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!

1
MỌN HC:
TRUYN NHIT
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
2
CHNG 4:
TRAO ĐI NHIT ĐI LU
(Dòng một pha)
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
3
Chng 4 4.1. Khái nim chung
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
dụ
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.
4
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
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:
fw
ttFQ
Trong đó:
Q Nhiệt lượng truyền qua bề mặt trong một đơn vị thời gian, W
F Diện tích bề mặt tỏa nhiệt, m
2
t
w
Nhiệt độ trung bình trên bề mặt vật rắn,
0
C
t
f
Nhiệt độ trung bình của chất lỏng (hoặc khí),
0
C
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trên bề mặt , W/m
2
K
Bằng thực nghiệm thông qua các tiêu chuẩn
55
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
Chng 4 4.1. Khái nim chung
Hệ số trao đổi nhiệt một hàm phụ thuộc rất nhiều yếu tố:
...l,,,c,,,,,t,tf
pfw
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu thể xác định theo thuyết bằng
việc giải phương trình bảo toàn khối lượng, động lượng năng
lượng theo phương pháp xấp xỉ hoặc phương pháp số.
Trong thực tế thường được xác định thông qua tiêu chuẩn
Nusselt
T thuyết đồng dạng, trong điều kiện trao đổi nhiệt ổn định,
tiêu chuẩn Nusselt dạng:
Pr),Gr(Re,fNu
66
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
Chng 4 4.1. Khái nim chung
77
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
Chng 4 4.1. Khái nim chung
88
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
Chng 4 4.1. Khái nim chung
9
TRAO ĐI NHIT ĐI LU T NHIÊN
Trong không
gian rộng
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
Trong không
gian hẹp
Chng 4 4.2. Trao đi nhit đi lu t nhiên
10
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
Chng 4 4.2. Trao đi nhit đi lu t nhiên
11
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
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 n đối với ống tròn đặt nằm ngang, vật hình cầu,
ống tròn đặt thẳng đứng, vách đặt thẳng đứng.
Với Ra = (Gr.Pr)
m
- Tiêu chuẩn Reyleigh
12
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
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 n đối với tấm phẳng đặt nằm ngang.
Với
Ra = (Gr.Pr)
m
- Tiêu chuẩn Reyleigh
13
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
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 bản
do dẫn
nhiệt.
Sử dụng hệ số dẫn nhiệt tương
đương
2w1w
tđ
ttq
,W/m
2
14
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
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)
1515
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
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 chiều dài L = 2m, đường kính ngoài
của ống d = 100mm, nhiệt độ bề mặt vách ống duy trì không
đổi t
w
= 100
0
C, đặt trong môi trường không khí yên tĩnh
nhiệt độ t
f
= 40
0
C
1. Tính nhiệt lượng ch ống truyền cho không khí.
2. Nếu ống này đặt trong môi trường nước cũng nhiệt độ
t
f
= 40
0
C, nhiệt độ vách ống không đổi thì nhiệt lượng vách
ống truyền đi bao nhiêu?
ĐS
:
1. = 5,7 W/m
2
K Q = 214,8W
2. = 1536,4 W/m
2
K Q = 57891,6W
16161616
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
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 diện tích
F = 2m
2
, khoảng cách giữa chúng = 5 cm. Nhiệt trở dẫn nhiệt
của tôn th bỏ qua. Áp suất không khí giữa hai tấm tôn xem
bằng áp suất khí trời (p
kq
= 760 mmHg).
Tính nhiệt lượng truyền qua vách trong 2 trường hợp:
a)
b)
C
0
40
C
0
20
C
0
40
C
0
20
Khoâng khí B = 760 mmHg
Q Q
Khoâng khí B = 760 mmHg
17171717
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
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 trên, tấm lạnh dưới, không khí giữa 2 tấm
đứng yên ch tồn tại dẫn nhiệt
2. Khi tấm nóng dưới, tấm lạnh trên đối lưu tự nhiên
trong không gian hẹp.
q
= 193 W/m
2
,
0
C
= 2,51 10
-2
W/mK
,W/m
2
12,3060
105
1051,2
tq
2
2
1818
TRAO ĐI NHIT ĐI LU CNG BC
Chất lỏng chảy
trong ống
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
Chất lỏng chảy
ngoài ống
Chất lỏng chảy
ngang qua ống đơn
Chất lỏng chảy
ngang qua chùm ống
Chng 4 4.3. Trao đi nhit đi lu cng bc
Chất lỏng chảy ngang qua
tấm phẳng
1919
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
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: nhiệt độ trung bình của chất lỏng t
f
Kích tớc tính toán:
* Đối vi ống tn: l = d (đưng kính trong của ống), m
* Đi vi ống hình dng khác: l = d
(đưng kính tương đương)
U
F4
d
tđ
,m
Trong đó:
U Chu vi ướt, m
F Diện tích tiết diện ngang mà chất lỏng lưu động qua, m
2
202020
CBGD: NGUYN TH MINH TRINH
Chng 4 4.3. Trao đi nhit đi lu cng bc
Các trường hợp cần xác đnh đường kính tương đương:
TRỜNG HP CHT LỎNG CHY TRONG NG (tt)
Các chế độ chảy của chất lỏng trong ống:
* Chảy tầng: Re
f
2200
* Chảy rối: Re
f
> 10
4
* Chảy quá độ: 2200 < Re < 10
4
| 1/42

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 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 ,  5102
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