Bài giảng Truyền nhiệt VP - Bài 2 Trao đổi nhiệt bằng đối lưu - TS. Hà Anh Tùng (ĐH Bách khoa TP.HCM)

III. Trao đổi nhiệt bằng ĐỐI LƯU p.1 p.1 1 Khái niệm chung về TĐN Đối lưu 2 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG CỦA TĐN ĐỐI LƯU ỔN ĐỊNH 3 Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên 4 Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức 3.1 Khái niệm chung về TĐN Đối lưu p p.2 p.2 ĐN: là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra khi giữa một bề mặt vật rắn tiếp xúc với môi trường chất lỏng (khí) có nhiệt độ khác nhau Æ có sự chuyển động của chất lỏng Ví dụ: Một số ví dụ về trao đổi nhiệt đối lưu Một số ví dụ về trao đổi nhiệt đối lưu p.3 p.3 Cơ chế đối lưu tự nhiên của nước trong ống p.4 p.4 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 : : p.5 p.5 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 Φμρλω=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 p.6 p.6 3.2 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG của TĐN ĐỐI LƯU ỔN ĐỊNH Ỉ Pt tiêu chuẩn: Nu = f(Re, Gr, Pr) p.7 p.7  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: p.8 p.8 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 p.9 p.9 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 3.3 Ta nhit i lu T NHIấN p.10 p.10 A) TNL tửù nhieõn trong khoõng gian voõ haùn B) TNL tửù nhieõn trong khoõng gian hửừu haùn [...]... 8 /20 09 1 εl - ảnh hưởng của đoạn đầu ống Khi l/d > 50 thì εl = 1 Khi l/d < 50 BẢNG : Trò số εl khi chảy rối l/d 1 2 5 10 15 1⋅104 1,65 1,50 1,34 1 ,23 01,17 01,13 01,07 01,03 01 2 104 1,51 1,40 1 ,27 1,18 01,13 01,10 01,05 01, 02 01 5⋅104 1,34 1 ,27 1,18 01,13 01,10 01,08 01,04 01, 02 01 1⋅105 1 ,28 1 ,22 1,15 01,10 01,08 01,06 01,03 01, 02 01 1⋅106 1,14 1,11 1,08 01,05 01,04 01,03 01, 02 01,01 01 Ref 2 20... BẢNG : Trò số εl khi chảy tầng l/d 1 εl 1,90 1,70 1,44 1 ,28 A.3 2 5 10 15 20 30 40 50 1,18 1,13 1,05 1, 02 1 TỎA NHIỆT Ở TRẠNG THÁI QUÁ ĐỘ Re = 22 00 ~ 10000 Nu f = K o Pr 0 , 43 f ⎛ Prf ⎞ ⎜ ⎜ Pr ⎟ ⎟ ⎝ w⎠ 0 , 25 ⋅ εl BẢNG : Trò số Ko = f(Ref) Ref.1 0-3 2, 2 2, 3 2, 5 3,0 3,5 4,0 5,0 7,0 8,0 9,0 10 Ko 2, 7 3,3 4,1 7,0 9,0 10,3 15,5 19,5 23 27 30 33 p .20 6,0 ... 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.11 Tra 2 hệ số C, n từ bảng Trạng thái chuyển động (Gr.Pr)m C n < 10 -3 0,5 0 Quá độ từ chảy màng sang chảy tầng 1 10 -3 ÷ 5 1 02 1,18 1/8 Chảy tầng 5 1 02 ÷ 2 107 0,54 1/4 Chảy rối 2 107 ÷ 1 1013 0,135 1/3... hợp đối với tấm phẳng đặt nằm ngang: (Gr.Pr)m p. 12 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.13 λ tđ (t w1 − t w2 ) q= δ (W/m2) Tính tốn hệ số dẫn nhiệt tương đương: λtd = λ.ε td - KTXĐ: lấy 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. .. + 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.14 0 , 25 f 3.4 TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC p.15 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 p.16 Các CT thực nghiệm... εR - ảnh hưởng của ống cong: lực ly tâm khiến chất lỏng bò nhiễu loạn hơn, làm tăng α d ε R = 1 + 1,77 R R : bán kính cong của ống xoắn p.19 A .2 TỎA NHIỆT KHI CHẤT LỎNG CHẢY TẦNG Chảy tầng: Re < 22 00 Ảnh hưởng của ĐLTN không thể bỏ qua Nu f = 0,15 Re 0,33 f Prf0,43 Prf ⎝ Prw 0 ,1 ⎛ Grf ⎜ ⎜ Nếu (l/d)< 50 phải nhân thêm hệ số εl ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 0 ,25 BẢNG : Trò số εl khi chảy tầng l/d 1 εl 1,90 1,70 1,44 1 ,28 ... g/đoạn quá độ NĐXĐ: nhiệt độ chất lỏng tf KTXĐ: d trong, hoặc Þ tương đương d tđ = F − diện tích tiết diện ngang dòng chảy, m2 U − chu vi ướt, m p.17 4F U A.1 TỎA NHIỆT KHI CHẢY RỐI Chế độ chảy rối: khi Re > 104 ωl ν Xáo trộn rất mạnh; ảnh hưởng của ĐL tự nhiên có thể bỏ qua 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 . dụ về trao đổi nhiệt đối lưu Một số ví dụ về trao đổi nhiệt đối lưu p.3 p.3 Cơ chế đối lưu tự nhiên của nước trong ống p.4 p.4 Để tính trao đổi nhiệt đối lưu Để tính trao đổi nhiệt đối lưu Æ Æ th th ườ ườ ng. III. Trao đổi nhiệt bằng ĐỐI LƯU p.1 p.1 1 Khái niệm chung về TĐN Đối lưu 2 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG CỦA TĐN ĐỐI LƯU ỔN ĐỊNH 3 Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên 4 Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức 3.1. −= 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