GELIOQURILMALARDA ISSIQLIK VA MASSA ALMASHINUVI JARAYONLARI VA HAVO HARORATI TABAQALANISHI

Ishda geliokurilmaning berk hajmdagi havoning issiklik massa almashinuv jarayonlari va temperaturali stratifikatsiyasi masalalari kurilgan. Geliokuritgichda olingan tajriba ma‘lumotlarga asosan uning balandligi bo‘yicha havo temperaturasining o‘zgarishini belgilaydigan korrelyatsiyali ifodasi chiqarilgan.

ГЕЛИОҚУРИЛМАЛАРДА ИССИҚЛИК ВА МАССА АЛМАШИНУВИ ЖАРАЁНЛАРИ ВА ҲАВО ҲАРОРАТИ ТАБАҚАЛАНИШИ Б.Э. Хайриддинов1, С.М. Хужакулов2, И.Л. Неъматов3 Э.М.Мейлиев1 Каршинский государственный университет Каршинский инженерно-экономический институт Шахрисабзский военно-академический лицей “Темурбеклар мактаби” https://doi.org/10.5281/zenodo.11158900 Аннотация: Ишда гелиокурилманинг берк ҳажмдаги ҳавонинг иссиклик масса алмашинув жараёнлари ва температурали стратификацияси масалалари курилган. Гелиокуритгичда олинган тажриба маълумотларга асосан унинг баландлиги бўйича ҳаво температурасининг ўзгаришини белгилайдиган корреляцияли ифодаси чиқарилган. Калит сўзлар: гелиотеплица, конвекция, табақаланиш, иссиқлик ва масса алмашинуви, ҳарорат, босим, зичлик, ҳаво намлиги, консентрaция, қуритиш материаллари.

ПРОЦЕССЫ ТЕПЛОМАССООБМЕНА И ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ ВОЗДУХА В СОЛНЕЧНЫХ УСТАНОВКАХ Аннотация: В работе рассмотрены вопросы тепломассообмена и процессы температурной стратификатсии воздуха в замкнутом объёме гелиоустановки. На основе опытных данных, полученных в гелиотеплице, выведена корреляционная зависимость, определяющая изменение температуры воздуха по её высоте. Ключевые слова: гелиотеплица, конвекция, стратификация, тепломассообмен, температура, давление, плотность, влажность воздуха, концентрация, сушка материалов.

PROCESSES OF HEAT AND MASS EXCHANGE AND AIR TEMPERATURE STRATIFICATION IN SOLAR DEVICES Abstract: In work questions of temperature stratification of air in the closed volume of solar installation are considered. On the basis of the skilled data received in a solar hothouse, the correlation dependence determining change of temperature of air on its height is deduced. Keywords: helioteplitsa, convection, stratification, heat and mass exchange, temperature, pressure, density, air humidity, concentration, drying materials.

КИРИШ Маълумки, ёпиқ ҳажмларда табиий конвекция жараёнларида иссиқлик ва масса алмашинуви жараёнлари ва муҳитнинг табақаланиши мавжуд [1], камроқ зич қатламлар зичроқ қатламлар устида жойлашганда. Иссиқлик ва масса узатиш жараёнларида ҳам ҳарорат, ҳам концентрaцион табақаланиш содир бўлади. Атроф – муҳит ҳароратининг ўзгариши унинг зичлигининг ўзгаришига олиб келади, илиқроқ ҳажм кўтарилади, совуқроқ-пастга. Концентрaцион табақаланиш атроф-муҳит концентрaциясининг фарқига боғлиқ. Паст ҳароратли қуёш қурилмаларида (иссиқхоналар, қуритгичлар, тузсизлантириш воситалари) деярли ҳар доим ҳарорат табақаланиши мавжуд. Кундузи, изоляция даврида, қуёш радиaцияси қурилманинг ички юзаларини иситади (тупроқ, тўсиқлар, иссиқхонадаги ўсимликлар, қуритгичдаги қуритиш материаллари). Табиий конвекция орқали иссиқлик ҳаво муҳитига узатилади. Структуранинг ёпиқ ҳажмидаги бу жараёнлар структуранинг баландлиги бўйича ҳавонинг ҳарорат табақаланишига олиб келади. Кечаси табақаланиш сақланиб қолади, ҳарорат пасайиши билан табақаланиш даражаси пасаяди.

АСОСИЙ ҚИСМ Табақаланишнинг баъзи бир бузилиши табиий шамоллатиш ва мажбурий шамоллатиш, инфилтрaция ва дизайндаги ҳаво эксфилтрaцияси туфайли юзага келади. Табиий конвекция яна барқарорлашишга олиб келади. Барқарор табақаланишнинг мавжудлиги шарти атроф-муҳит зичлигининг вертикал равишда пасайиши билан белгиланади: 𝜕𝜌 < 0. (1) 𝜕ℎ Нам ҳаво, қуруқ ҳаво ва ҳаддан ташқари қизиб кетган буғ (тўйинмаган ҳавода) ёки тўйинган буғ (тўйинган ҳавода) дан ташкил топган идеал газлар аралашмаси сифатида қаралади. Умуман олганда, муҳитнинг нам ҳаво зичлиги ҳарорат функцияси t, босим p ва буғ концентрацияси C: 𝜌 = 𝑓(𝑡, 𝑝, 𝐶). (1a)

Гелиоқурилмалар шароитида барометрик босим доимий p=const сифатида қабул қилинади. Кейин Архимеднинг итариш кучини белгилайдиган зичлик фарқининг иссиқлик узатиш ва концентрациянинг биргаликдаги таъсирига боғлиқлигини қуйидагича ифодалаш мумкин ∆𝜌 = ∆𝜌𝑡 + ∆𝜌𝐶 = 𝜌0 ∙ 𝛽 ∙ (𝑡 − 𝑡ℎ ) + 𝜌0 ∙ 𝛽𝐶 ∙ (𝐶 − 𝐶ℎ ), (2)

Бу ерда 𝜌0 = 𝜌(𝑡, 𝐶) – танланган муҳит зичлиги, унга нисбатан сузувчи куч аниқланади, 𝜌ℎ = 𝜌(𝑡ℎ , 𝐶ℎ ) – кўриб чиқилаётган зичлик.

Паст ҳароратли қуёш қурилмаларида узатиш жараёнларида t ва C га қараб зичликнинг ўзгариши чизиқли деб тахмин қилиш мумкин. Кейин муҳитнинг температура β ва консентрациянинг βC кенгайиш коеффитсиентлари қуйидаги ифодалар билан аниқланади: 1 𝜕𝜌 1 𝜕𝜌 𝛽𝑡 = − 𝜌 ∙ ( 𝜕𝑡 ) ; 𝛽𝐶 = − 𝜌 ∙ (𝜕𝐶 ) . (3) 𝑝,𝐶 𝑝,𝑡 1 1 Идеал газлар учун 𝛽𝑡 = 𝑇 = 273,15 (3a)

(3) ва (3a) ифодалардан биз оламиз 1 𝜌0 −𝜌𝑦 𝑡−𝑡𝑦 𝛽𝐶 = 𝐶−𝐶 ∙ ( 𝜌 − 273,15). (3б) 𝑦 0

Агар ҳавонинг ҳарорати, босими ва нисбий намлиги маълум бўлса, ҳаво зичлиги қуйидаги ифодалар билан аниқланади [2]. 𝑝∙𝜇 𝜑∙𝑝 𝜌 = 𝑅∙𝑇 ; 𝑇 = 273,15 + 𝑡; 𝜇 = 28,95 − 10,93 𝑝 н ; (4) Бу ерда р – барометрик босим, Па; μ – нам ҳавонинг молекуляр массаси, кг/кмоль; R=8314 Дж/(кмоль·К) – универсал газ доимийси ; φ – нисбий намлик ; рн – тўйинган буғ босими, Па. T=303-343 K ҳарорат оралиғида тўйинганлик босими [3] 1 1 𝑝ℎ = 4245,29 ∙ 𝑒𝑥𝑝 [5201,3 ( − )]. (5) 303 𝑇 Ҳавонинг намлиги х (г/кг) ва буғ концентрацияси С (кг/кг) [3] 𝑝ℎ 𝑥 𝑥 = 0,622 ∙ 𝑝−𝑝 ; С = 1000. (6) н (4) ва (5) формулаларга мувофиқ, 𝜑 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ҳарорат ортиши билан ҳаво зичлиги деярли чизиқли равишда камаяди (1-расм). Шундай қилиб

𝜕𝜌 = −𝑔𝑟𝑎𝑑 𝜌 (7) 𝜕𝑡 𝜕𝜌 ва Архимед кучи 𝜕𝑡 = 𝑔𝑟𝑎𝑑 𝑡 юқорига йўналган; 𝜕𝜌 қачон 𝜕𝑡 = −𝑔𝑟𝑎𝑑 𝑡 – пастга йўналган. T ва p тенг шароитларда қуруқ ҳаво зичлиги сув буғининг зичлигидан каттароқдир. Намлик миқдори ошиши билан ҳаво зичлиги ҳам чизиқли равишда пасаяди (расм. 1.2). Худди шундай (7) ёзилиши мумкин 𝜕𝜌 = −𝑔𝑟𝑎𝑑 𝜌 (7а) 𝜕𝐶 𝜕𝐶 ва Архимед кучи 𝜕ℎ = 𝑔𝑟𝑎𝑑𝐶 юқорига йўналган; 𝜕𝐶 қачон 𝜕ℎ = −𝑔𝑟𝑎𝑑 𝐶 – пастга йўналган. Интервалдаги қуруқ ҳаво зичлигининг ҳарорат градиенти 𝑡 = 20 − 70 ℃ таркиби: 𝜕𝜌 кг = −0,0034 − 0,00494 м3 ∙К. (8) 𝜕𝑡 Интервалда нам ҳаво зичлиги концентрацияси градиенти С=(10-110)/10 кг/кг (х=10-3

110 г/кг) таркиби: 𝜕𝜌 0,00047−0,01 кг кг =− (м3 ) , (кг) (8а) 𝜕С 10 3 (8) ва (8а) дан кўриниб турибдики, зичликнинг ҳарорат градиенти консентрациядан 10 баравар юқори. Шунинг учун нам ҳаво зичлигининг асосий ўзгариши ҳарорат ўзгариши

билан белгиланади деб тахмин қилиш мумкин ρh =ρ(t). (2) формуладаги амалий ҳисоб-китобларда ҳисобга олинмаслиги мумкин Δρc.

Шундай қилиб, табақаланишнинг пайдо бўлиши учун қуйидаги шартни бажариш кифоя 𝜕𝜌 >0 (9) 𝜕ℎ (1) ва (9) нисбатлар иссиқлик ва масса узатиш жараёнларида табақаланишнинг барқарорлиги шартлари ҳисобланади. Паст ҳароратли қуёш қурилмаларида фақат ҳарорат табақаланишини ҳисобга олиш кифоя. Анъанага кўра, қуёш қуритиш заводларида қуритиш жараёнларида иссиқлик ва масса узатишни ўрганишда волуметрик модел қўлланилади, бу ерда қуритиш камерасидаги параметрларнинг ўртача қийматлари олинади [4,5]. Умуман олганда, назарий жиҳатдан, бу ёндашув қуритиш камерасида содир бўладиган жараёнларни тўлиқ акс эттиради.

Аслида, қуритиш материаллари аравачалар токчаларида бир неча қатламларда жойлашган (расм. 3). Иссиқлик ва масса узатиш жараёнлари фақат қуритиш материалининг жойлашиш қатлами ҳажмида содир бўлади. Токчалар орасидаги ва аравадан ташқаридаги бўшлиқларда бу жараёнлар мавжуд эмас ва фақат атроф-муҳитнинг табақаланиши барқарорлашади. Табиий конвекция шароитида муҳитнинг табақаланиши материал қатламининг вертикал жойлашишига қараб иссиқлик ва масса узатиш жараёнларига таъсир қилади. Ўз навбатида, иссиқлик ва масса узатиш жараёнлари муҳитнинг табақаланиш табақаланишига таъсир қилади.

Гелиоқуритгичларни ишлатиш тажрибаси шуни кўрсатадики, вертикал табақаланиш енг аниқ ва барқарордир (3,4-расм), структуранинг узунлиги бўйича ҳарорат табақаланишининг бузилиши деярли йўқ, кенглиги бўйича тўсиқлар ва шамоллатиш тешиклари яқинида ҳарорат табақаланишининг бузилиши кузатилади. Қуритиш жараёнларининг ҳақиқий тавсифи учун қуритиш материалининг қатламли жойлашишини ва муҳитнинг ҳарорат табақаланишини ҳисобга олган ҳолда иссиқлик ва масса узатиш моделига эга бўлиш керак. Бундай моделни амалга ошириш қуритиш шароитларини ва ҳажмий моделнинг етарлилигини, қуритиш жараёнларининг тавсифини аниқроқ аниқлашга имкон беради.

Ҳаво ҳароратининг баландлиги ўзгариши қуйидаги корреляцион боғлиқлик билан ифодаланиши мумкин t0 = tm – (tm·a); th = t0 exp (b·h) (10) t0 - ҳаво ҳарорати h=0 м; тм - баландликда ўлчанадиган ўртача ҳаво ҳарорати h = 1,5 – 1,7 м; а, б - експериментал равишда аниқланган коеффитсиентлар.

Ўртача експериментал маълумотларнинг регрессия таҳлили асосида қуйидаги коеффициент қийматлари олинган а = 0,0425; б=0,029 (10а)

Шундай қилиб, кўп қатламли қуритиш модели билан ҳар бир қатлам учун чегара шартлари қуйидаги шаклга ега бўлади: қатламга кираверишда hн = hi; tн = t0 exp(b·hн); қатламдан чиқишда hk = hi+d; tk = t0 exp(b·hk), (11) бу ерда ҳи – қуритиш материали билан токчанинг баландлиги, м; д – қатлам баландлиги, қуритиш материалининг ўртача еквивалент ҳажми, м.

1-расм. Ҳарорат ўзгариши билан ҳаво зичлигининг ўзгариши: ρ=ρ(t) при 1-φ=0; 2-φ=30%; 3-φ=50%; 4-φ=70%; 5-φ=90%.

2-расм. Намлик ўзгариши билан ҳаво зичлигининг ўзгариши: ρ=ρ(x) при 1-t=20°С; 2-t=35°С; 3-t = 50°С; 4-t=65°C; 5-t=80°С

3-расм. Гелио қуритгичнинг схемаси: 1-қуритиш камераси-ҳаво иситгичи, 2- шиша тўсиқ, 3-пастки ва 4 - юқори шамоллатиш тешиклари, 5-қуритиш материаллари билан аравачалар-токчалар

4-расм. Гелиоқуритиш қурилмасида ҳаво ҳароратининг ўртача ўзгариши (август): а-масофада баландликда L=3 м; Б- узунлиги баландликда Н = 1,6 м; 1- Минимал соат 6 да; 2- максимал соат 14 да; а- арава - токчалар жойлашган жой.