TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU

TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU  Là trình trao đổi nhiệt nhờ chuyển động (vĩ mơ) chất lỏng chất khí vùng có nhiệt độ khác  Trao đổi nhiệt đối lưu kèm theo dẫn nhiệt (nhưng không đáng kể) ln có tiếp xúc phần tử có nhiệt độ khác  Toả nhiệt đối lưu: trình trao đổi nhiệt đối lưu bề mặt vật rắn với chất lỏng chất khí chuyển động NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG Những nhân tố ảnh hưởng đến chuyển động chất lỏng chất khí ảnh hưởng đến q trình trao đổi nhiệt đối lưu  Nguyên nhân gây chuyển động - Chuyển động tự nhiên chênh lệch mật độ Lực nâng P = g∆ - Chuyển động cưỡng tác dụng ngoại lực (bơm, quạt…) Trong chuyển động cưỡng kèm theo chuyển động tự nhiên NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG  Chế độ chuyển động (phụ thuộc vào Re = l/  [m/s]; l [m]; độ nhớt động học  [m2/s]) - Chảy tầng (Re < 2300): quỹ đạo chuyển động phần tử song song với - Chảy rối (Re > 2300): quỹ đạo chuyển động phần tử khơng theo quy luật nào.Trong dịng chảy rối, ln tồn lớp đệm (biên) chảy tầng sát bề mặt vách rắn ma sát chất lỏng với với vách chất rắn Chiều dày lớp đệm tầng phụ thuộc vào tốc độ chuyển động độ nhớt chất lỏng NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG Tính chất vật lý chất lỏng hay chất khí: , C, , a, độ nhớt động học  [m2/s], độ nhớt động lực học  [Ns/m2], hệ số giãn nở thể tích  [1/K] Ta có quan hệ  =   Hình dạng, kích thước, vị trí bề mặt trao đổi nhiệt HỆ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN Phương trình lượng (cân lượng); Phương trình chuyển động (phương trình động lượng - cân lực); Phương trình liên tục (cân chất); Phương trình trao đổi nhiệt ĐIỀU KIỆN ĐƠN TRỊ  Điều kiện thời gian: đặc trưng cho đặc tính q trình theo thời gian;  Điều kiện hình học: đặc trưng cho hình dạng kích thước bề mặt trao đổi nhiệt đối lưu;  Điều kiện vật lý: đặc trưng cho tính chất vật lý mơi trường xảy q trình trao đổi nhiệt đối lưu;  Điều kiện biên (loại 3) đặc trưng cho đặc tính q trình trao đổi nhiệt xảy bề mặt vật thể CÔNG THỨC NEWTON  Để xác định lượng nhiệt trao đổi bề mặt vách chất lỏng hay chất khí: q = (tw – tf) [W/m2] Q = qF = F(tw – tf) [W] - q, Q mật độ dòng nhiệt dòng nhiệt - F diện tích bề mặt trao đổi nhiệt [m2] - tw, tf nhiệt độ bề mặt vách chất lỏng xa bề mặt vách [oC] -  hệ số trao đổi (toả) nhiệt đối lưu [W/m2K] CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH   = f (, C, , , , tw, tf, , kích thước…)  Phương pháp giải tích: viết hệ phương trình vi phân giải với điều kiện đơn trị Phương pháp thực nghiệm: xây dựng thí nghiệm để đo số đại lượng cần thiết để từ xác định  Lý thuyết đồng dạng: để mở rộng kết thực nghiệm LÝ THUYẾT ĐỒNG DẠNG  tượng vật lý đồng dạng chúng có chất vật lý mơ tả hệ phương trình vi phân, kể điều kiện đơn trị  Nếu tượng vật lý đồng dạng biểu diễn phương trình f (, , , , l,…), ta có số đồng dạng: l1 1 1 1 1  C ;  C ;  C ;  C ;  Cl 2 2 2 2 l2 ĐỐI VỚI DÃY ỐNG THỨ VÀ Với chùm ống song song: 1  0,6 ;   0,9 Với chùm ống so le: 1  0,6 ;   0,7 Hệ số toả nhiệt trung bình chùm ống 1    n  2  n TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU KHI CÓ BIẾN ĐỔI PHA ĐỐI LƯU KHI CÓ BIẾN ĐỔI PHA Là trình trao đổi nhiệt đối lưu có biến đổi chất lỏng thành hơi thành chất lỏng Trao đổi nhiệt lỏng chuyển thành gọi trao đổi nhiệt sôi, ngược lại trao đổi nhiệt ngưng Hệ số trao đổi nhiệt  có biến đổi pha lớn nhiều so với đối lưu pha ĐỐI LƯU KHI SƠI Điều kiện để có q trình sơi: - Chất lỏng phải nhiệt (t > ts) - Phải có tâm sinh (hạt bụi, bọt khí, chỗ lồi lõm bề mặt vật rắn) Sơi thể tích: tồn khối chất lỏng phải q nhiệt (giảm áp suất, nguồn nhiệt thể tích chất lỏng) Sôi bề mặt: lớp chất lỏng sát bề mặt vật rắn phải nhiệt SỰ HÌNH THÀNH, LỚN LÊN VÀ TÁCH LY CÁC BỌT HƠI  Bán kính tâm sinh hơi: 2Ts R0  r h t Dt m; q  N / m; Ts K ; t  t w  t s K ;  r J / kg;  h kg / m3   Tần số sinh hơi: f   Đường kính tách ly bọt: Dt  0,0205 q  g  f   h  m  s  1  Với chất lỏng: fDt  const CHẾ ĐỘ SƠI BỌT, SƠI MÀNG Sơi bọt: bọt sinh ra, lớn lên tách khỏi bề mặt đốt (bề mặt gia nhiệt) Sôi màng: bọt sinh ra, liên kết với thành màng, lớn lên tách khỏi bề mặt gia nhiệt Các màng ngăn chất lỏng tiếp xúc với vách  bọt > màng Sự hình thành tách ly bọt, màng gây xáo trộn mạnh  tăng hệ số trao đổi nhiệt đối lưu  ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ QUÁ NHIỆT ĐẾN TRAO ĐỔI NHIỆT KHI SÔI  AB - chủ yếu đối lưu tự nhiên  BK - sôi bọt chủ yếu  K điểm chuyển tiếp sôi bọt sôi màng (điểm tới hạn ∆tth, th, qth)  Cần trì chế độ sôi bọt  ∆t < ∆tth q [W/m2]  [W/m2K] q K 10  B 103 A 102 Sôi bọt 10 Sôi màng ∆tth 102 ∆t 103 [K] TÍNH TỐN TRAO ĐỔI NHIỆT KHI SƠI  Với H2O, chế độ sôi bọt, p = 0,2  80 bar (công thức M.A Mikheev)   3,15 p 0,15q 0,7   46t 2,33 p 0,5 W/m K  W/m K  2 - p áp suất tuyệt đối [bar] - q mật độ dòng nhiệt [W/m2] - ∆t = tw – ts độ q nhiệt [K] TÍNH TỐN TRAO ĐỔI NHIỆT KHI SƠI  Cần đảm bảo dòng nhiệt nhỏ dòng nhiệt tới hạn: qth  0,14r g h2  f   h  - r nhiệt hoá [J/kg]  sức căng bề mặt [N/m] g = 9,81 gia tốc trọng trường [m/s2] f, h khối lượng riêng pha lỏng pha [Kg/m3] ĐỐI LƯU KHI NGƯNG Là trình trao đổi nhiệt ngưng tụ lại thành lỏng Thường gặp trình ngưng bề mặt vật rắn Điều kiện để ngưng: - Nhiệt độ tw < ts - Có tâm ngưng tụ (hạt bụi, bọt khí, chỗ lồi lõm bề mặt) Chế độ ngưng: ngưng giọt, ngưng màng ĐỐI LƯU KHI NGƯNG  Ngưng giọt: - Khơng ổn định, xảy ngắn, - Có hệ số trao đổi nhiệt lớn (15 – 20 lần so với ngưng màng) tiếp xúc trực tiếp với bề mặt trao đổi nhiệt  Ngưng màng: - Ổn định, - Hệ số trao đổi nhiệt nhỏ, phụ thuộc vào chiều dày màng ngưng QUÁ TRÌNH NGƯNG MÀNG TRÊN BỀ MẶT THẲNG ĐỨNG  Xét trình toả nhiệt màng ngưng chảy tầng:   q  t s  t w  W / m   dx   x  dx  q   x t s  t w  W / m       Giải phương trình chuyển động màng nước ngưng theo hướng x: 4 t s  t w x m dx  rg x ts dx tw x QUÁ TRÌNH NGƯNG MÀNG TRÊN BỀ MẶT THẲNG ĐỨNG Hệ số toả nhiệt trung bình dọc theo ống đặt đứng có chiều cao h: 1h 1h   d    x dx   dx h0 h dx gr3  d  0,943 t s  t w h x ts dx tw W / m K  x QUÁ TRÌNH NGƯNG MÀNG TRÊN BỀ MẶT NGHIÊNG VÀ NẰM NGANG Với ống nghiêng góc  so với phương thẳng đứng:  ngh   d cos  Với ống nằm ngang:  ng gr  0,724  t s  t w d W / m K  CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỐI LƯU KHI NGƯNG  Ảnh hưởng tốc độ hướng chuyển động (công thức với trường hợp không chuyển động)  Ảnh hưởng cách bố trí ống  Ảnh hưởng nhiệt: làm tăng  entanpi nhiệt lớn bão hoà khô  Ảnh hưởng trạng thái bề mặt: với bề mặt xù xì,  giảm 30% so với mặt nhẵn  Ảnh hưởng khí khơng ngưng:  giảm khí khơng ngưng bám vào bề mặt vách làm tăng nhiệt trở màng nước ngưng .. .TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU  Là trình trao đổi nhiệt nhờ chuyển động (vĩ mô) chất lỏng chất khí vùng có nhiệt độ khác  Trao đổi nhiệt đối lưu kèm theo dẫn nhiệt... thước bề mặt trao đổi nhiệt đối lưu;  Điều kiện vật lý: đặc trưng cho tính chất vật lý mơi trường xảy trình trao đổi nhiệt đối lưu;  Điều kiện biên (loại 3) đặc trưng cho đặc tính trình trao đổi... xác định lượng nhiệt trao đổi bề mặt vách chất lỏng hay chất khí: q = (tw – tf) [W/m2] Q = qF = F(tw – tf) [W] - q, Q mật độ dòng nhiệt dòng nhiệt - F di? ??n tích bề mặt trao đổi nhiệt [m2] -