Bài giảng Truyền nhiệt: Chương 4 - ThS. Phan Thành Nhân

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 4: Tổng quan về toả nhiệt đối lưu. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Một số khái niệm cơ bản về đối lưu, những nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến α, phương trình vi phân trao đổi nhiệt đối lưu, đồng dạng và các số không thứ nguyên. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Truyền nhiệt: Chương 4 - ThS. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM CHƯƠNG 4 TỔNG QUAN VỀ TOẢ NHIỆT ĐỐI LƯU 1. Một số khái niệm cơ bản về đối lưu 2. Nhöõng nhaân toá cô baûn aûnh höôûng ñeán α 3. Phöông trình vi phaân trao ñoåi nhieät ñoái löu 4. Đồng dạng và các số không thứ nguyên 1 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM 1. Một số khái niệm cơ bản về đối lưu doøng chaát loûng tf uf u q Trao ñoåi nhieät xaûy ra khi beà maët vaät raén tieáp xuùc vôùi löu chaát loûng (khí) khi coù söï cheânh leäch nhieät ñoä 2 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Trao ñoåi nhieät ñoái löu laø quaù trình raát phöùc taïp, chòu aûnh höôûng cuûa: + Quy luaät veà naêng löôïng nhieät + Quy luaät veà chuyeån ñoäng cuûa löu chaát loûng (khí): (cô hoïc löu chaát, bieán ñoåi naêng löôïng…) 3 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Theo ñònh luaät Newton: q = α.( t w − t f ) (W/m2) Q = αF( t w − t f ) (W) Trong ñoù: q – mật độ doøng nhieät, W/m2 Q – doøng nhieät, W F – dieän tích beà maët trao ñoåi nhieät, m2 α – heä soá toûa nhieät ñoái löu, W/m2oC tw – nhieät ñoä beà maët taám phaúng, oC hoaëc K tf – nhieät ñoä trung bình cuûa chaát loûng, oC hoaëc K 4 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Heä soá toaû nhieät α= q tw − tf ( , W / m2K ) Trao ñoåi nhieät ñoái löu laø quaù trình phöùc taïp phuï thuoäc nhieàu yeáu toá: α = f (t w , t f , ω, λ, ρ, µ, C p , φ, δ,...) ω Toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa löu chaát, m/s λ Heä soá daãn nhieät cuûa löu chaát, W/mK µ Heä soá nhôùt ñoäng löïc hoïc, N.s/m2 φ Hình daùng hình hoïc δ Kích thöôùc tính toaùn, m ……….. 5 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM 2 Nhöõng nhaân toá cô baûn aûnh höôûng ñeán α: Nguyeân nhaân phaùt sinh chuyeån ñoäng: – Chuyeån ñoäng töï nhieân: + Gaây neân bôûi cheânh leäch khoái löôïng rieâng ∆ρ – Chuyeån ñoäng cöôõng böùc: + Gaây neân do taùc ñoäng cuûa ngoaïi löïc (bôm, quaït, maùy neùn…) 6 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Cheá ñoä chuyeån ñoäng: Khaûo saùt doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái löu chaát maøu löu chaát maøu Doøng chaûy taàng: caùc phaàn töû löu chaát chaûy theo moät doøng phaúng, theo moät traät töï nhaát ñònh (doøng oån ñònh). Doøng chaûy roái: caùc phaàn töû löu chaát chaûy khoâng oån ñònh vaø raát ngaãu nhieân. 7 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Tính chaát vaät lyù cuûa löu chaát loûng (khí): Caùc thoâng soá aûnh höôûng raát lôùn ñeán α laø: + heä soá daãn nhieät: λ + nhieät dung rieâng cp + khoái löôïng rieâng: ρ + heä soá khuyeách taùn nhieät: a + ñoä nhôùt ñoäng löïc hoïc: µ ν = µ ρ - heä soá nhôùt ñoäng hoïc cuûa löu chaát, m2/s 8 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Xeùt 3 loaïi löu chaát thöôøng gaëp trong kyõ thuaät: ñeå thaáy möùc ñoä aûnh höôûng cuûa thoâng soá vaät lyù cuûa löu chaát ñeán α + Khoâng khí (hoaëc khí, hoaëc hôi): coù heä soá α raát beù - Ñoái löu töï nhieân: α ≈ 5 ÷ 10W/m2K - Ñoái löu cöôõng böùc: α ≈ 15 ÷ 60W/m2K + Daàu: tuyø loaïi daàu vaø ñoä nhôùt - Ñoái löu töï nhieân: α ≈ 50 ÷ 100W/m2K - Ñoái löu cöôõng böùc: α ≈ 150 ÷ 300W/m2K + Nöôùc: coù heä soá α raát lôùn - Ñoái löu töï nhieân: α ≈ 100 ÷ 600W/m2K - Ñoái löu cöôõng böùc: α ≈ 1000 ÷ 9000W/m2K 9 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Hình daùng vaø kích thöôùc beà maët trao ñoåi nhieät: AÛnh höôûng ñeán söï chuyeån ñoäng cuûa doøng löu chaát AÛnh höôûng ñeán heä soá toaû nhieät α 10 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Lôùp bieân nhieät vaø lôùp bieân thuyû ñoäng 11 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Lôùp bieân thuyû ñoäng - Chieàu daøy cuûa lôùp bieân δv laø khoaûng caùch töø beà maët ñeán giaù trò vaän toác ω = 0,99 ⋅ ω∞ Lôùp bieân nhieät - Chieàu daøy cuûa lôùp bieân nhieät δt doïc theo beà maët laø khoaûng caùch töø beà maët sao cho nhieät ñoä taïi ñoù thoûa phöông trình (T − Ts ) = 0,99 ⋅ (T∞ − Ts ) 12 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM 3 Phöông trình vi phaân trao ñoåi nhieät ñoái löu – Phöông trình vi phaân toaû nhieät – Phöông trình naêng löôïng – Phöông trình chuyeån ñoäng – Phöông trình lieân tuïc 13 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM – Phöông trình vi phaân toaû nhieät ÔÛ saùt beà maët vaùch coù moät lôùp moûng löu chaát ñöùng yeân ñôn thuaàn chæ xaûy ra hieän töôïng daãn nhieät nhieät löôïng naøy baèng nhieät löôïng trao ñoåi ñoái löu qα = qλ n =0 ∂t α(t w − t f ) = −λ fluid ⋅ ∂n n =0 ∂t − λ fluid ⋅ ∂n α= n =0 (*) tw − tf 14 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Trong pt (*) muoán xaùc ñònh α, phaûi bieát söï phaân boá nhieät ñoä cuûa lôùp chaát loûng treân beà maët. Soá aån soá chöa caân baèng vôùi soá phöông trình Vieát phöông trình vi phaân naêng löôïng (tìm quy luaät phaân boá gradient nhieät ñoä) Giaû thieát: • Löu chaát loûng khoâng bò neùn, ñoàng chaát, khoâng coù nguoàn nhieät beân trong, • Boû qua toaû nhieät do ma saùt. • Xeùt phaân töû theå tích löu chaát loûng hình hoäp caïnh dx, dy, dz, • Nhieät löôïng ñöa vaøo chæ laøm bieán ñoåi entanpi cuûa phaàn töû löu chaát. 15 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM – Phöông trình naêng löôïng ∂t ∂t ∂t ∂t  ∂2t ∂2t ∂2t  + ωx + ωy + ωz = a  2 + 2 + 2  (**) ∂τ ∂x ∂y ∂z  ∂x ∂y ∂z  Phöông trình naêng löôïng theå hieän söï phaân boá nhieät ñoä beân trong chaát loûng chuyeån ñoäng Phöông trình (**) phuï thuoäc thaønh phaàn toác ñoä – Phöông trình chuyeån ñoäng Thaønh phaàn löïc taùc ñoäng leân khoái löu chaát: • löïc troïng tröôøng • löïc taùc ñoäng cuûa khoái löu chaát leân beà maët (do aùp suaát) • löïc ma saùt cuûa khoái löu chaát leân beà maët  dω  2 ρ = ρg − ∇p + µ∇ ω (***) dτ Phöông trình Navier - Stock 16 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Phöông trình (***) xuaát hieän bieán soá aùp suaát p – Phöông trình lieân tuïc Döïa treân nguyeân lyù ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng. Khaûo saùt vôùi löu chaát khoâng chòu neùn ∂ωx ∂ωy ∂ωz (****) + + =0 ∂x ∂y ∂z Phöông trình (****) khoâng xuaát hieän bieán soá môùi – Ñieàu kieän ñôn trò: • ñieàu kieän hình hoïc • ñieàu kieän vaät lyù • ñieàu kieän bieân • ñieàu kieän thôøi gian 17 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM – Phöông trình naêng löôïng Ñeà nghò sinh vieân ñoïc – Phöông trình chuyeån ñoäng theâm trong saùch giaùo khoa – Phöông trình lieân tuïc 18 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM 4 Ñoàng daïng vaø caùc soá khoâng thöù nguyeân Trong caùc bieåu thöùc tính toaùn truyeàn nhieät ñoái löu vaø caùc ñieàu kieän bieân coù chöùa caùc soá haïng khoâng thöù nguyeân ñeå bieåu dieãn caùc tham soá vaät lyù: αl ωl λ ν ωl a gβl3∆t ν2 Caùc soá haïng naøy ñöôïc xem nhö laø nhöõng tieâu chuaån ñoàng daïng, goùp phaàn raát lôùn cho söï phaùt trieån trong nghieân cöùu ñoäng löïc hoïc löu chaát loûng vaø trong truyeàn nhieät. 19 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  Tieâu chuaån Nusselt: Kí hieäu laø Nu (tieâu chuaån cuûa truyeàn nhieät) αl Nu ≡ λ • Soá Nusselt laø giaù trò moâ taû cho quaù trình truyeàn nhieät taïi bieân giöõa vaùch vaø doøng löu chaát. • Thöôøng ñöôïc söû duïng khi chöa xaùc ñònh ñöôïc quaù trình ñoái löu, ñeå xaùc ñònh heä soá toûa nhieät ñoái löu α 20 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt