zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Cơ khí - Chế tạo máy

Bài giảng Nhiệt động học: Chương 8 - Nguyễn Thế Lương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Báo xấu

10
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Nhiệt động học - Chương 8: Trao đổi nhiệt đối lưu, cung cấp cho người học những kiến thức như: Trao đổi nhiệt đối lưu và những nhân tố ảnh hưởng; Hệ phương trình vi phân mô tả trao đổi nhiệt đối lưu; Công thức Newton và các phương pháp xác định hệ số trao đổi nhiệt;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nhiệt động học: Chương 8 - Nguyễn Thế Lương

1 Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 2 8.1 Trao đổi nhiệt đối lưu và những nhân tố ảnh hưởng 8.1.1 Trao đổi nhiệt đối lưu - Trao đổi nhiệt (TĐN) nhờ chuyển động của môi chất (MC) giữa những vùng có nhiệt độ khác nhau - Luôn kèm dẫn nhiệt vì có tiếp xúc, nhưng không mạnh bằng đối lưu - VD: TĐN giữa bề mặt vật rắn với chất lỏng, khí chuyển động trong các thiết bị TĐN (két làm mát…)
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 3 8.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng a. Nguyên nhân gây ra chuyển động - Chuyển động tự nhiên hay chuyển động cưỡng bức - Chuyển động tự nhiên (CĐTN): do chênh lệch 𝜌 giữa các vùng có 𝑡 khác nhau • Lực nâng (/đơn vị thể tích): 𝑃 = 𝑔∆𝜌, 𝑔: gia tốc trọng trường • CĐTN ∈ bản chất MC & ∆𝑡 • ∆𝑡 càng lớn → ∆𝜌 càng lớn → CĐTN càng mạnh
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 4 • TĐN ứng với CĐTN gọi là TĐN đối lưu tự nhiên (ĐLTN) - Chuyển động cưỡng bức (CĐCB): gây ra bởi ngoại lực, VD: quạt chất khí, bơm chất lỏng • CĐCB luôn kèm CĐTN nhưng ảnh hưởng nhỏ khi cường độ CĐCB đủ lớn • TĐN ứng với CĐCB gọi là TĐN đối lưu cưỡng bức (ĐLCB) b. Chế độ chuyển động
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 5 - Chảy tầng hay chảy rối - Chảy tầng: quĩ đạo chuyển động của các phần tử MC song song với nhau - Chảy rối: quĩ đạo chuyển động hỗn loạn • Do ma sát luôn có lớp mỏng sát vách chảy tầng: lớp đệm tầng • Chiều dày lớp đệm tầng 𝛿 ∈ tốc độ 𝜔 & độ nhớt 𝜈 • Cụ thể: 𝜔 lớn, 𝜈 nhỏ thì 𝛿 nhỏ & ngược lại.
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 6 - Chế độ chảy xác định bởi tiêu chuẩn Reynold: 𝜔𝑙 𝑅𝑒 = , 𝜔: tốc độ (m/s), 𝜈: độ nhớt động học 𝜈 𝑚2 ( ), 𝑙: kích thước (chọn) xác định (m) 𝑠 - Trị số 𝑅𝑒 khi chuyển từ chảy tầng sang chảy rối: 𝑅𝑒 tới hạn - VD: MC chuyển động trong ống: 𝑅𝑒 tới hạn = 2300 𝑅𝑒 < 2300: chảy tầng; 𝑅𝑒 > 2300: chảy rối
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 7 c. Tính chất vật lý của MC Những tính chất ảnh hưởng đến TĐN đối lưu: - 𝜌: khối lượng riêng - 𝐶: nhiệt dung riêng - 𝜆: hệ số dẫn nhiệt - 𝑎: hệ số dẫn nhiệt độ - 𝛽: hệ số giãn nở thể tích d. Hình dạng, kích thước, vị trí bề mặt TĐN
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 8 - Hình dạng: tấm phẳng, ống trụ… - Kích thước: to, bé khác nhau - Vị trí: đặt đứng, đặt nằm… Đều ảnh hưởng đến TĐN đối lưu
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 9 8.2 Hệ phương trình vi phân mô tả TĐN đối lưu - PT năng lượng: 𝜕𝑡 𝜕𝑡 𝜕𝑡 𝜕𝑡 𝜕2 𝑡 𝜕2 𝑡 𝜕2 𝑡 + 𝜔𝑥 + 𝜔𝑦 + 𝜔𝑧 = 𝑎 + + 𝜕𝜏 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑥2 𝜕𝑦2 𝜕𝑧 2 - PT chuyển động theo phương 𝑥, 𝑦, 𝑧, VD theo 𝑥: 𝜕𝜔 𝑥 𝜕𝜔 𝑥 𝜕𝜔 𝑦 𝜕𝜔 𝑧 𝜕𝑝 𝜌 + 𝜔𝑥 + 𝜔𝑦 + 𝜔𝑧 = 𝜌𝑔 𝑥 − 𝜕𝜏 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑥 𝜕2 𝜔 𝑥 𝜕2 𝜔 𝑦 𝜕2 𝜔 𝑧 + 𝜇 2 + 𝜕𝑦 2 + 𝜕𝑧 2 𝜕𝑥
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 10 - PT liên tục 𝜕𝑝 𝜕(𝜌𝜔 𝑥) 𝜕(𝜌𝜔 𝑦 ) 𝜕(𝜌𝜔 𝑧) 𝜕𝜏 + 𝜕𝑥 + 𝜕𝑦 + 𝜕𝑧 =0 - PT trao đổi nhiệt: 𝜆 𝜕𝑡 𝛼=− (8-1) Δ𝑡 𝜕𝑛 𝑛=0 - ĐK đơn trị: • ĐK thời gian: đặc tính theo 𝜏 • ĐK hình học: hình dạng, kích thước vật
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 11 • ĐK vật lý: tính chất vật lý MC • ĐK biên: đặc tính TĐN ở bề mặt: ĐK biên loại 3 8.3 Công thức Newton và các phương pháp xác định hệ số trao đổi nhiệt 8.3.1 Công thức Newton - 𝑞 = 𝛼 𝑡 𝑤 − 𝑡𝑓 (8-2) - 𝑄 = 𝑞𝐹 = 𝛼𝐹 𝑡 𝑤 − 𝑡 𝑓 (8-3) Từ (8-3):
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 12 𝑄 - 𝛼= (8-4) 𝐹 𝑡 𝑤 −𝑡 𝑓 - (8-2) & (8-3) đơn giản vì tất cả phức tạp đưa vào 𝛼 - 𝛼 = 𝑓(𝜆, 𝐶, 𝜌, 𝜈, 𝛽, 𝑡 𝑤 , 𝑡 𝑓 , 𝜔, 𝐻𝐷, 𝐾𝑇, 𝑉𝑇 … ) (𝐻𝐷: hình dạng, 𝐾𝑇: kích thước, 𝑉𝑇: vị trí đặt vật…) 8.3.2 Các phương pháp xác định 𝜶 2 PP:
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 13 8.3.2.1 Phương pháp giải tích - Xây dựng hệ PT vi phân - Xác định ĐK đơn trị - Giải hệ PTVT - Phức tạp, khó - Chỉ dùng cho một số trường hợp đơn giản 8.3.2.2 Phương pháp thực nghiệm - Xây dựng thí nghiệm đo một số đại lượng để xác định 𝛼
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 14 - Kết quả chỉ đúng với đối tượng thí nghiệm - Số thí nghiệm cho các trường hợp khác nhau rất lớn - Khắc phục: mở rộng kết quả thực nghiệm bằng lý thuyết đồng dạng nhiệt 8.3.2.3 Lý thuyết đồng dạng - Hiện tượng vật lý đồng dạng: cùng bản chất vật lý, mô tả bằng hệ PT vi phân & ĐK đơn trị giống nhau
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 15 - Cụ thể: đồng dạng trường các đại lượng mô tả hiện tượng: - Hiện tượng thứ nhất mô tả bởi: 𝑓(𝜌, 𝜆, 𝜇, 𝜏, 𝑙 … ) - Hiện tượng thứ hai đồng dạng khi: 𝜌1 𝜆1 𝜇1 • = 𝐶 𝜌 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡; = 𝐶 𝜆 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡; = 𝐶 𝜇 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝜌2 𝜆2 𝜇2 𝜏1 𝑙1 = 𝐶 𝜏 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡; = 𝐶 𝑙 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝜏2 𝑙2 𝐶 𝑖 : hằng số đồng dạng
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 16 - Hai hiện tượng đồng dạng: các tiêu chuẩn đồng dạng (TCĐD) cùng tên có cùng giá trị - TCĐD: tổ hợp (không thứ nguyên) một số đại lượng vật lý đặc trưng cho hiện tượng - Tìm TCĐD từ PT vi phân mô tả hiện tượng, VD: • Hai hiện tượng TĐN đối lưu 1&2 đồng dạng: 𝜕𝑡 • 𝜆1 = 𝛼1 Δ𝑡1 (8-5) 𝜕𝑛 1 𝜕𝑡 • 𝜆2 = 𝛼2 Δ𝑡2 (8-6) 𝜕𝑛 2
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 17 𝜆1 ∆𝑡1 𝜕𝑡1 𝑛1 𝑙1 𝛼1 • = 𝐶 𝜆; = = 𝐶𝑡; = = 𝐶𝑙 ; = 𝐶𝛼 𝜆2 ∆𝑡2 𝜕𝑡2 𝑛2 𝑙2 𝛼2 𝑙: kích thước đặc trưng của hệ hay kích thước xác định, chọn tùy trường hợp (xét sau) • Thay 𝜆1 = 𝐶 𝜆 𝜆2 ; 𝜕𝑡1 = 𝜕𝑡2 𝐶 𝑡 … vào (8-5): 𝐶 𝜆 𝐶𝑡 𝜕𝑡 • 𝜆2 = 𝐶 𝛼 𝐶 𝑡 𝛼2 Δ𝑡2 rút gọn: 𝐶𝑙 𝜕𝑛 2 𝜕𝑡 𝐶 𝛼 𝐶𝑙 • 𝜆2 = 𝛼2 Δ𝑡2 (8-7) 𝜕𝑛 2 𝐶𝜆 𝐶 𝛼 𝐶𝑙 • So với (8-6), rút ra: = 1 hay: 𝐶𝜆
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 18 𝛼1 𝑙1 𝐶 𝛼 𝐶𝑙 𝛼2 𝑙2 𝛼1 𝑙1 𝛼2 𝑙 2 𝛼𝑙 • = 𝜆1 =1→ = = = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝐶𝜆 𝜆1 𝜆2 𝜆 𝜆2 𝛼𝑙 • Tập hợp không thứ nguyên gọi là tiêu chuẩn 𝜆 (TC) Nusselt 𝛼𝑙 • 𝑁𝑢 = (8-8) 𝜆 - Trong TĐN ĐL ổn định thường dùng các TC: • Nusselt (8-8), đặc trưng cho TĐN đối lưu 𝜔𝑙 • TC Reynold: 𝑅𝑒 = (8-9) 𝜈
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 19 𝜈: độ nhớt động học (𝑚2 /𝑠) 𝑅𝑒 kể đến ảnh hưởng của tốc độ 𝑔𝛽𝑙 3 ∆𝑡 • TC Grashoff: 𝐺𝑟 = (8-10) 𝜈2 𝑚 𝑔: gia tốc trọng trường 9,81 𝑠2 1 1 𝛽: hệ số giãn nở thể tích ( ): bảng (lỏng); (khí) 𝐾 𝑇 ∆𝑡 = 𝑡 𝑤 − 𝑡 𝑓 𝐺𝑟 kể đến ảnh hưởng của đối lưu tự nhiên 𝜈 • TC Prandtl: 𝑃𝑟 = (8-11) 𝑎
Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 20 𝑚2 𝑎: hệ số dẫn nhiệt độ ( ) 𝑠 𝑃𝑟 đặc trưng cho MC - Nhiệt độ xác định • Nhiệt độ chọn để xác định các thông số vật lý như 𝜆, 𝜌, 𝐶, 𝛽… vì chúng 𝜖 𝑡 • Thường chọn: Nhiệt độ MC 𝑡 𝑓 Nhiệt độ vách 𝑡 𝑤 𝑡 𝑤+𝑡 𝑓 Nhiệt độ trung bình 𝑡 𝑚 = 2

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.