منتدى قبيلة اللهيب ال حرب

الاحتراقCombustion

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل

الاحتراقCombustion

مُساهمة  Admin في الأربعاء نوفمبر 09, 2011 2:12 am

الأحتـــراق Combustion
ما هو الأحتراق؟
هو عبارة عن تفاعل المواد الكيمياوية (الوقود Fuel ) مع مادة مؤكسدة (الأوكسجين عادةً) يصحبه تولد حرارة ولهب.
كما يمكن أن يعرّف على أنه عبارة عن تفاعل بين العناصر والمركبات والمواد والأوكسجين لأنتاج نواتج الأحتراق كتفاعل الوقود مع الأوكسجين يصحبه عادة ً اللهب وتولد الحرارة.
وهناك ثلاثة أنواع من الوقود هي:
(1) الوقود الصلب كالفحم.
(2) الوقود السائل كالنفط ومشتقاته.
(3) الوقود الغازي كالغاز الطبيعي والغاز الصناعي.
عندما تحترق مادة فأن عملية الأحتراق هذه تولد طاقة حرارية معينة تختلف من مادة لأخرى حسب تركيب تلك المادة وحجم جزيئاتها ، مثال على ذلك:
C + O2 = CO2 +Heat of Combustion ΔHCO2
حيث أن ΔHCO2 هو حرارة الأحتراق ل CO2
CH4 + O2 = CO2 + H2O + Heat of Combustion ΔHCH4
حيث أن ΔHCH4 هو حرارة الأحتراق ل CH4
أن الوقود النفطي يتكون من مواد هيدروكاربونية تختلف فيما بينها بالكثافة أو الـ (API). لذا عند مقارنة الحرارة الناتجة من أحتراق أوزان متساوية من مشتقات نفطية مختلفة الكثافة يلاحظ أنه كلما كانت الكثافة (أو الوزن النوعي) للمشتق قليل (أي إذا كان خفيفاً) كانت الحرارة الناتجة أعلى. ويُعبّر في الصناعة النفطية عن الكثافة أو الوزن النوعي بالنسبة للمشتقات النفطية بدرجة API.
ولأغراض المقارنة فأن الوزن النوعي 10 للماء والنفط الخام (34-36) ، وكلما كان قيمته عالية للمنتوج كان الوقود خفيفاً والعكس صحيح أي كلما كانت القيمة قليلة كان الوقود ثقيلاً.
الكمية النظرية للأوكسجين Theoretical Oxygen والهواء اللازم للأحتراق Air Required for Combustion :
هي الكمية اللازمة من الأوكسجين أو من الهواء لحرق الكاربون والهيدروجين والكبريت وتحويلها الى ثاني أوكسيد الكاربون وماء وثاني أوكسيد الكبريت. والمعادلة الكيمياوية التالية توضح الصيغة العامة لأحتراق الوقود وعدد جزيئات الأوكسجين اللازمة للأحتراق:
CmHn + (4m+n/4)O2 = mCO2 +n/2 H2O
لذلك فأن وزناً جزئياً واحداً من الميثان مثلاً يحتاج الى وزنين جزئين من الأوكسجين لحرقه حرقاً تاماً ، وينتج من هذا الأحتراق وزن جزيئي واحد من ثاني أوكسيد الكاربون ووزنان جزيئيان من الماء ، أما إذا أستعملنا الهواء للأحتراق فيصحب كل جزيئة من الأوكسجين عندئذ 79/21 = 3.76 جزيئة من النتروجين الذي لا يشترك في عملية الأحتراق ويخرج مع الغازات الناتجة من الأحتراق بدون أي تغيير.
أن تحديد حجوم الأوكسجين والهواء يعتبر من الضروريات الأساسية لعمليات الحسابات الهندسية لتصميم أجهزة الأحتراق ، وبحسب حجم الأوكسجين النظري اللازم لحرق أي وقود بواسطة التحليل المطلق للوقود ، حيث يستخرج وزن الكاربون والهيدروجين والكبريت والأوكسجين المؤلفة لباوند واحد من الوقود.
الهواء الفائض Excess Air:
وهو النسبة بين الهواء الكلي المستعمل في الأحتراق الى الهواء النظري اللازم للأشتعال ، وعادة ً يحتاج الوقود عند الأحتراق الى كمية هواء أكثر من الكمية النظرية اللازمة للأحتراق وذلك لضمان أختلاط كافة جزيئات الوقود بالأوكسجين وحدوث الأشتعال التام:
ρ air = 0.0012943 Kg/m3 at 1 atm & 25°C
أن تفاعلات الأحتراق لا تحدث كلها بصورة كاملة (وتكوين نواتج الأحتراق المذكورة) ما لم توجد زيادة من الأوكسجين أو الهواء. وفي الأفران الصناعية في الوحدات التشغيلية ، يتحكم المشغل في أجهزة ووسائل زيادة الهواء المتوفرة لديه في الفرن لأعطاء زيادة مناسبة عند ظهور دخان في غازات المدخنة (أو عند ظهور أول أوكسيد الكاربون فيها في حالة وجود وسائل تحليل آلية تؤشر ذلك) ونادراً ما يوجد غاز أول أوكسيد الكاربون في غازات المدخنة بسبب أستعمال نسبة جيدة للهواء الفائض قد تصل الى 30% ، هذا على أفتراض كون المشاعل جيدة وسليمة ، أن كمية الهواء الفائض قد تصل الى 70% في بعض التطبيقات ، إلا أنها عملياً تكون أقل من ذلك ، ويمكن التحكم بكمية الهواء وصولاً الى الكمية المطلوبة والأقتصادية وبدرجة عالية من الدقة ، بالمراقبة الجيدة للظروف التشغيلية للفرن وهناك العديد من المؤشرات التي تساعد في أنجاز المهمة (كطول الشعلة ، ولونها ، ووجود دخان ، وحرارات الفرن .. ألخ) ، إلا أنه توجد أجهزة حديثة تلحق بالفرن تعمل بصورة تلقائية يمكنها السيطرة بشكل كامل على ظروف الأحتراق وتحقيق درجة عالية من أقتصاد الوقود بأنواعه المألوفة ، وعملياً في التصاميم الحديثة يستعمل 25% هواء فائض لغاز الوقود ، 40% هواء فائض لزيت الوقود.
حساب الحرارة الناتجة من الأحتراق:
عند أحتراق كمية معينة من الوقود بواسطة الأوكسجين النقي أو بواسطة الهواء سوف تنتج غازات تتضمن كلاً من CO2 - بخار الماء - SO2 وكذلك تنتج حرارة أولية من الأحتراق هي القيمة الحرارية الصغرى Net Heating Value ثم يبدأ بخار الماء بالتكثف معطياً كمية من الحرارة التي إذا جمعت مع الحرارة الأولية تنتج ما يسمىبالقيمة الحرارية العليا Gross or High Heating Value ولكن بالنسبة للعمليات التصنيعية نلاحظ أن بخار الماء الموجود مع نواتج الأحتراق في مداخن المراجل البخارية والأفران لا يتكثف ، لذا نستخدم Net H.V في الحسابات الهندسية في الأجهزة الحرارية المختلفة .
حرارة الأحتراق Heat of Combustion :
وهي كمية الحرارة المتحررة من أحتراق وحدة كمية معينة من الوقود.
القيمة الحرارية الصغرى Net heating Value :
وهي كمية الحرارة المتحررة من أحتراق باوند واحد من الوقود عند درجة حرارة 60°F وتبريد نواتج الأحتراق الى نفس الدرجة ، وتحسب بوحدات Btu/lb للوقود السائل والصلب ، وبوحدات Btu/ft3 للوقود الغازي.
القيمة الحرارية العليا Gross or High heating Value :
وهي كمية الحرارة المتحررة من أحتراق باوند واحد من الوقود عند درجة حرارة 60°F وتبريد نواتج الأحتراق الى نفس الدرجة مضافاً اليها الحرارة الناتجة من تكثيف بخار الماء الموجود في الغازات الناتجة.
وبالنسبة للعمليات التصنيعية فأن بخار الماء الذي يوجد في المدخنة أو مع الغازات الناتجة لا يتكثف لذا يستخدم Net H.V. دائماً.
الحرارة الناتجة من تكثيف بخار الماء ΔHH2O :
أن كمية الحرارة المتحررة من تكثيف باوند واحد بخار الماء عند 60°F تعادل 1058.2 Btu .
أن كمية الحرارة المتحررة من تكثيف ا قدم مكعب من بخار الماء عند 60°F تعادل 50.3 Btu . أي أن :
ΔHH2O = 1058 Btu/bl = 50.3 Btu/ft3

ولحساب Net H.V. نستخدم المعادلة التالية:
Net H.V. = gross H.V. - ΔHH2O



الحرارة وقانون الديناميك الحراري الأول
الأتزان الحراري هو من أهم النقاط المرجعية لعلم الديناميك الحراري Thermodynamics، والأتزان الحراري يحدث بين الأجسام المتصلة إذا تنتقل الحرارة بينها الى أن تصبح حرارتهم واحدة. ويوصف نظام معين بأنه في حالة أتزان حراري عندما لا تتغير درجة حرارته مع الزمن.وعند حدوث الأتزان فأن درجة حرارة كل من الجسمين تصبح واحدة.
قانون الديناميك الحراري الصفري:
سُمي هذا القانون بالقانون الصفري كونه يعتبر معلومة بديهية ويجب معرفتها ، ويعتمد على مبدأ الأتزان الحراري والمنطق.
لو أفترضنا أن النظام A والنظام B في حالة أتزان حراري مع النظام C ، فأن كل من النظام A وB في حالة أتزان حراري
وهذا هو قانون الديناميك الحراري الصفري.

الحرارة والطاقة الداخلية:
الطاقة الداخلية Internal Energy: هي كل طاقة النظام التي تتكون من كل العناصر المجهرية به (الذرات والجزيئات) عندما يتم عرضها من السكون مع أرتباطها بالجسم. ورمز الطاقة الداخلية هو Einte

الحرارة Heat: هي أنتقال الطاقة التي تقطع حدود النظام حيث تنتقل نتيجة الأختلاف بدرجة الحرارة بين الجسم والمحيط المجاور.
ورمز الحرارة يف المعادلات الرياضية هو Q.

الفرق بين الحرارة ودرجة الحرارة:
يمكن الآن التمييز بين الحرارة ودرجة الحرارة ، فدرجة الحرارة تعبر عن مقدار سخونة أو برودة الجسم.
أما الحرارة حالها من حال الشغل أو طاقة الوضع فهي طاقة ووحدتها (جول) ونكتبها (حرارة) أختصاراً بدل أن نكتبها (الطاقة الحرارية).

سعة الحرارة والحرارة النوعية
سعة الحرارة Heat Capacity : هي قيمة معينة من الطاقة يحتاجها النظام لرفع درجة حرارته بمقدار 1 درجة مئوية.
ورمز قدرة الحرارة في المعادلات الرياضية هو C. ومعادلة سعة الحرارة هي:
Q = C.ΔT .......(1)
C = Q / ΔT .......(2)
حيث أن :
Q = الحرارة (J).
ΔT = التغير في درجة الحرارة (K).
C = سعة الحرارة (J/K).

الحرارة النوعية Specific Heat: هي قدرة الحرارة بالنسبة (مقسومة على) الكتلة. ورمز الحرارة النوعية في المعادلات الرياضية هو (c)
ومعادلة الحرارة النوعية هي:
c = C /m ....... (3)
حيث أن:
c = الحرارة النوعية (J/K.g)
m = كتلة الجسم (g)
وبتعويض المعادلات في بعضها . نصل الى:
Q = m c ΔT
الحرارة الكامنة Latent Heat : هي كمية الطاقة الحرارية التي تنتقل بالنسبة للكتلة ، أي النسبة بين الحرارة والكتلة.
والرمز العام للحرارة الكامنة في المعادلات الرياضية هو L:
والحرارة الكامنة لها نوعان :
الحرارة الكامنة للأنصهار Latent Heat of Fusion : هذه الحرارة تكون عند تحول المادة من الحالة الصلبة الى الحالة السائلة . ورمزها Lf
الحرارة الكامنة للتبخر Latent Heat of Vaporization : هذه الحرارة تكون عند تحول المادة من الحالة الصلبة الى الحالة الغازية. ورمزها Lv
وقانون حساب الحرارة الكلية للحرارة الكامنة بصفة عامة :
Q = m.L
عندما يكون الغاز بارداً وفي طور التحول الى سائل فأن هذه العملية تُسمى تكثف Condenses والحرارة المقسومة على الكتقلة المحسوبة هنا تُسمى بالحرارة الكامنة للتكثف Latent Heat of Condensation . ورمز هذه الحرارة هو Lc .
عددياً الحرارة الكامنة للتكثف تساوي الحرارة الكامنة للتبخر أي:
Lc = Lv
عندما يكون السائل بارداً وفي طور التحول لمادة صلبة فأن هذه العملية وكما يعلم الجميع فأن هذه العملية تُسمى تجمد Freeze والحرارة المقسومة على الكتلة المحسوبة هنا تُسمى الحرارة الكامنة للتصلب أو التجمد Latent Heat of Solidification . ورمز هذه الحرارة Ls
عددياً الحرارة الكامنة للتصلب تساوي الحرارة الكامنة للأنصهار. أي:
Ls = Lf
النظام المحفوظ وأنواع الطاقة بالنظام :
عند تحويل المادة من الحالة الصلبة الى الحالة السائلة ، أو من الحالة السائلة الى الحالة الغازية . فبهذه الحالة فنحن نعطي النظام طاقة.
وعند تحويل المادة من الحالة الغازية الى الحالة السائلة ، أو من الحالة السائلة الى الحالة الصلبة. فبهذه الحالة فأن النظام سيخسر طاقة.
ونستنتج مما سبق أن أنواع الطاقة بالنظام هي:
1. طاقة يكتسبها النظام.
2. طاقة يخسرها النظام.
النظام المحفوظ :
نقول عن أي نظام حراري أنه محفوظ إذا كان معدل الحرارة التي يكتسبها النظام تساوي معدل الحرارة التي يخسرها النظام.
Q cold = -Q hot



ما هي الحرارة؟ وما هي طرق أنتقالها؟
تُعرّف الحرارة على أنها صورة للطاقة التي تنتقل عبر حدود المجموعة نتيجة لوجود فرق أو تدرج في درجات الحرارة.
ومن هذا التعريف نستنتج أن الجسم لا يحوي مطلقاً على حرارة ، وتعرف الحرارة فقط عندما تعبر الحدود أو تنتقل أي عند حدوث أنتقال حرارة Heat Transfer فإذا تصورنا أن هناك مجموعتين أولاهما قطعة نحاس والمجموعة الأخرى ماء بارد في كأس فأن أياً من المجموعتين لا يحوي حرارة (ولكنهما يحتويان طاقة) عند وضع النحاس في الماء وحدوث انتقال الحرارة فأن الحرارة تنتقل من النحاس الى الماء الى أن يحدث الأتزان في درجات الحرارة وعند هذه النقطة يتوقف أنتقال الحرارة لأن أنعدام الفرق في درجات الحرارة عند نهاية هذه العملية وأن أي المجموعتين لا يحوي حرارة.
وحدات كمية الحرارة Units of Heat:
هناك ثلاث وحدات مهمة تقاس بها كمية الحرارة هي:
1. السعرة Calorie (cal): وهي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة غرام واحد من الماء المقطر درجة مئوية واحدة.
2. الكيلو سعرة Kilo Calorie (Kcal): وهي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كيلو غرام واحد من الماء المقطر درجة مئوية واحدة.
3. وحدة حرارية بريطانية British Thermal Unit (BTU) : وهي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة باوند واحد من الماء المقطر درجة فهرنهايتية واحدة.
درجة الحرارة Temperature :
أن درجة الحرارة كمية نسبية ويقصد بلفظة الدرجة (الشدة) ويمكن أن تعرّف كعدد في مقياس معين ، ويمكن القول أن درجة الحرارة المطلقة لجسم ما تتناسب طردياً مع
متوسط الطاقة الحركية لجزيئات ذلك الجسم.
مقياس درجة الحرارة Measurements of Temp :
توجد اربعة مقاييس مختلفة لدرجة الحرارة وهي:
المقياس المئوي Centigrade °C
المقياس الفهرنهايتي Fahrenheit °F
المقياس المطلق (كلفن) Kelvin °K
مقياس رانكن Rankine °R

والجدول التالي يبين العلاقة بين المقاييس الأربعة:

°R °F °K °C
672 212 373 100 درجة تبخر الماء
492 32 273 0 درجة أنجماد الماء
351 -109 195 - 78
0 460 0 - 273 الصفر المطلق
أن العلاقة بين المقاييس الأربعة يمكن تمثيلها بالمعادلات التالية:
°K = °C + 273
°F = 1.8 °C + 32
°R = °F + 460
مفاهيم أنتقال الحرارة:
أن أختلاف درجة الحرارة بين جسم ما مع جسم آخر أو مع الوسط الموجود فيه ، ينعدم مع الوقت حيث أن الحرارة تنساب (تجري) من المنطقة ذات الحرارة العالية الى المنطقة ذات الحرارة المنخفضة . أن هذه الظاهرة موجودة في كل حالات المادة : الصلبة ، والسائلة ، والغازية.
أن معرفة قوانين ظاهرة أنتقال الحرارة Heat Transfer والألمام التام بوسائل التحكم بنوعية وكيفية أنتقالها (أو جريانها) مهمة جداً وأساسية في أنجاز تصاميم وأنشاء الأجهزة الحرارية للأغراض الصناعية كالأفران ، والمراجل البخارية ، والمبادلات الحرارية Heat Exchangers ، ووسائل التبريد Cooling ، والتدفئة Heatingوالمراجل البخارية Boilers ، ومحطات الطاقة الحرارية.
ففي محطات الطاقة الحرارية مثلاً ، يكون الأعتماد الأساسي على توليد البخار لأستعماله في تشغيل العنفات (التوربينات البخارية) ثم المولدات الكهربائية. ويرتبط أنتقال الحرارة في بعض مراحل هذه العملية على أحتراق الوقود في المراجل حيث تعطى الحرارة للماء لتوليد البخار ذو الضغط والحرارة المرتفعتين High Press. & Temp steam. لغرض تشغيل العنفات (التوربينات) و(المولدات الكهربائية) ولغرض تكثيف البخار (ذي الضغط والحرارة الواطئتين بعد هذه العملية) بهدف إعادة أستعماله كماء لتوليد البخار في المرجل ، وتنجز هذه العملية من ماء التبريد وتُعطى للهواء في أبراج التبريد. ومن التطبيقات المهمة التي يتزايد دخولها مجال الصناعة والطاقة والعنفات الغازية التي تعتمد على كفاءة أستغلال حرارة الأحتراق للوقود الغازي ذي الضغط العالي.
طرق أنتقال الحرارة Heat Transfer Methods:
يحدث أنتقال الحرارة بثلاثة طرق وكالآتي:
1. التوصيل الحراري Conduction : أنتقال الحرارة في الأجسام الصلبة حيث تنتقل الحرارة من جزيء الى جزيء آخر.
2. الحمل الحراري Convection : يحدث هذا النوع في السوائل والغازات حيث أن القدرة الحرارية تنتقل مع المواد المنقولة.
3. الأشعاع الحراري Radiation : يحصل الأشعاع الحراري في الأجسام الصلبة والسائلة والغازية حيث أن لها القدرة على أصدار طاقة حرارية على شكل موجات
كهرومغناطيسية وبالعكس يمكنها أن تمتص مثل هذه القدرة الشعاعية .

العلاقة الرياضية التي يقوم عليها أنتقال الحرارة:

أن المهمة الأولى في الصناعة هي التحكم بكمية الحرارة التي تنتقل خلال وحدة الزمن بين مادتين مختلفتين بدرجات الحرارة حيث نسمي هذا المقدار (التيار الحراري) الذي يعرّف على أنه (كمية الحرارة المنقولة خلال وحدة الزمن) .. وكالآتي:
Q = quantity of heat (cal - Btu) : كمية الحرارة
t = Time (sec - min) الزمن
q = Heat Flux (cal/sec, Btu/hr) التيار الحراري

التيار الحراري = كمية الحرارة / الزمن أو q = Q/t
كثافة التيار الحراري:
وهو كمية الحرارة المارة خلال وحدة السطوح وخلال وحدة الزمن. ويرمز لها بالرمز H
H = Q/ A.t = q/A = Btu/hr.ft3
طرق أنتقال الحرارة
1. التوصيل Conduction:
أن آلية التوصيل الحراري يمكن فهمها من خلال معرفة التوصيل الحراري خلال الأجسام الصلبة لأن أنتقال الحرارة في هذه الحالة بطريقتي الحمل والأشعاع يمكن أهماله
، ويكون أنتقال الحرارة بطريقة التوصيل على نوعين:
أنتقال الحرارة الخطي - أنتقال الحرارة الشعاعي.
أن الصيغة العامة التي تمثل معدل أنتقال الحرارة يمكن تبسيطها بالشكل التالي:
Rate = Driving force/Resisting force
ففي حالة الحرارة تكون القوة الدافعة Driving Force هي فرق درجات الحرارة ( أو درجة حرارة الجسم ، والجسم البارد) أما المقاومة Resistance فتعتمد على
نوعية المادة المصنوعة منها هذه الأجسام كذلك وعليه فأن:
التيار الكهربائي = فرق درجات الحرارة / المقاومة الحرارية

أنتقال الحرارة الخطي:
يتم هذا النوع من الأنتقال الحراري عبر الأجسام المستوية مثل جدران الافران سواء كانت متكونة من طبقة واحدة أو من عدة طبقات. ويتم حساب التيار الحراري المنتقل بطريقة التوصيل الخطي للأجسام المتكونة من طبقة واحدة فقط بأستخدام قانون فورير.

قانون فورير Fourier Law : ينص هذا القانون على أن كمية الحرارة المنتقلة خلال وحدة الزمن (التيار الحراري) خلال الجسم المنتظم تتناسب طردياً مع المساحة السطحية لأنتقال الحرارة ومع مقدار تغير درجة الحرارة وعكسياً مع السمك أو طول المسار الذي تنتقل فيه الحرارة.
ولكن ماهي المواد ذات التوصيل الجيد ، وماهي الموصلات ذات التوصيل الرديء؟
- المواد جيدة التوصيل: الذهب - الفضة - النحاس - الحديد - الألمنيوم - الرخام.
- المواد رديئة التوصبل: الخشب - الصوف - الخزف - الزجاج.
أن عامل التوصيل الحراري خاصية فيزياوية تعتمد على :
1. درجة الحرارة.
2. طبيعة المادة (نوع المادة - حالة المادة "سائلة ، صلبة ، غازية" - نقاوة المادة).
وهناك جداول خاصة لقيم عامل التوصيل الحراري لمختلف المواد حيث يكون عامل التوصيل الحراري للعوازل أقل بكثير منه للمواد جيدة التوصيل.
2. الحمل الحراري Convection:
وهو أنتقال الحرارة من مكان الى آخر بحركة مادة الوسط نفسها. كما يحدث في الهواء أو جهاز تسخين الماء حيث يمتص المائع (الغاز أو السائل) كمية من الحرارة في جهة من جهاته فينتقل الجزء الساخن بتأثير الأختلاف في الكثافة الى جهة أخرى ليمتزج مع جزء من السائل أو الغاز ويعطيه كمية من الحرارة التي قام بأمتصاصها وتولد حركة المادة من المناطق ذات الدرجة الحرارية العالية الى المناطق ذات الدرجة الحرارية الواطئة تياراً يسمى بتيار الحمل Convection Current .
يسمى هذا التيار بالحمل الطبيعي Natural Convection إذا كان ناتجاً عن التغيير في الكثافة ويسمى بالحمل الأضطراري (القسري) Forced Convection إذا كان ناتجاً عن قوة خارجية كالمروحة والمضخة أو ما شابه ذلك.
نفرض أن لدينا مائعاً (سائلاً أو غازاً) يتحرك فوق سطح ساخن فأننا نجد طبقة رقيقة film من المائع ملامسة للجدار الساخن لا تتحرك ويقل سمك هذه الطبقة إذا كان جريان المائع على السطح جرياناً أضطرابياً Turbulent Flow وفي كلتا الحالتين من أنتقال التيار الحراري (يتم أنتقال التيار الحراري بالحمل الطبيعي أو القسري) يتركز أنتقال الحرارة على الطبقة الرقيقة التي لا تتحرك والملامسة للسطح حيث يتأثر النقل الحراري في هذه الطبقة الرقيقة من شدة التوصيل الحراري والحمل الحراري معاً حيث تنتقل الحرارة من السطح الى المائع بالتوصيل أما خلال المائع نفسه فتنتقل بالحمل.
أن جميع السوائل والغازات محاطة في مناطق التماس أو الحدود مع الجدران الصلبة التي تحويها بطبقة رقيقة من هذا السائل أو الغاز ولقد أثبت أن أنتقال الحرارة يتم في هذه الطبقة الرقيقة جداً بعملية التوصيل Conduction وليس من السهل قياس سمك هذه الطبقة التي هي في الواقع تمثل مقاومة لأنتقال الحرارة ولغرض ايجاد صيغة للتعبير عن هذه المقاومة فقد عبر عنها بدلالة مقلوب معامل أنتقال الحرارة 1/h . ولمجرد أعطاء فكرة عن سمك الطبقات المقاومة للحرارة في الموائع فقد وجد بشكل عام أن سمك طبقات الغاز يبلغ حوالي 0.1 من الأنج ، وللبخار المتكاثف على أنبوب يبلغ حوالي 0.0001 من الأنج. وبذلك يكون عامل الحمل الحراري متأثراً بسمك هذه الطبقة الرقيقة وسمك هذه الطبقة يتأثر بدوره بنوعية الجريان على السطح.
فإذا اردنا حساب كمية الحرارة المنتقلة خلال وحدة الزمن (التيار الحراري) من السطح الى المائع تستخدم المعادلة التالية:
q = h . A. ΔT
حيث أن :
q = التيار الحراري المنتقل بطريقة الحمل.
A = المساحة السطحية لأنتقال الحرارة.
ΔT = الفرق في درجات الحرارة للسطح أو المائع.
h = معامل أنتقال الحرارة Heat Transfer Coefficient

أن أهم التطبيقات العملية والأجهزة التي يتم فيها التبادل الحراري بطريقتي الحمل والتوصيل هي المبادلات الحرارية ، حيث يدخل فيها مائعان مختلفا درجة الحرارة ويتم تبادل الحرارة بينهما بحيث تكون كمية الحرارة المفقودة من المائع الحار لكمية الحرارة المكتسبة من قبل المائع البارد.
3. الأشعاع الحراري Radiation:
هو أنتقال الحرارة من جسم حار الى آخر بارد بدون واسطة مادية ويمكن أن ينتقل بالفراغ المطلق Absolute Vacuum بعكس التوصيل والحمل اللذين يحتاجان الى وسط مادي . والأشعاع عبارة عن طاقة طبيعية مماثلة الى طبيعة الضوء الأعتيادي فهي تتكون من مجال كهربائي متناوب بصحبة مجلا مغناطيسي متذبذب بنفس الطور ويتمثل تغير شدة هذا المجال الكهرومغناطيسي مع الوقت بموجة جيبية Sine Wave الى طول محدد يسمى طول الموجة wave Length وعدد الموجات في وحدة الوقت هو التردد Frequency.

أصل الطاقة الأشعاعية:
أن الطاقة الأشعاعية Radiant Energy تنشأ من الجزيئات للجسم المشع حيث أن ذرات هذه الجزيئات تتذبذب على شكل حركة توافقية بسيطة إذ أن ارتفاع درجة حرارة الجسم سوف يهيج الجزيئات التي سوف ينجم عنها أشعاع الطاقة ، فالجسم المشع عندما يبعث طاقة اشعاعية حرارية فأن ذلك يؤدي الى نقصان بسعة الذبذبات وأمتصاص الطاقة الأشعاعية يؤدي الى زيادة السعة للذبذبات.
ويقصد بالأشعاع الحراري الأنبعاث المستمر للطاقة من سطوح الأجسام المختلفة بأمواج كهرومغناطيسية وتشمل الأمواج الكهرومغناطيسية أمواج الراديو ، تحت الحمراء ، فوق البنفسجية ، أمواج الضوء المرئي ، الأشعة السينية ، وهذه الأمواج يختلف بعضها عن البعض الآخر بطول الموجة ، ويعتبر الأشعاع الحراري مهماً جداً في الحسابات والتصاميم للتطبيقات الحرارية كتصاميم الأفران والمراجل والتكييف (التدفئة والتبريد) وصناعات أخرى.
ما هي الأختلافات بين أنتقال الحرارة بالأشعاع وطرق أنتقال الحرارة الأخرى؟
1. لا يحتاج الأشعاع الحراري الى وسط مادي لأنتقال الحرارة خلاله.
2. تعتمد كمية الحرارة المنتقلة بالأشعاع على كل من أختلاف درجة الحرارة بين الجسمين وكمية الحرارة في كل منهما.
3. ينتقل الأشعاع بسرعة الضوء ممتلكاً كلاً من خصائص الموجات وخصائص الجزيئات.
4. ينتقل الأشعاع بخطوط مستقيمة من اي مشع ، يمكن أن يستقبل الأشعاع مباشرة فقط من قبل الأجسام التي يمكن رؤيتها من قبل المصدر المشع.
avatar
Admin
Admin
Admin

عدد المساهمات : 49
نقاط : 173
تاريخ التسجيل : 24/05/2011
العمر : 33
الموقع : العراق

معاينة صفحة البيانات الشخصي للعضو http://alharb.dahek.net

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة


 
صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى