medzi parou a kovom v jednovalcových parných strojoch.
Autor:	Anonymný
Referencia:	1891, ročník 279 (s. 229 - 231)
URL:	http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj279/ar279083

S cieľom určiť vplyv výmeny tepla medzi parou a kovom stien valca na spotrebu pary už dlho uskutočnili vynikajúce odborníci početné teoretické a praktické štúdie vrátane relevantných publikácií Dwelshauvers-Dery, Fliegner, Grashof, Hirn a Kirsch. V prvom rade treba spomenúť Unwin, Willans a Zeuner. Napriek tomu ešte nebolo možné úplne vysvetliť javy, ktoré sa dejú vo vnútri parného valca, a preto E. Cavalli, profesor na strojníckej škole v Ríme, nedávno vykonal ďalšie teoretické výskumy tu uvažovaných pohybov tepla, aj keď na základe rôznych predpokladov. ktorá, publikovaná v Revue universelle des mines, 1890 s. 280, sa zaoberá touto dôležitou otázkou | 230 | obohatiť existujúci materiál o ďalší príspevok.

Ak si niekto predstaví homogénne pevné teleso neurčitej hrúbky, ktoré je z jednej strany ohraničené rovným povrchom (α), a predpokladá sa, že tento povrch udržuje konštantnú teplotu v dôsledku neustáleho prísunu tepla, potom môže byť teplo postupne preniká hmotou tela, vypočítajte teplotu ľubovoľného rezaného povrchu (μ) rovnobežného s koncovým povrchom (α) pomocou vzorca stanoveného Cauchyom na základe predchádzajúcich výskumov Laplacea a Fouriera.

c, ko a y	rel. špecifické teplo, teplo- vodivosť a hmotnosť tela pre meter kubický v kilogramoch;
ϑ	počiatočná jednotná teplota v celom dave;
r	teplota rezaného povrchu μ po a Čas z hodín počítaný od prvého pohľadu- pozri sa na otepľovanie;
t	teplota, na ktorú prechádza povrch α získa sa stály prísun tepla (ϑ, y a t v stupňoch podľa Celzia);
X	vzdialenosť medzi dvoma povrchmi μ a α v metroch;

a tiež stavíte

tak je podľa Cauchyovho vzorca

Integrál L, známy pod menom Laplaceov integrál, nemožno v konečných časoch zredukovať na žiadnu formu, pretože ho nemožno rozširovať v sériách alebo v spojitých zlomkoch. Vzhľadom na jeho veľký význam pre vedecké pozorovania boli preto zostavené numerické tabuľky, podľa ktorých títo von Meyer (prednášky o výpočte pravděpodobnosti, Leipzig 1879, s. 545) uvádzajú hodnoty tohto integrálu až na siedme desatinné miesto.

Jeden tu nájde, pre,

a prijíma, keď je umiestnený,

Ak sa vezme s dostatočnou aproximáciou, zodpovedajúca hodnota pre z výsledkov

Táto vzdialenosť δ určuje polohu povrchu tela, v ktorom sa nachádza množstvo tepla q ', ktoré sa šíri v čase z.

Algebraický výraz pre množstvo tepla q 'možno ľahko určiť. Ak pozorujeme priamy hranol so základnou plochou 1 meter štvorcový a hmotnosťou y v tele. dx kilo, ktoré sa nachádza medzi oblasťami μ a μ 'v nekonečne malej vzdialenosti, sa počet kalórií zodpovedajúcich zvýšeniu teploty y - ϑ získa ako:

a pre celkové množstvo tepla q ', ktoré prúdilo do vnútra tela v čase z, pre štvorcový meter oblasti α:

Toto množstvo tepla q 'je možné znázorniť aj geometricky. Ak uvažujeme o tele, v pravom uhle k povrchu α, priamku x a cez ňu plochu π, ktorá pretína povrchy α a μ v priamkach a a m, kúsok M 0 M = nesie z priamky x do m (t - ϑ) (1 - L), ktorého veľkosť sa dá určiť pomocou Meyerových tabuliek, potom krajný koniec M tejto časti patrí krivke, ktorej jednotlivé body sa získajú pripočítaním rôznych hodnôt k veľkosti x uzavreté v medziach 0 až 8. Táto krivka, ktorá leží v oblasti π, tvorí povrch so základnou čiarou x a priamkou a, ktorej veľkosť je možné určiť podľa Simpsonovho pravidla. Získate:

a pri zohľadnení rovnice (3)

Vyššie uvedený vývoj je založený na predpoklade, že teplota povrchu α je konštantná; v skutočnosti to tak nie je, pretože pôvodne má teplotu ϑ, ktorá sa len postupne po z hodinách v dôsledku dodávky tepla zmení na teplotu t. Podľa toho je možné množstvo tepla, ktoré prúdilo do vnútra telesa, určiť iba približne podľa rovnice (4) a jeho presná hodnota, ktorú chceme označiť q, bude o niečo nižšia, ako je zrejmé z uvedenej rovnice. Nech už je hodnota q akákoľvek, treba si pripustiť, že teplota povrchu α udržuje konštantnú hodnotu t počas krátkeho okamihu dz nasledujúceho po čase z, a preto ju vždy prijíma

Na druhej strane, podľa Newtonovho zákona, ak T označuje konštantnú teplotu dodávaného tepla a k označuje vonkajšiu tepelnú vodivosť:

Ak niekto vylúči hodnotu z rovnice (6) a dosadí ju do rovnice (5), získa po transformácii:

toto dáva veľmi jednoduchý vzorec:

z ktorej je teplota povrchu α na konci | 231 | možno určiť čas z, v rámci ktorého bol vystavený pôsobeniu zdroja tepla.

Pre tepané železo as dostatočnou aproximáciou aj pre liatinu sa dá nastaviť (tu sa predpokladá a predpokladá sa); preto

Z toho je ľahké vypočítať presnú hodnotu množstva tepla, ktoré prúdilo do tela v čase z, pre štvorcový meter vykurovanej plochy. Získate:

alebo s prihliadnutím na hodnotu konštanty a 0:

Teraz pristúpime k použitiu toho, čo sme práve povedali, na jednovalcové parné stroje pracujúce s expanziou a kondenzáciou.

Vo valci takého stroja sa pri každom zdvihu uskutočňuje prítok čerstvej pary na strane, ktorá bola pri predchádzajúcom zdvihu spojená s kondenzátorom; Na začiatku prívodu pary je teplota na tejto strane rovnaká alebo len o málo vyššia ako teplota zmesi vody a pary, ktorá prešla do kondenzátora. Para prichádzajúca z kotla pri vyššej teplote preto pri vstupe do valca stráca časť latentného tepla a ohrieva steny, s ktorými prichádza do styku. Keď je táto para nasýtená, dôjde k čiastočnej kondenzácii, ktorá spolu s kondenzáciou v prívodných potrubiach pary a telese ventilu spôsobí zníženie napätia pary, čo je zrejmé z diagramov uskutočnených pomocou indikátorov.

Keď začne prítok, malý objem pary uzavretej v škodlivých priestoroch je v kontakte s relatívne veľkými povrchmi a prudká výmena tepla medzi parou a plášťom spôsobuje nezanedbateľnú kondenzáciu; Avšak v rozsahu, v akom piest prechádza svojím zdvihom so zvyšujúcou sa rýchlosťou, sa výmena tepla zmenšuje, čiastočne z dôvodu postupného otepľovania stien, čiastočne z dôvodu poklesu vzťahu medzi povrchom a objemom pary, ktorá vstúpila, ale neprestáva počas celej doby prítoku, ísť jedným a tým istým smerom.

Kryt valca, povrch predného piestu, ako aj vnútorný povrch škodlivého priestoru zostávajú po celú dobu prítoku v neustálom kontakte s parou a ich celkový účinok na povrchovú jednotku bude v každom prípade odlišný od toho, ku ktorému dochádza pri pohybe piestu iba postupne. Výpary prichádzajú do styku s vnútorným povrchom valca. Preto, aby bolo možné určiť množstvo tepla, ktoré pretieklo, je potrebné transformovať rovnice (7) a (9).

Čas z, počítaný ako zlomok hodiny, ktorý piest potrebuje z východiskovej polohy na to, aby prešiel ktoroukoľvek časťou svojho zdvihu, je možné určiť aj podľa uhla α, o ktorý sa kľuka otočila z polohy mŕtveho stredu, a počtu minút Vyjadrite počet otáčok hriadeľa zotrvačníka. Jeden má

Ak tiež stavíte

takže rovnice (7) a (9) sa menia na:

kde T označuje teplotu vstupnej pary a ϑ teplotu steny na začiatku vstupu.

Množstvo tepla q určené pre štvorcový meter vykurovanej plochy preniká cez steny až do rovnakej hrúbky d, ktorej hodnota v metroch sa dá určiť z rovnice (3).

Ak stroj pracuje s plným tlakom, bez expanzie, potom

Čím väčšie je n, tým menšia je hĺbka a nikdy nedosiahne vonkajší povrch valca, pokiaľ jeho hrúbka steny nebude neprimerane tenká.

Výmena tepla na vnútornom povrchu valca, ktorá len postupne prichádza do styku s parou pri pohybe piestu vpred, je samozrejme menšia, ako keď prichádza táto do kontaktu s povrchom, ktorý sa postupne uvoľňuje počas obdobia prítoku od prvého okamihu zdvihu piestu by bolo.