Mục đích của phần này nghiên cứu ảnh hưởng của các biến hình học cũng như là các biến nhiệt động học đến ứng xử nhiệt trên tấm phẳng nhiều lỗ. Các biến này sẽđược đưa ra dưới dạng không thứ nguyên như sau:
a. Nhiệt độ: T*= thep ceramic thep T T T T − −
Trong đó: Tthep và Tceramic là nhiệt độ của không khí nóng phía trên và không khí lạnh phía dưới lỗ.
b. Khoảng cách tương đối giữa hai lỗ: P*=
d P
Với P, d tương ứng là khoảng cách giữa hai lỗ và đường kính của lỗ. c. Chiều dày tương đối của tấm mỏng: là tỉ số giữa chiều dày tấm mỏng E và đường kính lỗ d.
E*=
d E
d. Chiều dày tương đối của mặt cắt vật liệu: là tỉ số giữa chiều dày của từng vật liệu với chiều dày của tấm.
Ei*=
E Ei
i=1, 2 tương ứng là mặt cắt thép và mặt cắt ceramic.
e. Độ dẫn tương đối giữa hai tấm vật liệu trong tấm mỏng :là tỉ số giữa độ dẫn nhiệt của vật liệu thép và vật liệu ceramic: 2 1 * λ λ λ = λ1là độ dẫn của lớp thép, λ2 là độ dẫn của lớp ceramic.
f. Nhiệt độ tương đối giữa lớp không khí phía trên và lớp không khí phía dưới: là tỉ số giữa nhiệt độ khí nóng phía trên và khí lạnh phía dưới.
Ttđ= thep ceramic T T Chú ý:
Các thông số nhiệt độởđây đều được tính theo độ Kelvin
Chỉ số 1 luôn ứng với vật liệu thép, chỉ số 2 luôn ứng với vật liệu ceramic.
4.2. Các yếu tốảnh hưởng.
Ta sẽ đi nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt độ của tấm phẳng nhiều lỗ, các yếu tố này bao gồm có các yếu tố hình học và các yếu tố nhiệt động học. Dựa trên các kết quả khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố tương ứng ta sẽ rút ra một mô hình tối ưu nhất.
4.2.1. Ảnh hưởng của các yếu tố hình học. a. Ảnh hưởng của khoảng cách lỗ P* a. Ảnh hưởng của khoảng cách lỗ P*
Ta cốđịnh thông số hình học E* và các thông số nhiệt động học, cho P* thay đổi trong một khoảng giá trị. Tương ứng với mỗi dạng hình học ta khảo sát nhiệt độ trên từng vật liệu ceramic và thép. Do vậy ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách lỗ P* theo các thông số của bảng sau:
Các dạng hình học Các biến số không thứ nguyên 1 2 3 P* 2 .667 4 5 .333 E* 1 .667 1 .667 1 .667
Bảng 2.3. Các mô hình nghiên cứu của khoảng cách lỗ P*
b. ảnh hưởng của chiều dày tấm E*
Tương tự ta cốđịnh thông số hình học P* và các thông số nhiệt động học, cho E* thay đổi trong một khoảng giá trị. Ta cũng khảo sát nhiệt độ tương ứng trên từng vật liệu ceramic và thép. Ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của thông số này theo các dữ liệu trong bảng số liệu sau: Các dạng hình học Các biến số không thứ nguyên 1 2 3 P* 2 .667 2 .667 2 .667 E* 1 .667 2 .5 3 .333
Bảng 2.4. Các mô hình nghiên cứu của chiều dày không thứ nguyên
c. Ảnh hưởng của chiều dày lớp ceramic (E2/E).
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về các yếu tốảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt trên tấm phẳng nhiều lỗ, nhưng rất ít các nghiên cứu quan tâm đến ảnh hưởng của lớp ceramic. Do vậy trong đồ án này em có trình bày thêm vềảnh hưởng của chiều dày lớp ceramic đến việc làm mát của tấm. Để xét ảnh hưởng của chiều dày lớp ceramic ta sẽ cốđịnh khoảng cách lỗ P* và chiều dày tấm E*, cho E2/E thay đổi. Ta sẽ xét ảnh hưởng của thông số này trên các mô hình tính toán sau:
Các dạng hình học Các biến số không thứ nguyên 1 2 3 4 5 P* 2.667 4 5.333 2.667 2.667 E* 1.667 1.667 1.667 2.5 3.333
Bảng 2.5. Các mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày lớp ceramic
Với mỗi mô hình ta đều xét đến bốn giá trị chiều dày khác nhau của lớp ceramic:
Dạng hình học 1 2 3 4
E2/E 0 0.3 0.7 1
Bảng 2.6. Tỉ lệ chiều dày lớp ceramic của các mô hình mô phỏng
4.2.2. Ảnh hưởng của các thông số nhiệt động học
Các biến khí động học đó là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu và nhiệt độ không khí phía mặt trên (không khí nóng), mặt dưới (khí làm mát) và trong lỗ. Tương ứng với ba bề mặt biên này là ba hệ số trao đổi nhiệt đối lưu. Trong thực tế thì các hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: hthép, hceramic, hlỗ đều là những thông số biến đổi. Nghiên cứu của C. Foulon đã chỉ ra rằng, hai hệ số trao đổi nhiệt đối lưu hthép, và hceramic không có ảnh hưởng đáng kể đến việc làm mát của tấm phẳng. Việc làm mát này chịu ảnh hưởng chủ yếu của hlỗ. Bởi vậy, trong bài đồ án này em sẽ tập trung nghiên cứu mô hình với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ở hai bề mặt không đổi và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ở lỗ là hàm biến đổi theo chiều cao của lỗ.
Các yếu tố nhiệt động ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt trên bề mặt tấm phẳng nhiều lỗ là: hệ số Reynold (trong lỗ), độ dẫn nhiệt λ* và nhiệt độ tương đối Ttđ. Ta sẽđi nghiên cứu ảnh hưởng của ba thông số này. Để đơn giản cho việc tính toán, ta sẽ lựa chọn mô hình đơn giản nhất sao cho thời gian tính toán là ngắn nhất, vì vậy ta
sẽ chọn mô hình: d=0.6mm, P=1.6mm, E=1mm. Với mô hình này ta sẽ nghiên cứu
P Ttđ λ* Re
40bar 4÷5 4÷16.5 6000÷1400
0
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ
HÌNH HỌC VÀ ĐỘNG HỌC ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM MÁT
I. Các thông sốđầu vào. 1.1. Các thông số hình học.