Течет батарея отопления между секциями: Как устранить течь в чугунной батарее отопления – причины повреждения

Разное

Содержание

Течь алюминиевого радиатора отопления: как устранить своими руками

Течь алюминиевого радиатора отопления – большая проблема. Самое неприятное в том, что она возникает в самый неподходящий момент, в отопительный сезон. Но не стоит отчаиваться, если капает алюминиевая батарея – ситуацию можно исправить.

В этой статье мы расскажем вам, что делать, если потек алюминиевый радиатор отопления. Как обнаружить место протечки и определить неисправную секцию. Вы узнаете как устранить течь алюминиевого радиатора отопления, какие шаги предпринять, чтобы проблема не повторилась.

Причины повреждения алюминиевых радиаторов

Алюминиевые радиаторы не отличаются прочностью по сравнению с биметаллическими и чугунными. В многоквартирных домах они чаще всего дают течь из-за перепадов давления в системе и гидроударов.

Перепады температуры воды или теплоносителя также влияют на состояние батарей. Если в системе отопления циркулирует жидкость горячее 100 градусов, она может повредить прокладки, герметик.

При закипании воды или теплоносителя давление в ЦСО (центральной системе отопления) может подняться в разы. Это часто приводит к повреждению секций. В некоторых случаях алюминиевый радиатор может просто лопнуть.

Иногда проблемы связаны с неправильной установкой. Причем алюминиевый радиатор может потечь через несколько лет после монтажа. В данном случае остается уповать только на себя и надеться, что другие батареи были правильно подключены без нарушения норм установки.

Если у вас установлены дешевые алюминиевые батареи, не исключен риск производственного брака. От этого никто не застрахован и определить его заранее нельзя. Поэтому перед тем как купить радиатор, задумайтесь – не проще ли немного доплатить и приобрести хорошую батарею, чем устранять проблемы?

Определите место протечки

Когда протекает алюминиевый радиатор отопления, самое сложное – определить место повреждения. Поверьте, это не так просто, как кажется.

Когда вы увидели лужицу на полу под радиатором, можно определить, из какой секции идет вода. Но форма секций такова, что заглянуть под наружные перья сложно, зазор между ними обычно составляет 4-6 мм. Поэтому вы не сможете определить реальную причину и место повреждения.

Первым делом осмотрите места стыков в верхней части радиатора. Они видны через щели между перьями, отводящими воздух. Если на соединении есть капли воды или оно влажное – вам повезло и вы лишены большинства проблем с «постановкой диагноза». Можете переходить к разделу

Почему батареи отопления шумят, щелкают, стучат, гудят, журчат в квартире и что делать

Почему шумят батареи отопления в квартире или доме и что делать? Вы хотите избавиться от посторонних звуков? Вам не нравится, когда радиаторы отопления щелкают, стреляют, гудят, шипят?

В этой публикации мы рассмотрим все варианты проблем и их решения. Прочитав ее, вы сможете самостоятельно определить причину шума в батареях. Также вы узнаете, как избавиться от постороннего шума в радиаторах отопления.

Шипение и свист

Если батарея отопления шипит или свистит – это признак утечки воды. Причем место утечки может быть где угодно в отопительной системе. Иногда вода выходит в трубе отопления, вмурованной в стену, а звук исходит из радиатора в 10-ти метрах от нее.

Если вы живете в многоэтажном доме и не нашли явного места утечки в своей квартире – пообщайтесь с соседями. Может быть где-то в укромном уголке у них уже скопилась лужица. Если явного места не найти, следует проверить:

  • Части труб, вмурованные в перекрытия и стены;
  • Общий стояк;
  • Места, в которых стояк проходит через перекрытия.

В частном доме проверьте также все оборудование системы отопления. Начиная с насосов и заканчивая источниками тепла.

Важно!

Если шипение появляется периодически – это может быть связано с работой автоматического воздухоотводчика (развоздушивателя). Это устройство устанавливается на радиаторах и самостоятельно спускает скопившийся газ. Иногда процесс сопровождается характерным звуком.

Журчание, шорох. Бульканье, звук льющейся воды в батарее

При появлении таких звуков причины могут быть следующие:

  • Появление воздушной пробки;
  • Замусоривание системы отопления;
  • Испортившиеся прокладки.

Завоздушивание системы отопления – самая частая проблема появления посторонних звуков в системе. Воздух может появиться из-за низкого качества воды или теплоносителя. В особенности это касается алюминиевых радиаторов. Вода с высокой кислотностью и щелочностью вступает в реакцию с металлом и выделяется газ,

как заделать трубу, когда она протекает или капает, фото и видео примеры

Содержание:

1. Типичные неисправности

2. Как устранить течь трубы на участке без резьбы

3. Течь по резьбе на подводке к радиатору: как заделать

4. Протекает радиаторная пластина

5. Если капает радиатор отопления между секций

Устранение возникших в системе отопления неполадок, связанных с протеканием трубопровода, задача непростая. Впрочем, зачастую выполнение таких работ проводится самостоятельно, без привлечения дополнительных сил, если знать, как устранить течь трубы отопления. Но обо всем по порядку. 

Как устранить течь трубы отопления – это не самое важное в начале работ. Главное, что нужно знать – при устранении течи своими руками всегда есть риск получить струю горячей воды в лицо. Почему это происходит?


При ремонте элементов системы отопления в многоквартирном доме нужно обязательно выполнять сброс отопительных стояков. И как только радиаторы в квартирах начнут остывать, кто-то попытается запустить стояки, чего делать при разобранной системе категорически не рекомендуется. 

Поэтому для проведения ремонтных работ лучше приглашать квалифицированного специалиста, причем дело здесь совсем не в его квалификации. Вызов специалиста обычно фиксируется в местной службе ЖКХ, и жители квартир в том же доме могут позвонить и узнать, что в данный момент ведется ремонт. Конечно, можно обезопасить себя самостоятельно, повесив на вентили предупреждение о том, что не нужно включать воду до завершения работ, но мастер точно знает, как заделать трубу отопления, и при отсутствии опыта лучше положиться на его услуги. 

Типичные неисправности

Самые распространенные неполадки в системе отопления можно охарактеризовать одной фразой – протекает труба отопления. Но на самом деле неполадки могут появиться на любом участке, поэтому основные неисправности стоит рассмотреть подробнее. 

Как устранить течь трубы на участке без резьбы

Когда протекает труба отопления, ждать специалистов зачастую нет возможности, и приходится приводить систему в порядок самостоятельно. Ремонтировать течь сваркой нельзя – зачастую такие трубы выполняются методом электросварки. При осуществлении ремонта сваркой на этот участок будет оказываться наибольшее коррозийное воздействие, что в очень скором времени приведет к новому прорыву. 


Для решения проблемы достаточно будет установить на трубу приобретенный в любом сантехническом магазине хомут, позволяющий устранить течь (прочитайте также: «Устранение течи в системе отопления, герметизация соединений»). Резиновая прокладка хомута должна полностью перекрывать место протекания, после чего ее можно закреплять болтами. При обнаружении на протекающем участке краски желательно ее зачистить, чтобы минимизировать риск дальнейшего протекания. 

Хорошо устраняют протекания и алюминиевые хомуты, под которые прокладывается самостоятельно вырезанный кусочек резины, после чего хомут можно зажимать при помощи отвертки. Опоясывать трубу полностью не нужно: главное – перекрыть течь. При отсутствии хомутов можно воспользоваться прочной проволокой, но ее нужно закреплять гораздо сильнее. 

Течь по резьбе на подводке к радиатору: как заделать

Если вода протекает из-под контргайки, то причин тому может быть несколько. Во-первых, существует довольно большая вероятность выгорания льна, во-вторых, это может быть коррозийное воздействие, в-третьих, труба могла быть повреждена в результате механического воздействия. 

Как заделать трубу отопления в этом случае? Начать нужно со сброса стояков отопления. К этому совету необходимо прислушаться, потому что проведение ремонтных работ при работающей системе отопления всегда заканчивается плачевно. Когда стояки отключены, нужно отвернуть контргайку, почистить от подмотки резьбу и внимательно ее осмотреть. Если резьба исправна, то ее необходимо заново перемотать льном, олифой или же герметиком. Намотка уплотнителя должна осуществляться по ходу резьбы. После этого можно затягивать контргайку и запускать стояки, причем за местом течи необходимо наблюдать. Если течь удалось устранить заменой уплотнителя, то работу можно считать законченной (прочитайте также: «Течет батарея отопления что делать, как устранить течь в короткие сроки»). 


Если труба отопления капает после проведенных операций, то это говорит о том, что в резьбе все-таки присутствует свищ. Для устранения проблемы необходимо отсоединить подводку от радиатора и скрутить контргайку вместе с пробкой.

Теперь можно прогнать плашкой резьбу и нарезать несколько дополнительных ниток, зачистив при этом труб от нанесенной краски. Упростить работу можно нанесением небольшого количества масла на поврежденный участок трубы. После зачистки труба обрезается и снова обрабатывается плашкой. Подключив радиатор, можно запускать систему отопления – все будет работать так, как будто никаких неисправностей и не было. 

Протекает радиаторная пластина

Пластинчатые радиаторы – это довольно нестабильные элементы отопительной системы, и их ремонт необходимо осуществлять довольно часто. Происходит это по причине довольно слабой устойчивости металла коррозийному воздействию и из-за недостаточно толстых стенок, в которых очень часто возникают свищи. 


Если возможности заменить пластину нет, то для ремонта используется холодная сварка – эпоксидный клей, состоящий из двух компонентов, разбавленный стальной стружкой. Перед выполнением работ обязательно сбрасываются стояки отопления.

Место протекания нужно обязательно зачистить от краски и ржавчины. Для обезжиривания хорошо подходят ацетон и бензин. После этих операций можно наносить клей на поврежденное место. Инструкция по использованию клея обычно находится на его упаковке. Желательно обмазывать клеем участок не менее 3-4 квадратных сантиметров. Через некоторое время, за которое происходит затвердевание (где-то полчаса), можно запускать стояки и стравливать воздух. 

Если капает радиатор отопления между секций

Чаще всего эта проблема возникает при существенном снижении рабочей температуры энергоносителя. Если течь небольшая, то можно подождать похолодания: в таком случае температура жидкости в радиаторе поднимется, и расширение секций приведет к тому, что прокладка будет сжата до рабочего состояния. Но при стабильной течи или желании устранить ее вовсе можно заняться ремонтом самостоятельно. 

Как всегда, сначала сбрасываются стояки отопления. После этого необходимо отсоединить радиатор от трубопровода и снять его. При выполнении этой операции желательно подставить емкость под трубы, поскольку определенное количество воды будет вытекать.


Рассчитайте расстояние от торца отопительного прибора, расположенного ближе всего к месту протекания. После проведения измерений необходимо направить к месту течи радиаторный ключ, который выглядит как сплюснутый на конце стальной прут. Это позволит нащупать породивший неполадку ниппель. 

При этом существует следующий нюанс: направление закручивания и откручивания ниппеля обычно зависит от того, с какой стороны был вставлен ключ. Не лишним будет изучение резьбы на торце внешней секции. Ниппель необходимо затянуть до упора. Опасаться повреждения ниппеля не стоит: радиаторы изготавливают с большим допуском нагрузок. Разобраться с ниппелями будет гораздо проще при наличии опыта разборки радиаторов. 

Закончив ремонт, необходимо затянуть глухие пробки, подключить радиатор к трубопроводу и запустить стояк. После запуска стояка обязательно стравливается воздух. 

Заключение

Теперь вопрос, как устранить течь трубы отопления, уже не является таким страшным и таинственным. Некоторые описанные работы могут оказаться слишком сложным для людей, которые никогда не занимались ремонтом подобных систем – в этом случае можно посмотреть на фото, где показаны схемы и алгоритмы ремонта. Самостоятельный ремонт отопительной системы все же не является настолько проблематичным, чтобы обычный человек не мог его осуществить.

На видео показан один из способов, как устранить течь трубы отопления:


Холодная сварка для батарей отопления – методы использования для оперативной заделки течи

Для оперативного ремонта батарей отопления согласно всем нормам и правилам в отопительный сезон должна выезжать аварийная бригада, такая «скорая помощь» для радиаторов. Но в жизни обычно эти правила действуют в редких случаях, в остальном приходится все делать самостоятельно и не надеяться на волшебника из ЖЭКа. А раз так, то в ход могут пойти самые разные методы даже самые невероятные, хотя холодная сварка для батарей отопления это не волшебство, а вполне реалистичный метод устранения течи.

Наиболее часто встречающиеся проблемы в чугунных радиаторах отопления

Прежде всего, необходимо очертить круг проблем, которые можно решить при помощи холодной сварки или клеящего состава при ремонте батарей отопления.

Традиционно самыми уязвимыми считаются чугунные батареи. Здесь многие проблемы заложены в самой конструкции и  свойствах металла. Прежде всего, чугунное литье в отличие от стальных радиаторов или биметаллических батарей очень хрупкое. Да, чугун очень прочный, но одновременно и хрупкий материал – он способен выдерживать большое давление, при небольшом ударе может дать трещину.

Второй момент, это свойство чугуна – это пористый материал, что способствует образованию на внутренней поверхности кратеров и постепенному разрушению стенки.

Третье, при сборке современных радиаторов секции соединяются при помощи внутренних гаек-стяжек, а пространство между секциями обрабатывается специальным составом, который надежно цементирует соединение. В недавнем прошлом, для герметизации этих соединений использовался лен и железный сурик, что со временем приводило к нарушению герметичности соединения.

Так что исходя из вышеперечисленного наиболее часто встречаемые проблемы с чугунными радиаторами это:

  • Нарушение герметичности секции батареи после механического воздействия – удара с внешней стороны или резкого повышения давления с внутренней стороны;
  • Течь по телу радиатора из-за образования отверстия в стенке из-за коррозии металла;
  • Нарушение герметизации точек соединения секций радиатора, точек подвода труб, гаек-заглушек.

Что касается других видов радиаторов, то подобные проблемы в них встречаются реже, здесь чаще всего причиной повреждения тела секции выступает коррозия металла или механическая деформация стенок при замерзании батареи, когда вода, замерзая, разрывает металл.

Холодная сварка – что это, применение для системы отопления

Для склеивания различных материалов применяются клеи разного состава и назначения. Так для бумаги используется конторский клей и ПВА, в строительстве для поклейки обоев применяется синтетический клей с виниловыми наполнителями, для ремонта обуви – резиновый клей.

Универсальных клеев, увы, пока  не изобрели, но уже есть составы, которые способны надежно склеивать металл. Примером такого состава выступает холодная сварка.

В основе технологии холодной сварки лежит эпоксидный клей, состоящий эпоксидной смолы и отвердителя. В обычном состоянии это субстанция, напоминающая густую сметану, только желтого цвета, но при смешивании с отвердителем эпоксидная смола становится более жидкой и пригодна для нанесения на даже самые сложные поверхности. Этот момент длится относительно недолго – всего 10-15 минут, после чего смола начинает затвердевать, образуя прочное покрытие.

Преимуществом этой технологии выступает высокая прочность соединения за счет высокой адгезии вещества к поверхности склеиваемого металла и стойкость к агрессивным химическим материалам. Увы, есть и недостатки клей сам по себе может выдержать большое давление, но при механических воздействиях велика вероятность нарушения прочности соединения.

В предлагаемых на рынке составах холодной сварки для склеивания металла отвердитель и смола находятся не в жидком, а в пастообразном состоянии. Клей находится в стабильном состоянии и может долгое время храниться в упаковке. Он состоит из внутреннего слоя – состоящему из отвердителя, и наружному слою, в состав которого входит смола. Третьим компонентом, входящим в состав клея для склеивания металлов выступает сера или алюминиевая пудра, эти вещества играют роль катализатора реакции – при смешивании они разогреваются вследствие чего процесс затвердевания ускоряется, так что получается эффект сварки.

Вторым вариантом холодной сварки выступает традиционный двухкомпонентный клей на основе эпоксидной смолы – в тюбиках хранится смола и отвердитель. Для получения нужного количества необходимо смешать компоненты согласно инструкции и нанести на склеиваемые поверхности. Для получения более прочного соединения в состав добавляется алюминиевая пудра или бронзовый порошок.

Виды холодной сварки, используемые для ремонта чугунных батарей

Для ремонта радиаторов отопления используется не все виды эпоксидных составов. Несмотря на общие недостатки, которые присущие для всех видов составов клея промышленность освоила выпуск нескольких составов, имеющих свою специализацию. Так есть смеси для ремонта пластика, металла, алюминия и склеивания дерева, есть универсальные составы. Для ремонта приборов отопления лучше всего подойдет смесь для склеивания черных металлов и стали или специальная ко

Как устранить течь в системе отопления частного дома, течет батарея

Многие домовладельцы хоть раз в жизни сталкивались с ситуацией, когда в трубе отопления появляется свищ или течет батарея. Получив подобный опыт, эти люди уже знают, какие средства всегда следует иметь под рукой для решения проблемы. О том, какими способами можно устранить протечки в разных местах отопительной системы, как раз и пойдет речь в данной статье.

Как найти течь в системе отопления

Хорошо, когда место протечки видно невооруженным глазом. Остается только принять меры, о коих мы расскажем в следующем разделе.

А начнем с поиска скрытых неплотностей в радиаторах и трубах отопления. Ведь нередки случаи, когда потерю теплоносителя в закрытой системе отопления можно обнаружить только по снижению давления, регистрируемого манометром. Причем визуально определить место дефекта не представляется возможным.

Сложнее всего находить и устранять течи, когда трубы проложены скрыто либо замоноличены в стяжку пола.

Мелкие «неуловимые» визуально дефекты, через которые медленно уходит теплоноситель, можно отыскать способом поочередного открывания кранов. Процедуру надо выполнять после окончания отопительного сезона, позже станет понятно почему. Последовательность действий такая:

  • система дополняется водой до рабочего давления, обычно оно составляет 1.2—1.5 Бар;
  • перекрываются все краны и вентили в разных частях трубопроводной сети: на радиаторах, ветвях, около котла и другого оборудования;
  • дать системе выстояться 2—3 дня;
  • контролируя показания манометра, поочередно открывать все краны, начиная от котла.

Суть способа в том, чтобы засечь падение давления на участке, где протекает труба или батарея. Здесь удобнее работать с помощником: сами смотрите за манометром, а он по команде открывает следующий кран. Понятно, что протечка обнаружится на том участке отопительной системы, где упадет давление после открывания запорной арматуры. А зная участок, можно без особого труда отыскать дефект.

Совет. Обнаружить незаметные глазу трещины, сквозь которые вода еле сочится, поможет обычная туалетная бумага. Прикладывая ее к трубам и стыкам, вы легко обнаружите очаги образования влаги.

Задача сильно усложняется, когда теплоноситель уходит из трубопроводов теплых полов. В этом случае найти течь в трубе непросто, а заделать ее еще тяжелее. Для начала необходимо понять, как проложены трубы греющих контуров в полу. Для этого придется демонтировать напольное покрытие, чтобы была видна стяжка. Затем запустить котел и теплые полы, намочив поверхность водой. После прогрева быстрее всего просохнут места над контуром, что и обозначит всю трассу.

Возможно, таким способом вам удастся обнаружить излом трубы, где с большой долей вероятности обнаружится течь. Или же удастся определить другие критические места, что позволит произвести частичное вскрытие стяжки. Иногда протечка видна после снятия напольного покрытия в виде мокрого пятна. Случается, что она обнаруживается после смачивания поверхности – место дефекта долго не хочет просыхать.

Совет. Если течь удалось локализовать, очень аккуратно демонтируйте часть стяжки. Иначе можете повредить трубу, устроив еще одну протечку рядом со старой. Когда дефект отыскать не получилось, осторожно вскрывайте всю стяжку, начиная с самых проблемных мест. Вдруг удастся отделаться малой кровью.

Как устранить течь в батарее

Хочется сразу отметить, что предлагаемые способы устранения протечки годятся в том случае, когда она невелика и вода именно подтекает, а не бьет струей. Встречается 2 вида дефектов радиаторов отопления:

  • неплотности на стыках секций и резьбовых соединениях с трубами;
  • трещины в корпусе.

Очень удобно, когда батарея установлена по всем правилам и снабжена отсекающими кранами. Их надо перекрыть, открутить американки и аккуратно снять отопительный прибор. Теплоноситель надо сразу же слить в заранее подготовленное ведро. После этого течь между секциями устраняется путем разборки радиатора и замены прокладок. Причем рекомендуется поменять все прокладки, а не только в том месте, где есть протекание воды.

Таким же образом без всяких проблем меняется треснувшая секция алюминиевой или чугунной батареи, а оставшиеся проверяются на наличие течи. Но что делать, если кранов нет, а отключить весь стояк в многоквартирном доме не представляется возможным? Сначала надо принять меры по локализации аварии, при небольшом дефекте достаточно просто подставить емкость.

Когда батарея течет сильно, рекомендуется набросить на это место старое одеяло или ткань, хорошо впитывающую воду. После чего немедленно вызывать аварийную службу. Пока приедут специалисты, надо попытаться перекрыть стояк в подвале дома.

Можно устранить течь радиатора, если наложить на это место «повязку». Мелкая трещина заделывается методом искусственного ржавления с использованием обычной кухонной соли. Дефект зачищается до металла, после чего на него накладывается повязка из плотной ткани с солью. Для ее фиксации применяется бинт, пропитанный цементом или скотч. Метод действует только на стальные или чугунные радиаторы отопления, течь в алюминиевых батареях таким способом устранить нельзя.

Биметаллические и алюминиевые радиаторы можно попытаться заделать тканью, пропитанной эпоксидным клеем. Она же используется в ситуации, когда течет кран на батарее. Другой способ – использовать состав под названием «холодная» сварка, но его тоже нужно крепко примотать к месту протечки и зафиксировать. На практике все эти варианты хорошо помогают, когда прибор не находится под давлением. В противном случае заделать трещину, из которой постоянно течет горячий теплоноситель, весьма затруднительно.

Совет. Иногда выручает простой саморез подходящего диаметра, который вкручивается прямо в дырку.

Заделка свища на трубе

На данный момент не придумано ничего лучше старых дедовских методов, позволяющих герметизировать даже большие трещины на трубопроводах, находящихся под давлением.

Для этого необходима резина (из перчаток, велосипедных или автомобильных камер) и мягкая проволока. Лента из резины наматывается на свищ под натяжкой в несколько слоев, после чего надежно закрепляется проволокой.

Как это правильно выполняется, показано на видео:

Куда как проще наложить готовый хомут, сделанный своими руками из оцинковки. Сначала трубопровод также обматывается резиной, а затем сверху на место прорыва быстро надевается такой хомут. Остается только хорошо затянуть болты и даже самодельное приспособление продержится еще несколько отопительных сезонов. Существуют и хомуты заводского изготовления с резиной внутри, такой будет нелишне держать в запасе на случай аварии. В крайнем случае пригодится и зажимной автомобильный хомут.

Герметики для устранения течи в системе отопления

Один из современных способов заделки протечек – использование специальных герметиков. Если давление в системе отопления отсутствует, то на место дефекта наматывается плотная ткань, пропитанная силиконовым водостойким герметиком или жидким стеклом.

Для этой цели также подойдет эпоксидный клей или холодная сварка, но нужно, чтобы вода во время работ не капала. В условиях индивидуальной системы отопления это организовать несложно.В продаже имеются жидкие составы, заполняющие неплотности в трубопроводах и стыках изнутри. Такой герметик закачивается в систему, только предварительно следует извлечь все сеточки из грязевиков и слить часть теплоносителя.

Понятно, что количество сливаемой воды должно быть равно объему заливаемого состава. После отопление прогревается до температуры 50—60° и выдерживается в течении нескольких часов (указано на упаковке). В конце трубопроводы опорожняются, промываются и заполняются новым теплоносителем.

Заключение

Все мероприятия по устранению течи в радиаторах и трубопроводах отопления, представленные в статье, — временные. По окончании сезона необходимо убрать все приспособления и «повязки», а потом заменить участки труб или секции радиаторов. Стальные батареи герметизируются сваркой, если их стенки не слишком проржавели.

что делать? Как заделать? Кому звонить?

Проблема появления протечек в отопительных системах не понаслышке знакома многим владельцам частных домов и квартир. При возникновении течи ни в коем случае нельзя игнорировать ситуацию, ведь её неизбежное увеличение может спровоцировать более серьёзные последствия.

Конечно же, справиться с неполадкой, возникшей в системе отопления, довольно непросто. Некоторые протечки могут быть устранены своими силами, а в некоторых случаях никак не обойтись без помощи специалистов, но обо всём по порядку.

Течёт батарея отопления: оказание первой помощи

Если в батарее отопления обнаружена течь, то нужно незамедлительно связаться с жилищной конторой, в обязанности которой входит обслуживание данного дома, и уведомить их о проблеме.

В обязательном порядке следует осмотреть батарею для выявления места протечки. Как правило, это сделать совсем несложно, ведь ориентиром будет образовавшаяся лужа. Очень часто батарея начинает протекать на стыках и в месте соединения секций, поэтому следует внимательно осмотреть эти участки.

После обнаружения течи необходимо свести к минимуму последствия и исключить тем самым серьёзную порчу помещения. Под капающую секцию можно поставить ёмкость для сбора жидкости. Это позволит в дальнейшем избежать образования плесени на промокшей поверхности.

Конечно же, все понимают, что устранение неполадок в системе отопления входит в обязанности ЖЭКа или иной компании, обслуживающей дом и взимающей за это определённую плату. Но на деле всё оказывается не столь хорошо, как хотелось бы.

Зачастую после обращения в подобное учреждение может пройти немало времени, прежде чем процесс решения проблемы сдвинется с места. К тому же пришедший сантехник, скорее всего, после осмотра батареи просто перекроет систему отопления, что и вовсе нежелательно в отопительный период. Поэтому к вопросу устранения протеканий в трубе отопления можно подойти самостоятельно, если речь не идёт о щелях глобальных масштабов.

Если протекает участок резьбы?

Прежде всего, следует помнить, что ремонт протеканий с помощью сварки крайне не рекомендуется, так как провоцирует коррозию металла, что может стать причиной образования новых щелей в скором будущем. Предпочтению в таком случае лучше отдавать электросварке.

Если течь образовалась в месте резьбы, то проблему получится решить с помощью хомута, который продаётся во всех сантехнических магазинах. Участок протекания плотно перекрывается резиновой прокладкой хомута, который после этого закрепляется болтами.

Если выбор пал на алюминиевый хомут, резину под него придётся самостоятельно вырезать и прикладывать. Но данный способ никак не уступает в эффективности использованию готовых хомутов.

Если протекает резьба на подводке к радиатору?

Протекание воды из-под контрольной гайки может быть спровоцировано:

  • выгоранием льна;
  • коррозийным воздействием;
  • механическим повреждением трубы.

В данном случае первым делом следует сбросить отопительные стояки, чтобы ремонтные работы не закончились затоплением жилья и ожогами самих ремонтников. На следующем этапе необходимо отвернуть контрольную гайку и внимательно её осмотреть после тщательной очистки от подмотки. Если видимых проблем не выявлено, гайку после перемотки льном или герметиком нужно поставить на место.

Появление воды после проведённых манипуляций связано скорее всего с присутствием свища в резьбе. Первым этапом устранения проблемы будет отсоединение подводки от радиатора и скручивание контрольной гайки с пробкой.

После этого резьбу рекомендуется прогнать с помощью плашки и сформировать дополнительные нитки с обязательной одновременной зачисткой от остатков нанесённой краски.

Для упрощения задачи повреждённый участок трубы можно обработать маслом в небольшом количестве. Зачищенную трубу следует обрезать и повторно обработать плашкой. После этого радиатор можно подключать и запускать систему отопления. Как правило, подобных манипуляций достаточно для устранения проблемы.

Если протекает радиаторная пластина?

Возникновение свищей на пластиночных радиаторах является довольно распространённой проблемой и связана она с неустойчивостью металла к коррозийному влиянию или с недостаточной толщиной стенок.

Как правило, протекающие пластины лучше заменять новыми, но не у всех существует такая возможность. В таком случае пластину можно отремонтировать холодной сваркой – эпоксидным клеем, следуя инструкции, которая идёт вместе с товаром.

Все вышеизложенные методы могут быть использованы для устранения протекания в системе отопления, но в случае более глобальной проблемы или полного отсутствия опыта и необходимой информации всё же рекомендуется обращаться за помощью к квалифицированным специалистам. И это необязательно должен быть сантехник из обслуживающей компании. Для ускорения процесса предпочтение можно отдать и частным предприятиям, занимающимся ремонтом отопительных систем.

Решение проблем отопления с теплопередачей

Аккумуляторные технологии являются неотъемлемой частью нашей жизни: от смартфонов до массивных электрохимических систем хранения энергии и от гибридных автомобилей до полностью электрических самолетов наша зависимость от аккумуляторов постоянно растет. Однако эта технология далека от совершенства, и оптимизация конструкции батареи, особенно с точки зрения управления температурой и теплопередачей, является сегодня ключевой задачей для инженеров и производителей.

Хотя литий-ионные батареи являются лучшими перезаряжаемыми батареями, доступными на сегодняшний день, они страдают двумя основными недостатками: (1) они разлагаются, хотя и медленно, и (2) они весьма чувствительны к нагреванию.В этой статье мы сосредоточимся на втором аспекте — более конкретно, мы рассмотрим использование численного моделирования для понимания управления температурой и теплопередачи в аккумуляторных технологиях. Хотя большая часть нижеследующего обсуждения касается аккумуляторных батарей, используемых в электромобилях, оно применимо к любой технологии, в которой используется литий-ионная технология.

На производительность и срок службы батареи, помимо прочего, влияют конструкция батареи, используемые материалы и рабочая температура.Для аккумуляторных блоков, используемых в электрических или гибридных транспортных средствах, рабочая температура (обычно в диапазоне 20 ° C — 35 ° C) имеет решающее значение для достижения максимальной эффективности. Работа при более низких температурах влияет на емкость, в то время как более высокие температуры снижают срок службы. Отчеты показывают, что пробег электромобилей может снизиться на 60% при температуре окружающей среды ниже –6 ° C и примерно на 50% при эксплуатации при 45 ° C. Еще один фактор, влияющий на срок службы аккумуляторных блоков, — это внутреннее распределение температуры.Разница более чем примерно на 5 ° C в элементе / модуле (многие из которых могут находиться внутри упаковки) сокращает общий срок службы, а также емкость. На Рис.01 показано распределение температуры в стандартной аккумуляторной стойке.

Рис.01: Распределение температуры в стандартной аккумуляторной стойке. Температура указана в Кельвинах. (Источник: SimScale Public Projects)

Как показано, в нормальных условиях температура может находиться в диапазоне от 25 ° C до 35 ° C. Несомненно, тепловое поведение аккумуляторов в реальных условиях эксплуатации оказывает сильное влияние на их полезность во всех приложениях, поэтому поддержание эффективного и точного управления температурным режимом имеет первостепенное значение.

Обзор подхода на основе моделирования

Численное моделирование систем терморегулирования оказалось отличным способом разработки и улучшения конструкции батареи при значительно меньших затратах, чем при физических испытаниях. Хорошо продуманный и продуманный подход к моделированию может помочь точно предсказать тепловую физику внутри батареи и, следовательно, может выступать в качестве полезного инструмента на ранних этапах процесса проектирования.

Для оценки тепловых характеристик аккумуляторной батареи использовалось множество различных имитационных моделей — от простых моделей сосредоточенной емкости на одном конце спектра до полномасштабных трехмерных имитационных моделей на другом.Однако все эти модели построены с использованием одних и тех же основных частей фундаментального уравнения баланса энергии: (а) Каковы источники генерации тепла? б) Каковы геометрические и тепловые свойства аккумуляторных элементов? И, наконец, (c) Какой механизм охлаждения используется? В разных моделях эти компоненты учитываются с разной степенью точности, чтобы соответствовать желаемой точности и соображениям стоимости.

Тепло вырабатывается из двух источников:

  1. Электрохимический режим, связанный с выделением тепла в результате химических реакций внутри батареи.
  2. Джоулевое нагревание, также известное как омическое нагревание или тепло, выделяемое за счет электрического тока.

Оба эти источника необходимо рассматривать с помощью их собственных основных уравнений. Каждый из них зависит от свойств материала, местной температуры и, конечно же, от применяемой геометрии. Однако обычной практикой является использование экспериментально подтвержденных уравнений модели для обоих этих аспектов, чтобы значительно сэкономить на некоторых вычислениях, а также упростить структуру моделирования.

Геометрия аккумуляторных элементов и всего блока также может играть потенциально важную роль в характеристиках теплопередачи системы. Все более распространенным становится использование полных трехмерных геометрий (представленных в виде моделей САПР) в качестве исходных данных для анализа, а не относительно упрощенного двухмерного приближения. Свойства материалов различных компонентов получены из данных производителя или из других экспериментальных исследований.

Наконец, конвекция обычно является основным методом отвода тепла (излучение играет минимальную роль, если вообще играет) в окружающую среду.Теплопроводность внутри батареи может рассматриваться или не учитываться, в зависимости от желаемой точности моделирования.


Изучите три основных механизма теплопередачи в нашей мастерской термического анализа. Посмотрите наше тепловое моделирование прямо сейчас!


Собираем все вместе

Возможно, самый простой подход — это использование модели сосредоточенной емкости. Это метод переходной проводимости, который предполагает, что температура твердого тела пространственно однородна и является функцией только времени.Не углубляясь в детали, нетрудно заметить, что этим подходам недостает значительных деталей. Тем не менее, бывают случаи, когда эти модели при тщательном внедрении могут предоставить довольно точные данные о переходных процессах при очень низких затратах.

С другой стороны, подробное тепловое моделирование (например, предоставляемое SimScale) может обеспечить более целостный обзор задействованной термодинамики, учитывая поток жидкости и теплопередачу внутри аккумуляторного модуля или блока. Тем самым можно разработать более совершенные системы охлаждения батарей.Это моделирование позволяет использовать точные спецификации свойств материала, геометрических деталей, а также начальных и граничных условий. Если все настроено эффективно, можно ожидать очень точных результатов. Методы CFD были с большим успехом применены к термическому анализу. Инструменты облачного моделирования позволяют значительно снизить общие вычислительные затраты, одновременно предоставляя подробные пространственные и переходные данные. Это может иметь неоценимое значение для установления фундаментально правильного понимания рассматриваемой теплофизики.

Моделирование конструкции батареи с помощью CFD

Пример успешного моделирования аккумуляторной батареи CFD можно найти в работе Yi, Koo & Shin в их статье «Трехмерное моделирование теплового поведения модуля литий-ионной аккумуляторной батареи для гибридных электромобилей», опубликованной в журнале « Энергии ». Модуль литий-ионной батареи был установлен, как показано на рис. 02.

Рис. 02: Установка CFD для аккумуляторного модуля LIB (Источник: J. Yi, B. Koo и CB Shin, «Трехмерное моделирование теплового поведения литий-ионного аккумуляторного модуля для гибридных электромобилей», Энергия, т.7, pp. 7586-7601 (2014)

Полученное распределение температуры внутри модуля после 1620 секунд разряда и теплопередачи показано на рис. 03.

Рис. 03: Распределение температуры ячеек LIB после 1620-х годов (Источник: Дж. Йи, Б. Ку и CB Шин, «Трехмерное моделирование теплового поведения модуля литий-ионной батареи для гибридных электромобилей», Энергия, т. 7, с. 7586 — 7601 (2014)

Выводы

Мультифизический характер этой проблемы означает, что в каждом из этих подходов были внесены упрощения в несколько аспектов.Поэтому всегда есть возможности для улучшения. В приведенном ниже списке показаны лишь некоторые из этих сложных аспектов:

  • Более точное моделирование химического состава аккумулятора и циклов заряда / разряда;
  • Батареи, которые состоят из широкого спектра материалов, включая тонкие слои металлов (покрывающих элементы), пористые материалы и т. Д .;
  • Если в конструкции батареи используется несколько слоев из разных материалов, внутренний материал может быть анизотропным по своей природе;
  • Если свойства материала конструкции батареи, как правило, не очень хорошо известны, это может значительно повлиять на точность моделирования; и
  • Моделирование потока охлаждающей жидкости всегда является сложной задачей из-за сложной геометрии и возможной турбулентности жидкости.

Увеличение вычислительной мощности позволило исследователям точно и эффективно учитывать большее количество этих аспектов. Повышение нашей уверенности в предсказательной способности такого моделирования. Несмотря на остающиеся проблемы, численное моделирование внесло огромный вклад в разработку более совершенных систем терморегулирования при проектировании аккумуляторных батарей и будет продолжать делать это в обозримом будущем!

Посетите все наши блоги SimScale здесь, чтобы найти больше полезных статей!


КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

В этой статье рассматривается передача тепловой энергии при движении жидкости, и, как следствие, такая передача зависит от природы потока.Передача тепла за счет конвекции может происходить в движущейся текучей среде из одной области в другую или к твердой поверхности, которая может иметь форму канала, в котором текучая среда течет или по которому течет текучая среда. Конвективная теплопередача может происходить в пограничных слоях, то есть к потоку или от потока над поверхностью в виде пограничного слоя, а также внутри каналов, где поток может быть подобным пограничному слою или полностью развитым. Это также может происходить в более сложных потоках, таких как потоки, которые разделены, например, в задней области цилиндра в поперечном потоке или вблизи обращенной назад уступа .Поток может вызывать конвективную теплопередачу, когда он приводится в действие насосом и называется принудительной конвекцией, или возникать как следствие температурных градиентов и плавучести, называемых естественной или свободной конвекцией. Примеры приведены ниже в этом разделе и показаны на рисунке 1, чтобы облегчить введение в терминологию и концепции.

Рис. 1. Профили скорости и температуры в пограничном слое и отрывных потоках.

Пограничный слой на плоской поверхности рисунка 1 имеет обычное изменение скорости от нуля на поверхности до максимума в набегающем потоке.В этом случае предполагается, что поверхность имеет более высокую температуру, чем набегающий поток, а конечный градиент на стенке подтверждает передачу тепла от поверхности к потоку. Также возможно иметь нулевой градиент температуры на стенке, чтобы не было передачи тепла к поверхности или от поверхности, но передачи тепла внутри потока. Если поток ламинарный, передача тепла от поверхности определяется законом потока Фурье, то есть:

где q представляет собой скорость теплопередачи на единицу площади поверхности, λ — теплопроводность, T — температура, а y — расстояние, измеренное от поверхности.То же самое выражение применимо к любой области потока, а также в случае адиабатической стенки, где нулевой градиент температуры означает нулевую теплопередачу. Следует отметить, что поверхность может быть горизонтальной, как показано, с воздушным потоком, приводимым в движение вентилятором, или потоком жидкости с помощью насоса, и что она также может быть вертикальной, с плавучестью, обеспечивающей движущую силу для потока. В последнем случае скорость набегающего потока будет равна нулю, так что соответствующий профиль будет иметь нулевые значения у стенки и вдали от нее.

Обратный этап на рисунке 1 приводит к более сложному потоку, и несколько пограничных слоев могут быть идентифицированы в потоке как следствие разделения и повторного присоединения. Детали потоков этого типа недостаточно изучены, поэтому трудно идентифицировать характеристики пограничных слоев, и можно представить себе, что формы профилей скорости и температуры — и, следовательно, локальной теплопередачи внутри жидкости и к стене — будет значительно отличаться от одного места к другому.Известно, например, что скорость теплопередачи может стать высокой в ​​месте присоединения восходящего потока к поверхности ступеньки, как и в случае передней кромки цилиндра в поперечном потоке, но подробные механизмы остаются не до конца понятыми, и исследования продолжаются.

Хорошо известно, что даже сравнительно простые геометрические конфигурации, такие как показанные на фиг. 1, могут приводить к скоростям теплопередачи, которые значительно варьируются в зависимости от природы потока и поверхности.При ламинарных потоках передача тепла к стене или от нее зависит от расстояния от передней кромки пограничного слоя. Турбулентные потоки могут привести к скорости теплопередачи, которая намного больше, чем у ламинарных потоков, и вызвана тем, как турбулентные колебания увеличивают перемешивание; они также влияют на теплопередачу к поверхности и от поверхности, особенно там, где свободный поток жидкости может проникать к стене даже на короткие периоды времени. Природа поверхности, например степень или тип шероховатости, обычно влияет на теплопередачу к ней или от нее, а в некоторых случаях в значительной степени.Поэтому теплопередачу на стене удобно представить выражением

где

снова представляет собой скорость передачи тепла от стены, на этот раз по единице площади поверхности; разница температур относится к разнице между стеной и набегающим потоком; и α — «коэффициент теплопередачи», который является характеристикой потока и поверхности. Эти две температуры могут изменяться в зависимости от x-расстояния, и может быть трудно определить температуру набегающего потока в некоторых сложных потоках.Типичные значения α показаны в Таблице 1, из которой видно, что увеличение скорости обычно приводит к увеличению коэффициента теплопередачи, так что α является наименьшим при естественной конвекции и увеличивается до 100 и более на плоских поверхностях с большей скоростью воздуха. чем около 50 м / с. Коэффициент теплопередачи значительно больше при потоках жидкости и снова больше при двухфазных потоках.

Таблица 1. Типичные значения коэффициента теплопередачи

Тип потока α (Вт / м 2 K)
Принудительная конвекция; низкоскоростной поток воздуха над поверхностью 10
Принудительная конвекция; умеренная скорость потока воздуха над поверхностью 100
Принудительная конвекция; умеренная скорость перетока воздуха над цилиндром 200
Принудительная конвекция; умеренный поток воды в трубе 3000
Принудительная конвекция; кипяток в трубе 50,000
Свободная конвекция; вертикальная пластина на воздухе с перепадом температур 30 ° C 5

Следует отметить, что приведенные выше уравнения выражены через размерные параметры.И легко видеть, что комбинация этих двух параметров приведет к безразмерному параметру αx / λ, где α — коэффициент теплопередачи стенки, x — характерное расстояние, а λ — проводимость жидкости; это число известно как число Нуссельта и может быть легко получено из анализа размерностей, а также из безразмерных форм уравнений сохранения, как предлагается в следующем разделе. Коэффициенты теплопередачи в таблице 1 могут быть выражены через это безразмерное число, число Нуссельта, и аналитические и корреляционные уравнения обычно выражаются таким образом, как будет показано ниже.

Также полезно отметить, что коэффициент теплопередачи и число Нуссельта могут использоваться для обозначения локальных значений в местоположении x на поверхности или интегрированного значения до местоположения x.

Концепция размерного анализа дает начало нескольким безразмерным группам, на которые будет сделана ссылка в этом разделе, и их удобно ввести здесь. Помимо числа Нуссельта, будет сделана ссылка на следующее:

Число Прандтля Pr = ηc p / λ
Число Рейнольдса Re =
Число Нуссельта Nu = αx / λ
Число Стентона St = α / ρc p u = Nu / Pr Re
Число Грасгофа Gr = gβ (T 901 901 — Т ) y 3 / ν 2

Число Прандтля зависит только от свойств жидкости; число Рейнольдса представляет собой отношение сил инерции к силам вязкости и имеет значение для всего предмета механики жидкости и конвекции; число Стентона представляет собой комбинацию Nu, Pr и Re; а число Грасгофа характеризует естественную конвекцию с ускорением свободного падения g и β, коэффициентом объемного теплового расширения, и представляет собой комбинацию инерционного, u 2 / y, фрикционного, vu / y 2 , и плавучести, gβΔT, масштаб.Эти безразмерные группы могут быть получены из уравнений сохранения и удобны для представления результатов и корреляций экспериментальных данных.

Полезно изучить уравнения, которые представляют собой сохранение массы, импульса и энергии, и они записаны ниже для прямоугольных декартовых координат с упрощением однородных свойств.

где

Три уравнения, представляющие сохранение импульса, и уравнение, представляющее сохранение энергии, имеют одинаковую форму с членами в левой части, представляющими конвекцию количества движения и энергии.Следует отметить, что эти конвективные члены нелинейны, что создает трудности для любого решения и что существует четыре отдельных части конвекции, соответствующие изменениям во времени и в трех направлениях. Термины в правой части являются несколько упрощенными формами терминов, представляющих перенос диффузией вместе с силами давления и источниками или стоками тепловой энергии. Термины плавучести могут быть добавлены, как показано в следующем разделе. Легко видеть, что безразмерные скорости и расстояния в уравнениях количества движения приведут к обратному отношению числа Рейнольдса, а также температур, скоростей и расстояний в уравнении энергии к безразмерной группе, которая включает (1 / PrRe).В следующих разделах эти уравнения будут упрощены, чтобы иметь дело с конвективной теплопередачей в установившихся ламинарных потоках принудительной и свободной конвекции.

Из вышеизложенного очевидно, что существует некоторое сходство между уравнениями сохранения количества движения и тепловой энергии, так что решения этих двух уравнений будут иметь аналогичный вид, когда исходные члены равны нулю, число Прандтля равно единице и решения представлены в безразмерной форме. Наличие плавучести часто ограничивается вторым уравнением импульса, в которое должен быть добавлен дополнительный член в форме ρβg (T w — T ).Если поверхность, вызывающая разность температур — и, следовательно, выталкивающая сила — не вертикальна, необходимо учитывать угол поверхности по отношению к направлению силы тяжести. Это приведет к разрешению сил, так что часть члена плавучести появится в первом уравнении импульса с таковым во втором уравнении, умноженном на синус угла к вертикали. Это приведет к появлению дополнительной безразмерной группы — числа Грасгофа.

В отсутствие членов конвекции уравнение энергии сводится к уравнению теплопроводности, а уравнения количества движения больше не актуальны, если теплопроводность имеет место в неподвижном материале.Возможны многие другие упрощения приведенных выше уравнений, в том числе для двумерных потоков и для потоков в пограничном слое, как будет показано ниже. Кроме того, можно интегрировать уравнения, и в их более простых формах это может иметь некоторые достоинства; например, в интегральных уравнениях импульса и энергии, где зависимая переменная разработана так, чтобы быть представлена ​​в терминах одной независимой переменной и, следовательно, решаемой простыми численными методами. Могут существовать и более сложные формы, как описано в следующем разделе.

Ламинарные и турбулентные течения

Большинство течений в природе и в инженерном оборудовании происходят при умеренно высоких числах Рейнольдса, поэтому они описываются как турбулентные. Таким образом, свойства потока в любой момент зависят от времени с масштабами, которые варьируются от очень малых, масштаб Колмогорова, до масштабов, соответствующих максимально возможному размеру потока. В комнате, например, масштаб Колмогорова может быть порядка долей 1 мм или менее 1 мс шкалы времени, если скорость порядка 1 м / с, а наибольшая — порядка нескольких метров или более 10 3 больше.Для этого есть два важных следствия: во-первых, скорость передачи тепла от поверхности к потоку будет значительно выше, чем если бы поток был ламинарным при том же числе Рейнольдса; и во-вторых, что уравнения сохранения еще труднее решить, чем для ламинарного потока, поскольку любое численное решение теперь должно учитывать физические и временные масштабы, которые охватывают три порядка величины. Первое означает, что турбулентная конвекция важна, гораздо важнее ламинарной конвекции; во-вторых, уравнения сохранения не могут быть решены в их общей форме, за исключением случаев, когда граничные условия позволяют привести их к более простым формам и даже тогда с дополнительными проблемами.Этот вывод привел к широкому использованию корреляционных формул, основанных на измерениях, и они, по необходимости, охватывают ограниченные диапазоны расхода. Некоторые примеры представлены и обсуждаются в следующем разделе. Это также привело к широким попыткам решить сложные формы уравнений сохранения с допущениями, которые представляют турбулентные аспекты потока. Следующие параграфы представляют собой введение в этот подход.

Введение усреднения по Рейнольдсу, то есть для переписывания переменных, зависящих от времени, в виде сумм средних и флуктуирующих компонентов, введения новой зависимой переменной в уравнения сохранения и усреднения общего времени приводит к уравнениям вида:

где символы верхнего регистра относятся к усредненным по времени величинам; нижний регистр — колебаниям величин с q, колебаниям температуры; κ равно λ / ρc p ; и черточки сверху — к среднему умножению двух величин, зависящих от времени.Уравнения были записаны в тензорной записи, чтобы сделать их более компактными, но сходство между уравнениями сохранения усредненного по времени импульса и энергии все еще очевидно. Термины, представляющие конвекцию, по-прежнему находятся в левой части, а диффузия — в правой. Теперь в каждом уравнении есть два члена диффузии: один представляет ламинарную диффузию; и второй, корреляции между колеблющимися компонентами. По-прежнему существует пять уравнений, но теперь имеется более пяти неизвестных, поскольку корреляции подразумевают шесть членов в уравнениях импульса и три в уравнении энергии.Таким образом, очевидно, что эти уравнения не представляют собой разрешимую систему без предположений, которые сокращают количество неизвестных до количества уравнений. Для этого требуются модели для напряжений Рейнольдса,

, и турбулентные тепловые потоки,

, и, как показано в другом месте, можно вывести уравнения для этих корреляционных членов. Каждая порождает корреляции более высокого порядка, так что необходимо принять решение о закрытии, а также о введении модельных предположений.

По аналогии с ламинарным потоком можно записать турбулентный поток количества движения и турбулентный поток тепла в виде

или

а безразмерные формы этих выражений с турбулентной вязкостью и турбулентной проводимостью приведут к числам Рейнольдса и Прандтля, где последнее часто называют турбулентным числом Прандтля.

Турбулентное число Прандтля нашло широкое применение в инженерных расчетах конвективного теплообмена, поскольку ему можно присвоить значение единицы. Поскольку ламинарное число Прандтля также близко к единице для воздуха — и часто имеет второстепенное значение, поскольку ламинарная диффузия менее важна, чем турбулентная диффузия — уравнения импульса и энергии могут быть решены один раз для потоков, в которых нет градиента давления и источников или стоков энергии. , с аналогичными результатами, если представлены в безразмерных переменных.Этот подход применим к сложным потокам со сложными численными решениями и к простым потокам в пограничном слое, как будет показано ниже.

При допущении высоких чисел Рейнольдса и локального равновесия, так что влияние одной области потока на другую невелико, можно упростить усредненные по времени уравнения сохранения. Предполагая, что двумерные пограничные слои дают:

а также

где C μ и C t — константы, l m — длина смешения для передачи импульса, а l t — соответствующая длина смешения для передачи тепловой энергии.Эти уравнения сводятся к уравнениям для эффективной вязкости и числа Прандтля, упомянутых выше, когда масштабы и константы длины равны, а число Прандтля равно единице. Таким образом, концепция турбулентного числа Прандтля ограничена в своей применимости, как и концепция турбулентной вязкости. Но диапазон допустимости инженерных расчетов остается большим.

Как будет показано ниже, точное решение уравнения, соответствующего ламинарному обтеканию плоской пластины, где температуры набегающего потока и пластины постоянны и различны, может быть записано как:

который признает важность чисел Рейнольдса и Прандтля и выражает коэффициент теплопередачи через число Нуссельта.Соответствующий результат для ламинарной естественной конвекции над вертикальной пластиной с аналогичными граничными условиями:

В турбулентных потоках приближения, соответствующие плоской пластине с принудительной конвекцией, привели к выражениям аналогичной формы; например,

Как следствие, уравнения, используемые для представления измерений сложных потоков, где аналитические и численные решения либо невозможны, либо подвержены большой неточности, как правило, имеют такую ​​форму. Несколько примеров приведены в следующих разделах.

Принудительная конвективная теплопередача

Принудительная конвекция связана с потоками, которые приводятся в движение насосами и вентиляторами или движением тела через неподвижные жидкости, как в самолете или корабле, где каждый имеет в своем распоряжении значительные средства, чтобы заставить его двигаться. Это отличается от естественной конвекции, где гравитация обеспечивает движущую силу, хотя возможна смешанная конвекция в ограниченном количестве потоков, когда давление и гравитационные силы имеют один и тот же порядок величины, то есть Gr / Re 2 приблизительно равна единице.Все точные аналитические решения представляют собой упрощенные формы уравнений сохранения и для ламинарных потоков. Некоторые другие случаи обсуждаются ниже.

Теплопередача пограничного слоя обсуждается в соответствующей статье.

Теплообмен между параллельными пластинами

Поток между плоскими пластинами изображен на рисунке 2. Он включает пограничные слои, которые начинаются на передних кромках, растут на каждой из двух поверхностей, пока потенциальная сердцевина не сужается до нуля, а затем продолжается в направлении полностью развитого ламинарного потока, после чего все градиенты в направлении x становятся равными нулю.

Рис. 2. Ламинарный поток между плоскими пластинами.

Пограничные слои представлены уравнениями пограничного слоя

с граничными условиями

а также

соответствует граничному условию симметрии.

В начальной области, где пограничные слои разделены областью потенциального потока, анализ аналогичен анализу пограничного слоя с условием набегающего потока, представленным потенциальной внутренней скоростью и температурой.Далее по потоку поток становится полностью развитым, так что профили скорости и температуры не изменятся, если они выражены в соответствующих безразмерных величинах. Это будет продемонстрировано ниже. Однако полезно отметить, что есть промежуточная область, где нет потенциального ядра и где поток не полностью развит. В этой области необходимо решить уравнения сохранения массы и импульса, чтобы выполнялось каждое из них; это может потребовать интерактивного подхода.

В случае полностью развитого ламинарного течения конвективные члены обращаются в ноль, поскольку

и уравнение импульса принимает вид

с постоянным градиентом давления, так что интегрирование с граничными условиями на стенке и на линии симметрии приводит к:

и, если одна пластина движется параллельно другой с постоянной скоростью U, решение принимает вид

В первом случае температурный профиль имеет простой вид

Это тоже может быть осложнено рассмотрением эффекта вязкого нагрева, который требует добавления члена формы в уравнение сохранения энергии и — для нулевого градиента давления и постоянных значений U — приводит к

а также

Этот последний результат следует рассматривать как приближение, так как не были приняты во внимание изменения, которые могут произойти в транспортных и термодинамических свойствах.

Профиль скорости для полностью развитого ламинарного потока представляет собой параболу, когда стенки неподвижны, при условии, что свойства жидкости постоянны, а скорости низкие; он линейный, когда градиент давления отсутствует и стена движется с постоянной скоростью по отношению к другой. Действие движущейся поверхности заключается в создании силы, которая может действовать против или вместе с силой давления. Это отражается на скоростях, которые могут быть как в положительном, так и в отрицательном направлении.Температурный профиль выражается в терминах температуры поверхности, и ясно, что объемная температура будет увеличиваться, если одна или обе стенки будут более горячими, чем начальная температура, T 1 Таким образом, температурный профиль часто выражается через начальная температура и среднемассовая температура, определяемые как:

где U — объемная скорость, как обсуждается ниже.

Течение и теплопередача в трубе имеют гораздо большее значение, чем между параллельными пластинами, поскольку они чаще встречаются в инженерной практике.Поток снова может начинаться на передней кромке, так что решения ламинарного потока могут быть получены, как для параллельных пластин, но на этот раз в уравнениях в цилиндрических координатах и ​​без перспективы движения одной поверхности относительно другой. При малых значениях числа Рейнольдса ρud / η длина, необходимая для достижения полностью развитого ламинарного потока, может быть определена выражением

и возникает из асимптотических решений уравнений пограничного слоя. Поток в трубах малого диаметра, необходимый для достижения этих малых чисел Рейнольдса, исходит из труб большего диаметра или из напорных камер, поэтому вполне вероятно, что пограничные слои не берут свое начало в начале трубы малого диаметра.Скорее, это внезапное сжатие, для которого поток правильно представлен более полными формами уравнений сохранения, чем их формы пограничного слоя. Действительно, поток может разделиться внутри трубы с более быстрым движением к полностью развитым условиям, чем это было бы в случае с прикрепленными пограничными слоями.

Область развивающегося потока во многих случаях может быть небольшой, и полностью развитый поток обычно более важен, чем развивающийся поток. Уравнения сохранения в цилиндрических координатах могут быть редуцированы для полностью развитого потока так же, как между двумя пластинами, с результатом

и это с граничными условиями

а также

может быть интегрирован для получения

где

Коэффициент трения Муди, определяемый как f = — (dp / dx) / 0.5ρU 2 / D, обычно представляет собой взаимосвязь между падением давления, геометрией и свойствами жидкости и может быть выведен для полностью развитого ламинарного потока в трубе как:

который иногда называют законом трения Хагена-Пуазейля.

Уравнение энергии в цилиндрических координатах имеет вид

и это уменьшает для полностью развитого потока до

где T b — объемная температура, определяемая как:

Интегрирование дифференциального уравнения с граничными условиями, соответствующими симметрии на центральной линии, и частному условию, что

приводит к

и чтобы

которое не зависит от чисел Рейнольдса и Прандтля, если течение остается ламинарным.Итерационное решение требуется для решения уравнений для граничного условия

и приводит к результату

что показывает, что решение зависит от теплового граничного условия.

Конечно, поток будет оставаться ламинарным только в том случае, если число Рейнольдса меньше примерно 2 300 или до больших значений, если оно настолько свободно от возмущений, что они не могут распространяться и вызывать турбулентный поток, как это обычно бывает. Если турбулентный поток возникает из-за того, что возмущение распространялось и привело к колебаниям во всех областях потока, кроме вязкого подслоя, природа потока и проблемы изменились.Можно вернуться к рассмотрению последствий начала перехода и переходной области в контексте пограничного слоя во входной области трубы. Но общий эффект будет заключаться в быстром возникновении турбулентного потока, так что акцент снова, и даже больше, будет на области полностью развитого потока, который теперь соответствует турбулентному, а не ламинарному потоку. Можно сохранить поток в пограничном слое, возможно, с переходными областями на некотором расстоянии, но общая форма слегка закругленной геометрии входа обычно приводит к полностью развитому турбулентному потоку на расстояниях не более 50 диаметров и на более коротких расстояниях. расстояния для инженерных расчетов.

Корреляция измерений падения давления с объемной скоростью и диаметром побудила Блазиуса предложить выражение

что вместе с ламинарным потоком является результатом

позволяют нарисовать рисунок 3, на котором результат ламинарного потока может быть расширен до чисел Рейнольдса, значительно превышающих 10 5 , при условии, что учтены характер начальных условий, гладкая поверхность трубы и отсутствие помех любого рода.Чаще всего ламинарный поток не существует при числах Рейнольдса, превышающих 2300, выше которых происходит переход к кривой турбулентного потока с переходной областью, которая может быть короткой или длинной в зависимости от характера возмущений. Таким образом, коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса, в зависимости от диаметра трубы, а также от ламинарных, переходных и турбулентных областей, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. Изменение коэффициента трения в зависимости от числа Рейнольдса для потока в трубе.

Коэффициент поверхностного трения (или коэффициент трения Фаннинга) связан с коэффициентом трения соотношением

так что коэффициент турбулентного потока можно выразить как

с константами, вытекающими из рассмотрения экспериментальных результатов, и поэтому имеют ограниченную применимость. На рис. 3 показано изменение коэффициента трения в зависимости от числа Рейнольдса в зависимости от диаметра трубы и различие между коэффициентами для ламинарного и турбулентного течения. При высоком числе Рейнольдса результаты становятся менее определенными, о чем свидетельствуют две линии, но график подходит для многих целей проектирования.

Рассмотрение аналогичной природы уравнений, представляющих сохранение импульса и энергии, подразумевает, что изменение числа Нуссельта также будет зависеть от числа Рейнольдса, вместе с числом Прандтля, где оно отличается от единицы. Пример выражения, описывающего изменение числа Нуссельта в зависимости от турбулентного потока в трубе:

Как и в случае с рисунком 3, коэффициентом трения и коэффициентом поверхностного трения, неопределенность увеличивается при высоких числах Рейнольдса, а также в переходной области, где разница между результатами для ламинарных и турбулентных потоков сильно расходится.Это может происходить в диапазоне чисел Рейнольдса в зависимости от начальных и граничных условий. Следует отметить, что шероховатые поверхности увеличивают значения коэффициента поверхностного трения и числа Нуссельта. Соответствующие расчеты могут быть выполнены для воздуховодов некруглого сечения с гидравлическим диаметром, заменяющим геометрический диаметр.

Виды электроэнергии

Единица 3

ЭЛЕКТРОМАГНИТИЗМ

Tunung-in

Задание 1 Обсудите вопросы, используя свои знания физики.

1) Что такое электричество?

2) От чего зависит проводимость электричества?

3) Почему металлы являются хорошими проводниками? Какие дирижеры лучшие?

4) Проводят ли газы электричество?

5) Какие бывают виды электричества?

6) В чем заключается основное преимущество электроэнергии переменного тока?

Чтение I

Основы электроэнергетики

Задача 2 Вы читаете текст про электричество.Из него удалены семь предложений. Выберите из предложений A – G то, которое соответствует каждому пробелу (1-7). В начале есть пример. Затем проверьте свои ответы на вопросы Задачи 1.

A Газы не являются хорошими проводниками электричества из-за расстояний между атомами.

B Это тип электричества, который поступает из розеток в большинстве домов.

C Этот поток электронов через проводник представляет собой электричество.

D Часто электроны отрываются от атомов на одной поверхности и собираются на поверхности другого материала.

E Его преимущество состоит в том, что его напряжение можно легко изменить на более высокий или более низкий уровень.

F Проводимость этих электронов определяется типом материала.

G Это позволяет свободным электронам перемещаться по материалу.

Электричество — это движение свободных электронов в материале к области положительных (+) зарядов. 1_ G __ (T он проводимость этих электронов определяется типом материала.) Некоторые материалы хорошо проводят, в то время как другие материалы препятствуют движению электронов. Электричество может принимать форму статического электричества, электричества постоянного тока (DC) или электричества переменного тока (AC).

Электропроводка

Твердые металлы являются хорошими проводниками электричества, потому что электроны могут свободно перемещаться по материалу.В твердом состоянии атомы металлов удерживаются на месте и только колеблются. 2 ____ Медь и золото — одни из лучших проводников электричества. Хотя железо является хорошим проводником, оксид железа (ржавчина) — нет.

В полупроводниках, таких как материалы, используемые в компьютерных микросхемах, электроны имеют ограничения на их движение, например, им разрешено двигаться только в одном направлении или в одной плоскости.

Непроводники препятствуют движению электронов внутри материала.Но они часто позволяют электронам и ионам собираться на своей поверхности. Примеры непроводников или электрических изоляторов: пластик, резина, стекло, большинство оксидов металлов (например, ржавчина), воздух, масло, чистая деионизированная вода. 3 ____ Электроны с трудом перемещаются через газы, если газ не ионизирован или не нагрет до более высоких температур.

Виды электроэнергии

Общие типы электричества — статическое электричество, электричество постоянного тока (DC) и электричество переменного тока (AC).

Статическое электричество — это скопление свободных электронов на поверхности материала, придающее ему отрицательный (-) заряд. Атомы на поверхности другого материала, потерявшие еще один электрон, называются положительными (+) ионами. 4____ Статическое электричество возникает при трении двух разных материалов друг о друга. Поскольку противоположные заряды притягиваются, электроны имеют тенденцию притягиваться к положительным ионам, что приводит к статическому электричеству.

В металле или другом проводящем материале электроны будут течь из области избыточных отрицательных (-) зарядов в область положительных (+) зарядов. 5____ Если противоположные заряды постоянны, например, на клеммах батареи, ток называется постоянным током или электричеством постоянного тока, потому что он идет в одном направлении. Если клеммы постоянно меняют свою полярность с (+) на (-) и обратно, направление электронов меняется и называется переменным током, или электричеством переменного тока. 6 ____

постоянного тока может быть создан аккумулятором или генератором постоянного тока. Для создания переменного тока требуется генератор переменного тока. Постоянный ток используется во многих устройствах, для работы которых не требуется высокое напряжение, так что для питания используются батареи. Переменный ток можно использовать при более высоких напряжениях. 7 ____ AC требуется для многих электронных устройств.

Изучение языка

Задача 3

Прочтите отрывок.Подчеркните подлежащее и сказуемое в предложениях жирным шрифтом.

Задача 4

Какую часть речи составляют эти слова в данном отрывке — существительные или глаголы?

Поместите N для существительного и V для глагола:

поток , нагревает , светится , звено , свет , устанавливает , нагнетание , усилие , уменьшение , акт .

Повседневная современная жизнь наполнена электромагнитными явлениями. Когда лампочка включена, через тонкую нить накала в лампочке течет ток; ток нагревает нить до такой высокой температуры, что она светится , освещая окружающую среду. Электрические часы и соединения соединяют простые устройства такого типа в сложные системы , такие как светофоры, которые рассчитаны и синхронизированы со скоростью движения. Радио и телевизоры получают информацию, переносимую электромагнитными волнами, перемещающимися в пространстве со скоростью света.Чтобы запустить автомобиль , токи в электрическом стартере двигателя создают магнитные поля, которые вращают вал двигателя и приводят в движение поршни двигателя для сжатия взрывоопасной смеси бензина и воздуха ; искра, инициирующая горение, представляет собой электрический разряд, который создает мгновенный ток.

Многие из этих устройств и явлений сложны, но они происходят из тех же фундаментальных законов электромагнетизма. Одним из наиболее важных из них является закон Кулона, который описывает электрическую силу между заряженными объектами.Сформулированный французским физиком 18-го века Шарлем-Огюстеном де Кулоном, он аналогичен закону Ньютона для силы тяжести.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.