TRUYỀN NHIỆT B5 Trao đổi nhiệt đối lưu trong môi trường một pha

Chương 4: TĐN đối lưu trong môi trường 1 pha Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.1 p.1 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 NHẮC LẠI NHẮC LẠI : : Để tính trao đổi nhiệt đối lưu Để tính trao đổi nhiệt đối lưu Æ Æ th th ườ ườ ng d ng d ù ù ng c ng c ô ô ng th ng th ứ ứ c c Newton Newton : : Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.2 p.2 THỰC NGHIỆM Q F T w T f ( ) fw TTFQ − = α (W) hay α /1 T q Δ = (W/m 2 ) trong đó: - α là hệ số tỏa nhiệt đối lưu (W/m 2 .K) -Flà diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m 2 ) - T w là nhiệt độ trung bình của bề mặt ( K hoặc o C) - T f là nhiệt độ trung bình của chất lỏng ( K hoặc o C) Hệ số tỏa nhiệt α phụ thuộc rất nhiều yếu tố ( ) K 321pfw l,l,l ,,,,c,,, t , t f Φ μ ρ λ ω =α 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 Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.3 p.3 4.1 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG của TĐN ĐỐI LƯU ỔN ĐỊNH Ỉ Pt tiêu chuẩn: Nu = f(Re, Gr, Pr) Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.4 p.4  TC Nusselt: biểu thò cường độ tỏa nhiệt: λ α = l Nu ý nghóa VL: Nu = Q tỏa nhiệt đối lưu / Q dẫn nhiệt. Nu là TC chưa xác đònh (chứa α).  TC Reynolds: ν ω = l Re là tỷ số giữa lực quán tính và lực nhớt. => Đặc trưng cho TN đối lưu cưỡng bức  TC Grashof: t gl Gr 2 3 Δ ν β =  TC Prandtl: a Pr ν = Biểu thò ảnh hưởng của các thơng số vậtlýcủa chất lỏng đối với TĐN => Đặc trưng cho TN đối lưu tự nhiên α ¾ Ý nghĩa các thông số: Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.5 p.5 ν ω = l Re t gl Gr 2 3 Δ ν β = a Pr ν = ( ) Pr,Re,GrfNu = α l: Kích thước xác định (m) trong đó: ω: tốc độ trung bình của dòng chất lỏng (m/s) λ: hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng (W/m.độ) ν: độ nhớt động học (m 2 /s) a: hệ số khuyếch tán nhiệt của chất lỏng (m 2 /s) g: gia tốc trọng trường (m/s 2 ) β: hệ số giãn nở nhiệt (1/K) Tra bảng theo nhiệt độ xác định Đối với chất khí: β = 1/T Đối với chất lỏng: TRA BẢNG Sơ đồ tính toán cho bài toán TĐN Đối lưu Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.6 p.6 2/ Tính: ν ω = l Re t gl Gr 2 3 Δ ν β = ( ) Pr,Re,GrfNu = 3/ Suy ra: l Nu λ α = 1/ Xác định: Nhiệt độ xác định ( o C) Kích thước xác định l (m) Tra bảng λ, a, ν, β, Pr Lưu ý: Đối với chất khí: β = 1/T 4.2 Ta nhit i lu T NHIấN A) TNL tửù nhieõn trong khoõng gian voõ haùn B) TNL tửù nhieõn trong khoõng gian hửừu haùn Ngi son: TS. H anh Tựng HBK tp HCM 8/2009 p.7 p.7 V V í í d d ụ ụ v v ề ề T T Đ Đ N N Đố Đố i l i l ư ư u t u t ự ự nhi nhi ê ê n n Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.8 p.8 [...]... 8/2009 ĐẶC TRƯNG của ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN CĐ của chất lỏng dọc bề mặt (BM) là do sự tồn tại Δt Nhiệt độ chỉ thay đổi trong lớp mỏng (lớp biên) sát BM TĐN Trường tốc độ trong lớp biên thay đổi lớn, tại BM w = 0 Khi TĐN mãnh liệt, biến thiên to lớn thì chất lỏng CĐ càng mạnh Hai chế độ CĐ cơ bản: chảy tầng và chảy rối p.11 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM A) TNĐL tự nhiên trong khơng gian vơ... 1013 0,135 1/3 Chảy màng Riêng trường hợp đối với tấm phẳng đặt nằm ngang: (Gr.Pr)m p.13 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM B) TNĐL tự nhiên trong khơng gian hữu hạn Để đơn giản, xem QT TĐN này cơ bản là do dẫn nhiệt, với “hệ số dẫn nhiệt tương đương” λtđ p.14 λ tđ (t w1 − t w2 ) q= δ (W/m2) 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM Tính tốn hệ số dẫn nhiệt tương đương: λtd = λ.ε td... theo chiều dày khe δ - NĐXĐ: lấy theo nhiệt độ trung bình chất lỏng Tra bảng λ, a, ν, β, Pr tf = 0,5(tw1 + tw2) Lưu ý: Đối với chất khí: β = 1/Tm βgδ 3 - Tính Grf = (tw1 − tw2 ) 2 ν - Tính εtđ Khi (Gr ⋅ Pr ) f < 103 thì εtđ = 1 và λtđ = λ (DN đơn thuần) (Gr ⋅ Pr ) f ≥ 10 3 ε tđ = 0,18(Gr ⋅ Pr ) p.15 0 , 25 f Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 4.3 TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC p.16 8/2009 8/2009 Người... Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM A Chất lỏng chuyển động trong ống, rãnh A.1 Toả nhiệt khi chảy rối A.2 Tỏa nhiệt khi chất lỏng chảy tầng A.3 Toả nhiệt ở trạng thái quá độ Nu = f (Gr , Re, Pr ) p.17 α 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM Các CT thực nghiệm được chia theo 3 vùng CĐ: chảy tầng, chảy rối, g/đoạn quá độ NĐXĐ: nhiệt độ chất lỏng tf KTXĐ: d trong, hoặc Þ tương đương d tđ = F − diện tích tiết... C(Gr Pr ) n m α = Num λ l Trình tự tính tốn: 1/ KTXĐ: ống ngang lấy l = d ; vách đứng và ống đứng thì l = chiều cao; còn tấm ngang thì l lấy bằng chiều hẹp của tấm 2/ Nhiệt độ XĐ: 3/Tính tm = 1 (t f + t w ) 2 Tra bảng λ, a, ν, β, Pr Lưu ý: Đối với chất khí: β = 1/Tm βgl 3 Gr = 2 Δt ν 4/ Tra 2 hệ số C, n từ bảng p.12 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM Tra 2 hệ số C, n từ bảng Trạng thái chuyển... – d2 p.18 4F U 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM A1 Tỏa nhiệt khi chảy rối ωl ν Xáo trộn rất mạnh; ảnh hưởng của ĐL tự nhiên có thể bỏ qua Chế độ chảy rối: khi Re > 104 Re = PTTC tổng quát: Nu f = 0,021 Re Không khí có Pr ≈ const do đó: 0 ,80 f Pr 0 , 43 f ⎛ Pr f ⎞ ⎜ ⎜ Pr ⎟ ⎟ ⎝ w⎠ 0 , 25 ε lε R Nuf = 0,018Ref0,80 Chú ý: Một số tài liệu thường đưa ra những CT đơn giản để tính trực tiếp α... Tỏa nhiệt khi chất lỏng chảy tầng Chảy tầng: Re < 2200 Ảnh hưởng của ĐLTN không thể bỏ qua Nu f = 0,15 Re - Nếu (l/d)> 50 0 , 33 f Pr 0 , 43 f ⎛ Pr f ⎞ Gr ⎜ ⎜ Pr ⎟ ⎟ w ⎠ ⎝ 0 ,1 f 0 , 25 εl εl = 1 - Nếu (l/d)< 50 phải nhân thêm hệ số εl BẢNG : Trò số εl khi chảy tầng l/d 1 2 5 10 εl 1,90 1,70 1,44 1,28 15 20 30 40 50 1,18 1,13 1,05 1,02 1 p.21 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM A3 Tỏa nhiệt. .. chuyển động ngang qua cụm ống p.23 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM B1 Chất lỏng chuyển động ngang qua tấm phẳng * KTXĐ: l = chiều dài tấm (m) * NĐXĐ: chọn bằng nhiệt độ chất lỏng (tf) Re f > 10 5 Re f < 10 5 + Riêng đối với khơng khí ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ ⎛ Pr Nu f = 0,68 Re 0,50 Prf0,43 ⎜ f f ⎜ Pr ⎝ w 0 , 25 pt có dạng đơn giản hơn: Re f > 10 5 Nu f = 0,032 Re 0f ,8 Re f < 10 5 Nu f = 0,066 Re 0f ,5... 0,8 Prf0 , 43 ⎜ f f ⎜ Pr ⎝ w ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM B2 Chất lỏng chuyển động ngang qua ống đơn * KTXĐ: đường kính ngồi ống (d) * NĐXĐ: nhiệt độ chất lỏng (tf) • Ref = 10 ~ 103 : • Ref = 1000 ~ 2.105 + Riêng đối với khơng khí Pr f ⎞ 0,5 0 , 36 ⎛ Nu f = 0,56 Re f Pr f ⎜ ⎜ Pr ⎟ ⎟ ⎝ w⎠ Nu f = 0,28 Re 0, 6 f Pr 0 , 36 f pt có dạng đơn giản hơn: • Ref = 10 ~ 103 Nu f = 0,49 Re... soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM Nếu góc va ϕ ≠ 90o, nhân thêm hệ số hiệu chỉnh εϕ = αϕ α 90 o Có thể tra εϕ ở đồ thò QT tỏa nhiệt khi chất lỏng chảy ngang qua các vật có hình dạng bất kỳ rất phức tạp nên khó xây dựng được qui luật chung mà cần tiến hành thí nghiệm riêng từng trường hợp p.26 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 B.3 Chất lỏng chuyển động ngang qua cụm ống Hai cách bố trí cơ . TĐN đối lưu trong môi trường 1 pha Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.1 p.1 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. tự nhiên 4.3 Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức NHẮC LẠI NHẮC LẠI : : Để tính trao đổi nhiệt đối lưu Để tính trao đổi nhiệt đối lưu Æ Æ th th ườ ườ ng d ng d ù ù ng c ng c ô ô ng th ng th ứ ứ c c Newton Newton : : Người. NGHIỆM Q F T w T f ( ) fw TTFQ − = α (W) hay α /1 T q Δ = (W/m 2 ) trong đó: - α là hệ số tỏa nhiệt đối lưu (W/m 2 .K) -Flà diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m 2 ) - T w là nhiệt độ trung bình của bề mặt ( K hoặc o C) - T f là nhiệt độ trung