Chương 4: Trao đổi nhiệt đối lưu trong môi trường 1 pha docx

độ xác địnhĐối với chất khí: β = 1/T Đối với chất lỏng: TRA BẢNG... 4.2 Tỏa nhiệt đối lưu TỰ NHIÊNA TNĐL tự nhiên trong không gian vô hạn B TNĐL tự nhiên trong không gian hữu hạn Người s

Chương 4: TĐN đối lưu trong môi trường 1 pha

Người soạn: TS Hà anh Tùng

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

trong đó: - α là hệ số tỏa nhiệt đối lưu (W/m2.K)

- F là diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m2)

- Tw là nhiệt độ trung bình của bề mặt ( K hoặc oC)

- Tf là nhiệt độ trung bình của chất lỏng ( K hoặc oC)

Hệ số tỏa nhiệt α phụ thuộc rất nhiều yếu tố

( t w , t f , , , cp , , , , l 1, l2 , l3 K )

=

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

p.3

4.1 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG của TĐN ĐỐI LƯU

ỔN ĐỊNH Ỉ Pt tiêu chuẩn: Nu = f(Re, Gr, Pr)

™ TC Nusselt: biểu thị cường độ tỏa nhiệt:

λ

α

= l Nu

ý nghĩa VL: Nu = Q tỏa nhiệt đối lưu / Q dẫn nhiệt

Nu là TC chưa xác định (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: Gr gl23 Δ t

ν

β

=

ν Biểu thị ảnh hưởng của các thơng số

=> Đặc trưng cho TN đối lưu tự nhiên

α

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

4.2 Tỏa nhiệt đối lưu TỰ NHIÊN

A) TNĐL tự nhiên trong không gian vô hạn

B) TNĐL tự nhiên trong không gian hữu hạn

Người soạn: TS Hà anh Tùng

p.7

Ví dụ về TĐN Đối lưu tự nhiên

VD về TĐN đối lưu tự nhiên: TỔN THẤT NHIỆT TỪ MÁY/THIẾT BỊ RA

MÔI TRƯỜNG

* Thất thoát nhiệt từ vách buồng sấy, lò nung , lò hơi, buồng hấp-khử trùng, buồng khử ứng suất,…

* Tổn thất nhiệt trên đường ống dẫn hơi, khí nóng, …

* Làm mát “dàn nóng” tủ lạnh gia đình

* Nhiệt toả ra từ máy móc cơ khí: máy đùn nhựa,…

Œ CĐ của chất lỏng dọc bề mặt (BM) là do sự tồn tại Δt

Œ Nhiệt độ chỉ thay đổi trong lớp mỏng (lớp biên) sát BM TĐN

Œ Trường tốc độ trong lớp biên thay đổi lớn, tại BM w = 0

Œ Khi TĐN mãnh liệt, biến thiên to lớn thì chất lỏng CĐ càng mạnh

Œ Hai chế độ CĐ cơ bản: chảy tầng và chảy rối

ĐẶC TRƯNG của ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN

Người soạn: TS Hà anh Tùng

p.11

A) TNĐL tự nhiên trong không gian vô hạn

¾ Sử dụng PHƯƠNG TRÌNH TIÊU CHUẨN:

B) TNĐL tự nhiên trong khơng gian hữu hạn

Để đơn giản, xem QT TĐN này cơ bản là do

( w1 w2 )

δ λ

Tính tốn hệ số dẫn nhiệt tương đương:

Người soạn: TS Hà anh Tùng

- KTXĐ: lấy theo chiều dày khe δ

- NĐXĐ: lấy theo nhiệt độ trung bình chất lỏng tf = 0,5(tw1 + tw2)

( 1 2)

2

3

w w

4.3 TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC

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

Người soạn: TS Hà anh Tùng

™ 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

R l w

f f

f f

25 , 0 43

, 0 80

, 0

Pr

Pr Pr

Re 021 ,

Chế độ chảy rối: khi Re > 10 4

Xáo trộn rất mạnh; ảnh hưởng của ĐL tự nhiên có thể bỏ qua

Người soạn: TS Hà anh Tùng

p.19

A1 Tỏa nhiệt khi chảy rối

1. εl - ảnh hưởng của đoạn đầu ống Khi l/d > 50 thì εl = 1

Khi l/d < 50 Ỉ BẢNG : Trị số ε l khi chảy rối

2. εR - ảnh hưởng của ống cong: lực ly tâm khiến chất lỏng bị

nhiễu loạn hơn, làm tăng α.

d77,1

1+

=ε

Người soạn: TS Hà anh Tùng

p.21

A2 Tỏa nhiệt khi chất lỏng chảy tầng

Chảy tầng: Re < 2200 Ảnh hưởng của ĐLTN không thể bỏ qua

l w

f f

f f

25 , 0 1

, 0 43

, 0 33

, 0

Pr

Pr Pr

Re 15 ,

0 ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞

=

- Nếu (l/d)< 50 phải nhân thêm hệ số εl

BẢNG : Trị số ε l khi chảy tầng

εl 1,90 1,70 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 1

- Nếu (l/d)> 50 Ỉ εl = 1

A3 Tỏa nhiệt khi chất lỏng chảy quá độ

w

f 43

, 0 f o f

Pr

Pr Pr

B CHẤT LỎNG CHUYỂN ĐỘNG NGOÀI VẬT

Người soạn: TS Hà anh Tùng

p.23

B.1 Chất lỏng chảy ngang qua tấm phẳng

B.2 Chất lỏng chuyển động ngang qua ống đơn

B.3 Chất lỏng chuyển động ngang qua cụm ống

B1 Chất lỏng chuyển động ngang qua tấm phẳng

f 43

, 0 f 8 , 0 f

PrPr

Re037,0

f 43

,

0 f

50 ,

0 f

PrPr

Re68,0

B2 Chất lỏng chuyển động ngang qua ống đơn

Người soạn: TS Hà anh Tùng

, 0 5 , 0

Pr

Pr Pr

Re 56 ,

=

w

f f

f f

Nu

• Ref = 1000 ~ 2.105

25 , 0 36

, 0 6 , 0

Pr

Pr Pr

Re 28 ,

f f

Nu

+ Riêng đối với không khí Æ pt có dạng đơn giản hơn:

• Ref = 10 ~ 103 Nu f = 0 , 49 Re0f, 5

• Ref = 103 ~ 2.105 Nuf = 0 , 245 Re0f,6

) 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

Có thể tra εϕ ở đồ thị

Nếu góc va ϕ ≠ 90o, nhân thêm hệ số hiệu chỉnh

B.3 Chất lỏng chuyển động ngang qua cụm ống

Người soạn: TS Hà anh Tùng

ống thứ 3 trở đi: HSTN ổn định

Hai cách bố trí cơ bản: song song và so le

f 36

,

0 f

5 ,

0 f

PrPr

Re56,0

f 36

,

0 f

65 ,

0 f

PrPr

Re22,0

f 36

, 0 f 5 , 0 f

PrPr

Re56,0

, 0 6 ,

PrRe

40,0

Người soạn: TS Hà anh Tùng

p.29

Đối với không khí:

• Chùm ống song song

5 ,

0 f

f 0 , 49 Re

Nu =

65 ,

0 f

Hệ số hàng ống ε i :

Hàng ống Chùm ống song song Chùm ống so le thứ nhất εi = 0,6 εi = 0,6

thứ hai εi = 0,9 εi = 0,7

thứ ba trở đi εi = 1 εi = 1

Nếu góc va ϕ < 90o thì dùng hệ số εϕ để xét ảnh hưởng:

ϕo 90 80 70 60 50 40 30 20 10

εϕ 1 1 0,98 0,94 0,88 0,78 0,67 0,52 0,42

Người soạn: TS Hà anh Tùng

i

i i

n 2

Neáu