Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kỹ thuật Hóa học BỘ MÔN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Bài TRUYỀN NHIỆT ĐỐI LƯU CBHD Sinh viên MSSV Nhóm Lớp Ngày TN Năm học 2022 2023 MỤC[.]
Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kỹ thuật Hóa học BỘ MƠN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Bài: TRUYỀN NHIỆT ĐỐI LƯU CBHD: Sinh viên: MSSV: Nhóm: Ngày TN: Năm học 2022-2023 Lớp: MỤC LỤC I.TRÍCH YẾU .4 Mục đích thí nghiệm .4 Phương pháp thí nghiệm 2.1 Nội dung thí nghiệm 2.2 Quy trình vận hành .4 II LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM III DỤNG CỤ, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 10 4.1 Kết thí nghiệm thơ 10 4.2 Xử lý kết thí nghiệm 11 V BÀN LUẬN 15 5.1 Nhận xét mối quan hệ đồ thị 15 5.2 Nhận xét mức tin cậy kết nguyên nhân sai số 16 5.3 Nhận xét hệ số truyền nhiệt trường hợp đối lưu tự nhiên đối lưu cưỡng 16 5.4 Bộ trao đổi nhiệt hiệu để làm cho nhiệt độ khơng khí thiết bị TN tăng lên? 16 5.5 Bộ trao đổi nhiệt có bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn? Có mối quan hệ trao đổi nhiệt này? .16 5.6 Nếu thí nghiệm lặp lại cho tốc độ khác quạt, xác định mối quan hệ tốc độ với gradien nhiệt độ cánh tản nhiệt hay không? .17 VI PHỤ LỤC 17 6.1 Tính chất khơng khí 17 6.2 Các biểu thức tính tốn .17 6.2.1 Đối lưu tự nhiên bề mặt phẳng 17 6.2.2 Đối lưu cưỡng bề mặt phẳng 18 6.2.3 Hiệu suất trình đối lưu cưỡng bề mặt phẳng 19 6.2.4 Hiệu suất trình đối lưu cưỡng bề mặt có cảnh tản nhiệt dạng 19 VII TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 I.TRÍCH YẾU Mục đích thí nghiệm Giúp sinh viên củng cố kiến thức truyền nhiệt đối lưu Làm quen với cấu tạo, nguyên lý hoạt động thiết bị phương pháp thí nghiệm trao đổi nhiệt đối lưu Tính tốn, so sánh hệ số truyền nhiệt lý thuyết với hệ số truyền nhiệt thực nghiệm Chứng minh mối quan hệ hệ số truyền nhiệt vận tốc khơng khí Thiết lập cân nhiệt lượng q trình trao đổi nhiệt đối lưu Tính tốn so sánh hiệu loại thiết bị trao đổi nhiệt Nghiên cứu thay đổi nhiệt độ dọc theo bề mặt có cánh tản nhiệt & xác định mối quan hệ vận tốc khơng khí với gradien nhiệt độ cánh tản nhiệt Phương pháp thí nghiệm 2.1 Nội dung thí nghiệm Đo đại lượng: Công suất nguồn nhiệt Lưu lượng dịng khơng khí Nhiệt độ vị trí tương ứng 2.2 Quy trình vận hành Thí nghiệm 1: Đối lưu tự nhiên bề mặt phẳng Bật công tắc điều khiển Trên máy tính chọn phần mềm TSTCC, SELECT UNIT chọn TXC-FF Bấm START Xoay AR-1 để thay đổi giá trị từ 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60% tiến hành đo thơng số Thí nghiệm 2: Đối lưu cưỡng bề mặt phẳng Xoay nút AVE-1 (%) thiết lập giá trị quạt 100% Xoay nút AR-1 (%) từ 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60% tiến hành đo thơng số Thí nghiệm 3: Hiệu suất trình đối lưu cưỡng bề mặt phẳng Tiến hành tương tự thí nghiệm 1, cố định công suất quạt 20, 40, 60, 80, 100% ứng với giá trị công suất điện trở 30W 40W Tiến hành đo thông số Sau đo xong, thiết lập tất giá trị 0, chờ cho nhiệt độ trao đổi nhiệt ST-8 nhiệt độ phịng Thí nghiệm 4: Hiệu suất trình đối lưu cưỡng trao đổi nhiệt bề mặt có cách tản nhiệt dạng Thay trao đổi nhiệt bề mặt phẳng trao đổi nhiệt có cánh tản nhiệt dạng Tiến hành tương tự thí nghiệm Kết thúc thí nghiệm, dọn khu vực thí nghiệm II LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM Khi bề mặt làm nóng tỏa nhiệt môi trường xung quanh chủ yếu trình gọi đối lưu nhiệt Nhiệt bị mát phần dẫn nhiệt xạ nhiệt nhiên thường khơng xem xét q trình tính tốn Nếu có tác động từ bên ngồi khác biệt áp suất tạo chuyển động chất lưu, trình gọi đối lưu cưỡng bức, tác động thường gây quạt, bơm hay máy nén, Hình 2: Đối lưu tự nhiên Hình 1: Đối lưu cưỡng Nghiên cứu vận tốc truyền nhiệt đối lưu đòi hỏi hiểu biết nguyên tắc dẫn nhiệt, động học chất lỏng, khí lý thuyết dòng chảy lưu chất Tất biểu diễn với định luật cấp nhiệt Newton q =h(ts−tf ) A (1) Với: h: Hệ số truyền nhiệt [W/m2.độ], xem phụ lục A: diện tích bề mặt phẳng [m2] ts: nhiệt độ bề mặt phẳng tf: nhiệt độ trung bình khơng khí Định nghĩa hệ số truyền nhiệt xem quan hệ thông lượng nhiệt theo khác biệt nhiệt độ bề mặt trao đổi nhiệt lưu chất −kf h= ( ∂∂ nt ) s ts−tf Với: Kf: độ dẫn nhiệt lưu chất ts: nhiệt độ bề mặt phẳng tf: nhiệt độ lưu chất xa bề mặt ( ∂∂nt ) : với gradien nhiệt độ lưu chất, đo bề mặt theo phương pháp tuyến s Cơng thức sử dụng số tốn học chất lỏng để xác định h Tổng quát phải giải đồng thời phương trình điều kiện giới hạn thích hợp Đơn giản hóa, người ta xem xét lưu chất chuyển động chiều khơng gian, tức cần phương trình gồm hai thành phần tốc độ, áp suất nhiệt độ Hệ số truyền nhiệt h phụ thuộc nhiều yếu tố: + Loại chất tải nhiệt: khí, lỏng, chế độ chuyển động chất tải nhiệt (dòng hay xốy) tốc độ chuyển động Nếu tốc độ chất tải nhiệt tăng chiều dày lớp chảy dòng sát thành thiết bị giảm làm cho nhiệt trở giảm nên hệ số cấp nhiệt α tăng + Kích thước, hình dạng, vị trí trạng thái bề mặt trao đổi nhiệt,… + Tính chất vật lý chất tải nhiệt: độ nhớt, độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, áp suất,… + Nếu µ↓, k↑, ρ↑, c↑ h↑ Như h cịn phụ thuộc vào nhiệt độ tính chất lý học thay đổi theo nhiệt độ Vậy h xác yếu tố thủy động lực học, vật lý hình học Quan hệ h với yếu tố phức tạp, khơng thể nêu thành cơng thức lý thuyết chung để tìm h mà có cơng thức thực nghiệm cho trường hợp cụ thể riêng Phương pháp thực nghiệm cịn mang tính cục trường hợp cụ thể, người ta đưa lý thuyết đồng dạng để giải vấn đề tồn Các chuẩn số đồng dạng gồm: Chuẩn số Nuselt (Nu) : đặc trưng cho cường độ trao đổi nhiệt chất tải nhiệt thành thiết bị Nu = hl k Với: h: hệ số truyền nhiệt [W/m2.độ] k: hệ số dẫn nhiệt [W/m.độ] l: kích thước hình học [m] (Nếu ống l đường kính ống cịn trụ thẳng đứng l chiều cao) Chuẩn số Prantl (Pr): đặc trưng cho tính chất vật lý chất tải nhiệt Chuẩn số Reynold (Re): đặc trưng cho chế độ chuyển động cưỡng chất tải nhiệt Chuẩn số Gratkov (Gr): đặc trưng cho chế độ chuyển động đối lưu tự nhiên Dựa vào ý nghĩa chuẩn số trên, ta thành lập phương trình chuẩn số tổng quát đặc trưng cho trình đăc trưng cho trình trao đổi nhiệt đối lưu: Nu = f (Re, Pr, Gr) Tuỳ trường hợp cụ thể mà phương trình đơn giản + Nếu đối lưu tự nhiên, ta không xét đến chuẩn số Re: Nu = f (Pr, Gr) + Nếu đối lưu cưỡng bức, ta không xét đến chuẩn số Gr: Nu = f (Re, Pr) Đối lưu cưỡng bề mặt phẳng Tốc độ lưu chất xác định tác nhân bên ngồi, thí nghiệm gây quạt, ta bỏ qua ảnh hưởng trọng lực Tốc độ dòng khí số Reynolds ảnh hưởng đến trình đối lưu cưỡng Mối tương quan sử dụng thí nghiệm số Nu biểu diễn hàm số Re Pr Hiệu suất trình đối lưu cưỡng bề mặt phẳng Hệ số truyền nhiệt đối lưu hệ số màng phụ thuộc vào tốc độ lưu chất diễn trình truyền nhiệt Khi tốc độ lưu chất tăng lên, số Re tăng dẫn đến tăng hệ số truyền nhiệt h Trong trường hợp này, giá trị nhiệt hấp thụ không khí q trình nghiên cứu thu Nó ln nhỏ cơng suất điện cung cấp cho điện trở Khi đạt đến cân bằng, nhiệt tỏa trao đổi nhiệt nhiệt mà không khí hấp thụ vào Để tính nhiệt lượng mà khơng khí hấp thụ vào, sử dụng định luật cấp nhiệt Newton (1) Với hệ số truyền nhiệt h tính trước, A diện tích bề mặt = 0,009604 m2, Nhiệt độ trung bình khơng khí: tf = x ( ST 1+ ST + ST ) Hiệu suất tính theo cơng thức eff = q (W ) Công suất hấp thụ x 100 = x 100 Công suất điện AR 1(W ) Hiệu suất trình đối lưu cưỡng bề mặt có cánh tản nhiệt dạng tản nhiệt hình trụ Trong trường hợp này, giá trị nhiệt hấp thụ khơng khí thu q trình thí nghiệm, giá trị ln nhỏ công suất điện cung cấp cho điện trở Khi đạt đến cân bằng, nhiệt tỏa trao đổi nhiệt nhiệt mà khơng khí hấp thụ vào Nhiệt lượng Q tính: Q = m.Ce.(Tf-Ti) Ở đây: m: khối lượng khơng khí Ce: nhiệt dung riêng khơng khí (xem phụ lục 1) Tf-Ti: thay đổi nhiệt đầu vào đầu Vì nhiệt khơng đo cơng suất, ta tính theo biến thiên theo thời gian với khối lượng khơng khí Trong trường hợp thí nghiệm này: Pabs SC ρ Ce (Tf −Ti) 3600 Hiệu suất: eff = Pabs (W ) x 100 AR 1(W ) III DỤNG CỤ, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Bộ thiết bị thí nghiệm mẫu TXC/FF hãng Edibon có thơng số kỹ thuật sau: Khung làm nhôm anot đảm bảo độ ổn định tốt khả chống lại môi trường Ống dẫn hình chữ nhật thép khơng ghỉ dài 0,7m, sơn chống ăn mòn Cửa quan sát làm PMMA cho phép quan sát trình trao đổi nhiệt thí nghiệm Phía có PVC đục lỗ đảm bảo dịng khí phân phối Cặp nhiệt điện loại J Nhiệt độ làm việc tối đa 150 độ C Cảm biến lưu lượng từ – 72 m3/h Bộ trao đổi nhiệt có bề mặt nhơm Bộ phận làm nóng có cơng suất 150W Quạt hướng trục điều khiển tốc độ, pham bi từ 0-72 m3/h Nguồn điện sử dụng 220-110V, 50-60 Hz 10 IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1 Kết thí nghiệm thô Bộ trao đổi nhiệt bề mặt phẳng AVE-1: 0% SC-1: 5.9 (m3/h) AR-1 (W) SW-1 (W) ST-8 (°C) ST-1 (°C) ST-4 (°C) ST-7 (°C) 25 24.9 38.9 32 31.9 32.1 30 30.8 43.1 32.4 32.2 32.3 35 35.4 47 32.7 32.5 32.5 40 40.7 51.6 33 32.8 32.8 45 44.5 54.6 33.2 33 33 50 49.9 59.1 33.5 33.3 33.2 55 54.6 64.1 33.8 33.6 33.4 60 60.2 68.7 34.1 33.9 33.6 Bảng 1: Đối lưu tự nhiên bề mặt phẳng Bộ trao đổi nhiệt bề mặt phẳng AVE-1: 100% SC-1: 40,5 (m3/h) AR-1 (W) SW-1 (W) ST-8 (°C) ST-1 (°C) ST-4 (°C) ST-7 (°C) 25 24.9 42.2 34.6 34.5 34.2 30 29.9 44.5 34.7 34.6 34.1 35 35.9 52 35.2 35 34.4 40 39.4 55.5 35.5 35.2 34.4 45 44.9 61.8 35.9 35.5 34.6 50 50.4 64.4 36.1 35.8 34.7 55 54.7 66.6 36.3 36 34.8 60 60.4 70.7 36.6 36.2 34.9 Bảng 2: Đối lưu cưỡng bề mặt phẳng Bộ trao đổi nhiệt bề mặt phẳng Aflat = 0,009604 m2 AR-1: 30W SW-1: 29,9W AR-1: 40W SW-1: 39,4W AVE-1 (%) SC-1 (m3/h) ST-1 (°C) ST-7 (°C) SC-1 (m3/h) ST-1 (°C) ST-7 (°C) 20 6.2 35.1 34.3 6.2 35.8 34.5 40 10.5 35 34.3 10.5 35.7 34.4 60 18.3 34.9 34.3 18.3 35.6 34.5 80 28.7 34.8 34.2 28.7 35.6 34.4 100 40.5 34.7 34.1 40.5 35.5 34.4 Bảng 3: Hiệu suất đối lưu cưỡng bề mặt phẳng 11 Bộ trao đổi nhiệt bề mặt có cánh tản nhiệt dạng AR-1: 30W SW-1: 30,1W AR-1: 40W SW-1: 40W AVE-1 (%) SC-1 (m3/h) ST-1 (°C) ST-7 (°C) SC-1 (m3/h) ST-1 (°C) ST-7 (°C) 20 6.2 34 33.6 6.2 35.7 33.9 40 10.2 34.5 33.6 10.3 36.5 34 60 18.1 34.7 33.6 18.1 36.8 34.1 80 28.5 35 33.7 28.5 37 34.1 100 40.5 35.2 33.7 40.5 37.1 34.2 Bảng 4: Hiệu suất trình đối lưu cưỡng trao đổi nhiệt bề mặt có cách tản nhiệt dạng 4.2 Xử lý kết thí nghiệm Bộ trao đổi nhiệt bề mặt phẳng: A flat = 0.009604 m2, l = 0.098 m AR-1 (W) SW-1 (W) 25 30 35 40 45 50 55 60 24.9 30.8 35.4 40.7 44.5 49.9 54.6 60.2 Ts (°C) 38.9 43.1 47 51.6 54.6 59.1 64.1 68.7 k Tf (°C) v.10^5 (m2/s) (W/m.K) 32 32.3 32.5667 32.8667 33.0667 33.3333 33.6 33.8667 1.6192 1.6199 1.6112 1.622 1.6249 1.626 1.6278 1.629 0.02644 0.02645 0.02659 0.02663 0.02684 0.02694 0.027 0.02706 Ra 557,122.38 870,408.02 1,174,800.44 1,502,343.97 1,720,458.87 2,054,117.31 2,423,973.92 2,762,223.50 Nu 7.21 7.71 8.06 8.36 8.54 8.77 8.99 9.17 h lý thuyết (W/m2.K ) 1.95 2.08 2.19 2.27 2.34 2.41 2.48 2.53 h thí nghiệm (W/m2.K) 375.7492 296.9442 255.3786 226.218 215.1774 201.6463 186.3977 179.9489 Bảng 5: Đối lưu tự nhiên bề mặt phẳng Đồ thị: Đồ thị 1: So sánh h lý thuyết thực nghiệm trường hợp đối lưu tự nhiên 12 Bộ trao đổi nhiệt bề mặt phẳng: A flat = 0.009604 m2, l = 0.098 m, S ống = 0.12x0.15 = 0.018 m2, AVE-1 = 100%, SC-1 = 40.5 m3/h h lý h thí AR-1 SW-1 k thuyết Ts (°C) Tf (°C) v.10^5 (m2/s) Re Nu nghiệm (W) (W) (W/m.K) (W/m2.K (W/m2.K) ) 25 24.9 42.2 34.4333 1.6170 0.02709 2,328.84 45.62 12.61 333.8201 30 29.9 44.5 34.4667 1.618 0.0271 2,794.75 49.98 13.82 310.2943 35 35.9 52 34.8667 1.6210 0.02712 3,349.37 54.72 15.14 218.1727 40 39.4 55.5 35.0333 1.630 0.02713 3,655.61 57.16 15.82 200.4458 45 44.9 61.8 35.3333 1.641 0.02715 4,137.98 60.82 16.85 176.6424 50 50.4 64.4 35.5333 1.645 0.02719 4,633.57 64.36 17.86 181.7949 55 54.7 66.6 35.7 1.65 0.02721 5,013.66 66.94 18.59 184.3218 60 60.4 70.7 35.9 1.652 0.02728 5,529.40 70.30 19.57 180.7197 Bảng 6: Đối lưu cưỡng bề mặt phẳng Đồ thị: Đồ thị 2: So sánh h lý thuyết thực nghiệm trường hợp đối lưu cưỡng 13 Bộ trao đổi nhiệt bề mặt phẳng: A flat = 0.009604 m2, l = 0.098 m, S ống = 0.12x0.15 = 0.018 m2, SW-1 = 29.9 W AVE-1 (%) 20 40 60 80 100 U0 (m/s) Ts (°C) 0.541667 0.540123 0.53858 0.537037 0.535494 45.1 Tf (°C) 34.7 34.65 34.6 34.5 34.4 v.10^5 (m2/s) 1.628 1.625 1.62 1.619 k (W/m.K) Re 0.0278 0.0274 0.0273 0.0272 3260.647 3257.36 3258.078 3250.749 0.0271 3243.411 1.618 Nu 53.98578 53.95856 53.96451 53.90378 53.8429 AR-1 = 30W, h (W/m2.K) 15.314333 15.086372 15.032969 14.961048 14.889211 q (W) H (%) 1.52962 1.514095 1.515955 1.523071 1.530057 3.82405 3.785239 3.789887 3.807677 3.825143 Bộ trao đổi nhiệt bề mặt phẳng: A flat = 0.009604 m2, l = 0.098 m, S ống = 0.12x0.15 = 0.018 m2, 40W, SW-1 = 39.4 W AVE-1 (%) 20 40 60 80 100 U0 (m/s) Ts (°C) 0.095679 0.162037 0.282407 0.442901 0.625 45.8 v.10^5 (m2/s) 35.15 1.638 35.05 1.630 35.05 1.630 35 1.628 34.95 1.622 Tf (°C) k (W/m.K) Re 0.02716 572.4385 0.02713 974.2104 0.02713 1697.91 0.0271 2666.113 0.02708 3776.202 Nu 22.61996 29.50896 38.95693 48.81651 58.09718 AR-1 = h (W/m2.K) 6.2689612 8.169163 10.78471 13.49926 16.053793 q (W) H (%) 0.641206 0.843409 1.113446 1.400186 1.67286 1.627426 2.140632 2.826005 3.553773 4.245837 Bảng 7: Hiệu suất trình đối lưu cưỡng bề mặt phẳng Đồ thị: Đồ thị 3:Mối quan hệ tốc độ quạt hiệu suất đối lưu cưỡng bề mặt phẳng 14 Bộ trao đổi nhiệt bề mặt có cánh tản nhiệt dạng tấm: AR-1: 30W AVE-1 (%) SC-1 (m3/h) ST-1 (°C) ST-7 (°C) 20 6.2 34 33.6 40 10.2 34.5 33.6 60 18.1 34.7 33.6 80 28.5 35 33.7 100 40.5 35.2 33.7 40W SC-1 (m3/h) ST-1 (°C) ST-7 (°C) 6.2 35.7 33.9 10.3 36.5 34 18.1 36.8 34.1 28.5 37 34.1 40.5 37.1 34.2 p Ce (kg/m3) (J/kg.K) 1.15001 1007.8 1.15001 1007.8 1.15001 1007.8 1.15 1007.8 1.15 1007.8 p Ce (kg/m3) (J/kg.K) 1.144 1007.9 1.144 1007.9 1.146 1007.9 1.146 1007.9 1.147 1007.9 SW-1: 30,1W Q (W) H (%) 0.694262 2.56989 5.573694 10.37194 17.00663 2.661362 9.851331 21.36601 39.75911 65.19206 Q (W) H (%) 3.12449 7.209285 13.68224 23.1397 32.88274 8.936041 20.61855 39.19962 66.29525 94.29125 Đồ thị 4: Hiệu suất trình đối lưu cưỡng cánh tản nhiệt dạn Đồ thị: Đồ thị 5: Mối quan hệ tốc độ quạt hiệu suất đối lưu cưỡng cánh tản nhiệt dạng 15 Đồ thị 6: So sánh hiệu suất cảnh tản nhiệt dạng bề mặt phẳng 30W Đồ thị 7: So sánh hiệu suất cánh tản nhiệt dạng bề mặt phẳng 40W V BÀN LUẬN 5.1 Nhận xét mối quan hệ đồ thị - Trong đối lưu tự nhiên đối lưu cưỡng bức, hệ số truyền nhiệt h thực tế lớn nhiều lần so với lý thuyết - Ở công suất điện trở 30W, tốc độ quạt tăng hiệu suất đối lưu cưỡng bề mặt phẳng không tăng, giá trị công suất điện trở 40W tốc độ quạt tăng, hiệu suất đối lưu cưỡng tăng theo - Tốc độ quạt tăng hiệu suất đối lưu cưỡng tăng 16 - Hiệu suất trình đối lưu cưỡng cánh tản nhiệt dạng cao nhiều so với bề mặt tản nhiệt phẳng 5.2 Nhận xét mức tin cậy kết nguyên nhân sai số Mức độ tin cậy kết tương đối cao, thiết bị tự động ghi nhận số liệu khơng có độ trễ lúc ghi kết quả, khoảng biến thiên nhiệt độ quanh điểm thiết lập tương đối nhỏ Các nguyên nhân sai số gồm: - Do thực thí nghiệm liên tục, thiết bị chưa hoàn toàn trở trạng thái ban đầu dẫn đến sai số - Sai số gắn phận tản nhiệt khơng chặt làm thất nhiệt môi trường - Nhiệt độ môi trường xung quanh ảnh hưởng phần đến thơng số dịng khí vào máy trưa nóng - Sai số q trình tính tốn, làm tròn số 5.3 Nhận xét hệ số truyền nhiệt trường hợp đối lưu tự nhiên đối lưu cưỡng Hệ số truyền nhiệt trường hợp đối lưu cưỡng cao nhiều so với đối lưu tự nhiên, nhiên hai so sánh giá trị thực tế giá trị lý thuyết giá trị lý thuyết bé nhiều lần so với thực tế 5.4 Bộ trao đổi nhiệt hiệu để làm cho nhiệt độ khơng khí thiết bị TN tăng lên? Bộ trao đổi nhiệt có cánh tản nhiệt dạng hiệu so với bề mặt phẳng có hiệu suất trình cao hẳn 5.5 Bộ trao đổi nhiệt có bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn? Có mối quan hệ trao đổi nhiệt này? Bộ trao đổi nhiệt có bề mặt trao đổi nhiệt lớn trao đổi nhiệt dạng Điều bề mặt trao đổi nhiệt thiết kế với nhiều gân chéo để tăng diện tích tiếp xúc tăng hiệu suất truyền nhiệt Các trao đổi nhiệt khác có mối quan hệ với thông qua yếu tố chung diện tích tiếp xúc, hiệu suất truyền nhiệt áp suất Điều có nghĩa nguyên lý hoạt động áp dụng cho tất loại trao đổi nhiệt 17 Tuy nhiên, trao đổi nhiệt khác có đặc điểm riêng biệt khiến chúng phù hợp với ứng dụng khác Ví dụ, trao đổi nhiệt dạng sử dụng ứng dụng đòi hỏi diện tích tiếp xúc lớn hơn, Do đó, mối quan hệ trao đổi nhiệt phức tạp cần xác định dựa yêu cầu ứng dụng cụ thể 5.6 Nếu thí nghiệm lặp lại cho tốc độ khác quạt, xác định mối quan hệ tốc độ với gradien nhiệt độ cánh tản nhiệt hay khơng? Có thể xác định mối quan hệ tốc độ quạt gradient nhiệt độ cánh tản nhiệt thơng qua thí nghiệm lặp lại với tốc độ khác quạt Khi tốc độ quạt tăng lên, lưu lượng khơng khí đẩy qua cánh tản nhiệt tăng, làm giảm gradient nhiệt độ cánh tản nhiệt Do đó, tốc độ quạt tăng lên, gradient nhiệt độ giảm xuống Việc thu thập liệu từ thí nghiệm khác với tốc độ khác quạt giúp xây dựng đường cong tốc độ-gradient nhiệt độ cánh tản nhiệt tạo mô hình để dự đốn hiệu suất cánh tản nhiệt tốc độ khác quạt VI PHỤ LỤC 6.1 Tính chất khơng khí Độ nhớt động học v (m2/s), hệ số dẫn nhiệt k (W/m K), khối lượng riêng (kg/m3), nhiệt dung riêng (J/kg K) khơng khí T (ºC) 20 40 60 80 100 6.2 v (m2/s)x10 -5 k (W/m K) 1,341 1,513 1,692 1,888 2,102 Các biểu thức tính tốn 6.2.1 0,02454 0,02603 0,02749 0,02894 0,03038 - Đối lưu tự nhiên bề mặt phẳng Chuẩn số Rayleigh trường hợp đối lưu tự nhiên: 18 Khối lượng riêng (kg/m3) 1,1881 1,1120 1,0452 0,9859 0,9329 Nhiệt dung riêng (J/kg K) 1007 1008 1009 1010 1012 Với: • – chiều dài đặc trưng (m) • g – trọng lực (9,8 m/s2) • β – nghịch đảo nhiệt độ trung bình khơng khí (K–1) • ν – độ nhớt động học khơng khí (m2/s) • Pr – chuẩn số Prandt, coi 0,7 phạm vi nhiệt độ sử dụng Biểu thức tính chuẩn số Nusselt trường hợp đối lưu tự nhiên bề mặt phẳng thẳng đứng: Hệ số truyền nhiệt đối lưu (theo lý thuyết) cho phẳng: Hệ số truyền nhiệt đối lưu theo thực nghiệm: Với: h: hệ số truyền nhiệt [W/m2 K] A: diện tích bề mặt truyền nhiệt = 0,009604 [m2] Ts = ST8 – nhiệt độ bề mặt phẳng Tf = ST 1+ ST 4+ ST : nhiệt độ trung bình khơng khí 6.2.2 Đối lưu cưỡng bề mặt phẳng Vận tốc dịng khơng khí: 19 Chuẩn số Re xác định chế độ chảy: Chuẩn số Nu chế độ chảy khác nhau: 6.2.3 Hiệu suất trình đối lưu cưỡng bề mặt phẳng 6.2.4 Hiệu suất trình đối lưu cưỡng bề mặt có cảnh tản nhiệt dạng 20