Qua trinh truyen nhiet san xuat sach hon

Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 8/2009 Chương 3: Trao đổi nhiệt ĐỐI LƯU 3.1 Khái niệm chung TĐN Đối lưu 3.2 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG CỦA TĐN ĐỐI LƯU ỔN ĐỊNH 3.3 Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên 3.4 Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng p.1 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 8/2009 3.1 Khái niệm chung TĐN Đối lưu ĐN: q trình trao đổi nhiệt xảy bề mặt vật rắn tiếp xúc với mơi trường chất lỏng (khí) có nhiệt độ khác Ỉ có chuyển động chất lỏng Ví dụ: p.2 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM Một số ví dụ trao đổi nhiệt đối lưu p.3 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 8/2009 Cơ chế đối lưu tự nhiên nước ống p.4 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM Để tính trao đổi nhiệt đối lưu Ỉ thường dùng cơng thức Newton: Q F Tw đó: Q = α F (Tw − T f ) Tf hay q= ΔT 1/ α - α hệ số tỏa nhiệt đối lưu (W/m2.K) (W) (W/m2) THỰC NGHIỆM - F diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m2) - Tw nhiệt độ trung bình bề mặt ( K oC) - Tf nhiệt độ trung bình chất lỏng ( K oC) p.5 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM Hệ số tỏa nhiệt α phụ thuộc nhiều yếu tố ( ) α = f t w , t f , ω, λ, c p , ρ, μ, Φ, l , l , l K Phương pháp giải tích gặp nhiều khó khăn α xác định từ thực nghiệm phương pháp CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐỒNG DẠNG p.6 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 3.2 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG TĐN ĐỐI LƯU ỔN ĐỊNH Ỉ Pt tiêu chuẩn: Nu = f(Re, Gr, Pr) ™ TC Nusselt: biểu thò cường độ tỏa nhiệt: ý nghóa VL: αl Nu = λ α Nu = Q tỏa nhiệt đối lưu / Q dẫn nhiệt Nu TC chưa xác đònh (chứa α) ™ TC Reynolds: ωl Re = ν ™ TC Grashof: βgl Gr = Δt => Đặc trưng cho TN đối lưu tự nhiên ν ™ TC Prandtl: tỷ số lực quán tính lực nhớt => Đặc trưng cho TN đối lưu cưỡng ν Pr = a p.7 Biểu thò ảnh hưởng thơng số vật lý chất lỏng TĐN 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM ¾ Ý nghĩa thơng số: ωl Re = ν βgl Gr = Δt ν ν Pr = a Nu = f (Re,Gr, Pr ) đó: α l: Kích thước xác định (m) ω: tốc độ trung bình dòng chất lỏng (m/s) g: gia tốc trọng trường (m/s2) λ: hệ số dẫn nhiệt chất lỏng (W/m.độ) a: hệ số khuyếch tán nhiệt chất lỏng (m2/s) Tra bảng theo nhiệt độ xác định ν: độ nhớt động học (m2/s) β: hệ số giãn nở nhiệt (1/K) p.8 Đối với chất khí: β = 1/T Đối với chất lỏng: TRA BẢNG 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM Sơ đồ tính tốn cho tốn TĐN Đối lưu 1/ Xác định: Nhiệt độ xác định (oC) Kích thước xác định l (m) Tra bảng λ, a, ν, β, Pr 2/ Tính: ωl Re = ν Lưu ý: Đối với chất khí: β = 1/T βgl Gr = Δt ν 3/ Suy ra: Nu = f (Re,Gr, Pr ) α = Nu p.9 λ l Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 8/2009 3.3 Tỏa nhiệt đối lưu TỰ NHIÊN A) TNĐL tự nhiên không gian vô hạn B) TNĐL tự nhiên không gian hữu hạn p.10 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM A) TNĐL tự nhiên khơng gian vơ hạn ¾ Sử dụng PHƯƠNG TRÌNH TIÊU CHUẨN: Nu m = C(Gr Pr ) n m α = Num λ l ¾ Trình tự tính tốn: 1/ KTXĐ: ống ngang lấy l = d ; vách đứng ống đứng l = chiều cao; ngang l lấy chiều hẹp 2/ Nhiệt độ XĐ: 3/Tính tm = (t f + t w ) Tra bảng λ, a, ν, β, Pr Lưu ý: Đối với chất khí: β = 1/Tm βgl Gr = Δt ν 4/ Tra hệ số C, n từ bảng p.11 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM ™ Tra hệ số C, n từ bảng Trạng thái chuyển động (Gr.Pr)m C n < 10 -3 0,5 Quá độ từ chảy màng sang chảy tầng 10 -3 ÷ 102 1,18 1/8 Chảy tầng 102 ÷ 107 0,54 1/4 Chảy rối 107 ÷ 1013 0,135 1/3 Chảy màng Riêng trường hợp phẳng đặt nằm ngang: (Gr.Pr)m p.12 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM B) TNĐL tự nhiên khơng gian hữu hạn Để đơn giản, xem QT TĐN dẫn nhiệt, với “hệ số dẫn nhiệt tương đương” λtđ p.13 λ tđ (t w1 − t w2 ) q= δ (W/m2) 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 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 với chất khí: β = 1/Tm βgδ - Tính Grf = (tw1 − tw2 ) ν - Tính εtđ Khi (Gr ⋅ Pr ) f < 103 εtđ = λtđ = λ (DN đơn thuần) (Gr ⋅ Pr ) f ≥ 10 ε tđ = 0,18(Gr ⋅ Pr ) p.14 , 25 f Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM 3.4 TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC p.15 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM A Chất lỏng chuyển động ống, rãnh A.1 Toả nhiệt chảy rối A.2 Tỏa nhiệt chất lỏng chảy tầng A.3 Toả nhiệt trạng thái độ p.16 8/2009 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM ™ Các CT thực nghiệm chia theo vùng CĐ: chảy tầng, chảy rối, g/đoạn độ NĐXĐ: nhiệt độ chất lỏng tf KTXĐ: d trong, Þ tương đương d tđ = F − diện tích tiết diện ngang dòng chảy, m2 U − chu vi ướt, m p.17 4F U 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK HCM A.1 TỎA NHIỆT KHI CHẢY RỐI Chế độ chảy rối: Re > 104 ωl ν Xáo trộn mạnh; ảnh hưởng ĐL tự nhiên bỏ qua Re = PTTC tổng quát: Nu f = 0,021 Re Không khí có Pr ≈ const đó: ,80 f Pr , 43 f ⎛ Pr f ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ Prw ⎠ , 25 ε lε R Nuf = 0,018Ref0,80 ) Chú ý: Š Một số tài liệu thường đưa CT đơn giản để tính trực tiếp α Đó cách biểu diễn khác rút từ PTTC, không mâu thuẫn với CT Š Có số CT thực nghiệm khác nhau, nói CT ưu việt p.18 8/2009 εl - ảnh hưởng đoạn đầu ống Khi l/d > 50 εl = Khi l/d < 50 Ỉ BẢNG : Trò số εl chảy rối l/d 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 20 30 40 50 εR - ảnh hưởng ống cong: lực ly tâm khiến chất lỏng bò nhiễu loạn hơn, làm tăng α d ε R = + 1,77 R R : bán kính cong ống xoắn p.19 A.2 TỎA NHIỆT KHI CHẤT LỎNG CHẢY TẦNG Chảy tầng: Re < 2200 Ảnh hưởng ĐLTN bỏ qua Nu f = 0,15 Re 0f,33 Prf0,43 Prf ⎝ Prw ,1 ⎛ Grf ⎜⎜ Nếu (l/d)< 50 phải nhân thêm hệ số εl ⎞ ⎟⎟ ⎠ ,25 BẢNG : Trò số εl chảy tầng l/d εl 1,90 1,70 1,44 1,28 A.3 10 15 20 30 40 50 1,18 1,13 1,05 1,02 TỎA NHIỆT Ở TRẠNG THÁI QUÁ ĐỘ Re = 2200 ~ 10000 Nu f = K o Pr , 43 f ⎛ Prf ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ Prw ⎠ , 25 ⋅ εl BẢNG : Trò số Ko = f(Ref) Ref.10-3 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 ... HCM ™ Tra hệ số C, n từ bảng Trạng thái chuyển động (Gr.Pr)m C n < 10 -3 0,5 Quá độ từ chảy màng sang chảy tầng 10 -3 ÷ 102 1,18 1/8 Chảy tầng 102 ÷ 107 0,54 1/4 Chảy rối 107 ÷ 1013 0,135 1/3 Chảy... A.1 TỎA NHIỆT KHI CHẢY RỐI Chế độ chảy rối: Re > 104 ωl ν Xáo trộn mạnh; ảnh hưởng ĐL tự nhiên bỏ qua Re = PTTC tổng quát: Nu f = 0,021 Re Không khí có Pr ≈ const đó: ,80 f Pr , 43 f ⎛ Pr f ⎞ ⎜⎜... cong ống xoắn p.19 A.2 TỎA NHIỆT KHI CHẤT LỎNG CHẢY TẦNG Chảy tầng: Re < 2200 Ảnh hưởng ĐLTN bỏ qua Nu f = 0,15 Re 0f,33 Prf0,43 Prf ⎝ Prw ,1 ⎛ Grf ⎜⎜ Nếu (l/d)< 50 phải nhân thêm hệ số εl ⎞