Bài giảng chương 4 : Trao đổi nhiệt đối lưu | Khoa Học 4
Bài giảng chương 4 : Trao đổi nhiệt đối lưu | Khoa Học 4. Tài liệu gồm 42 trang, giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!
Preview text:
MỌN H C: TRUY N NHI T CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 1 CH NG 4:
TRAO Đ I NHI T Đ I L U (Dòng một pha) CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 2 Ch ng 4 4.1. Khái ni m chung
Trao đổi nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra khi một bề
mặt vật rắn tiếp xúc với một môi trường chất lỏng (hoặc khí) chuyển
động có sự chênh lệch nhiệt độ với nhau. Ví dụ CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 3 Ch ng 4 4.1. Khái ni m chung
Để tính toán nhiệt lượng truyền do trao đổi nhiệt đối lưu thường dùng công thức Newton: Q F t t w f Trong đó:
Q – Nhiệt lượng truyền qua bề mặt trong một đơn vị thời gian, W
F – Diện tích bề mặt tỏa nhiệt, m2
t – Nhiệt độ trung bình trên bề mặt vật rắn, 0C w
t – Nhiệt độ trung bình của chất lỏng (hoặc khí), 0C f
– Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trên bề mặt , W/m2K
Bằng thực nghiệm thông qua các tiêu chuẩn CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 4 Ch ng 4 4.1. Khái ni m chung
Hệ số trao đổi nhiệt là một hàm phụ thuộc rất nhiều yếu tố: f t ,t , , , , , c , , , ... l w f p
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu có thể xác định theo lý thuyết bằng
việc giải phương trình bảo toàn khối lượng, động lượng và năng
lượng theo phương pháp xấp xỉ hoặc phương pháp số.
Trong thực tế thường được xác định thông qua tiêu chuẩn Nusselt
Từ lý thuyết đồng dạng, trong điều kiện trao đổi nhiệt ổn định,
tiêu chuẩn Nusselt có dạng: Nu f (Re, Gr ,Pr) CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 5 Ch ng 4 4.1. Khái ni m chung CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 6 Ch ng 4 4.1. Khái ni m chung CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 7 Ch ng 4 4.1. Khái ni m chung CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 8 Ch ng 4
4.2. Trao đ i nhi t đ i l u t nhiên
TRAO Đ I NHI T Đ I L U T NHIÊN Trong không Trong không gian rộng gian hẹp CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 9 Ch ng 4
4.2. Trao đ i nhi t đ i l u t nhiên
TRAO Đ I NHI T Đ I L U T NHIÊN
(Trong không gian rộng hay không gian vô h n) CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 10 Ch ng 4
4.2. Trao đ i nhi t đ i l u t nhiên
TRAO Đ I NHI T Đ I L U T NHIÊN (tt)
(Trong không gian rộng hay không gian vô h n)
Bảng tra hệ số C và n đối với ống tròn đặt nằm ngang, vật hình cầu,
ống tròn đặt thẳng đứng, vách đặt thẳng đứng. Với Ra = (Gr.Pr) - Tiêu chuẩn Reyleigh m CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 11 Ch ng 4
4.2. Trao đ i nhi t đ i l u t nhiên
TRAO Đ I NHI T Đ I L U T NHIÊN (tt)
(Trong không gian rộng hay không gian vô h n)
Bảng tra hệ số C và n đối với tấm phẳng đặt nằm ngang. Với Ra = (Gr.Pr) - Tiêu chuẩn Reyleigh m CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 12 Ch ng 4
4.2. Trao đ i nhi t đ i l u t nhiên
TRAO Đ I NHI T Đ I L U T NHIÊN
(Trong không gian hẹp hay không gian h u h n)
Xem quá trình trao đổi nhiệt trong
trường hợp này cơ bản là do dẫn nhiệt.
Sử dụng hệ số dẫn nhiệt tương đương tđ tđ q t t 1 w w 2 ,W/m2 CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 13 Ch ng 4
4.2. Trao đ i nhi t đ i l u t nhiên
TRAO Đ I NHI T Đ I L U T NHIÊN (tt)
(Trong không gian hẹp hay không gian h u h n) CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 14 Ch ng 4
4.2. Trao đ i nhi t đ i l u t nhiên Vệ DỤ VD 3.1
Một ống đặt thẳng đứng có chiều dài L = 2m, đường kính ngoài
của ống d = 100mm, nhiệt độ bề mặt vách ống duy trì không
đổi t = 1000C, đặt trong môi trường không khí yên tĩnh có w nhiệt độ t = 400C f
1. Tính nhiệt lượng vách ống truyền cho không khí.
2. Nếu ống này đặt trong môi trường nước cũng có nhiệt độ
t = 400C, nhiệt độ vách ống không đổi thì nhiệt lượng vách f
ống truyền đi là bao nhiêu? ĐS: 1. = 5,7 W/m2K Q = 214,8W 2. = 1536,4 W/m2K Q = 57891,6W CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 15 Ch ng 4
4.2. Trao đ i nhi t đ i l u t nhiên Vệ DỤ VD 3.2
Một vách phẳng được cấu tạo từ hai tấm tôn có diện tích
F = 2m2, khoảng cách giữa chúng = 5 cm. Nhiệt trở dẫn nhiệt
của tôn có th bỏ qua. Áp suất không khí giữa hai tấm tôn xem
bằng áp suất khí trời (p = 760 mmHg). kq
Tính nhiệt lượng truyền qua vách trong 2 trường hợp: 0 0 20 C 40 C Q Khoâng khí B = 760 mmHg Q Khoâng khí B = 760 mmHg 0 20 C 0 40 C a) b) CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 16 Ch ng 4
4.2. Trao đ i nhi t đ i l u t nhiên Vệ DỤ
Đáp số VD 3.2
1. Khi tấm nóng ở trên, tấm lạnh ở dưới, không khí giữa 2 tấm
đứng yên ch tồn tại dẫn nhiệt t f 5 , 0 t t 1 w w2 ( 5 , 0 40 20) 10 ,0C = 2,51 10-2 W/mK 51 , 2 10 2 q t 60 30 ,W/m2 12 , 5102
2. Khi tấm nóng ở dưới, tấm lạnh ở trên đối lưu tự nhiên trong không gian hẹp. q = 193 W/m2 CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 17 Ch ng 4
4.3. Trao đ i nhi t đ i l u c ng b c
TRAO Đ I NHI T Đ I L U C NG B C Chất lỏng chảy Chất lỏng chảy trong ống ngoài ống Chất lỏng chảy Chất lỏng chảy ngang qua ống đơn ngang qua chùm ống
Chất lỏng chảy ngang qua tấm phẳng CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 18 Ch ng 4
4.3. Trao đ i nhi t đ i l u c ng b c
TR ỜNG H P CH T LỎNG CH Y TRONG NG
Nhiệt độ tính toán: Là nhiệt độ trung bình của chất lỏng tf
Kích thước tính toán:
* Đối với ống tròn: l = d (đường kính trong của ống), m
* Đối với ống có hình dạng khác: l = dtđ (đường kính tương đương) 4F dtđ ,m U Trong đó: U – Chu vi ướt, m
F – Diện tích tiết diện ngang mà chất lỏng lưu động qua, m2 CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 19 Ch ng 4
4.3. Trao đ i nhi t đ i l u c ng b c
TR ỜNG H P CH T LỎNG CH Y TRONG NG (tt)
Các trường hợp cần xác đ nh đường kính tương đương:
Các chế độ chảy của chất lỏng trong ống: * Chảy tầng: Re 2200 f * Chảy rối: Re > 104 f
* Chảy quá độ: 2200 < Re < 104 CBGD: NGUY N TH MINH TRINH 20