BÀI tập đối lưu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM BÀI TẬP ĐỐI LƯU TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM l Re    gl3t Pr  Gr  a  Nu  f (Re, Gr,Pr)  l Kích thước xác định, m ω vận tốc trung bình lưu chất, m/s g gia tốc trọng trường, m/s2 λ hệ số dẫn nhiệt lưu chất, W/m.độ a hệ số khuyếch tán nhiệt lưu chất, m/s Tra bảng theo nhiệt độ xác định ν hệ số nhớt động học lưu chất, m2/s  hệ số giản nở thể tích lưu chất, 1/K cho chất khí =1/T cho chất lỏng – tra bảng TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Toả nhiệt đối lưu tự nhiên không gian rộng: Xác định Nhiệt độ xác định oC Tra bảng tm  (t f  tw ) λm, ν, β, Pr m (β=1/Tm chất khí) - ống ngang l =d ; Kích thước xác định l, m - vách đứng ống đứng Tính tốn l =chiều cao; gl3t Gr  2 Xác định hẹp Num  C (Grm Prm ) - ngang l lấy chiều n n  C.Ram l Num  m  TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Từ thực nghiệm xác đònh hệ số C n theo bảng Trạng thái chuyển động Ra C n Chảy màng < 0,001 0,5 Chảy độ (từ màng sang tầng) 0,001  500 1,18 1/8 Chảy tầng 500  2.107 0,54 1/4 Chảy rối 2.107  1013 0,135 1/3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Trường hợp đặc biệt: Đối với phẳng đặt nằm ngang Từ thực nghiệm xác đònh hệ số C n theo bảng C Ra = Gr.Pr n Bề mặt nóng Bề mặt nóng hướng lên hướng xuống < 0,001 0,65 0,35 0,001  500 1,53 0,83 1/8 500  2.107 0,7 0,38 1/4 2.107  1013 0,176 0,095 1/3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Toả nhiệt đối lưu tự nhiên không gian hẹp: Xác định Kích thước xác đònh: l= Nhiệt độ tính toán: t = 0,5(tw1 + tw2) Tính tốn Tính số Gr: gl3 ( t w1  t w ) Gr  2 Xác đònh tđ: Gr.Pr < 103 tđ = Gr.Pr ≥ 103 tđ = 0,18(Gr.Pr)0,25  tđ   tđ  t w1  t w Qconv   tđ  F   TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng chất lỏng chảy ống Chế độ dòng chảy lưu chất chảy ống thể qua tiêu chuẩn Reynolds: Chế độ chuyển động Re Chảy tầng Re < 2200 Chảy độ (từ tầng sang rối) 2200 < Re < 104 Chảy rối Re > 104 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Chế độ chảy rối: Khi Re > 104 Phương trình Nu = f(Re, Pr) sau: Nu f  0,021 Re ,8 f , 43 f Pr  Prf   Prw    , 25 l R l Re   • Kích thước xác đònh + Ống tròn: + Hình dạng khác: L = dtr L  d tđ  4Fc U ĐỐI VỚI KHÔNG KHÍ: Do Pr thay đổi theo nhiệt độ: Nu f  0,018 Re0f ,8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM • Hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hưởng chiều dài ống: l Nếu l/d  50: l tra bảng theo giá trò Re Ref 1.104 2.104 5.104 1.105 1.106 1,65 1,51 1,34 1,28 1,14 1.50 1,40 1,27 1,22 1,11 1,34 1,27 1,18 1,15 1,08 10 1,23 1,18 1,13 1,10 1,05 l/d 15 1,17 1,13 1,10 1,08 1,04 20 1,13 1,10 1,08 1,06 1,03 30 1,07 1,05 1,04 1,03 1,02 40 1.03 1,02 1,02 1,02 1,01 50 1 1 d Nếu l/d > 50: l = • Hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hưởng độ cong ống: R d  R  1 1,77 R R Đối với ống dẫn thẳng: R = Lưu ý: phương trình biểu diễm quan hệ Nuf sử dụng cho dòng lưu chất lỏng, trừ kim loại lỏng TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Chế độ chảy tầng: Re < 2200, phương trình Nu = f(Re, Gr, Pr) sau:  Pr Nu f  0,15 Re 0f,33 Prf0, 43 Grf0,1  f  Prw    , 25 l Re   l ĐỐI VỚI KHÔNG KHÍ: Do Pr thay đổi theo nhiệt độ: Nu f  0,13 Re0f ,33 Grf0,1 - g gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2 gL (t w  t f ) Gr   2f -  [1/K] hệ số giản nở nhiệt Chất lỏng:  tra bảng theo tf Chất khí:  1  Tf t f  273 Hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hưởng chiều dài ống: l Nếu l/d  50: l tra bảng theo giá trò l/d l 10 15 20 30 40 1,90 1,70 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 Nếu l/d > 50: l = 50 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 2.3 Chế độ chảy q độ: 2200 < Re < 104 Phương trình Nu = f(Re, Gr, Pr) sau: , 43 f Nuf  K o  Pr  Prf      Prw  ,25 l Re     Ko: Hệ số thực nghiệm, tra theo bảng Ref.10-3 2,2 2,3 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10 Ko 1,9 3,2 4,0 6,8 9,5 11 16 19 24 27 30 33 • Hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hưởng chiều dài ống: l Nếu l/d  50: l tra bảng theo giá trò Re l/d l 10 15 20 30 40 1,90 1,70 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 50 Nếu l/d > 50: l = 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng chất lỏng chảy bên ngồi vật thể V1 Đường tâm Điểm ứ đọng  D Lớp biên Điểm tách + Đối lưu cưỡng chất lỏng chảy ngang qua phẳng + Đối lưu cưỡng chất lỏng chảy ngang qua ống đơn + Đối lưu cưỡng chất lỏng chảy ngang qua chùm ống 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Đối lưu cưỡng chất lỏng chảy ngang qua phẳng: Trường hợp tổng quát  Khi Ref > 105  Khi Ref < 105 Nu f  0,037 Re Nu f  0,68 Re ,8 f 0,5 f , 43 f Pr , 43 f Pr  Prf   Prw  Prf   Prw       , 25 , 25 Kích thước xác đònh: L = l (chiều dài tấm) Nhiệt độ xác đònh: nhiệt độ chất lỏng tf 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Đối lưu cưỡng chất lỏng chảy ngang qua ống đơn:  Khi Ref = 10  103  Khi Ref = 103  2.105 Nu f  0,56 Re 0,5 f Nu f  0,28 Re 0,6 f , 36 f Pr Pr ,36 f    , 25  Prf     Prw  , 25  Prf   Prw   • Kích thước xác đònh: L = dng • Nhiệt độ xác đònh: nhiệt độ chất lỏng tf 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM : hệ số hiệu chỉnh góc va ống dòng chất lỏng + Dòng chất lỏng chảy vuông góc với ống:  =1 ( = 90o) +  = 90o: tra đồ thò 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Đối lưu cưỡng chất lỏng chảy ngang qua chùm ống: S1 S1 Đối với chùm ống có hai kiểu bố trí song song so S2 le S2 0 0 n hàng ống n hàng ống αsong song < αso le • Kích thước xác đònh: L = dng • Nhiệt độ xác đònh: nhiệt độ trung bình chất lỏng tf • : xác đònh vò trí hẹp dòng lưu chất 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Chùm ống song song • Khi Ref < • Khi Ref > 103 103 Nu f  0,56 Re Nu f  0,22 Re 0,5 f , 65 f , 36 f Pr  Prf   Prw , 36 f Pr  Prf   Prw    , 25    i  , 25 i  Chú ý: cơng thức thiết lập cho hàng ống thứ trở sau 17 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Chùm ống so le • Khi Ref < 103 • Khi Ref > 103  Pr Nu f  0,56 Re 0f,5 Prf0,36  f  Prw Nu f  0,4 Re 0, f , 36 f Pr  Prf   Prw       , 25 i  , 25 i   Chú ý: cơng thức thiết lập cho hàng ống thứ trở sau 18 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM • : hệ số hiệu chỉnh góc va ống dòng chất lỏng +  = 90o   = +  < 90o   tra đồ thò bảng   10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 0,42 0,52 0,67 0,78 0,88 0,94 0,98 80o 90o • i: hệ số hiệu chỉnh số hàng ống Hàng ống Chùm ống song song Chùm ống so le Hàng thứ 1 = 0,6 1 = 0,6 Hàng thứ hai 2 = 0,9 2 = 0,7 Hàng thứ ba trở i = i = 19 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Hệ số toả nhiệt trung bình toàn chùm ống:  - Phải xác đònh hệ số toả nhiệt trung bình hàng: n   F i 1 n i i F i 1 i i hệ số toả nhiệt trung bình hàng ống thứ i Fi tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt hàng ống thứ i n số hàng ống tính theo chiều dòng chảy - Nếu hàng có diện tích nhau: F1=F2=…=Fn 1  2  n  23  n 20 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ 1: Khảo sát vách phẳng gồm lớp kính với thơng số: Kính có chiều dày hệ số dẫn nhiệt: k = 5mm; k = 0,7 W/mK Khơng khí hai lớp kính có chiều dày: kk = 20mm Khơng khí ngồi trời có nhiệt độ tf1 = 36oC; 1 = 15W/m2K Khơng khí phòng có nhiệt độ tf2 = 24oC; 2 = 12W/m2K Tính mật độ dòng nhiệt q (W/m2) trường hợp: a/ Khơng khí lớp kính xem đứng n Tính nhiệt độ phía lớp kính b/ có xét đến ảnh hưởng đối lưu lớp khơng khí lớp kính Chú ý: cho phép lấy thơng số vật lý khơng khí lớp kính nhiệt độ 30oC 21 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ 2: ống dẫn nước nóng thép có hệ số dẫn nhiệt 1 = 46,5 W/mK, đường kính ống d1/d2 = 38/41mm Bên ngồi ống thép bọc lớp cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt 2 = 0,13 W/mK Nước chuyển động ống với vận tốc 1,6m/s; nhiệt độ nước vào khỏi ống t’f = 81oC; t’’f = 79oC Chiều dài ống L = 250m a/ Xác định tổn thất nhiệt 1m chiều dài ống b/ tính hệ số trao đổi nhiệt đối lưu nước chảy ống Khi tính tốn bỏ qua hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng phương hướng dòng nhiệt (Prf/Prw)0,25 = c/ tính chiều dày lớp cách nhiệt biết nhiệt độ phiá ngồi t3 = 50oC 22 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ 3: ống thép dẫn nước nóng có thơng số: Đường kính ngồi ống dng = 114mm, bề dày ống 7mm, chiều dài L = 200m, hệ số dẫn nhiệt  = 45W/mK Nước chảy ống với lưu lượng G = 10kg/s, nhiệt độ trung bình tn = 60oC Khi tính tốn bỏ ảnh hưởng phương hướng dòng nhiệt Hãy xác định: a/ tổn thất nhiệt từ ống mơi trường khơng khí bên ngồi, biết dòng khơng khí có tốc độ 8m/s nhiệt độ trung bình dòng khơng khí tf = 30oC thổi vng góc với trục ống b/ chênh lệch nhiệt độ nước qua ống 23 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ 4: khảo sát dòng lưu chất chảy ổn định ống có tiết diện hình chữ nhật kích thước 1in x 2in (1in = 2.54cm), chiều dài ống 6m, vận tốc dòng lưu chất 6m/s, dòng lưu chất chảy đầy ống Nhiệt độ trung bình lưu chất: 60oC Bỏ qua ảnh hưởng phương hướng dòng nhiệt Hãy xác định hệ số toả nhiệt đối lưu dòng lưu chất, biết: • Lưu chất nước • Lưu chất khơng khí • Lưu chất dầu máy động với:  = 864kg/m3; cp = 2047J/kgK;  = 0,0839.10-3 m2/s; Pr = 1050;  = 0,14W/m2K 24 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ 5: khảo sát dòng khơng khí chảy ống có nhiệt độ vào 40oC, nhiệt độ 80oC, với vận tốc 5m/s, nhiệt độ bề mặt vách ống 120oC Hãy xác định hệ số toả nhiệt lưu chất Kích thước ống: dài 10m; hình chữ nhật, tiết diện 40x25cm Ví dụ 6: xác định hệ số toả nhiệt đối lưu dòng lưu chất nước chảy ống có đường kính 2cm,vận tốc 1m/s, nhiệt độ trung bình nước 60oC, biết nhiệt độ bề mặt vách là: • Khoảng 60oC • 120oC 25 [...]... TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức khi chất lỏng chảy bên ngồi vật thể V1 Đường tâm Điểm ứ đọng  D Lớp biên Điểm tách + Đối lưu cưỡng bức khi chất lỏng chảy ngang qua tấm phẳng + Đối lưu cưỡng bức khi chất lỏng chảy ngang qua ống đơn + Đối lưu cưỡng bức khi chất lỏng chảy ngang qua chùm ống 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Đối lưu cưỡng bức khi chất lỏng chảy ngang qua tấm... diện hình chữ nhật kích thước 1in x 2in (1in = 2.54cm), chiều dài ống 6m, vận tốc dòng lưu chất 6m/s, dòng lưu chất chảy đầy ống Nhiệt độ trung bình của lưu chất: 60oC Bỏ qua ảnh hưởng của phương hướng dòng nhiệt Hãy xác định hệ số toả nhiệt đối lưu của dòng lưu chất, biết: • Lưu chất là nước • Lưu chất là khơng khí • Lưu chất là dầu máy động cơ với:  = 864kg/m3; cp = 2047J/kgK;  = 0,0839.10-3 m2/s;... tra đồ thò 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Đối lưu cưỡng bức khi chất lỏng chảy ngang qua chùm ống: S1 S1 Đối với chùm ống thì có hai kiểu bố trí là song song và so S2 le S2 0 0 n hàng ống n hàng ống αsong song < αso le • Kích thước xác đònh: L = dng • Nhiệt độ xác đònh: nhiệt độ trung bình của chất lỏng tf • : xác đònh tại vò trí hẹp nhất của dòng lưu chất 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ... trong ống có nhiệt độ vào là 40oC, nhiệt độ ra là 80oC, với vận tốc 5m/s, nhiệt độ bề mặt vách ống là 120oC Hãy xác định hệ số toả nhiệt của lưu chất Kích thước ống: dài 10m; hình chữ nhật, tiết diện 40x25cm Ví dụ 6: hãy xác định hệ số toả nhiệt đối lưu của dòng lưu chất là nước chảy trong ống có đường kính 2cm,vận tốc 1m/s, nhiệt độ trung bình của nước 60oC, biết nhiệt độ bề mặt vách là: • Khoảng 60oC... chuyển động trong ống với vận tốc 1,6m/s; nhiệt độ nước vào và ra khỏi ống là t’f = 81oC; t’’f = 79oC Chiều dài ống L = 250m a/ Xác định tổn thất nhiệt trên 1m chiều dài ống b/ tính hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nước chảy trong ống Khi tính tốn có thể bỏ qua hệ số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của phương hướng dòng nhiệt (Prf/Prw)0,25 = 1 c/ tính chiều dày lớp cách nhiệt biết nhiệt độ phiá ngồi cùng là t3... lưu lượng G = 10kg/s, nhiệt độ trung bình tn = 60oC Khi tính tốn bỏ quả ảnh hưởng của phương hướng dòng nhiệt Hãy xác định: a/ tổn thất nhiệt từ ống ra mơi trường khơng khí bên ngồi, biết dòng khơng khí có tốc độ 8m/s và nhiệt độ trung bình của dòng khơng khí tf = 30oC thổi vng góc với trục ống b/ chênh lệch nhiệt độ của nước khi đi qua ống 23 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ 4: khảo sát dòng lưu. .. 43 f Pr 0 , 43 f Pr  Prf   Prw  Prf   Prw       0 , 25 0 , 25 Kích thước xác đònh: L = l (chiều dài tấm) Nhiệt độ xác đònh: nhiệt độ của chất lỏng tf 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Đối lưu cưỡng bức khi chất lỏng chảy ngang qua ống đơn:  Khi Ref = 10  103  Khi Ref = 103  2.105 Nu f  0,56 Re 0,5 f Nu f  0,28 Re 0,6 f 0 , 36 f Pr Pr 0 ,36 f    0 , 25  Prf     Prw  0... phòng có nhiệt độ tf2 = 24oC; 2 = 12W/m2K Tính mật độ dòng nhiệt q (W/m2) trong 2 trường hợp: a/ Khơng khí giữa 2 lớp kính xem như đứng n Tính nhiệt độ phía trong của 2 lớp kính b/ có xét đến ảnh hưởng đối lưu của lớp khơng khí giữa 2 lớp kính Chú ý: cho phép lấy thơng số vật lý của khơng khí giữa 2 lớp kính ở nhiệt độ 30oC 21 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ 2: ống dẫn nước nóng bằng thép có hệ số ... KHOA TPHCM Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng chất lỏng chảy bên ngồi vật thể V1 Đường tâm Điểm ứ đọng  D Lớp biên Điểm tách + Đối lưu cưỡng chất lỏng chảy ngang qua phẳng + Đối lưu cưỡng chất lỏng chảy... ảnh hưởng phương hướng dòng nhiệt Hãy xác định hệ số toả nhiệt đối lưu dòng lưu chất, biết: • Lưu chất nước • Lưu chất khơng khí • Lưu chất dầu máy động với:  = 864kg/m3; cp = 2047J/kgK;  = 0,0839.10-3... phẳng + Đối lưu cưỡng chất lỏng chảy ngang qua ống đơn + Đối lưu cưỡng chất lỏng chảy ngang qua chùm ống 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Đối lưu cưỡng chất lỏng chảy ngang qua phẳng: Trường hợp