›
›

Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 3: Tổng quan về toả nhiệt đối lưu - Phan Thành Nhân

Download
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
CHƯƠNG 4  
TỔNG QUAN VỀ TOẢ NHIỆT ĐỐI LƯU  
1. Một số khái niệm cơ bản về đối lưu  
2. Nhöõng nhaân toá cô baûn aûnh höôûng ñeán α  
3. Phöông trình vi phaân trao ñoåi nhieät ñoái löu  
4. Đồng dạng và các số không thứ nguyên  
1
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
1. Một số khái niệm cơ bản về đối lưu  
doøng chaát loûng  
t
f
u
f
q
u
Trao ñoåi nhieät xaûy ra khi beà maët vaät raén tieáp xuùc vôùi löu chaát loûng  
(khí) khi coù söï cheânh leäch nhieät ñoä  
2
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Trao ñoåi nhieät ñoái löu laø quaù trình raát phöùc taïp,  
chòu aûnh höôûng cuûa:  
+ Quy luaät veà naêng löôïng nhieät  
+ Quy luaät veà chuyeån ñoäng cuûa löu chaát  
loûng (khí): (cô hoïc löu chaát, bieán ñoåi naêng löôïng…)  
3
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Theo ñònh luaät Newton:  
(W/m2)  
(W)  
q = α.(tw − tf )  
Q = αF(tw − tf )  
Trong ñoù:  
q – mật độ doøng nhieät, W/m2  
Q – doøng nhieät, W  
F – dieän tích beà maët trao ñoåi nhieät, m2  
– heä soá toûa nhieät ñoái löu, W/m2oC  
α
tw – nhieät ñoä beà maët taám phaúng, oC hoaëc K  
tf – nhieät ñoä trung bình cuûa chaát loûng, oC hoaëc K  
4
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Heä soá toaû nhieät  
q
α =  
,
(
W / m2K  
)
tw − tf  
Trao ñoåi nhieät ñoái löu laø quaù trình phöùc taïp phuï thuoäc nhieàu yeáu toá:  
(
)
α = f tw , tf ,ω,λ,ρ,µ,Cp ,φ,δ,...  
ω
Toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa löu chaát, m/s  
Heä soá daãn nhieät cuûa löu chaát, W/mK  
Heä soá nhôùt ñoäng löïc hoïc, N.s/m2  
Hình daùng hình hoïc  
λ
µ
φ
δ
Kích thöôùc tính toaùn, m  
………..  
5
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
2 Nhöõng nhaân toá cô baûn aûnh höôûng ñeán α:  
Nguyeân nhaân phaùt sinh chuyeån ñoäng:  
– Chuyeån ñoäng töï nhieân:  
+ Gaây neân bôûi cheânh leäch khoái  
löôïng rieâng ∆ρ  
– Chuyeån ñoäng cöôõng böùc:  
+ Gaây neân do taùc ñoäng cuûa ngoaïi  
löïc (bôm, quaït, maùy neùn…)  
6
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Cheá ñoä chuyeån ñoäng:  
Khaûo saùt doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái  
löu chaát maøu  
löu chaát maøu  
Doøng chaûy taàng: caùc phaàn töû löu chaát chaûy theo moät doøng phaúng, theo moät  
traät töï nhaát ñònh (doøng oån ñònh).  
Doøng chaûy roái: caùc phaàn töû löu chaát chaûy khoâng oån ñònh vaø raát ngaãu nhieân.  
7
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Tính chaát vaät lyù cuûa löu chaát loûng (khí):  
Caùc thoâng soá aûnh höôûng raát lôùn ñeán α laø:  
+ heä soá daãn nhieät: λ  
+ nhieät dung rieâng cp  
+ khoái löôïng rieâng: ρ  
+ heä soá khuyeách taùn nhieät: a  
+ ñoä nhôùt ñoäng löïc hoïc: µ  
- heä soá nhôùt ñoäng hoïc cuûa löu chaát, m2/s  
ν = µ ρ  
8
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Xeùt 3 loaïi löu chaát thöôøng gaëp trong kyõ thuaät: ñeå thaáy möùc ñoä aûnh  
höôûng cuûa thoâng soá vaät lyù cuûa löu chaát ñeán α  
+ Khoâng khí (hoaëc khí, hoaëc hôi): coù heä soá α raát beù  
- Ñoái löu töï nhieân: α ≈ 5 ÷ 10W/m2K  
- Ñoái löu cöôõng böùc: α ≈ 15 ÷ 60W/m2K  
+ Daàu: tuyø loaïi daàu vaø ñoä nhôùt  
- Ñoái löu töï nhieân: α ≈ 50 ÷ 100W/m2K  
- Ñoái löu cöôõng böùc: α ≈ 150 ÷ 300W/m2K  
+ Nöôùc: coù heä soá α raát lôùn  
- Ñoái löu töï nhieân: α ≈ 100 ÷ 600W/m2K  
- Ñoái löu cöôõng böùc: α ≈ 1000 ÷ 9000W/m2K  
9
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Hình daùng vaø kích thöôùc beà maët trao ñoåi nhieät:  
AÛnh höôûng ñeán söï chuyeån ñoäng cuûa doøng löu chaát  
AÛnh höôûng ñeán heä soá toaû nhieät α  
10  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Lôùp bieân nhieät vaø lôùp bieân thuyû ñoäng  
11  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Lôùp bieân thuyû ñoäng  
- Chieàu daøy cuûa lôùp bieân δv  
laø khoaûng caùch töø beà maët ñeán  
ω = 0,99 ⋅ω∞  
giaù trò vaän toác  
Lôùp bieân nhieät  
- Chieàu daøy cuûa lôùp bieân nhieät  
δt doïc theo beà maët laø khoaûng  
caùch töø beà maët sao cho nhieät  
ñoä taïi ñoù thoûa phöông trình  
(
T − Ts  
)
= 0,99 ⋅  
(
T∞ − Ts  
)
12  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
3 Phöông trình vi phaân trao ñoåi nhieät ñoái löu  
– Phöông trình vi phaân toaû nhieät  
– Phöông trình naêng löôïng  
– Phöông trình chuyeån ñoäng  
– Phöông trình lieân tuïc  
13  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
– Phöông trình vi phaân toaû nhieät  
ÔÛ saùt beà maët vaùch coù moät lôùp moûng löu chaát ñöùng yeân  
ñôn thuaàn chæ xaûy ra hieän töôïng daãn nhieät  
nhieät löôïng naøy baèng nhieät löôïng trao ñoåi ñoái löu  
qα = qλ  
n=0  
∂t  
∂n  
α
(
tw − tf  
)
= −λfluid ⋅  
n=0  
∂t  
∂n  
− λfluid ⋅  
n=0  
(*)  
α =  
tw − tf  
14  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Trong pt (*) muoán xaùc ñònh α, phaûi bieát söï phaân boá nhieät  
ñoä cuûa lôùp chaát loûng treân beà maët.  
Soá aån soá chöa caân baèng vôùi soá phöông trình  
Vieát phöông trình vi phaân naêng löôïng  
(tìm quy luaät phaân boá gradient nhieät ñoä)  
Giaû thieát:  
• Löu chaát loûng khoâng bò neùn, ñoàng chaát, khoâng coù nguoàn nhieät beân trong,  
• Boû qua toaû nhieät do ma saùt.  
• Xeùt phaân töû theå tích löu chaát loûng hình hoäp caïnh dx, dy, dz,  
• Nhieät löôïng ñöa vaøo chæ laøm bieán ñoåi entanpi cuûa phaàn töû löu chaát.  
15  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
– Phöông trình naêng löôïng  
2
2
2
∂t  
∂τ  
∂t  
+ ωx + ωy + ωz = a  
∂x ∂y ∂z  
∂t  
∂t  
∂ t ∂ t ∂ t  
(**)  
2   
+ +  
2
2
∂x ∂y ∂z  
Phöông trình naêng löôïng theå hieän söï phaân boá nhieät ñoä beân trong chaát loûng chuyeån ñoäng  
Phöông trình (**) phuï thuoäc thaønh phaàn toác ñoä  
– Phöông trình chuyeån ñoäng  
Thaønh phaàn löïc taùc ñoäng leân khoái löu chaát:  
• löïc troïng tröôøng  
• löïc taùc ñoäng cuûa khoái löu chaát leân beà maët (do aùp suaát)  
• löïc ma saùt cuûa khoái löu chaát leân beà maët  
dω  
ρ = ρg −∇p + µ∇2ω  
(***)  
dτ  
Phöông trình Navier - Stock  
16  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Phöông trình (***) xuaát hieän bieán soá aùp suaát p  
– Phöông trình lieân tuïc  
Döïa treân nguyeân lyù ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng.  
Khaûo saùt vôùi löu chaát khoâng chòu neùn  
∂ωy  
∂ωx  
∂ωz  
(****)  
+
+
= 0  
∂x ∂y ∂z  
Phöông trình (****) khoâng xuaát hieän bieán soá môùi  
– Ñieàu kieän ñôn trò:  
• ñieàu kieän hình hoïc  
• ñieàu kieän vaät lyù  
• ñieàu kieän bieân  
• ñieàu kieän thôøi gian  
17  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
– Phöông trình naêng löôïng  
Ñeà nghò sinh vieân ñoïc  
theâm trong saùch giaùo khoa  
– Phöông trình chuyeån ñoäng  
– Phöông trình lieân tuïc  
18  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
4 Ñoàng daïng vaø caùc soá khoâng thöù nguyeân  
Trong caùc bieåu thöùc tính toaùn truyeàn nhieät ñoái löu vaø caùc ñieàu kieän  
bieân coù chöùa caùc soá haïng khoâng thöù nguyeân ñeå bieåu dieãn caùc tham soá  
vaät lyù:  
αl  
ωl  
λ
ωl  
ν
gβl3∆t  
a
ν2  
Caùc soá haïng naøy ñöôïc xem nhö laø nhöõng tieâu chuaån ñoàng daïng,  
goùp phaàn raát lôùn cho söï phaùt trieån trong nghieân cöùu ñoäng löïc  
hoïc löu chaát loûng vaø trong truyeàn nhieät.  
19  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Tieâu chuaån Nusselt: Kí hieäu laø Nu  
(tieâu chuaån cuûa truyeàn nhieät)  
αl  
Nu ≡  
λ
• Soá Nusselt laø giaù trò moâ taû cho quaù trình truyeàn nhieät taïi  
bieân giöõa vaùch vaø doøng löu chaát.  
• Thöôøng ñöôïc söû duïng khi chöa xaùc ñònh ñöôïc quaù trình  
ñoái löu, ñeå xaùc ñònh heä soá toûa nhieät ñoái löu α  
20  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 27 trang baolam 24200 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 3: Tổng quan về toả nhiệt đối lưu - Phan Thành Nhân", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_truyen_nhiet_chuong_3_tong_quan_ve_toa_nhiet_doi_l.pdf