이는 분자, 전자 및 기본 입자 집합체의 충돌로 인해 수행됩니다. (열은 더 뜨거운 물체에서 덜 가열된 물체로 이동합니다.) 또는 금속의 경우: 결정 격자의 진동이 한 입자에서 다른 입자로 점진적으로 전달됩니다(격자 입자의 탄성 진동 - 포논 열전도도).
대류 수송;
이러한 전달은 유체 입자의 이동과 관련되며 물질의 미세한 요소의 이동으로 인해 발생하며 냉각수의 자유 또는 강제 이동에 의해 수행됩니다.
지각의 온도 구배의 영향으로 열뿐만 아니라 물질의 대류 흐름도 발생합니다. 열유체역학적 압력 구배가 발생합니다.
유체역학적 압력 구배가 발생할 때 오일이 씰 없이 지층에 유지되는 현상도 관찰할 수 있습니다.
3. 복사로 인한 열 전달.
방사성 단위는 붕괴하면서 열을 방출하며, 이 열은 복사를 통해 방출됩니다.
33. 석유 및 가스 형성의 열적 특성, 특성 및 사용 영역.
열적 특성은 다음과 같습니다.
1) 열용량 계수 c
2) 열전도율 계수 l
3) 열확산계수 a
1. 열용량:
c – 주어진 조건에서 물질의 온도를 1도 높이는 데 필요한 열량(V, P=const).
с=dQ/dТ
물질의 평균 열용량: c=DQ/DT.
왜냐하면 암석 샘플은 다양한 질량과 부피를 가질 수 있으며, 보다 차별화된 평가를 위해 질량, 부피 및 몰과 같은 특별한 유형의 열용량이 도입됩니다.
· 비열량 [J/(kg×deg)]:
С m =dQ/dТ=С/m
이는 시료의 단위 질량을 1도 변화시키는 데 필요한 열량입니다.
· 비체적 열용량 [J/(m 3 ×K)]:
С v =dQ/(V×dТ)=r×С m,
여기서 r은 밀도
P의 경우, 1도 증가시키기 위해 장치에 전달되어야 하는 열의 양, V=const.
· 특정 몰 열용량 [J/(mol×K)]:
С n =dQ/(n×dТ)=М×С m,
여기서 M – 상대 분자량 [kg/kmol]
물질의 온도를 1도 변화시키기 위해 물질 1몰에 전달되어야 하는 열의 양입니다.
열용량은 형성의 추가 특성입니다.
С i = j=1 N SC j ×К i , 여기서 SC i =1, К – 위상 수.
열용량은 지층의 다공성에 따라 달라집니다. 다공성이 클수록 열용량은 낮아집니다.
(s×r)=s 제곱 ×r 제곱 ×(1-k p)+s ×r s ×k p,
여기서 с з – 기공 충전 계수;
k p – 다공성 계수.
열 전도성.
l [W/(m×K)]는 한 요소에서 다른 요소로 운동(또는 열) 에너지를 전달하는 암석의 특성을 나타냅니다.
열전도율 계수 – 단위 크기의 면을 가진 물질의 입방체적을 통과하는 단위 시간당 열의 양이며, 다른 면에서는 1도의 온도 차이가 유지됩니다(DT = 1°).
열전도 계수는 다음에 따라 달라집니다.
ü 골격의 미네랄 구성. 계수 값의 확산은 10,000배에 달할 수 있습니다.
예를 들어 다이아몬드의 가장 큰 l은 200W/(m×K)입니다. 그 결정에는 사실상 구조적 결함이 없습니다. 비교를 위해 공기의 l은 0.023 W/(m×K), 물 - 0.58 W/(m×K)입니다.
ü 골격의 충만도.
ü 유체의 열전도도.
다음과 같은 매개변수가 있습니다. 접촉 열전도 계수
.
석영은 접촉 계수가 7-12W/(m×K)로 가장 높습니다. 다음으로는 수화학적 퇴적물, 암염, 실바이트, 경석고가 나옵니다.
석탄과 석면은 접촉계수가 감소합니다.
열전도율 계수에 대한 가산성은 관찰되지 않으며 종속성은 가산성 규칙을 따르지 않습니다.
예를 들어, 광물의 열전도율은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
1gl=Svi×1gli,
여기서 1gl i는 부피 함량 v i를 갖는 l i번째 상의 로그입니다.
중요한 특성은 열저항이라고 불리는 열전도율의 역수입니다.
열 저항으로 인해 열장의 분포가 복잡합니다. 이로 인해 열 대류가 발생하여 일반 씰이 아닌 열역학적 씰과 같은 특수한 유형의 침전물이 형성될 수 있습니다.
열역학적 저항은 밀도, 투과성, 습도 및 (북부 지역의 경우) 얼음 함량이 감소함에 따라 감소합니다.
열압력이 변화하는 과정에서 물이 석유, 가스, 공기로 대체될 때 증가하며, 층상 이질성이 증가하여 이방성 현상이 발생합니다.
석탄, 건조 및 가스 포화 암석은 내열성이 가장 높습니다.
육상암에서 탄산암으로 이동하면 열저항이 감소한다.
암염, 실바이트, 미라벨라이트, 무수석고와 같은 수화학 퇴적물은 열 저항이 최소입니다. 층상 소금 구조를 가진 암석.
모든 층 중에서 점토 층은 최대 열 저항이 돋보입니다.
이 모든 것에서 우리는 열 저항이 열 관성 정도, 열전도율을 결정한다는 결론을 내릴 수 있습니다.
열확산도.
실제로 다음과 같은 계수는 열확산율, 이는 불안정한 열 전달 과정 중 온도 변화 속도를 나타냅니다.
а=l/(с×r), l=const일 때
사실 "a"는 상수가 아닙니다. l은 좌표와 온도의 함수이고, c는 다공성 계수, 질량 등의 함수입니다.
개발 중에 내부 열원이 발생할 수 있는 프로세스(예: 산 주입)를 사용할 수 있으며, 이 경우 방정식은 다음과 같습니다.
dТ/dt=а×Ñ 2 Т+Q/(с×r),
여기서 Q는 내부 열원의 열이고, r은 암석의 밀도입니다.
열전달.
다음으로 중요한 매개변수는 열전달.
DQ=kt×DТ×DS×Dt,
여기서 kt는 열전달 계수입니다.
물리적 의미: 온도가 1도씩 변할 때 단위 시간당 단위 표면을 통해 인접한 층으로 손실되는 열의 양입니다.
일반적으로 열 전달은 위층과 아래층으로의 변위와 관련됩니다.
34. 석유 및 가스 저장소의 물리적 특성 변화에 대한 온도의 영향.
암석에 흡수된 열은 운동적 열 과정뿐만 아니라 지층의 열팽창과 관련된 기계적 작업에도 소비됩니다. 이러한 열 팽창은 특히 결합 방향에서 나타나는 개별 위상 격자의 원자 결합력이 온도에 미치는 영향과 관련이 있습니다. 원자가 서로 접근할 때보다 서로 멀어질 때 더 쉽게 변위되면 핵분열성 원자 중심의 변위가 발생합니다. 흉한 모습.
온도 증가와 선형 변형 사이의 관계는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
dL=a×L×dT,
여기서 L은 원래 길이[m]이고, a는 선형 열팽창 계수입니다.
부피 확장의 경우에도 유사합니다.
dV/V=g·t ×dT,
여기서 g t는 체적 열 변형 계수입니다.
체적 팽창 계수는 입자에 따라 크게 다르기 때문에 충격 중에 고르지 않은 변형이 발생하여 지층이 파괴됩니다.
접촉 지점에는 응력이 강하게 집중되어 모래가 제거되고 그에 따라 암석이 파괴됩니다.
석유와 가스 치환 현상은 다음과도 관련이 있습니다. 체적 팽창. 이것이 소위 줄-톰슨 과정이다. 작동 중에는 급격한 부피 변화가 발생하고 조절 효과(온도 변화에 따른 열팽창)가 발생합니다. 열역학적 차변측정법은 이 효과에 대한 연구를 기반으로 합니다.
매개변수를 하나 더 소개하겠습니다. 단열계수 : h s =dТ/dр.
차등 단열 계수는 압력 변화에 따른 온도 변화를 결정합니다.
단열 압축 하에서 h S >0 값. 이 경우 물질이 가열됩니다. 물은 예외니까... 0¼4° 범위에서는 냉각됩니다.
hS =V/(Cp×g)×a×T,
여기서 V는 부피, T는 온도, a는 선팽창 계수, g는 중력 가속도입니다.
줄-톰슨 계수는 조절 중 온도 변화를 결정합니다.
e=dТ/dр=V/(Ср ×g)×(1 - a×Т)=V/(Ср ×g) - h S ,
여기서 V/(Ср×g)는 마찰력 작용으로 인한 가열을 결정합니다.
h S – 단열 팽창으로 인한 물질의 냉각.
액체의 경우 V/Ср×g>>hS Þ 액체가 가열됩니다.
가스용 e<0 Þ Газы охлаждаются.
실제로 그들은 사용합니다 소음 측정우물 - 온도가 변할 때 가스가 진동 에너지를 방출하여 소음을 일으키는 현상을 기반으로 한 방법입니다.
35. 매장지 개발 중 석유 및 가스 저장소의 특성 변화.
1. 자연 상태에서 층은 매우 깊은 곳에 위치하고 있으며 지열 단계로 판단하면 이러한 조건의 온도는 150°에 가깝습니다. 따라서 암석의 특성이 변한다고 주장할 수 있습니다. 레이어 속으로 열 균형을 방해하다.
2. 우리가 언제 저수지에 물을 펌핑, 이 물은 표면 온도를 가지고 있습니다. 물이 지층에 들어가면 지층이 냉각되기 시작하여 필연적으로 오일 왁스 현상과 같은 다양한 불리한 현상이 발생합니다. 저것들. 오일에 파라핀 성분이 있으면 냉각 결과 파라핀이 떨어져서 형성이 막힙니다. 예를 들어 Uzen 유전에서는 파라핀 오일 포화 온도가 Tn = 35°(40°)인데 개발 중에 이러한 조건을 위반하여 결과적으로 형성 온도가 감소하고 파라핀이 떨어져 막힘이 발생했으며 개발자들은 오랫동안 뜨거운 물을 펌핑하고 모든 파라핀이 오일에 녹을 때까지 지층을 예열해야 했습니다.
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3. 고점도 오일.
이를 액화하기 위해 뜨거운 물, 과열 증기 및 내부 열원과 같은 냉각제가 사용됩니다. 따라서 연소 전면이 소스로 사용됩니다. 오일이 점화되고 산화제가 공급됩니다.
스위스, 프랑스, 오스트리아, 이탈리아에서도 다음 프로젝트가 시행되고 있습니다.
방사성폐기물을 이용하여 기름의 점도를 낮추는 방법. 10 6년 동안 보관되지만 동시에 점도가 높은 오일을 가열하여 추출하기가 더 쉽습니다.
36. 석유 및 가스 형성에서 탄화수소 시스템의 물리적 상태와 이러한 상태의 특성.
간단한 물질을 사용하여 상태 다이어그램을 고려해 보겠습니다.
아르 자형
C점은 성질의 차이가 사라지는 임계점이다.
지층을 특징짓는 압력(P)과 온도(T)는 10분의 1 MPa에서 수십 MPa까지, 20~40°에서 150°C 이상까지 매우 넓은 범위에서 측정할 수 있습니다. 이에 따라 탄화수소가 포함된 매장지는 가스, 오일 등으로 구분될 수 있습니다.
왜냐하면 다양한 깊이에서 압력은 정상적인 정지압력에서 비정상적으로 높은 압력까지 다양하며, 탄화수소 화합물은 퇴적물에서 기체, 액체 또는 기체-액체 혼합물 형태일 수 있습니다.
고압에서는 가스 밀도가 경질 탄화수소 액체의 밀도에 가까워집니다. 이러한 조건에서는 중유 부분이 압축 가스에 용해될 수 있습니다. 결과적으로 오일은 가스에 부분적으로 용해됩니다. 가스의 양이 중요하지 않으면 압력이 증가함에 따라 가스가 오일에 용해됩니다. 따라서 가스의 양과 상태에 따라 침전물이 구별됩니다.
1. 순수가스
2. 가스 응축수;
3. 가스 및 석유
4. 용해된 가스를 함유한 석유.
경유 매장지와 석유 및 가스 매장지 사이의 경계는 임의적입니다. 그것은 역사적으로 석유 및 가스 산업이라는 두 부처의 존재와 관련하여 발전했습니다.
미국에서는 탄화수소 퇴적물이 액체 탄화수소의 가스 응축 계수, 밀도 및 색상 값에 따라 다음과 같이 나뉩니다.
1) 가스;
2) 가스 응축수;
3) 가스와 석유.
가스 응축수 계수는 액체 제품의 입방미터당 가스의 양(입방미터)입니다.
미국 표준에 따르면 가스 응축물에는 밀도가 740-780 kg/m 3이고 가스 응축 계수가 900-1100 m 3 /m 3인 연한 색상 또는 무색 탄화수소 액체가 추출되는 퇴적물이 포함됩니다.
가스 퇴적물에는 중질 탄화수소 분획으로 구성된 흡착 결합 오일이 포함되어 있으며 기공 부피의 최대 30%를 구성합니다.
또한 특정 압력과 온도에서는 가스가 고체 상태인 가스 수화물 퇴적물의 존재가 가능합니다. 그러한 퇴적물의 존재는 가스 생산을 증가시키기 위한 큰 매장량입니다.
개발 과정에서 초기 압력과 온도가 변하고 탄화수소가 퇴적물로 변하는 기술적 변형이 발생합니다.
어쨌든 연속 개발 시스템 중에 오일에서 가스가 방출될 수 있으며 그 결과 상 투과성이 감소하고 점도가 증가하며 바닥 구멍 영역에서 급격한 압력 감소가 발생하고 응축수 손실이 발생합니다. , 이로 인해 응축수 플러그가 형성됩니다.
또한, 가스 운송 중에 가스 상 변형이 발생할 수 있습니다.
38. 단일 구성 요소 및 다중 구성 요소 시스템의 단계 다이어그램.
석고 위상 규칙(시스템의 가변성 표시 - 자유도 수)
N - 시스템 구성 요소 수
m은 단계의 수입니다.
예: H 2 O (1 세트) N=1 m=2 Þ r=1
걸렸을 때 아르 자형단 하나 티
단일 구성 요소 시스템.
A에서 B로 압축 - 액체의 첫 번째 방울(이슬점 또는 응축점 P = P us)
D 지점에는 마지막 증기 기포가 남아 있으며, 기화 또는 끓는 지점입니다.
각 등온선에는 자체 끓는점과 증발점이 있습니다.
2성분 시스템
변경 사항 아르 자형그리고 티즉, 응축 개시 압력은 항상 증발 압력보다 낮습니다.
관련 정보.
강의 4. 전도성 열전달.
4.1 3차원 비정상에 대한 푸리에 방정식
온도장
4.2 열확산계수. 물리적 의미
4.3 고유성 조건 - 경계 조건
4.1 3차원 비정상에 대한 푸리에 방정식
온도장
물리적 과정에 대한 연구는 그것을 특징짓는 양 사이의 관계 설정과 관련이 있습니다. 다소 복잡한 열전도 과정을 연구할 때 이러한 의존성을 확립하기 위해 수리 물리학의 방법이 사용되었으며, 그 본질은 연구 중인 전체 공간이 아니라 극소 기간에 걸친 기본 물질 부피의 과정을 고려하는 것입니다. 시간의. 열전도율에 의한 열 전달과 관련된 양 사이의 연결은 미분 방정식, 즉 3차원 비정상 온도 장에 대한 푸리에 방정식에 의해 설정됩니다.
열전도율의 미분 방정식을 도출할 때 다음과 같은 가정이 이루어집니다.
내부 열원이 없습니다.
몸체는 균질하고 등방성입니다.
에너지 보존 법칙이 사용됩니다. dτ 시간 동안 열전도율로 인해 기본 볼륨에 들어간 열량과 동일한 시간 동안 떠난 열량의 차이는 고려 중인 기본 볼륨의 내부 에너지를 변경하는 데 소비됩니다. .
몸체는 모서리가 dx, dy, dz인 기본 평행육면체를 포함합니다. 면의 온도가 다르기 때문에 열은 x, y, z 축 방향으로 평행육면체를 통과합니다.
그림 4.1 미분열 방정식을 도출하려면
푸리에 가설에 따르면 dτ 시간 동안 면적 dx·dy를 통과하는 열의 양은 다음과 같습니다.
https://pandia.ru/text/80/151/images/image003_138.gif" width="253" height="46 src="> (4.2)
여기서 https://pandia.ru/text/80/151/images/image005_105.gif" width="39" height="41">는 z 방향의 온도 변화를 결정합니다.
수학적 변환 후에 방정식 (4.2)는 다음과 같이 작성됩니다.
https://pandia.ru/text/80/151/images/image007_78.gif" width="583" height="51 src=">, 약어 뒤:
https://pandia.ru/text/80/151/images/image009_65.gif" width="203" height="51 src="> (4.4)
https://pandia.ru/text/80/151/images/image011_58.gif" width="412" height="51 src="> (4.6)
한편, 에너지 보존 법칙에 따르면 다음과 같습니다.
https://pandia.ru/text/80/151/images/image013_49.gif" width="68" height="22 src=">.gif" width="203" height="51 src=">. (4.8)
값 https://pandia.ru/text/80/151/images/image017_41.gif" width="85" height="41 src="> (4.9)
식 (4.9)는 내부 열원이 없는 3차원 비정상 온도 장에 대한 미분 열 방정식 또는 푸리에 방정식이라고 합니다. 열전도율과 열전도 과정을 연구할 때 기본 방정식입니다. 온도 필드의 모든 지점에서 시간적 및 공간적 온도 변화 사이의 연결을 설정합니다..
몸체 내부의 열원에 따른 열전도율의 미분 방정식:
https://pandia.ru/text/80/151/images/image019_35.gif" width="181" height="50">
신체의 어느 지점에서든 시간에 따른 온도 변화는 값에 비례합니다. ㅏ.
값은 https://pandia.ru/text/80/151/images/image021_29.gif" width="26" height="44">. 동일한 조건에서 열확산율이 높은 몸체의 온도가 증가합니다. 따라서 가스는 열확산 계수가 작고 금속은 열확산 계수가 큽니다.
비정상 열 공정에서 ㅏ온도 변화 속도를 나타냅니다.
4.3 고유성 조건 – 경계 조건
열전도도 미분 방정식(또는 대류 열 전달 미분 방정식 시스템)은 이러한 과정을 가장 일반적인 형태로 설명합니다. 전도 또는 대류에 의한 특정 현상 또는 열 전달 현상 그룹을 연구하려면 다음 사항을 알아야 합니다. 초기 순간 신체의 온도 분포, 주변 온도, 신체의 기하학적 모양 및 치수, 환경과 신체의 물리적 매개변수, 신체 표면의 온도 분포를 특성화하는 경계 조건 또는 신체의 열 상호 작용 조건 환경과 함께.
이러한 모든 특정 기능은 소위로 결합됩니다. 고유성 조건 또는 경계 조건 포함하고있는:
1) 초기 조건 . 초기 τ = 0 순간의 신체 온도 분포 및 주변 온도 조건이 지정됩니다.
2) 기하학적 조건 . 그들은 신체의 모양, 기하학적 치수 및 공간에서의 위치를 설정합니다.
3) 신체적 조건 . 환경과 신체의 물리적 매개변수를 설정합니다.
4) 국경 조건 세 가지 방법으로 지정할 수 있습니다.
제1종 경계조건 : 신체 표면의 온도 분포는 특정 순간에 설정됩니다.
제2종 경계조건 : 특정 순간의 신체 표면 각 지점의 열유속 밀도에 따라 설정됩니다.
제3종 경계조건 : 신체를 둘러싼 환경의 온도와 신체 표면과 환경 사이의 열 전달 법칙에 의해 설정됩니다.
고체 표면과 환경 사이의 대류 열 교환 법칙은 매우 복잡합니다. 대류 열 전달 이론은 몸체 q 표면의 열유속 밀도와 열 전달이 발생하는 영향을 받는 온도 압력(tst - tl) 사이의 관계를 설정하는 Newton-Richmann 방정식을 기반으로 합니다. 신체 표면:
q = α·(tst – tl), W/m2 (4.11)
이 방정식에서 α는 열 전달 계수 W/m2 deg라고 하는 비례 계수입니다.
열전달 계수는 신체 표면과 환경 사이의 열 교환 강도를 나타냅니다. 이는 신체 표면과 환경 사이의 온도 차이가 1도일 때 단위 시간당 신체 표면 단위가 발산(또는 인지)하는 열량과 수치적으로 동일합니다. 열전달 계수는 여러 요인에 따라 달라지며 결정이 매우 어렵습니다. 열전도율 문제를 해결할 때 그 값은 일반적으로 일정한 것으로 간주됩니다.
에너지 보존의 법칙에 따르면, 열 전달로 인해 단위 시간당 신체의 단위 표면에서 환경으로 방출되는 열의 양은 열전도율에 의해 단위 표면에 공급되는 열과 같아야 합니다. 신체 내부 부분에서 단위 시간당 :
https://pandia.ru/text/80/151/images/image023_31.gif" width="55" height="47 src="> - 온도 구배를 사이트 dF의 법선 방향으로 투영합니다.
위의 등식은 제3종 경계 조건의 수학적 공식입니다.
주어진 명확한 조건에서 열전도도 미분 방정식(또는 대류 열 전달 과정에 대한 방정식 시스템)을 풀면 특정 순간에 몸 전체의 온도 장을 결정할 수 있습니다. 즉, 다음의 함수를 찾을 수 있습니다. 형식: t = f(x, y, z, τ).
이러한 유형의 열 교환은 온도 장에 위치한 접촉 신체 입자 사이에서 발생합니다.
티 = 에프 ( 엑스 , 예, 지 , 티 ), 온도 구배 그라데이션이 특징입니다. 티.온도 구배는 법선 n 0을 따라 온도가 증가하는 방향으로 등온 표면을 향하는 벡터입니다.
졸업생티 = 피 영형 dT/dn = 피 영형 티
열장이 있습니다. 1차원, 2차원, 3차원; 고정식 및 비고정식; 등방성과 이방성.
전도성 열 전달 과정에 대한 분석적 설명은 1차원 등방성 매질에서 전파되는 고정 열 흐름의 특성, 매질의 기하학적 및 열물리적 매개변수와 관련된 기본 푸리에 법칙을 기반으로 합니다.
큐 = λ(티 1 -티 2 )S/l t 또는 P = 큐 /t = λ (티 1 -티 2 )S/l
어디: - 큐 - 시간이 지남에 따라 샘플을 통해 전달되는 열의 양 티 , 대변;
λ - 샘플 재료의 열전도 계수, W/(m-deg.)
티 1 , 티 2 - 샘플의 "뜨거운" 부분과 "차가운" 부분의 온도 각각;
봄 여름 시즌 - 샘플의 단면적, m2;
엘 - 샘플 길이, m;
아르 자형 - 열 흐름, W.
열량에 따라 전열 비유의 개념을 기반으로 아르 자형 그리고티 전류를 일치시키다 나 그리고 전위 유 , 열 회로의 한 부분에 대해 "옴의 법칙" 형태로 푸리에의 법칙을 제시해 보겠습니다.
피 = ( 티 1 -티 2 )/엘/ λS = (티 1 -티 2 )/아르 자형 티 (4.2)
여기서 물리적 의미에 따르면 매개변수는 아르 자형 티 있다 열의 열 회로 섹션의 저항 및 1/ λ - 특정 열저항. 전도성 열 전달 과정의 이러한 표현을 통해 토폴로지 모델과 알려진 전기 회로 계산 방법으로 표현되는 열 회로의 매개변수를 계산할 수 있습니다. 그러면 전기 회로와 마찬가지로 벡터 형식의 전류 밀도 표현은 다음과 같은 형식을 갖습니다.
제이 = – σ 졸업생유 ,
열 회로의 경우 벡터 형식의 푸리에 법칙은 다음과 같은 형식을 갖습니다.
피 = - λ 졸업생 티 ,
어디 아르 자형 - 열유속 밀도, 마이너스 기호는 열유속이 신체의 가열된 부분에서 더 차가운 부분으로 전파됨을 나타냅니다.
식 (4.1)과 (4.2)를 비교하면 전도성 열 전달에 대해 알 수 있습니다.
ㅏ= ㅏ CD = λ / 엘
따라서 열전달 과정의 효율을 높이기 위해서는 길이를 줄이는 것이 필요하다. 엘 열 회로 및 열전도율 증가 λ
전도성 열 전달 과정을 설명하는 일반화된 형태는 에너지 보존 법칙과 푸리에의 수학적 표현인 열전도도의 미분 방정식입니다.
수요일 dT / dt = λ 엑스 디 2 티 / dx 2 + λ 와이 디 2 티 / 다이 2 + λ 지 디 2 티 / dz 2 + 여 V
어디 와 함께 -매체의 비열 용량, J/(kg-K);
p - 매체 밀도, kg/m3;
여 V - 내부 소스의 부피 밀도, W/m 3 ;
λ 엑스 λ 와이 λ 지 - 좌표축 방향의 특정 열전도율(이방성 매체의 경우)
이러한 유형의 열교환은 가열된 물체의 표면에서 주변 공간으로 열이 전달되는 과정으로, 냉각수(액체 또는 기체)의 흐름에 의한 세척으로 인해 가열된 물체의 온도보다 낮은 온도가 발생합니다. 뜨거워진 몸. 이 경우 온도 장의 매개변수와 대류 열 전달 강도는 냉각수의 이동 특성, 열물리적 특성, 몸체의 모양과 크기에 따라 달라집니다.
따라서 냉각수 흐름의 움직임은 자유롭고 강제적일 수 있으며 이는 다음 현상에 해당합니다. 자연스러운그리고 강요된전달. 또한, 층류의 그리고 격동의 일이러한 흐름 이동을 결정하는 힘(내부 마찰력, 점도 및 관성력)의 비율에 따라 흐름 이동 모드 및 중간 상태가 결정됩니다.
대류 열교환과 동시에 냉각수의 열전도도로 인해 전도성 열교환이 발생하지만 액체 및 기체의 열전도 계수 값이 상대적으로 낮기 때문에 효율이 낮습니다. 일반적인 경우 이 열 전달 메커니즘은 뉴턴-리히만 법칙에 의해 설명됩니다.
피 = ㅏ K.B. 에스 ( 티 1 -티 2 ), (4.3)
어디: ㅏ K.B. - 대류에 의한 열전달 계수, W/(m 2 -deg.);
티 1 -티 2 2 - 벽 및 냉각수 온도 각각 K;
에스 - 열교환 표면, m2.
Newton-Richmann 법칙 설명의 명백한 단순성에도 불구하고 대류 열 전달 과정의 효율성을 정량적으로 평가하기 어려운 점은 계수의 값이 ㅏ K.B. 많은 요인에 따라 달라집니다. 많은 공정 매개변수의 함수입니다. 명시적으로 종속성을 찾습니다. ㅏ K.B. = 에프ㅏ 1 , ㅏ 2 , ..., ㅏ 제이 , ..., ㅏ N ) 프로세스 매개변수도 온도에 따라 달라지기 때문에 종종 불가능합니다.
각 특정 사례에 대해 이 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다. 유사성 이론,유사한 현상의 특성과 유사성을 확립하는 방법을 연구합니다. 특히, 복잡한 물리적 과정의 과정은 개별적인 물리적 및 기하학적 매개변수에 의해 결정되는 것이 아니라 이 과정에 필수적인 매개변수로 구성된 무차원 거듭제곱 법칙에 의해 결정된다는 것이 입증되었습니다. 유사성 기준 . 그런 다음 복잡한 프로세스에 대한 수학적 설명은 이러한 기준에서 컴파일하는 것으로 축소됩니다. 그 중 하나는 원하는 값 a q를 포함합니다. 기준 방정식 , 이 프로세스의 모든 종류에 유효한 형식입니다. 유사성 기준을 작성할 수 없는 경우 이는 프로세스의 일부 중요한 매개변수가 고려 대상에서 생략되거나 이 프로세스의 일부 매개변수가 큰 손상 없이 고려 대상에서 제거될 수 있음을 의미합니다.
복잡한 열교환 과정 중에서 복사-대류 열교환과 복사-전도성 열교환이 구별됩니다.
그 합계로 나누어집니다. 다른 초기 조건에 대한 평탄층에서의 복사-전도 열전달은 [L. 5, 117, 163]; 원통형 층의 경우 - [L. 116].
그렇다면 큰 입자의 유동층으로 분류된 영역에서 직경이 증가함에 따라 최대 열 전달 계수가 증가하는 이유는 무엇입니까? 그것은 가스 대류 열 교환에 관한 것입니다. 작은 입자 층에서는 가스 여과율이 너무 낮아 열 전달의 대류 성분이 자체적으로 "현명"되지 않습니다. 그러나 입자 직경이 증가하면 증가합니다. 낮은 전도성 열 전달에도 불구하고 큰 입자의 유동층에서는 대류 성분의 성장이 이러한 단점을 보완합니다.
14장 복사-전도 열전달
14-2. 열원 없이 회색 흡수 매체의 평평한 층에서 복사-전도 열 전달
14-3. 열원이 있는 선택적 이방성 산란 매체의 평평한 층에서 복사-전도 열교환
따라서 위와 같은 연구와 기타 보다 구체적인 연구를 바탕으로 체적 열원을 포함하는 시스템의 복사-전도 열 전달이 충분히 연구되지 않았음이 분명해졌습니다. 특히 매질과 경계면의 선택성의 영향과 부피의 이방성 및 표면 산란의 영향은 명확하지 않습니다. 이와 관련하여 저자는 평평한 층의 복사 전도성 열 전달 문제에 대한 대략적인 분석 솔루션을 수행했습니다.
열 및 대류 열 전달. 열 전달에 대한 이 가이드의 특별한 경우는 이동 매체의 복사 열 전달(전도성 전달이 없는 경우), 고정 매체의 복사-전도성 열 전달(대류(전달)이 없는 경우) 및 순수한 "대류 열 전달"입니다. 이동 매체에서 복사 전달이 없을 때 복사-대류 열 전달 과정을 설명하는 전체 방정식 시스템은 IB 12장에서 고려되고 분석되었습니다.
방정식 (15-1)에서 흐름에서 채널 벽까지의 총 열 전달 계수는 (14-14)와 (14-15)를 기반으로 찾을 수 있습니다. 이를 위해 채택된 방식의 틀 내에서 유동 매체와 경계면 사이의 열 교환 과정을 두께 b의 경계층을 통한 유동 코어와 채널 벽 사이의 복사-전도 열 교환으로 고려할 것입니다. . 유동 코어의 온도를 주어진 단면의 매체의 평균 열량 측정 온도와 동일시합니다. 이는 유동 코어를 하나의 채널 직경에 비해 경계층의 작은 두께를 고려하여 수행할 수 있습니다. 경계면 [채널 T(x) 및 흡수 용량 ag의 주어진 섹션의 온도] 및 또 다른 채널 벽(온도 Tw 및 흡수 용량 aw)의 복사 전도 과정을 고려합니다. 경계층을 통한 열 전달. (14-14)를 적용하면 주어진 단면에서 국부 열 전달 계수 a에 대한 표현식을 얻을 수 있습니다. 복사-대류 열 전달 문제는 단순한 경우라도 일반적으로 복사-전도 열 전달 문제보다 더 어렵습니다. 아래는 대략적인 해결책입니다 [L. 205] 복사-대류 열 전달의 일반적인 문제 중 하나입니다. 상당한 단순화를 통해 솔루션을 완성할 수 있습니다.
[L. 88, 350], 특정 조건에서의 텐서 근사는 복사에 의한 열 전달 과정 연구에 새로운 기회를 열어주는 보다 정확한 방법입니다. (L. 351]에서는 제안된 텐서 근사법(L. 88, 350]을 사용하여 복사 전도성 열 전달의 결합 문제를 해결하고 좋은 결과를 얻었습니다. 이어서 저자는 텐서 근사법을 일반화했습니다. 방사 시스템의 임의 지표 체적 및 표면 산란에 대한 총 방사능 [L. 29, 89].
복잡한 열 전달 문제를 해결하기 위한 반복적 방법을 사용하여 먼저 모든 구역에 대한 Qpea.i 값을 지정하고 설명된 유형의 전기 적분기에서 허용 분포 Qpea.i에 대한 결과 온도 필드를 결정해야 합니다(i =l 2,..., n), 이를 바탕으로 온도 필드가 모든 수량의 두 번째 근사값으로 계산됩니다.
복사-전도 열 전달은 감쇠 매체의 평평한 층과 관련하여 고려됩니다. 두 가지 문제가 해결되었습니다. 첫 번째는 매질의 표면 온도에 대한 어떠한 제한도 없이 평탄한 매질층에서의 복사-전도 열전달에 대한 분석적 고찰이다. 이 경우 매질과 경계면은 회색으로 가정되었으며, 매체에 내부 열원이 없습니다. 두 번째 해결책은 층 내부에 열원이 있는 선택적 이방성 소산 매체의 복사 전도성 열 교환의 대칭 문제에 관한 것입니다.
특별한 경우로서, 복잡한 열 전달 방정식 시스템에서 유체 역학 및 열 전달 이론에서 고려된 모든 개별 방정식(매질의 운동 및 연속 방정식, 순수 전도, 대류 및 복사 열 전달 방정식, 방정식)을 따릅니다. 고정 매체에서의 복사 전도성 열 전달, 마지막으로 이동하지만 열전도성이 없는 매체에서의 복사 열 전달 방정식.
6가지 복합 열교환 중 하나인 복사-전도 열교환은 다양한 과학기술 분야(천체 및 지구물리학, 금속 및 유리 산업, 전기 진공 기술, 신소재 생산 등)에서 발생합니다. 복사-전도 열 전달 과정을 연구해야 할 필요성은 액체 및 기체 매체 흐름의 경계층에서 에너지 전달 문제와 다양한 반투명 재료의 열전도도 연구 문제로 이어집니다.
그러나 복사 과정을 계산하려면 "전도성 열 전달 IB"라는 조건을 통해 얻은 솔루션이 유효합니다. 문제의 수치 솔루션은 고유한 많은 제한 사항을 도입할 필요 없이 특정 사례에 대해 연구 중인 프로세스에 대한 명확한 그림을 제공합니다. 대략적인 분석 연구에서 분석적 솔루션과 수치적 솔루션은 모두 의심할 여지 없이 잘 알려져 있습니다(제한적이고 사적인 성격에도 불구하고 복사 전도 열 전달 과정 연구의 진전).
이 장에서는 매질의 평평한 층에서 복사-전도 열 전달 문제에 대해 저자가 수행한 두 가지 분석 솔루션에 대해 논의합니다. 첫 번째 해결책은 온도, 경계면의 흡수 능력 및 매질층의 광학적 두께에 관한 제한이 없는 문제를 고려합니다[L. 89, 203]. 이 해법은 반복법에 의해 수행되었으며, 매체와 경계면은 회색으로 가정되었으며 매체의 부피에는 열원이 없습니다.
쌀. 14-1. 매체에 내부 열원이 없을 때 흡수 및 열 전도 매체의 평평한 층에서 복사 전도 열 전달 문제를 해결하기 위한 계획입니다.
가장 상세한 분석 연구는 층의 회색 경계 표면의 온도가 지정되고 열원이 없을 때 순수 흡수 매체인 회색 층을 통한 복사 전도성 열 전달의 위에서 고려된 문제에 대해 수행되었습니다. 매체 그 자체. 볼륨에 열원이 있을 때 경계면을 갖는 복사 층과 열 전도 매체 사이의 복사-전도 열 교환 문제는 특정 가정을 채택하여 매우 제한된 수의 작업에서 고려되었습니다.
처음으로 "복사-전도 열전달" 과정에서 내부 열원을 고려하려는 시도가 [L. 208], 여기서는 볼륨 전체에 소스가 균일하게 분포된 회색 비산란 매체 층을 통한 복사 및 열전도도에 의한 열 전달 문제가 고려되었습니다. 그러나 작업 중 발생한 수학적 오류로 인해 얻은 결과가 무효화되었습니다.
열전도도에 의한 열 전달 과정은 물질 분자 사이의 운동 에너지 교환과 전자 확산으로 설명됩니다. 이러한 현상은 물질의 온도가 서로 다른 지점에서 다르거나 가열 정도가 다른 두 물체가 접촉할 때 발생합니다.
열전도율의 기본 법칙(푸리에 법칙)은 단위 시간당 균질(균질) 몸체를 통과하는 열의 양이 열 흐름에 수직인 단면적과 흐름을 따른 온도 구배에 정비례한다고 명시합니다.
여기서 R T는 열전도율 W에 의해 전달되는 열 흐름의 전력입니다.
l - 열전도 계수, ;
d - 벽 두께, m;
t 1, t 2 - 가열되고 차가운 표면의 온도, K;
S - 표면적, m2.
이 식으로부터 우리는 RES의 설계를 개발할 때 열전도 벽을 얇게 만들고, 부품 연결의 전체 영역에 걸쳐 열 접촉이 보장되어야 하며, 열전도 계수가 높은 재료를 선택해야 한다는 결론을 내릴 수 있습니다. .
두께가 d인 평평한 벽을 통한 열 전달의 경우를 고려해 보겠습니다.
그림 7.2 - 벽을 통한 열 전달
면적이 S인 벽의 단면을 통해 단위 시간당 전달되는 열의 양은 이미 알려진 공식에 의해 결정됩니다.
이 공식은 전기 회로에 대한 옴의 법칙 방정식과 비교됩니다. 그들의 완전한 비유를 보는 것은 어렵지 않습니다. 따라서 단위 시간당 열량 P T는 전류 값 I에 해당하고 온도 구배(t 1 - t 2)는 전위차 U에 해당합니다.
태도라고 합니다 Term i ch e s k i m저항은 R T로 표시되며,
열 흐름의 흐름과 전류 사이의 유추를 고려하면 물리적 과정의 공통성을 확인할 수 있을 뿐만 아니라 복잡한 구조의 열전도도 계산도 용이하게 됩니다.
고려되는 경우 냉각이 필요한 요소가 온도 t CT1을 갖는 평면에 위치하는 경우
t ST1 = P T d/(lS) + t ST2.
따라서 tCT1을 줄이기 위해서는 방열면의 면적을 늘리고, 방열벽의 두께를 줄이고, 열전도율이 높은 재료를 선택해야 합니다.
열 접촉을 개선하려면 접촉 표면의 거칠기를 줄이고 열 전도성 물질로 덮고 접촉 압력을 생성해야 합니다.
구조 요소 간의 열 접촉 품질도 전기 저항에 따라 달라집니다. 접촉 표면의 전기 저항이 낮을수록 열 저항이 낮을수록 열 방출이 좋아집니다.
환경의 열 제거 용량이 낮을수록 고정 열 전달 방식을 설정하는 데 시간이 더 오래 걸립니다.
일반적으로 설계의 냉각 부분은 섀시, 하우징 또는 케이스입니다. 따라서 설계 레이아웃 옵션을 선택할 때 장착을 위해 선택한 구조물의 냉각 부분이 환경과의 열교환이 잘 되는 조건을 갖추고 있는지, 내열성이 있는지 살펴봐야 합니다.
