›
›

Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 4: Toả nhiệt đối lưu tự nhiên - Phan Thành Nhân

Download
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
CHƯƠNG 5  
TOẢ NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIEÂN  
1. Khái niệm chung  
2. Toả nhiệt ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian roäng  
3. Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian heïp  
1
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
1. Khaùi nieäm chung  
Quaù trình toaû nhieät ñoái löu töï nhieân gaëp raát phoå bieán trong kyõ  
thuaät vaø trong caùc hoaït ñoäng cuoäc soáng cuûa con ngöôøi:  
Ví duï:  
– quaù trình giaûi nhieät cho caùc thieát bò ñieän töû,  
– transistor coâng suaát, caùc maïch ñieän töû,  
– caùc taám böùc xaï nhieät,  
– laøm nguoäi caùc vaät ñuùc,  
– hoaëc trong caùc heä thoáng laïnh öùng duïng cho caùc daøn laïnh, caùc  
thieát bò ngöng tuï, bay hôi …  
– hoaëc laø caùc quaù trình toûa nhieät cuûa caùc vaät theå ñaët trong töï nhieân,  
– toûa nhieät cuûa cô theå con ngöôøi…  
2
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Cô cheá chuyeån ñoäng trong quaù trình  
Doøng  
khí aám  
Doøng  
khí laïnh  
Vaät theå noùng  
• Ñoäng löïc chuyeån ñoäng gaây neân bôûi ∆ρ = ρw - ρf  
• ∆ρ laø do ∆t = tw - tf  
3
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  
………..  
4
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Tìm heä soá toaû nhieät α cuûa quaù trình ñoái löu töï nhieân  
Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân ñöôïc phaân laøm 2 loaïi  
• Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian roäng  
• Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian heïp  
5
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
2. Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian roäng:  
tw  
Khaûo saùt vaùch phaúng noùng ñöôïc laøm nguoäi  
Bieân daïng  
nhieät ñoä  
baèng caùch nhuùng vaøo trong beå chöùa löu chaát  
loûng yeân laëng  
to  
Bieân daïng  
vaän toác  
Toûa nhieät ñoái löu töï nhieân treân moät beà  
maët phuï thuoäc:  
Lôùp bieân  
tw  
• Hình daùng hình hoïc cuûa beà maët ñoù cuõng  
nhö laø vò trí vaø höôùng ñaët cuûa beà maët.  
• Nhieät ñoä cuûa beà maët  
• Ñaëc tính nhieät vaät lyù cuûa doøng löu chaát  
6
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Theo Tieâu chuaån Grashof: soá haïng bieåu dieãn tyû soá cuûa löïc  
naâng vaø löïc ma saùt taùc ñoäng treân doøng löu chaát  
Cheá ñoä doøng chaûy trong ñoái löu töï nhieân chòu taùc ñoäng cuûa  
soá khoâng thöù nguyeân Gr:  
gβl3∆t  
Gr ≡  
ν2  
Vôùi  
g: laø gia toác troïng tröôøng, g = 9,81 m/s2  
β: heä soá giaõn nôû nhieät, 1/K (ñoái vôùi khí lyù töôûng β=1/T)  
tw: nhieät ñoâ beà maët vaùch  
t0: nhieät ñoä doøng löu chaát  
l: chieàu daøi hình hoïc töông ñöông, m  
ν: ñoä nhôùt ñoäng hoïc cuûa löu chaát, m2/s  
7
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Soá Gr laø tieâu chuaån ñeå xaùc ñònh doøng löu chaát ôû cheá ñoä chaûy taàng  
hay chaûy roái trong quaù trình toûa nhieät ñoái löu töï nhieân.  
Ví duï: ñoái vôùi taám phaúng ñaët ñöùng, soá Gr tôùi haïn ñöôïc xaùc ñònh laø khoaûng 109.  
doøng löu chaát chaûy roái khi soá Gr lôùn hôn giaù trò tôùi haïn 109.  
Qua phaân tích caùc döõ lieäu thöïc nghieäm  
Töông quan thöïc nghieäm cho soá haïng Nu trung bình trong toaû  
nhieät ñoái löu  
αl  
λ
n
Nu = = C  
(
Gr.Pr  
)
= C.Ran  
8
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
n
Nu = C  
(
Gr.Pr  
)
= C.Ran  
gβl3∆t  
αl  
λ
ν
a
Nu =  
Pr =  
Gr =  
ν2  
1
ttb = ⋅  
2
Giaù trò nhieät ñoä trung bình tính toaùn:  
(
tw + tf  
)
(töø ttb tra caùc thoâng soá vaät lyù λ, ν, Pr)  
Löu chaát loûng gioït: β tra baûng  
Löu chaát khí (hôi): β = 1/ T = 1/ (ttb + 273) , 1/K  
Kích thöôùc tính toaùn:  
–
–
–
Vaùch ñöùng, oáng ñöùng: choïn chieàu cao l =H  
OÁng naèm ngang: choïn ñöôøng kính l = d  
Taám phaúng ñaët naèm ngang: choïn kích thöôùc ngaén  
9
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Töø thöïc nghieäm xaùc ñònh heä soá C vaø n theo baûng  
Traïng thaùi chuyeån ñoäng  
Ra  
C
n
Chaûy maøng  
< 0,001  
0,5  
0
Chaûy quaù ñoä  
(töø maøng sang taàng)  
0,001 ÷ 500  
1,18  
1/8  
500 ÷ 2.107  
2.107 ÷ 1013  
Chaûy taàng  
Chaûy roái  
0,54  
1/4  
1/3  
0,135  
10  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Tröôøng hôïp ñaëc bieät: Ñoái vôùi taám phaúng ñaët naèm ngang  
Töø thöïc nghieäm xaùc ñònh heä soá C vaø n theo baûng  
C
n
Ra = Gr.Pr  
Beà maët noùng  
Beà maët noùng  
höôùng leân treân höôùng xuoáng döôùi  
< 0,001  
0,65  
1,53  
0,7  
0,35  
0,83  
0
0,001 ÷ 500  
500 ÷ 2.107  
2.107 ÷ 1013  
1/8  
1/4  
1/3  
0,38  
0,176  
0,095  
11  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Ví duï 1:  
Xeùt moät ñöôøng oáng daãn nöôùc noùng daøi L = 6m, ñöôøng  
kính ngoaøi D = 8cm ñaët naèm ngang ñi qua moät phoøng roäng  
coù nhieät ñoä phoøng laø t0 = 18oC.  
Nhieät ñoä beà maët ngoaøi cuûa oáng laø tw = 70oC.  
Haõy xaùc ñònh löôïng nhieät toån thaát qua oáng do quaù trình  
toûa nhieät ñoái löu töï nhieân?  
12  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Ví duï 2:  
Xeùt moät taám phaúng hình vuoâng coù kích thöôùc 0,6 x 0,6m  
ñöôïc ñaët trong gian phoøng coù nhieät ñoä t0 = 30oC. Moät beà maët taám  
phaúng luoân ñöôïc duy trì ôû nhieät ñoä 74oC, maët beân kia ñöôïc caùch  
nhieät.  
Haõy xaùc ñònh löôïng nhieät trao ñoåi töø taám phaúng vaø moâi  
tröôøng baèng ñoái löu töï nhieân qua caùc tröôøng hôïp sau:  
a) Taám phaúng ñaët ñöùng.  
b) Taám phaúng ñaët naèm ngang vôùi beà maët noùng höôùng leân treân.  
c) Taám phaúng ñaët naèm ngang vôùi beà maët noùng höôùng xuoáng  
döôùi.  
13  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
3. Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian heïp:  
14  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Coù theå xem quaù trình toûa nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian  
kín laø quaù trình daãn nhieät oån ñònh qua moät lôùp löu chaát  
(coù xeùt ñeán toaû nhieät ñoái löu)  
T − T2  
1
Qconv = λtđ ⋅F⋅  
δ
Heä soá daãn nhieät töông ñöông: λtñ  
λtđ = εtđ .λ  
15  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Xaùc ñònh εtñ:  
• Kích thöôùc caùc ñònh: l = δ  
• Nhieät ñoä tính toaùn: t = 0,5(tw1 + tw2)  
gβl3 (tw1 − tw2 )  
• Tính soá Gr:  
Gr =  
ν2  
Theo soá lieäu thöïc nghieäm:  
Gr.Pr < 103  
εtñ = 1  
Gr.Pr ≥ 103  
εtñ = 0,18(Gr.Pr)0,25  
tw1 − tw2  
Qconv = λtđ ⋅F⋅  
λtđ = εtđ .λ  
δ
16  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Ví duï 3:  
Xeùt moät cöûa soå cao 0,8m, roäng 2m loaïi cöûa soå keùp hai  
lôùp kính.  
Giöõa hai lôùp kính laø moät lôùp khoâng khí coù beà daøy laø 2cm,  
Nhieät ñoä taïi hai beà maët kính ño ñöôïc laø 12oC vaø 2oC.  
Haõy xaùc ñònh löôïng nhieät truyeàn qua cöûa soå.  
17  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
Tài liệu tham khảo:  
1. Hoàng Đình Tín, truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi  
nhiệt, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2001  
2. Nguyễn Toàn Phong, Bài Giảng môn học truyền nhiệt, Trường  
Đại học Bách Khoa TpHCM  
3. J.P.Holman, heat transfer, Ninth edition, Mc Grew Hill.  
18  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  
HẾT CHƯƠNG 5  
19  
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân  
pdf 19 trang baolam 17040 Free
Download
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 4: Toả nhiệt đối lưu tự nhiên - 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_4_toa_nhiet_doi_luu_tu_nhien_p.pdf