الأحد، 31 أغسطس 2014

علم انتقال الحرارة Heat Transfer : مقدمة 1 introduction

علم انتقال الحرارة Heat Transfer : مقدمة 1


علم انتقال الحرارة Heat Transfer هو العلم الذى يهتم بإنتقال الطاقة من نظام لآخر نتيجة وجود فرق فى درجات الحرارة. فكوب الماء المثلج تنخفض درجة حرارته عند وضعه فى الغرفة نتيجه لفقده جزء من الطاقة إلى الوسط الخارجى وذلك بسبب وجود فرق فى درجات الحرارة بينه وبين درجة حرارة الغرفة، ويظل هناك معدل للفقد فى الطاقة إلى أن يصل لمرحلة الإتزان الحرارى وهى تساوى درجة حرارة كوب الماء مع الجو المحيط به حينها يتوقف انتقال الحرارة أو الطاقة .

هنا يتضح الفارق بن علم انتقال الحرارة وعلم الديناميكا الحرارية Thermodynamic. فعلم Thermodynamic يدرس الإتزان الحرارى بمعنى يحسب كمية الحرارة التى تنتقل للإنتقال من حالة إتزان حرارى إلى حالة إتزان حرارى معينة، لكنه لن يعطيك توضيح للمدة التى يستغرقها انتقال الحرارة/الطاقة للوصول لذلك الإتزان الحرارى، وهنا يأتى دور علم إنتقال الحرارة Heat Transfer.

يعطيك علم انتقال الحرارة تصورا عن الكيفية التى انتقلت بها الحرارة لتغير وضع الإتزان هذا، بالإضافة إلى حساب معدل انتقال الحرارة أثناء تغير وضع الإتزان.

لنستوعب الفارق .. نضرب مثالا بقطعة حديد ساخنة تم وضعها فى إناء مملوء بالماء. ما هى نظرة علم انتقال الحرارة وعلم الديناميكا الحرارية Thermodynamic لقطعة الحديد التى تبرد فى الماء.
- علم انتقال الحرار سيعطيك فكرة عن معدل انتقال الحراة نت قطعة الحديد إلى الماء أى لكل فترة زمنية ومنها نحسب كمية الحرارة المفقودة من قطعة الحديد

- علم thermodynamic سيُمدك بكمية الحرارة الكلية التى يجب أن يفقدها الجسم الساخن -قطعة الحديد- لكى نصل لحالة الإتزان الحرارى وهى تساوى درجة حرارة قطعة الحديد والماء.

لك أن تتخيل أن علم انتقال الحرارة لم يترك مجالا إلا وكان مؤثرا فى تطبيقاته العملية بدءا من الأجهزة المنزلية إلى مختلف الأجهزة الحياتية مثل الثلاجات، المكيفات، السخانات، أجهزة الكمبيوتر واللاب توب وأجهزة المحمول ( تبريد Processor ) والسيارات والمعدات الثقيلة (مثل الرادياتير) وغير ذلك الكثير ..

يا له من تخصص علمى عظيم ..

-----------------
أحد المصادر: أساسيات علم الحراريات-الإدارة العامة لتطوير المناهج بالسعودية

الثلاثاء، 12 أغسطس 2014

فيديو: دورة الماء والبخار فى الغلايات البخارية Circulation in Boilers

فيديو يتحدث عن أنظمة دوران/سريان الماء والبخار فى الغلاية ..
أشهر نظامين هما الدوران الطبيعى Natural Circulation & والدوران الجبرى Forced circulation

 


تفريغ مجمل الفيديو فى مقال كتابى سابق

الأربعاء، 6 أغسطس 2014

دورة الماء والبخار فى الغلايات البخارية Circulation in Boilers

أغلب تصميمات الغلاية Boler أو مولدات البخار Steam Generator يمر فيها الماء والبخار خلال مواسير حيث يمتص الحرارة الناتجة من عملية احتراق الوقود

لكى تقوم الغلاية بإنتاج البخار بشكل مستمر Continuous يجب أن تسير المياه فى دوران مستمر خلال المواسير. أشهر طريقتين مستخدمتين :
1- الدوران الطبيعى Natural Circulation
2- الدوران القسرى/الجبرى Forced or Pumped Circulation



1- الدوران الطبيعى Natural Circulation
فى الشكل (a) : فى المسار AB حيث لا يوجد بخار وهى منطقة لا يضاف لها حرارة، فى المسار BC يتم إضافة الحرارة لينتج خليط من الماء والبخار Wet Steam

أغلب الموائع تتمدد حين تزيد درجة حرارتها -إضافة حرارة لها- مما يؤدى إلى أن تقل كثافتها، لذا فإن خليط الماء والبخار Wet Steam أقل كثافة من الماء الموجود فى المسار AB، فتسبب الجاذبية فى سريان الماء لأسفل فى المسار AB وارتفاع خليط الماء والبخار فى المسار BC ليعود إلى Drum مرة أخرى.
يعتمد معدل الدوران للماء والبخار على الفرق فى متوسط الكثافة بين المياه (فى المسار AB) وخليط الماء والبخار Wet Steam (فى المسار BC)

يعتمد معدل الدوران الكلى على أربعة عوامل رئيسية:

1- ارتفاع الغلاية : زيادة ارتفاع الغلاية يسب زيادة فرق الضغط بين الجانب البارد (المسار AB) والساخن (المسار BC) وبالتالى يزدات معدل السريان الكلى

2- ضغط تشغيل الغلاية Operating Pressure : كلما زاد ضغط التشغيل يؤدى إلى زيادة قيمة كثافة البخار وزيادة أعلى لكثافة خليط الماء والبخار وبالتالى يؤدى إلى قلة الفرق فى الوزن الكلى بين الجانب البارد والساخن ويميل إلى خفض معدل السريان.

3- الحرارة المضافة Heat Input : بزيادة الحرارة المضافة بزيادة عملية احتراق الوقود تزادا كمية البخار المولدة فى الجانب الساخن (المسار BC) -Riser- ويقل متوسط كثافة خليط الماء والبخار Wet Steam وبالتالى يزداد معدل السريان الكلى

4- مساحة Free  : زيادة مساحة المقطع أو Free Flow ( مواسير الجانب البارد DownComers ومواسير الجانب الساخن Risers ) للماء وخليط الماء والبخار يمكن أن يرفع معدل السريان.


2- الدوران القسرى/الجبرى Forced or Pumped Circulation

فى الشكل (b) حيث يتم إضافة مضخة Pump تقوم بزيادة معدل الدوران بالمقارنة مع الدوران الطبيعى حيث إن فرق الضغط التى تنشئه المضخة يساعد على التحكم فى معدل السريان.

ستخدم هذا النوع من الدوران (الجبرى/القسرى) عادة فى الغلايات التى تعمل عند ضغط يقترب من الضغط الحرج (218 ضغط جوى) أو أعلى منه  حيث يقل الفرق فى الكثافة بين الماء والبخار

مثال لغلاية غلاية تستخدم الدوران الجبرى هى غلاية La Mont boiler

 

--------------
مصدر الصورة