Объем воды в секции биметаллического радиатора: Объем радиатора отопления – Сколько воды в батарее отопления

Стратегия

Используйте уравнение линейного теплового расширения [латекс]{\Delta{L}=\alpha{L}\Delta{T}}[/latex] для расчета изменения длины, [латекс]{ \Delta{L}}.[/latex] Используйте коэффициент линейного расширения, [latex]{\alpha},[/latex] для стали из таблицы 2, и обратите внимание, что изменение температуры, [latex]{\Delta {T}},[/latex] – это [латекс]{55^{\circ}\text{C}}. [/latex] 9{\circ}\text{C})=0,84\text{ м.}}[/latex]

Обсуждение

Хотя это изменение длины невелико по сравнению с длиной моста, оно заметно. Обычно он распространяется на множество компенсационных швов, так что расширение в каждом шве невелико.

Объекты расширяются во всех измерениях, как показано на рисунке 2. То есть их площади и объемы, а также их длины увеличиваются с температурой. Отверстия также увеличиваются с температурой. Если вы прорежете отверстие в металлической пластине, оставшийся материал расширится точно так же, как если бы заглушка оставалась на месте. Пробка станет больше, а значит, и отверстие тоже должно стать больше. (Представьте, что кольцо соседних атомов или молекул на стенке отверстия отталкивает друг друга все дальше друг от друга по мере повышения температуры. Очевидно, что кольцо соседей должно немного увеличиваться, поэтому отверстие становится немного больше).

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ В ДВУХ ИЗМЕРЕНИЯХ

Для небольших изменений температуры изменение площади [латекс]{\Delta{A}}[/латекс] определяется выражением

[латекс]{\Delta{A}=2\alpha{ A}\Delta{T}},[/latex]

, где [latex]{\Delta{A}}[/latex] — изменение площади [latex]{A},\:{\Delta{T} }[/latex] — изменение температуры, а [latex]{\alpha}[/latex] — коэффициент линейного расширения, который незначительно зависит от температуры.

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ В ТРЕХ ИЗМЕРЕНИЯХ

Изменение объема [латекс]{\Delta{V}}[/latex] очень близко к [латекс]{\Delta{V}=3\alpha{V}\Delta{T} }.[/latex] Это уравнение обычно записывается как

[латекс]{\Delta{V}=\beta{V}\Delta{T}},[/latex]

, где [латекс]{\beta} [/latex] — коэффициент объемного расширения, а [latex]{\beta\приблизительно{3}\alpha}.[/latex] Обратите внимание, что значения [latex]{\beta}[/latex] в таблице 2 равны почти точно равно [латекс]{3\альфа}. [/латекс]

ВЫПОЛНЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ: РЕАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ — ЗАПОЛНЕНИЕ БАКА

Различия в тепловом расширении материалов могут привести к интересным эффектам на заправочной станции. Одним из примеров является капание бензина из только что заправленного бака в жаркий день. Бензин стартует при температуре земли под заправкой, которая ниже температуры воздуха над ней. Бензин охлаждает стальной бак, когда он заполнен. И бензин, и стальной бак расширяются при нагревании до температуры воздуха, но бензин расширяется гораздо больше, чем сталь, поэтому он может перелиться через край.

Эта разница в расширении также может вызвать проблемы при интерпретации показаний указателя уровня бензина. Фактическое количество (масса) бензина, оставшегося в баке, когда датчик показывает «пусто», летом намного меньше, чем зимой. Бензин имеет тот же объем, что и зимой, когда загорается индикатор «добавьте топливо», но из-за того, что бензин расширился, масса стала меньше. Если вы привыкли проезжать еще 40 миль «пустым» зимой, будьте осторожны — летом вы, вероятно, выбежите гораздо быстрее. 9{\circ}\text{C}}?[/latex]

Стратегия

Бак и бензин увеличиваются в объеме, но бензин увеличивается больше, поэтому количество пролитого равно разнице в изменении их объема. (Бензиновый бак можно рассматривать как твердую сталь.) Мы можем использовать уравнение для расширения объема, чтобы вычислить изменение объема бензина и бака.

Решение

1. Используйте уравнение для объемного расширения, чтобы рассчитать увеличение объема стального резервуара:

[латекс] {\ Delta {V} _ {\ text {s}} = \ beta _ {\ text {s}} V _ {\ text {s}} \ Delta {T}}. [/latex]

2. Увеличение объема бензина определяется следующим уравнением:

[латекс] {\ Delta {V} _ {\ text {газ}} = \ beta _ {\ text {газ}} V _ {\ text {газ }}\Delta{T}}.[/latex]

3. Найдите разницу в объеме, чтобы определить количество пролитого вещества как

[латекс]{V _{\text{spill}}=\Delta{V}_{ \text{gas}}-\Delta{V}_{\text{s}}}.[/latex]

В качестве альтернативы мы можем объединить эти три уравнения в одно уравнение. (Обратите внимание, что исходные объемы равны.) 9{\circ}\text{C})} \\ {} & {=} & {1.10\text{ L.}} \end{array}[/latex]

Обсуждение

Эта сумма значительна, особенно для бака на 60,0 л. Эффект настолько поразителен, потому что бензин и сталь быстро расширяются. Скорость изменения термических свойств обсуждается в главе 14 «Тепло и методы теплопередачи».

Если вы попытаетесь плотно закрыть бак, чтобы предотвратить переполнение, вы обнаружите, что он все равно протекает, либо вокруг крышки, либо из-за разрыва бака. Плотное сжатие расширяющегося газа эквивалентно его сжатию, а как жидкости, так и твердые тела сопротивляются сжатию с чрезвычайно большими силами. Чтобы избежать разрыва жестких контейнеров, эти контейнеры имеют воздушные зазоры, которые позволяют им расширяться и сжиматься, не нагружая их.

Термическое напряжение создается тепловым расширением или сжатием (см. главу 5.3 Эластичность: напряжение и деформация для обсуждения напряжения и деформации). Термическое напряжение может быть разрушительным, например, когда расширяющийся бензин разрывает бак. Это также может быть полезно, например, когда две детали соединяются вместе путем нагревания одной в процессе производства, затем надевания ее на другую и охлаждения комбинации. Термический стресс может объяснить многие явления, такие как выветривание горных пород и дорожного покрытия из-за расширения льда при его замерзании. 92}.[/latex] (Дополнительные сведения о объемном модуле см. в главе 5.3 «Упругость: напряжения и деформации». )

Стратегия

латекс] {\ Delta {V}} [/ латекс] к давлению:

[латекс] {\ Delta {V} \: =} [/латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {1} {B} \ гидроразрыва { F}{A}}[/latex] [latex]{V_0,}[/latex]

, где [latex]{F/A}[/latex] — давление, [latex]{V_0}[/latex] — первоначальный объем, а [латекс]{B}[/латекс] — модуль объемного сжатия задействованного материала. Мы будем использовать количество, пролитое в Примере 2, как изменение объема, [латекс]{\Delta{V}}.[/латекс] 92},[/latex] гораздо больше, чем может выдержать бензобак.

Силы и давления, создаваемые термическим напряжением, обычно такие же большие, как и в приведенном выше примере. Железнодорожные пути и проезжие части могут деформироваться в жаркие дни, если на них недостаточно компенсационных швов. (См. рис. 5.) Линии электропередач провисают больше летом, чем зимой, и ломаются в холодную погоду, если провисание недостаточное. Трещины в оштукатуренных стенах открываются и закрываются по мере того, как дом нагревается и остывает. Стеклянные кастрюли треснут при быстром или неравномерном охлаждении из-за дифференциального сжатия и создаваемых им напряжений. (Pyrex® менее чувствителен из-за его низкого коэффициента теплового расширения.) Корпусам высокого давления ядерных реакторов угрожает чрезмерно быстрое охлаждение, и, хотя ни один из них не вышел из строя, некоторые охлаждались быстрее, чем считалось желательным. Биологические клетки разрушаются при замораживании продуктов, что ухудшает их вкус. Многократное оттаивание и замораживание усугубляют ущерб. Даже океаны могут быть затронуты. Значительная часть повышения уровня моря в результате глобального потепления связана с тепловым расширением морской воды.

Металл регулярно используется в человеческом теле для имплантатов бедра и колена. Большинство имплантатов со временем необходимо заменять, потому что, среди прочего, металл не сцепляется с костью. Исследователи пытаются найти лучшие металлические покрытия, которые позволили бы связывать металл с костью. Одна из проблем состоит в том, чтобы найти покрытие с коэффициентом расширения, аналогичным коэффициенту расширения металла. Если коэффициенты расширения слишком разные, термические напряжения в процессе производства приводят к трещинам на границе раздела покрытие-металл.

Еще один пример термического стресса обнаружен во рту. Зубные пломбы могут расширяться иначе, чем зубная эмаль. Это может вызывать боль при употреблении мороженого или горячего напитка. В пломбе могут появиться трещины. Металлические пломбы (золото, серебро и др.) вытесняются композитными пломбами (фарфор), имеющими меньшие коэффициенты расширения и более близкие к зубным.

• Тепловое расширение — это увеличение или уменьшение размера (длины, площади или объема) тела из-за изменения температуры.
• Тепловое расширение велико для газов и относительно мало, но им можно пренебречь, для жидкостей и твердых тел.
• Линейное тепловое расширение

  [латекс] {\ Delta {L} = \ альфа {L} \ Delta {T}}, [/латекс]

  , где [латекс]{\Delta{L}}[/латекс] — изменение длины [латекс]{L}, \:{\Delta{T}}[/латекс] — изменение температуры, а [латекс ] {\ alpha} [/latex] — коэффициент линейного расширения, который незначительно зависит от температуры.

• Изменение площади из-за теплового расширения составляет

  [латекс] {\ Delta {A} = 2 \ альфа {A} \ Delta {T}}, [/ латекс]

  , где [latex]{\Delta{A}}[/latex] — изменение площади.

• Изменение объема из-за теплового расширения

  [латекс] {\ Delta {V} = \ бета {V} \ Delta {T}}, [/ латекс]

  , где [латекс] {\ бета} [/латекс] — коэффициент объемного расширения, а [латекс] {\ бета \ приблизительно 3 \ альфа}. [/латекс] Тепловое напряжение создается, когда тепловое расширение ограничено.

Сноски

1. 1 Значения для жидкостей и газов являются приблизительными. 9{\circ}\text{C}}[/latex] изменение температуры

   термическое напряжение

   напряжение, вызванное тепловым расширением или сжатием

    

   Справочник по воде – Закрытые рециркуляционные системы охлаждения

   • Преимущества закрытых систем
   • Контроль весов
   • Защита от коррозии

   Замкнутая рециркуляционная система водяного охлаждения возникла на основе методов, использовавшихся для охлаждения ранних конструкций двигателей. В закрытой системе вода циркулирует по замкнутому циклу и подвергается поочередному охлаждению и нагреву без контакта с воздухом. Тепло, поглощаемое водой в замкнутой системе, обычно передается водоводяным теплообменником циркулирующей воде открытой циркуляционной системы, из которой тепло теряется в атмосферу (рис. 32-1).

   Закрытые рециркуляционные системы водяного охлаждения хорошо подходят для охлаждения газовых двигателей и компрессоров. В дизельных двигателях стационарных и локомотивных двигателей обычно используются радиаторные системы, аналогичные известным автомобильным системам охлаждения. Другие области применения закрытого рециркуляционного охлаждения включают системы охлаждения желоба расплава на котлах-утилизаторах крафт-бумаги, а также охладители смазочного масла и проб на электростанциях. Закрытые системы также широко используются в системах кондиционирования воздуха с охлажденной водой для передачи охлаждения хладагента на воздухоочистители, в которых воздух охлаждается. В холодное время года эта же система может обеспечивать теплом воздухоочистители. Замкнутые системы водяного охлаждения также являются надежным методом контроля температуры промышленных процессов.

   ПРЕИМУЩЕСТВА ЗАКРЫТЫХ СИСТЕМ

   Закрытые рециркуляционные системы имеют много преимуществ. Они обеспечивают лучший контроль температуры в теплопроизводящем оборудовании, а их небольшие потребности в подпиточной воде значительно упрощают решение потенциальных проблем на берегу. Подпиточная вода требуется только тогда, когда произошла утечка на уплотнениях насоса или когда вода была слита для ремонта системы. Мало, если вообще происходит испарение. Поэтому для подпитки обычно можно использовать качественную воду, и в результате отложения накипи не являются проблемой. Использование высококачественной воды также сводит к минимуму опасность треснутых цилиндров, поломанных головок, загрязненных теплообменников и других механических повреждений. Закрытые системы также менее подвержены биологическому загрязнению из-за отложений слизи и водорослей, чем открытые системы.

   Закрытые системы также значительно снижают проблемы с коррозией, поскольку циркулирующая вода не постоянно насыщается кислородом, как в открытых системах. Единственными точками возможного проникновения кислорода являются поверхность уравнительного резервуара или горячего колодца, уплотнения циркуляционного насоса и подпиточная вода. При небольшом количестве требуемой подпиточной воды адекватная очистка может практически исключить коррозию и накопление продуктов коррозии.

   КОНТРОЛЬ ВЕСОВ

   Некоторые закрытые системы, такие как системы с охлажденной водой, работают при относительно низких температурах и требуют очень небольшого количества подпиточной воды. Поскольку концентрации растворенных твердых веществ не происходит, можно использовать довольно жесткую подпиточную воду с небольшой опасностью образования накипи. Однако в дизельных и газовых двигателях высокая температура воды в рубашке значительно повышает склонность к образованию накипи. В течение длительного времени добавление даже небольшого количества жесткой подпиточной воды вызывает постепенное образование накипи в цилиндрах и головках цилиндров. При наличии конденсата предпочтительнее использовать его для подпитки охлаждающей воды замкнутой системы. При отсутствии конденсата в подпиточную воду следует применять умягчение цеолитом.

   ПРОТИВ КОРРОЗИИ

   Повышение температуры воды вызывает усиление коррозии. В вентилируемой системе эта тенденция снижается за счет пониженной растворимости кислорода при более высоких температурах. На этом основана механическая деаэрация.

   Скорость коррозии при повышении температуры воды для двух разных наборов условий.

   Кривая А отображает данные для полностью закрытой системы без возможности выпуска кислорода в атмосферу. Кривая B показывает данные для вентилируемой системы. При температуре до 170°F (77°C) кривые практически параллельны. При температуре выше 170°F (77°C) кривая B падает. Это происходит потому, что более низкая растворимость кислорода при повышении температуры в системе со свободной вентиляцией снижает скорость коррозии быстрее, чем повышение температуры увеличивает ее. Однако во многих закрытых системах растворенный кислород, поступающий в систему с подпиточной водой, не может быть свободно удален, что приводит к выделению кислорода в точках с высокой теплопередачей, что может вызвать сильную коррозию.

   Необработанные системы могут серьезно пострадать от коррозии из-за точечной коррозии, гальванического воздействия и щелевого воздействия. Закрытые системы охлаждения, которые периодически отключаются, подвергаются воздействию температуры воды, которая может варьироваться от температуры окружающей среды до 180°F (82°C) или выше. Во время отключения кислород может попадать в воду до тех пор, пока не будет достигнут предел ее насыщения. Когда система возвращается к работе при высоких температурах, растворимость кислорода падает, и выделяющийся кислород воздействует на металлические поверхности (Рисунок 32-1).

   Металлургия, используемая при создании современных двигателей, компрессоров и систем охлаждения, включает чугун, сталь, медь, медные сплавы и алюминий, а также припои. Также используются неметаллические компоненты, такие как натуральный или синтетический каучук, асбест и углерод. При наличии биметаллических пар может развиться гальваническая коррозия.

   Тремя наиболее надежными ингибиторами коррозии для закрытых систем водяного охлаждения являются хроматные, молибдатные и нитритные материалы. Как правило, хроматные или молибдатные типы оказались лучшими средствами для обработки. Для смешанных металлургических систем молибдатные ингибиторы обеспечивают наилучшую защиту от коррозии.

   Обработка хроматом в диапазоне 500-1000 частей на миллион как Cr ₄ O ^2¯  удовлетворительна, если не существует биметаллического влияния. При наличии таких биметаллических пар, как сталь и медь, уровни хроматирования должны быть увеличены до уровня, превышающего 2000 частей на миллион. Максимальная эффективность ингибитора может быть достигнута, если рН этих систем поддерживается между 7,5 и 9,5.

   В закрытой системе может быть довольно сложно предотвратить коррозию алюминия и его сплавов; pH воды должен поддерживаться ниже 9. 0. Алюминий амфотерен — он растворяется как в кислоте, так и в щелочи, и скорость его коррозии увеличивается при уровне pH выше 9,0. Биметаллическая пара, с которой труднее всего справиться, — это пара из меди и алюминия, для которых концентрации хромата даже выше 5000 частей на миллион могут оказаться недостаточными.

   Если циркуляционные насосы оснащены определенными механическими уплотнениями, такими как графит, концентрация хромата не должна превышать 250 частей на миллион. Это связано с тем, что вода, протекающая мимо уплотнений, испаряется и оставляет высокую концентрацию абразивных солей, которые могут повредить уплотнение.

   Еще одна проблема возникает при использовании ингибиторов хроматирования в системах охлаждения компрессоров, работающих с высокосернистым газом. При утечке кислого газа из силового цилиндра в водяной контур произойдет значительное восстановление хромата, что приведет к ухудшению контроля коррозии и отложению восстановленного хромата.

   В применениях с очень высокой скоростью теплопередачи, таких как системы охлаждения кристаллизаторов МНЛЗ, уровень хромата должен поддерживаться на уровне максимум 100-150 частей на миллион. В этих экстремальных условиях хромат может скапливаться на границах зерен формы, вызывая достаточную изоляцию, что создает проблемы с надежностью оборудования.

   Токсичность высоких концентраций хромата может ограничивать их использование, особенно когда систему необходимо часто опорожнять. Действующее законодательство значительно сократило допустимые пределы сброса и отчетное количество разливов продуктов на основе хроматов. В зависимости от типа закрытой системы и различных факторов государственных/федеральных законов, ограничивающих использование хромата, может потребоваться альтернатива без хромата.

   Обработка молибдатом обеспечивает эффективную защиту от коррозии и является экологически приемлемой альтернативой ингибиторам хромата. Смеси нитрит-молибдат-азол ингибируют коррозию в стальных, медных, алюминиевых и смешанных металлургических системах. Молибдаты термически стабильны и могут обеспечить превосходную защиту от коррозии как в мягкой, так и в жесткой воде. рН системы обычно регулируется в пределах от 7,0 до 9. .0. Рекомендуемые контрольные пределы обработки составляют 200-300 ppm молибдата в виде MoO ₄ ^2¯ . Ингибиторы молибдата не следует использовать при уровне кальция выше 500 частей на миллион.

   Нитриты – еще один широко распространенный нехроматный ингибитор закрытой охлаждающей воды. Концентрации нитритов в диапазоне 600-1200 частей на миллион, как NO ₂ ^— , будут соответствующим образом ингибировать коррозию железа и стали, когда pH поддерживается выше 7,0. Системы, содержащие стальные и медные пары, требуют обработки в диапазоне 5000-7000 частей на миллион. Если также присутствует алюминий, проблема коррозии усугубляется, и может потребоваться уровень обработки 10 000 частей на миллион. Во всех случаях рН оборотной воды следует поддерживать в щелочном диапазоне, но ниже 9..0, когда присутствует алюминий. При применении высоких уровней нитритов может потребоваться кислотная подача для контроля pH.

   Одним из недостатков обработки нитритами является тот факт, что нитриты окисляются микроорганизмами. Это может привести к низким уровням ингибиторов и биологическому загрязнению. Подача неокисляющего противомикробного препарата может быть необходима для контроля реверсии нитритов и биологического загрязнения.

   Данные о характеристиках продукта, полученные в ходе лабораторных исследований, моделирующих закрытую систему охлаждения из смешанной металлургии, идентифицировали скорости коррозии стали и Адмиралтейства для трех ингибиторов закрытой системы при повышении уровня обработки. Как показано, обработка на основе молибдата обеспечивает наилучшую общую защиту стали и Admiralty. Для достижения аналогичного ингибирования хроматом требуются более высокие концентрации обработки. Обработка на основе нитритов также обеспечивает эффективную защиту стали с результатами, сравнимыми с результатами, полученными с молибдатом; однако приемлемое адмиралтейское ингибирование коррозии не достигается.

   Закрытые системы часто требуют добавления подходящего антифриза. Нехроматные ингибиторы совместимы с типичными антифризами.

   Добавить комментарий Отменить ответ

   Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

   Comment

   Your Name *

   Your Email *

   Your Website