Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 4: Trao đổi nhiệt bằng đối lưu trong môi trường 1 pha - Hà Anh Tùng
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
Chương 4: TĐN đối lưu trong môi trường 1 pha
4.1 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG CỦA TĐN ĐỐI LƯU ỔN ĐỊNH
4.2 Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên
4.3 Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức
p.1
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
NHẮC LẠI:
Để tính trao đổi nhiệt đối lưu Æ thường dùng công thức Newton:
(W)
Q =α F Tw −Tf
Q
Tf
F
ΔT
1/α
(W/m2)
q =
hay
Tw
- α là hệ số tỏa nhiệt đối lưu (W/m2.K)
- F là diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m2)
trong đó:
THỰC NGHIỆM
- Tw là nhiệt độ trung bình của bề mặt ( K hoặc oC)
- Tf là nhiệt độ trung bình của chất lỏng ( K hoặc oC)
p.2
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
Hệ số tỏa nhiệt α phụ thuộc rất nhiều yếu tố
α = f tw , tf , ω, λ, cp , ρ, μ, Φ, l1 , l2 , l3 K
Phương pháp giải tích gặp rất nhiều khó khăn
α được xác định từ thực nghiệm bằng phương pháp
CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐỒNG DẠNG
p.3
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
4.1 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG của TĐN ĐỐI LƯU
ỔN ĐỊNH Æ Pt tiêu chuẩn: Nu = f(Re, Gr, Pr)
αl
λ
α
Nu =
TC Nusselt: bieåu thò cöôøng ñoä toûa nhieät:
yù nghóa VL:
Nu = Q toûa nhieät ñoái löu / Q daãn nhieät.
Nu laø TC chöa xaùc ñònh (chöùa α).
ωl
ν
laø tyû soá giöõa löïc quaùn tính vaø löïc nhôùt.
=> Ñaëc tröng cho TN ñoái löu cöôõng böùc
Re =
TC Reynolds:
βgl3
TC Grashof:
TC Prandtl:
=> Ñaëc tröng cho TN ñoái löu töï nhieân
Gr =
Δt
ν2
ν
Bieåu thò aûnh höôûng cuûa các thông số
vật lý của chaát loûng ñoái vôùi TĐN
Pr =
a
p.4
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
βgl3
ν2
ν
a
ωl
ν
Pr =
Re =
¾ Ý nghĩa các thông số:
Gr =
Δt
α
Nu = f
Re,Gr,Pr
)
trong đó:
l: Kích thước xác định (m)
ω: tốc độ trung bình của dòng chất lỏng (m/s)
g: gia tốc trọng trường (m/s2)
λ: hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng (W/m.độ)
Tra bảng
theo nhiệt
độ xác định
a: hệ số khuyếch tán nhiệt của chất lỏng (m2/s)
ν: độ nhớt động học (m2/s)
Đối với chất khí: β = 1/T
β: hệ số giãn nở nhiệt (1/K)
Đối với chất lỏng: TRA BẢNG
p.5
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
Sơ đồ tính toán cho bài toán TĐN Đối lưu
1/ Xác định:
Nhiệt độ xác định (oC) Kích thước xác định l (m)
Tra bảng
Lưu ý: Đối với chất khí: β = 1/T
λ, a, ν, β, Pr
βgl3
ν2
ωl
ν
2/ Tính:
Re =
Gr =
Δt
λ
l
3/ Suy ra:
Nu = f
Re,Gr,Pr
)
α = Nu
p.6
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
4.2 Tỏa nhiệt đối lưu TỰ NHIÊN
A) TNĐL töï nhieân trong khoâng gian voâ haïn
B) TNĐL töï nhieân trong khoâng gian höõu haïn
p.7
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
Ví dụ về TĐN Đối lưu tự nhiên
p.8
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
VD về TĐN đối lưu tự nhiên: TOÅN THAÁT NHIEÄT TÖØ MAÙY/THIEÁT BÒ RA
MOÂI TRÖÔØNG
* Thaát thoaùt nhieät töø vaùch buoàng saáy, loø nung , loø hôi, buoàng haáp-khöû truøng,
buoàng khöû öùng suaát,…
* Toån thaát nhieät treân ñöôøng oáng daãn hôi, khí noùng, …
* Laøm maùt “daøn noùng” tuû laïnh gia ñình
* Nhieät toaû ra töø maùy moùc cô khí: maùy ñuøn nhöïa,…
p.10
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
ĐẶC TRƯNG của ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN
CÑ cuûa chaát loûng doïc bề mặt (BM) laø do söï toàn taïi Δt.
Nhieät ñoä chæ thay ñoåi trong lôùp moûng (lôùp bieân) saùt BM TÑN.
Tröôøng toác ñoä trong lớp biên thay ñoåi lôùn, taïi BM w = 0.
Khi TĐN maõnh lieät, bieán thieân to lôùn thì chaát loûng CÑ caøng maïnh.
Hai cheá ñoä CÑ cô baûn: chaûy taàng vaø chaûy roái.
p.11
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
A) TNĐL tự nhiên trong không gian vô hạn
¾ Sử dụng PHƯƠNG TRÌNH TIÊU CHUẨN:
λ
l
n
m
α = Num
)
Num = C Gr.Pr
¾ Trình tự tính toán:
1/ KTXÑ: oáng ngang laáy l = d ; vaùch ñöùng và oáng ñöùng thì l = chieàu cao;
còn tấm ngang thì l lấy bằng chiều hẹp của tấm
1
2
Tra bảng
tm =
Δt
(
tf + tw
)
λ, a, ν, β, Pr
2/ Nhiệt độ XÑ:
βgl3
Lưu ý: Đối với chất khí: β = 1/Tm
3/Tính
Gr =
ν2
4/ Tra 2 hệ số C, n từ bảng
p.12
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
Tra 2 hệ số C, n từ bảng
Traïng thaùi chuyeån ñoäng
(Gr.Pr)m
C
n
< 10 -3
0,5
0
Chaûy maøng
1. 10 -3 ÷ 5. 102 1,18
5. 102 ÷ 2. 107
0,54
2. 107 ÷ 1. 1013 0,135
1/8
Quaù ñoä töø chaûy maøng sang chaûy taàng
Chaûy taàng
Chaûy roái
1/4
1/3
Riêng trường hợp đối với tấm phẳng đặt nằm ngang:
(Gr.Pr)m
p.13
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
B) TNĐL tự nhiên trong không gian hữu hạn
Ñeå ñôn giaûn, xem QT TĐN naøy cô baûn laø do
dẫn nhiệt, vôùi “heä soá daãn nhieät töông ñöông” λtñ.
λtñ
(W/m2)
(
)
q = tw1 − tw2
δ
p.14
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
Tính toán hệ số dẫn nhiệt tương đương:
λtd = λ.εtd
- KTXĐ: lấy theo chieàu daøy khe δ
- NÑXÑ: lấy theo nhiệt độ trung bình chaát loûng tf = 0,5(tw1 + tw2).
Tra bảng
Lưu ý: Đối với chất khí: β = 1/Tm
λ, a, ν, β, Pr
βgδ 3
- Tính
Grf =
(
tw1 −tw2
)
ν 2
- Tính εtđ
Khi
(
Gr ⋅Pr
)
)
<103
≥103
thì εtñ = 1 vaø λtñ = λ (DN ñôn thuaàn)
f
f
0,25
)
εtñ = 0,18 Gr ⋅ Pr
(
Gr ⋅Pr
f
p.15
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
4.3 TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
p.16
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
A. Chất lỏng chuyển động
trong ống, rãnh
A.1 Toaû nhieät khi chaûy roái
A.2 Toûa nhieät khi chaát loûng chaûy taàng
A.3 Toaû nhieät ôû traïng thaùi quaù ñoä
α
)
Nu = f Gr,Re,Pr
p.17
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
Caùc CT thöïc nghieäm ñöôïc chia theo 3 vuøng CÑ:
chaûy taàng, chaûy roái, g/ñoaïn quaù ñoä.
NÑXÑ: nhieät ñoä chaát loûng tf
4F
U
dtñ =
KTXĐ: d trong, hoaëc Þ töông ñöông
F − dieän tích tieát dieän ngang doøng chaûy, m2.
U − chu vi öôùt, m.
dtđ = d1 – d2
p.18
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
A1. Tỏa nhiệt khi chảy rối
ωl
ν
Cheá ñoä chaûy roái: khi Re > 104
Re =
Xaùo troän raát maïnh; aûnh höôûng cuûa ÑL töï nhieân coù theå boû qua.
PTTC toång quaùt:
0,25
Pr
⎛ ⎞
f
Nuf = 0,021Re0f,80 Prf0,43
εlεR
⎜ ⎟
⎜ ⎟
Prw
⎝ ⎠
Khoâng khí coù Pr ≈ const do ñoù: Nuf = 0,018Ref0,80
) Chuù yù:
Moät soá taøi lieäu thöôøng ñöa ra nhöõng CT ñôn giaûn ñeå tính tröïc tieáp α . Ñoù
chæ laø caùch bieåu dieãn khaùc ruùt ra töø PTTC, khoâng maâu thuaãn vôùi nhöõng CT treân.
Coù moät soá CT thöïc nghieäm khaùc nhau, nhöng khoâng theå noùi CT naøo öu
vieät hôn.
p.19
8/2009
1. εl - aûnh höôûng cuûa ñoaïn ñaàu oáng. Khi l/d > 50 thì εl = 1.
Khi l/d < 50 Æ BAÛNG : Trò soá εl khi chaûy roái
l/d
1
2
5
10
15
20
30
40
50
Ref
1⋅104
1,65 1,50 1,34 1,23 01,17 01,13 01,07 01,03 01
1,51 1,40 1,27 1,18 01,13 01,10 01,05 01,02 01
1,34 1,27 1,18 01,13 01,10 01,08 01,04 01,02 01
1,28 1,22 1,15 01,10 01,08 01,06 01,03 01,02 01
1,14 1,11 1,08 01,05 01,04 01,03 01,02 01,01 01
2⋅104
5⋅104
1⋅105
1⋅106
2. εR - aûnh höôûng cuûa oáng cong: löïc ly taâm khieán chaát loûng bò
nhieãu loaïn hôn, laøm taêng α.
d
εR =1+1,77
R
R : baùn kính cong cuûa oáng xoaén.
p.20
Tải về để xem bản đầy đủ
31 trang
25240
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 4: Trao đổi nhiệt bằng đối lưu trong môi trường 1 pha - Hà Anh Tùng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_truyen_nhiet_chuong_4_trao_doi_nhiet_bang_doi_luu.pdf
