Izmjena topline između ljudskog tijela i okoline. Odvođenje topline

V. A. Vinogradov- Saltykov, Nacionalna Sveučilište hrana tehnologije (G. Kijev), V. G. Fedorov, Otvorena međunarodni Sveučilište razvoj ljudski "Ukrajina" (G. Kijev), V. NS. Martsenko, Podružnica Kyivenergo Zhilteploenergo (G. Kijev)

Pokazano je da su stvarni gubici topline s vanjskih površina toplovodnih kotlova q 5 znatno manji od standardnih gubitaka, koji su utvrđeni iz grafikona ili tablica sastavljenih za parne kotlove visoke produktivnosti ekstrapolacijom na područje niske toplinska učinkovitost kotlova. Takvo smanjenje q 5 objašnjava se nižim temperaturama vanjskih površina obloge. Dakle, kada se parni kotao DKVr prebaci na toplovodni režim, mijenjaju se temperaturni režimi svih elemenata kotla, što dovodi do smanjenja toplinskih gubitaka u okoliš.

Da bi se odredio q 5, izvršena su izravna mjerenja gustoće toplinskog toka q s vanjskih površina kotla pomoću malih mjerača topline niske inercije. Raspodjela toplinskih gubitaka po pojedinim površinama parnih i toplovodnih kotlova pokazala se neravnomjernom, stoga su za izračun q5 unutar svake površine izmjerene lokalne vrijednosti q, kombinirajući metodu gradijenta za pronalaženje maksimalnog gubitka topline i metodom skeniranja, kao i korištenjem statističkih metoda prosječenja eksperimentalnih podataka po površini iu vremenu.

Dakle, prosječenje vrijednosti q (W / m 2) za svaki element F (m 2) vanjske površine kotla korišteno je za izračunavanje q 5:

gdje je QhR najniža toplina izgaranja plina po radnoj masi, J / m 3; B - potrošnja plina, m 3 / s.

Pokusi su se u pravilu provodili u uvjetima industrijskog rada kotlova, t.j. njihova se produktivnost razlikovala od nominalne. Stoga je ispitana inverzna ovisnost toplinskih gubitaka o stvarnom toplinskom učinku kotla, usvojena za parne kotlove:

gdje su D i q 5 stvarna snaga kotla i toplinski gubici s vanjskih površina, D H i q 5 H - isti za nazivne uvjete.

Za provjeru (2) provedeni su pokusi na kotlu KVG-6.5, čiji su prednji i bočni zidovi, nakon demontaže obloge od opeke, zamijenjeni pločama od šamotnih vlakana ShPGT-450. Kako bi se promijenila toplinska učinkovitost kotla, promijenjen je protok plina i, sukladno tome, povećanje temperature vode u kotlu, održavajući konstantan protok vode. U području varijacije D, maksimalno mogućeg za radne uvjete kotla, formula (2) se pokazala valjanom: preračunavanje prema njoj za sve stvarne D dalo je praktički istu vrijednost q 5 H = 0,185%. Za kotao KVG-6,5 s tradicionalnom oblogom, ispitivanja su pokazala gubitke topline q 5 H = 0,252%. Uz potpunu zamjenu obloge pločama ShPGT-450 i pažljivo brtvljenje spojeva između njih, može se očekivati ​​smanjenje q 5 i potrošnje plina za 0,10-0,15%. Uz masivnu zamjenu obloge tijekom popravaka, to može značajno doprinijeti uštedi energije i resursa, budući da smanjenje potrošnje plina od 0,1% u sustavu podružnice Kyivenergo Zhilteploenergo dovodi do uštede plina od 1300 m3 / dan. ...

Potvrđeni su zaključci da su stvarni gubici topline s vanjskih površina toplovodnih kotlova nekoliko puta manji od normativnih. Dakle, programeri kompaktnih kotlova TVG, zaposlenici Instituta za plin Nacionalne akademije znanosti Ukrajine, tijekom prihvatnih testova, mjerenih površinskim termometrima izračunata je prosječna temperatura vanjskih površina stijenki kotlova i po poznatim formulama q 5. Za kotlove TVG-4 i TVG-8 standardni gubici su 2%, a izračunati se povećavaju sa smanjenjem opterećenja s nominalnog na minimalno primjereno za TVG-4 sa 0,54 na 1%, za TVG-8 od 0,33 do 0,94 %. Stoga je Zavod 2000. godine preporučio organizacijama koje upravljaju kotlovima ovog tipa da uzmu prosječnu vrijednost q 5 = 0,75%.

Do sličnih zaključaka došlo se u studiji KVG kotlova razvijenih na Institutu za plin Nacionalne akademije znanosti Ukrajine. Za određivanje q 5 ovdje je također korištena formula (1), ali umjesto 2 (cjF), zamijenjen je qF K, gdje je F K ukupna vanjska površina toplinske izolacije kotla. Prosječni q izračunat je po formuli:

Ovdje se toplinski tok s vanjske površine izolacije prema zraku q o i s unutarnje površine prema zraku q T određuje iz formula:

gdje je a ukupni koeficijent prijenosa topline u okolinu; t 0, t T, t B - temperature vanjske, unutarnje površine i zraka; R je ukupni toplinski otpor slojeva obloge; R 0 = 1 / a 0.

Vrijednosti t T i t 0 preporuča se odrediti izravnim mjerenjima ili metodom proračuna, R - izračunati ovisno o debljini i toplinskoj vodljivosti izolacijskih slojeva, a 0 - prema poznatom Kammerer formule za ravne i cilindrične površine.

Pri izračunavanju q 0 i q T njihove su se vrijednosti značajno razlikovale, iako su tijekom stacionarnog rada kotla gotovo iste. Razlog zbog kojeg je q T> q 0 dobiven u može se objasniti činjenicom da su zbog neizbježne prisilne cirkulacije zraka u kotlovnici stvarne vrijednosti a 0 12-15% veće od izračunatih, tj. prikazano je izravnim mjerenjima q 0 i (t 0 - t B na parnom kotlu TGMP-314A. Zbog ove razlike u q 0 i q T, KK je uveden u (3) - koeficijent korekcije za mjerenje i računska pogreška q 0 i q T, koje se preporuča uzeti unutar 0,3-0 , 7. Očigledno, s jednakim povjerenjem u obje vrijednosti, treba uzeti njihov polovični zbroj.

Kako bi se u obzir uzeli dodatni toplinski gubici kroz toplinske mostove, uvodi se koeficijent K M = 0,2-0,4.

Uz uvođenje KK i KM, predlaže se povećanje q 5 za 10-20% kako bi se uzeli u obzir gubici topline kroz donju (donju) teško pristupačnu površinu kotla, a također i da bi se uzeli u obzir udio gubitaka s vanjskih površina, koji se zajedno sa zrakom iz kotlovnice vraća u kanale peći i plina kotla.

Unatoč značajnim razlikama u metodologiji za određivanje q 5 in i, rezultati su bili slični, što daje osnovu za generaliziranje ovih rezultata i korištenje u pripremi regulatornih dokumenata. Na slici je prikazana ovisnost q 5 o nazivnoj toplinskoj snazi ​​toplovodnih kotlova NIISTU-5, NIISTU-5x2, TVG-4, TVG-8, KVG-4, KVG-6,5, kao i KVG-4, KVG- 6.5, KVGM -10 i KVGM-50. Podaci iz i nešto su niži od odgovarajućih podataka iz, međutim, takva razlika je u potpunosti opravdana različitim metodama istraživanja.

Književnost

1. Fedorov V. G., Vinogradov- Saltykov V. A., Martsenko V. NS. Mjerenje gubici toplina iz vanjski površine Vruća voda kotlovi // Ekotehnologija i ušteda resursa. 1997. № 3. S. 66-68.

2. Martsenko V. NS., Fedorov V. G. Učinkovitost izolacijski ograde Vruća voda kotlovi // Maturalna večer. toplinska tehnika. 2000. T. 22, № 2. S. 78-80.

3. Fedoriv V. G., Vinogradov- Saltikov V. A., Martsenko V. NS. Rospodil potrošnja topline na vrtlari bojleribilo koji taparovih kotaoiv / Ugušiti. DO., 1998. 16 s. Dep. v DNTB Velika Britanija- raini23.03.98, № 142.

4. Fedorov V. G., Pleskonos A. DO. Planiranje i realizacija eksperimente v hrana industrija. M.: Hrana. maturalna večer- sv, 1980. 240 s.

5. Marčak. I., GolyshevL. V., Mysak. S. Metodologija definicije gubici toplina pare kotao v okoliš// Toplinska energija. 2001. № 10. S. 67-70.

6. Zalkind E. M. Materijali (uredi) oblaganje i plaćanje ograde pare kotlovi. M.: Energija, 1972. 184 s.

7. CammererJ.S. Erleuchtungen zu den VDI - Rechtlinien fuerWaerme - und Kalteschutz - Brennstoff - Waerme - Kraft. 1958. Bd.10, № 3. S.119-121.

8. Fedorov V. G., Vinogradov- Saltykov V. A., Novik M. I. Toplinsko mjerenje vanjski površine kotao TGMP-314 A // Ekotehnologija i ušteda resursa. 1999. № 4. S. 77-79.

Za smanjenje potrošnje topline a stroga obračun toplinskih gubitaka u tehnološkoj opremi i toplinskim mrežama... Gubici topline ovise o vrsti opreme i cjevovoda, njihovom ispravnom radu i vrsti izolacije.

Gubitak topline (W) izračunava se po formuli

Ovisno o vrsti opreme i cjevovoda, ukupni toplinski otpor je:

za izolirani cjevovod s jednim slojem izolacije:

za izolirani cjevovod s dva sloja izolacije:

za tehnološke uređaje s višeslojnim ravnim ili cilindričnim zidovima promjera većeg od 2 m:

za tehnološke uređaje s višeslojnim ravnim ili cilindričnim zidovima promjera manjim od 2 m:

nosač do unutarnje stijenke cjevovoda ili uređaja i od vanjske površine zida prema okolišu, W / (m 2 - K); X tr,?. st, Xj - toplinska vodljivost materijala cjevovoda, izolacije, zidova aparata, i-ti sloj zida, W / (m. K); 5 SV. Je li debljina stijenke aparata, m.

Koeficijent prijenosa topline određuje se formulom

ili empirijskom jednadžbom

Prijenos topline sa stijenki cjevovoda ili uređaja u okoliš karakteriziran je koeficijentom a n [W / (m 2 K)], koji je određen kriterijem ili empirijskim jednadžbama:

po kriterijskim jednadžbama:

Koeficijenti prijenosa topline a in i a n izračunavaju se prema kriteriju ili empirijskim jednadžbama. Ako je vrući nosač topline topla voda ili kondenzirana para, tada a b> a n, tj. R B< R H , и величиной R B можно пренебречь. Если горячим теплоносителем является воздух или перегретый пар, то а в [Вт/(м 2 - К)] рассчитывают по критериальным уравнениям:

empirijskim jednadžbama:

Toplinska izolacija aparata i cjevovoda izrađena je od materijala niske toplinske vodljivosti. Dobro odabrana toplinska izolacija može smanjiti gubitak topline u okolni prostor za 70% ili više. Osim toga, povećava produktivnost instalacija grijanja, poboljšava radne uvjete.

Toplinska izolacija cjevovoda sastoji se uglavnom od jednog sloja, prekrivenog odozgo radi čvrstoće slojem lima (krovni čelik, aluminij itd.), suhe žbuke od cementnih žbuka i sl. Ako se koristi metalni pokrovni sloj, njegov toplinski sloj otpor se može zanemariti. Ako je pokrovni sloj žbuka, tada se njegova toplinska vodljivost malo razlikuje od toplinske vodljivosti toplinske izolacije. U ovom slučaju, debljina pokrivnog sloja je, mm: za cijevi promjera manjeg od 100 mm - 10; za cijevi promjera 100-1000 mm - 15; za cijevi velikog promjera - 20.

Debljina toplinske izolacije i pokrovnog sloja ne bi smjela prelaziti graničnu debljinu, koja ovisi o masenom opterećenju cjevovoda i njegovim ukupnim dimenzijama. Stol 23 prikazane su vrijednosti granične debljine izolacije parnih cjevovoda, preporučene normama za projektiranje toplinske izolacije.

Toplinska izolacija tehnoloških uređaja mogu biti jednoslojni ili višeslojni. Gubitak topline kroz toplinu

izolacija ovisi o vrsti materijala. Toplinski gubici u cjevovodima izračunavaju se na 1 i 100 m duljine cjevovoda, u tehnološkoj opremi - na 1 m 2 površine uređaja.

Sloj onečišćenja na unutarnjim stijenkama cjevovoda stvara dodatni toplinski otpor za prijenos topline u okolni prostor. Toplinski otpor R (m. K / W) tijekom kretanja nekih nosača topline ima sljedeće vrijednosti:

U cjevovodima koji dovode procesna rješenja u aparate i vruće rashladne tekućine u izmjenjivače topline, nalaze se armature u kojima se gubi dio topline toka. Lokalni gubitak topline (W / m) određuje se formulom

Lokalni koeficijenti otpora cijevne armature imaju sljedeća značenja:

Prilikom sastavljanja tablice. 24, izvršen je proračun specifičnih toplinskih gubitaka za bešavne čelične cjevovode (tlak< 3,93 МПа). При расчете тепловых потерь исходили из следующих данных: тем-

temperatura zraka u prostoriji je uzeta jednakom 20 ° C; njegova brzina sa slobodnom konvekcijom je 0,2 m / s; tlak pare - 1x10 5 Pa; temperatura vode - 50 i 70 ° C; toplinska izolacija je izrađena u jednom sloju azbestnog kabela, = 0,15 W / (m. K); koeficijent prolaza topline a „= 15 W / (m 2 - K).

Primjer 1. Proračun specifičnih toplinskih gubitaka u parovodu.

Primjer 2. Proračun specifičnih toplinskih gubitaka u neizoliranom cjevovodu.

Navedeni uvjeti

Čelični cjevovod promjera 108 mm. Nazivni promjer provrta d y = 100 mm. Temperatura pare 110 ° C, temperatura okoline 18 ° C. Toplinska vodljivost čelika X = 45 W / (m. K).

Dobiveni podaci pokazuju da korištenje toplinske izolacije smanjuje gubitke topline po 1 m duljine cjevovoda za 2,2 puta.

Specifični toplinski gubici, W/m 2, u tehnološkim uređajima za proizvodnju kože i filca su:

Primjer 3. Proračun specifičnih toplinskih gubitaka u tehnološkim uređajima.

1. Bubanj "Div" izrađen je od ariša.

2. Sušilica firme "Hirako Kinzoku".

3. Čamac za bojenje beretki. Od nehrđajućeg čelika [k = 17,5 W / (m-K)]; nema toplinske izolacije. Dimenzije lansiranja su 1,5 x 1,4 x 1,4 m. Debljina stijenke je 8 CT = 4 mm. Temperatura procesa t = = 90 ° C; zraka u radionici / av = 20°C. Brzina zraka u radionici je v = 0,2 m/s.

Koeficijent prolaza topline a može se izračunati na sljedeći način: a = 9,74 + 0,07 At. Pri / cf = 20 ° C, a iznosi 10-17 W / (m2. K).

Ako je površina rashladne tekućine uređaja otvorena, specifični gubici topline s ove površine (W / m 2) izračunavaju se po formuli

Industrial Service Capricorn (Velika Britanija) predlaže korištenje sustava Alplas za smanjenje gubitaka topline s otvorenih površina nosača topline. Sustav se temelji na korištenju šupljih polipropilenskih plutajućih kuglica koje gotovo u potpunosti pokrivaju površinu tekućine. Eksperimenti su pokazali da se pri temperaturi vode u otvorenom spremniku od 90 ° C gubici topline pri korištenju sloja kuglica smanjuju za 69,5%, dva sloja - za 75,5%.

Primjer 4. Proračun specifičnih toplinskih gubitaka kroz zidove sušare.

Zidovi sušilice mogu biti izrađeni od raznih materijala. Razmotrite sljedeće dizajne zidova:

1. Dva sloja čelika debljine 5 CT = 3 mm s izolacijom koja se nalazi između njih u obliku azbestne ploče debljine 5 I = 3 cm i toplinske vodljivosti X u = 0,08 W / (m. K ).

Sadržaj predmeta "Regulacija metabolizma i energije. Racionalna prehrana. Bazalni metabolizam. Tjelesna temperatura i njena regulacija.":
1. Energetski troškovi tijela u uvjetima tjelesne aktivnosti. Omjer tjelesne aktivnosti. Povećanje rada.
2. Regulacija metabolizma i energije. Centar za regulaciju metabolizma. Modulatori.
3. Koncentracija glukoze u krvi. Shema regulacije koncentracije glukoze. Hipoglikemija. Hipoglikemijska koma. Glad.
4. Prehrana. Stopa ishrane. Omjer proteina, masti i ugljikohidrata. Energetska vrijednost. Sadržaj kalorija.
5. Prehrana trudnica i dojilja. Obrok hrane za bebe. Raspodjela dnevnog obroka. Prehrambena vlakna.
6. Racionalna prehrana kao čimbenik očuvanja i jačanja zdravlja. Zdrav stil života. Način obroka.
7. Tjelesna temperatura i njezina regulacija. Homeotermalni. Poikilotermni. Izotermija. Heterotermni organizmi.
8. Normalna tjelesna temperatura. Homeotermalna jezgra. Poikilotermni omotač. Ugodna temperatura. Temperatura ljudskog tijela.
9. Toplinski proizvodi. Primarna toplina. Endogena termoregulacija. Sekundarna toplina. Kontraktilna termogeneza. Nekontraktilna termogeneza.

Postoje sljedeći načini prijenosa topline s tijela u okoliš: radijacija, provođenje topline, konvekcija i isparavanje.

Radijacija je metoda prijenosa topline u okoliš površinom ljudskog tijela u obliku elektromagnetskih valova u infracrvenom području (a = 5-20 mikrona). Količina topline koju tijelo raspršuje u okoliš zračenjem proporcionalna je površini zračenja i razlici srednjih vrijednosti temperature kože i okoliša. Površina zračenja je ukupna površina onih dijelova tijela koji dolaze u dodir sa zrakom. Pri temperaturi okoline od 20°C i relativnoj vlažnosti zraka od 40-60%, tijelo odrasle osobe zračenjem raspršuje oko 40-50% sve dane topline. Prijenos topline zračenjem raste s padom temperature okoline i opada s povećanjem temperature. U uvjetima stalne temperature okoline, zračenje s površine tijela raste s porastom temperature kože, a opada sa smanjenjem temperature kože. Ako se prosječne temperature površine kože i okoline izjednače (temperaturna razlika postaje jednaka nuli), oslobađanje topline zračenjem postaje nemoguće. Moguće je smanjiti prijenos topline tijela zračenjem smanjenjem površine zračenja ("kotrljanje tijela u loptu"). Ako temperatura okoline prelazi prosječnu temperaturu kože, ljudsko tijelo se, upijajući infracrvene zrake koje emitiraju okolni predmeti, zagrijava.

Riža. 13.4. Vrste prijenosa topline... Načine prijenosa topline tijela u vanjski okoliš grubo možemo podijeliti na "mokri" prijenos topline povezan s isparavanjem znoja i vlage s kože i sluznice i "suhi" prijenos topline koji nije povezan s gubitkom topline. tekućine.

Provodljivost topline- način prijenosa topline koji nastaje pri kontaktu, kontaktu ljudskog tijela s drugim fizičkim tijelima. Količina topline koju tijelo odaje u okolinu ovom metodom proporcionalna je razlici u prosječnim temperaturama dodirnih tijela, površini dodirnih površina, vremenu toplinskog kontakta i toplinskoj vodljivosti dodirnih tijela. tijelo. Suhi zrak, masno tkivo karakterizira niska toplinska vodljivost i toplinski su izolatori. Korištenje odjeće izrađene od tkanina koje sadrže veliki broj malih nepokretnih zračnih mjehurića između vlakana (na primjer, vunene tkanine) omogućuje ljudskom tijelu da smanji rasipanje topline kroz vodljivost. Vlažan zrak zasićen vodenom parom, vodu karakterizira visoka toplinska vodljivost. Stoga je boravak osobe u okruženju s visokom vlagom na niskoj temperaturi popraćen povećanim gubitkom topline u tijelu. Mokra odjeća također gubi svojstva toplinske izolacije.

Konvekcija- način prijenosa topline s tijela, koji se provodi prijenosom topline pokretnim česticama zraka (vode). Za odvođenje topline konvekcijom potrebno je strujanje zraka oko površine tijela s nižom temperaturom od temperature kože. Pritom se sloj zraka u dodiru s kožom zagrijava, smanjuje njezinu gustoću, diže se i zamjenjuje ga sve hladnijim i gušćim zrakom. U uvjetima kada je temperatura zraka 20°C, a relativna vlažnost zraka 40-60%, tijelo odrasle osobe odvodi oko 25-30% topline u okoliš provođenjem topline i konvekcijom (osnovna konvekcija). S povećanjem brzine kretanja zračnih tokova (vjetar, ventilacija) značajno se povećava i intenzitet prijenosa topline (prisilna konvekcija).

Oslobađanje topline iz tijela putem provođenje topline, konvekcija i izlu chenie zovu zajedno "Suhi" prijenos topline, postaje neučinkovit pri izjednačavanju prosječnih temperatura površine tijela i okoline.

Prijenos topline isparavanjem- Ovo je način odvođenja topline od strane tijela u okoliš zbog njegovih troškova za isparavanje znoja ili vlage s površine kože i vlage sa sluznice dišnog trakta ("mokri" prijenos topline). Kod ljudi znoj neprestano luče žlijezde znojnice kože („opipljiv“, ili žljezdani, gubitak vode), sluznice dišnog trakta su vlažne („neosjetljivi“ gubitak vode) (slika 13.4). Istodobno, "opipljivi" gubitak vode od strane tijela ima značajniji učinak na ukupnu količinu topline koju daje isparavanje od "neosjetljivog".

Pri temperaturi okoline od oko 20 "C, isparavanje vlage iznosi oko 36 g/h. Budući da čovjek potroši 0,58 kcal toplinske energije na isparavanje 1 g vode, lako je izračunati da će isparavanjem tijelo odrasla osoba u tim uvjetima daje oko 20% sve raspršene topline.Povišena vanjska temperatura, obavljanje fizičkih poslova, duži boravak u toplinski izolacijskoj odjeći povećavaju znojenje i ono se može povećati do 500-2000 g/h. toplina zračenjem, konvekcijom i provođenje topline.Tijelo u tim uvjetima počinje apsorbirati toplinu izvana, a jedini način odvođenja topline je povećanje isparavanja vlage s površine tijela.Takvo isparavanje je moguće sve dok je vlaga okolnog zraka ostaje manje od 100%. S intenzivnim znojenjem, visokom vlagom i malom brzinom zraka kada ili znoj, koji nema vremena da se ispari, spoji i odlije s površine tijela, prijenos topline isparavanjem postaje manje učinkovit.

Razmjena toplinske energije između tijela i okoline tzv izmjena topline... Jedan od pokazatelja prijenosa topline je tjelesna temperatura koja ovisi o dva čimbenika: stvaranju topline, odnosno o intenzitetu metaboličkih procesa u tijelu, i prijenosu topline u okoliš.

Zovu se životinje čija se tjelesna temperatura mijenja ovisno o temperaturi vanjskog okoliša poikilotermni, ili hladnokrvan. Zovu se životinje s konstantnom tjelesnom temperaturom homeotermni(toplokrvni). Postojanost temperature tijelo zove izother miia... Ona osigurava neovisnostmetabolički procesi u tkivima i organima od temperaturnih fluktuacija okoliš.

Temperatura ljudskog tijela.

Temperatura pojedinih dijelova ljudskog tijela je različita. Najniža temperatura kože opaža se na rukama i nogama, najviša - u pazuhu, gdje se obično određuje. Kod zdrave osobe temperatura u ovome površina je jednaka 36-37 °C. Tijekom dana dolazi do malih porasta i pada tjelesne temperature u skladu s dnevnim bioritmom:minimalna temperatura se promatra na 2- 4 h noći, maksimalno - u 16-19 h.

T temperatura mišićni tkanine u stanje mirovanja i rada može varirati unutar 7 ° C. Temperatura unutarnjih organa ovisi o intenzitetu razmjene procesa. Najintenzivnije odvijaju se metabolički procesi u jetri, koja je "najtopliji" organ u tijelu: temperatura u jetrenom tkivu je 38-38,5° S. Temperatura u rektumu je 37-37,5 ° C. Međutim, može varirati unutar 4-5 ° C, ovisno o prisutnosti izmeta u njemu, krvnom punjenju njegove sluznice i drugim razlozima. Kod trkača na duge staze (maratona) na kraju utrke temperatura u rektumu može porasti do 39-40°C.

Sposobnost održavanja temperature na konstantnoj razini osiguravaju međusobno povezani procesi - stvaranje topline i oslobađanje topline iz tijela u vanjsko okruženje. Ako je stvaranje topline jednako prijenosu topline, tada tjelesna temperatura ostaje konstantna. Proces stvaranja topline u tijelu tzv kemijska termoregulacija, proces koji uklanja toplinu iz tijela - fizička termoregulacija.

Kemijska termoregulacija. Izmjena topline u tijelu usko je povezana s izmjenom energije. Kada se organska tvar oksidira, oslobađa se energija. Dio energije odlazi na sintezu ATP-a. Ovu potencijalnu energiju tijelo može iskoristiti u svojoj daljnjoj aktivnosti.Sva tkiva su izvor topline u tijelu. Krv teče kroz tkiva i zagrijava se.

Povećanje temperature okoline uzrokuje refleksno smanjenje metabolizma, uslijed čega se smanjuje proizvodnja topline u tijelu. Sa smanjenjem temperature okoline refleksno se povećava intenzitet metaboličkih procesa i povećava stvaranje topline. U većoj mjeri dolazi do povećanja proizvodnje topline zbog povećanja mišićne aktivnosti. Nehotične mišićne kontrakcije (drhtanje) glavni su oblik povećane proizvodnje topline. Do povećanja proizvodnje topline može doći u mišićnom tkivu i zbog refleksnog povećanja intenziteta metaboličkih procesa – nekontraktilne mišićne termogeneze.

Fizička termoregulacija. Taj se proces odvija zbog prijenosa topline u vanjski okoliš konvekcijom (provođenje topline), zračenjem (toplinsko zračenje) i isparavanjem vode.

Konvekcija - izravan prijenos topline na predmete ili čestice medija uz kožu. Što je veća temperaturna razlika između površine tijela i okolnog zraka, oslobađanje topline je intenzivnije.

Rasipanje topline se povećava kada se zrak kreće, kao što je vjetar. Intenzitet prijenosa topline uvelike ovisi o toplinskoj vodljivosti okoliša. Toplina se brže emitira u vodi nego u zraku. Odjeća smanjuje ili čak zaustavlja provođenje topline.

Radijacija - oslobađanje topline iz tijela događa se infracrvenim zračenjem s površine tijela. Zbog toga tijelo gubi najveći dio svoje topline. Intenzitet provođenja topline i toplinskog zračenja uvelike je određen temperaturom kože. Prijenos topline regulira se refleksnom promjenom lumena kožnih žila. Kad temperatura okoline poraste, arteriole i kapilare se šire, koža postaje topla i crvena. Time se povećavaju procesi provođenja topline i toplinskog zračenja. Sa smanjenjem temperature zraka arteriole i kapilare kože sužavaju se. Koža postaje blijeda, količina krvi koja teče kroz njezine žile se smanjuje. To dovodi do smanjenja njegove temperature, prijenosa topline se smanjuje, a tijelo zadržava toplinu.

Isparavanje vode s površine tijela (2/3 vlage), kao i u procesu disanja (1/3 vlage). Isparavanje vode s površine tijela događa se prilikom izlučivanja znoja. Čak i u nedostatku vidljivog znoja kroz kožu, ispari dnevno do 0,5 l voda - nevidljivo znojenje. Isparavanje 1 litre znoja kod osobe težine 75 kg može sniziti tjelesnu temperaturu za 10 °C.

U stanju relativnog mirovanja odrasla osoba odašilje 15% topline u vanjski okoliš vođenjem topline, oko 66% toplinskim zračenjem i 19% isparavanjem vode.

U prosjeku, osoba gubi dnevno oko 0,8 l znoja, a s njim i 500 kcal topline.

Prilikom disanja, osoba također svaki dan ispušta oko 0,5 litara vode.

Na niskim temperaturama okoline ( 15°C i niže) oko 90% dnevnog prijenosa topline događa se zbog provođenja topline i toplinskog zračenja. U tim uvjetima ne dolazi do vidljivog znojenja.

Na temperaturi zraka 18-22 ° S prijenosom topline zbog provođenja topline i toplinskog zračenja se smanjuje, aligubitak se povećavatjelesne topline isparavanjemvlaga s površine kože.Ako je vlažnost zraka visoka, kada je isparavanje vode otežano, može doći do pregrijavanja.tijelo i razvijatitoplinski pogoditi.

Niska propusnost za vodenu paru odjeća sprječava učinkovito znojenje i može uzrokovati pregrijavanje ljudskog tijela.

U vrućem zemlje tijekom dugih planinarenja, u vruće radionicama osoba gubi veliki iznos tekućine sa znojem. U isto vrijeme postoji osjećaj žeđ koja se ne gasi prijemom voda. to zbog toga s čime tada se gubi velika količina mineralnih soli. Ako u vodu za piće dodate sol, taj osjećaj žeđi nestati i poboljšat će se dobrobit ljudi.

Centri za regulaciju izmjene topline.

Termoregulacija se provodi refleksno. Uočavaju se fluktuacije temperature okoline termoreceptora... Veliki broj termoreceptora nalazi se u koži, u sluznici usne šupljine, u gornjim dišnim putevima. Termoreceptori su pronađeni u unutarnjim organima, venama, a također i u nekim formacijama središnjeg živčanog sustava.

Termoreceptori kože vrlo su osjetljivi na fluktuacije temperature okoline. Pobuđeni su kada temperatura medija poraste za 0,007 °C i padne za 0,012 °C.

Živčani impulsi koji potječu od termoreceptora putuju kroz aferentna živčana vlakna do leđne moždine. Duž puteva dopiru do vidnih brežuljaka, a od njih idu u hipotalamičnu regiju i do moždane kore. Rezultat je osjećaj topline ili hladnoće.

U leđnoj moždini postoje centri nekih termoregulacijskih refleksa. hipotalamus je glavni refleksni centar termoregulacije. Prednji dijelovi hipotalamusa kontroliraju mehanizme fizičke termoregulacije, tj. centar za prijenos topline... Stražnji dijelovi hipotalamusa kontroliraju kemijsku termoregulaciju i su centar za generiranje topline.

Važna uloga u regulaciji tjelesne temperature pripada moždana kora... Eferentni živci termoregulacijskog centra su uglavnom simpatička vlakna.

Sudjeluje u regulaciji izmjene topline i hormonalni mehanizam, posebice hormoni štitnjače i nadbubrežne žlijezde. hormon štitnjače - tiroksin, povećavajući metabolizam u tijelu, povećava proizvodnju topline. Ulazak tiroksina u krv se povećava hlađenjem tijela. Hormon nadbubrežne žlijezde - adrenalin- pojačava oksidativne procese, čime se povećava stvaranje topline. Osim toga, pod djelovanjem adrenalina dolazi do vazokonstrikcije, posebno žila kože, zbog čega se smanjuje prijenos topline.

Prilagodba tijela na nižu temperaturu okoline... Sa smanjenjem temperature okoline dolazi do refleksnog uzbuđenja hipotalamusa. Povećanje njegove aktivnosti potiče hipofiza , a rezultat toga je pojačano oslobađanje tireotropina i kortikotropina koji povećavaju aktivnost štitnjače i nadbubrežne žlijezde. Hormoni ovih žlijezda potiču proizvodnju topline.

Tako, pri hlađenju Uključuju se obrambeni mehanizmi tijela čime se povećava metabolizam, stvaranje topline i smanjuje prijenos topline.

Dobne značajke termoregulacije. Kod djece prve godine života uočavaju se nesavršeni mehanizmi. Kao rezultat toga, kada temperatura okoline padne ispod 15 ° C, dolazi do hipotermije djetetovog tijela. U prvoj godini života dolazi do smanjenja prijenosa topline kroz provođenje topline i toplinskog zračenja te povećanje proizvodnje topline. Međutim, do 2 godine života djeca ostaju termolabilna (tjelesna temperatura raste nakon jela, pri visokoj temperaturi okoline). U djece od 3 do 10 godina poboljšavaju se mehanizmi termoregulacije, ali njihova nestabilnost i dalje traje.

U predpubertetskoj dobi i tijekom puberteta (puberteta), kada dolazi do pojačanog rasta tijela i restrukturiranja neurohumoralne regulacije funkcija, povećava se nestabilnost termoregulacijskih mehanizama.

U starijoj dobi dolazi do smanjenja stvaranja topline u tijelu u odnosu na zrelu dob.

Problem otvrdnjavanja organizma. Tijekom svih razdoblja života potrebno je temperirati tijelo. Pod kaljenjem se podrazumijeva povećanje otpornosti tijela na štetne utjecaje okoline i prije svega na hlađenje. Stvrdnjavanje se postiže korištenjem prirodnih čimbenika prirode - sunca, zraka i vode. Djeluju na živčane završetke i krvne žile ljudske kože, povećavaju aktivnost živčanog sustava i pospješuju metaboličke procese. Uz stalni utjecaj prirodnih čimbenika, tijelo se navikava na njih. Stvrdnjavanje tijela je učinkovito ako su ispunjeni sljedeći osnovni uvjeti: a) sustavno i stalno korištenje prirodnih čimbenika; b) postupno i sustavno povećanje trajanja i jačine njihovog utjecaja (počnite stvrdnjavati korištenjem tople vode, postupno smanjivati ​​njezinu temperaturu i povećavati vrijeme za provođenje vodenih postupaka); c) otvrdnjavanje pomoću podražaja kontrastnih u temperaturi (topla - hladna voda); d) individualni pristup kaljenju.

Korištenje prirodnih čimbenika očvršćavanja mora se kombinirati s tjelesnim odgojem i sportom. Za otvrdnjavanje su dobre jutarnje vježbe na otvorenom ili u prostoriji s otvorenim prozorom uz obvezno izlaganje značajnog dijela tijela i naknadni vodeni postupci (ispiranje, tuširanje). Kaljenje je najpristupačnije sredstvo za poboljšanje zdravlja ljudi.

Toplinski tok Q p kroz površinu S st zidova sušilice izračunava se jednadžbom prijenosa topline:

Q p = k * Δt cf * S st,

Koeficijent prolaza topline k izračunava se pomoću formule za višeslojni zid:

gdje su δ i λ debljina i toplinska vodljivost različitih slojeva obloge i toplinske izolacije.

Nađimo vrijednost kriterija Re:

Re = v * l / υ = 2,5 m / s * 1,65 m / 29 * 10 -6 m 2 / s = 142241

Nu = 0,66 * Re 0,5 * Pr 0,33 = 0,66 * 142241 0,5 * 1,17 0,33 = 262,2.

Koeficijent prijenosa topline α sa sredstva za sušenje na unutarnju površinu zidova:

α 1 = Nu * λ / l = 262,2 * 3,53 * 10 -2 W / (m * K) / 1,65 m = 5,61 W / m 2 * K.

Ukupni koeficijent prijenosa topline konvekcijom i zračenjem s vanjske stijenke na okolni zrak:

α 2 = 9,74 + 0,07 * (t st -t in),

gdje je t cf temperatura vanjskog zida, t st = 40 0 ​​S,

t in - temperatura okolnog zraka, t in = 20 0 C,

α 2 = 9,74 + 0,07 * (40 0 C-20 0 C) = 11,14 W / m 2 * K.

Debljinu obloge odabiremo prema temperaturi plina (tab. 3.1)

obloge -

šamot - 125 mm

čelik - 20 mm

šamot - 1,05 W / m * K

čelik - 46,5 W / m * K

Pronađite koeficijent prolaza topline:

Odredite površinu zida S st:

S st = π * d * l = 3,14 * 1,6 m * 8 m = 40,2 m 2,

Q p = 2,581 W / (m 2 * K) * 89 0 C * 40,2 m 2 = 9234 W.

Specifični gubitak topline u okoliš određuje se formulom:

gdje je W masa vlage uklonjene iz osušenog materijala u 1 s.

q p = 9234 W / 0,061 kg / s = 151377,05 W * s / kg.

2.3. Proračun grijača zraka za sušenje zraka

Ukupna količina topline Q 0 izračunava se po formuli:

Q 0 = L * (I 1 -I 0)

Q 0 = 2,46 kg / s * (159 kJ / kg +3,35 kJ / kg) = 399,381 kW

Prosječnu temperaturu izračunavamo prema formuli logaritamske jednadžbe:

gdje je Δt m = t 1 -t 2n

Δt b = t 1 -t 2k

t 1 je temperatura grijaće pare (jednaka temperaturi zasićenja pare pri zadanom tlaku).

Pri tlaku od 5,5 atm. t 1 = 154,6 0 S (st 550)

t 2n, t 2k je temperatura zraka na ulazu i izlazu iz kalorimetra, t 2k = 150 0 C; t 2n = -7,7 0 S.

Δt b = 154,6 0 C + 7,7 0 C = 162,3 0 C,

Δt m = 154,6 0 S-150 0 S = 4,6 0 S,

Površina prijenosa topline S t kalorimetra određena je jednadžbom prijenosa topline:

S t = Q 0 / k Δt prosj.,

gdje je k koeficijent prolaza topline, koji se koristi za grijače s rebrima ovisno o masenoj brzini zraka ρ * v. Neka je ρ * v = 3 kg / m2 * s; tada je k = 30 W / m 2 * k.

Nalazimo potreban broj n K. sekcija grijača:

n K. = S t / S s,

gdje je S c površina za izmjenu topline presjeka.

Uzmimo rebrasti grijač:

Budući da je stvarni broj odjeljaka odabran s marginom od 15-20%, tada je n k. = 6,23 + 6,23 * 0,15 = 7,2≈8 odjeljaka.

Masovna brzina zraka u grijaču izračunava se:

gdje je L brzina protoka apsolutno suhog zraka,