TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
CHƯƠNG 5
TOẢ NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIEÂN
1. Khái niệm chung
2. Toả nhiệt ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian roäng
3. Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian heïp
1
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
1. Khaùi nieäm chung
Quaù trình toaû nhieät ñoái löu töï nhieân gaëp raát phoå bieán trong kyõ thuaät vaø trong caùc hoaït ñoäng cuoäc soáng cuûa con ngöôøi:
Ví duï:
– quaù trình giaûi nhieät cho caùc thieát bò ñieän töû,
– transistor coâng suaát, caùc maïch ñieän töû,
– caùc taám böùc xaï nhieät,
– laøm nguoäi caùc vaät ñuùc,
–
hoaëc trong caùc heä thoáng laïnh öùng duïng cho caùc daøn laïnh, caùc thieát bò ngöng tuï, bay hôi …
– hoaëc laø caùc quaù trình toûa nhieät cuûa caùc vaät theå ñaët trong töï nhieân,
2
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
– toûa nhieät cuûa cô theå con ngöôøi…
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cô cheá chuyeån ñoäng trong quaù trình
Doøng khí aám
Vaät theå noùng
Doøng khí laïnh
• Ñoäng löïc chuyeån ñoäng gaây neân bôûi ∆ρ = ρw - ρf
• ∆ρ laø do ∆t = tw - tf
3
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Heä soá toaû nhieät
2
=α
)Km/W, (
t
t
q w −
f
Trao ñoåi nhieät ñoái löu laø quaù trình phöùc taïp phuï thuoäc nhieàu yeáu toá:
=α
µρλω ,
,
,
δφ ,
( tf
) ,...
,t, f
w
,C, p
Toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa löu chaát, m/s Heä soá daãn nhieät cuûa löu chaát, W/mK Heä soá nhôùt ñoäng löïc hoïc, N.s/m2 Hình daùng hình hoïc Kích thöôùc tính toaùn, m ω λ µ φ δ
4
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
………..
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Tìm heä soá toaû nhieät α cuûa quaù trình ñoái löu töï nhieân
Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân ñöôïc phaân laøm 2 loaïi
• Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian roäng
• Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian heïp
5
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
2. Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian roäng:
wt
Bieân daïng nhieät ñoä
Khaûo saùt vaùch phaúng noùng ñöôïc laøm nguoäi baèng caùch nhuùng vaøo trong beå chöùa löu chaát loûng yeân laëng
t o
Bieân daïng vaän toác
Lôùp bieân
Toûa nhieät ñoái löu töï nhieân treân moät beà maët phuï thuoäc:
t w
• Hình daùng hình hoïc cuûa beà maët ñoù cuõng nhö laø vò trí vaø höôùng ñaët cuûa beà maët.
• Nhieät ñoä cuûa beà maët
• Ñaëc tính nhieät vaät lyù cuûa doøng löu chaát
6
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Theo Tieâu chuaån Grashof: soá haïng bieåu dieãn tyû soá cuûa löïc
naâng vaø löïc ma saùt taùc ñoäng treân doøng löu chaát
Cheá ñoä doøng chaûy trong ñoái löu töï nhieân chòu taùc ñoäng cuûa
soá khoâng thöù nguyeân Gr:
≡
Gr
3 ∆β lg t 2 ν
Vôùi
7
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
g: laø gia toác troïng tröôøng, g = 9,81 m/s2 β: heä soá giaõn nôû nhieät, 1/K (ñoái vôùi khí lyù töôûng β=1/T) tw: nhieät ñoâ beà maët vaùch t0: nhieät ñoä doøng löu chaát l: chieàu daøi hình hoïc töông ñöông, m ν: ñoä nhôùt ñoäng hoïc cuûa löu chaát, m2/s
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Soá Gr laø tieâu chuaån ñeå xaùc ñònh doøng löu chaát ôû cheá ñoä chaûy taàng
hay chaûy roái trong quaù trình toûa nhieät ñoái löu töï nhieân.
Ví duï: ñoái vôùi taám phaúng ñaët ñöùng, soá Gr tôùi haïn ñöôïc xaùc ñònh laø khoaûng 109.
Qua phaân tích caùc döõ lieäu thöïc nghieäm
Töông quan thöïc nghieäm cho soá haïng Nu trung bình trong toaû nhieät ñoái löu
n
n
=
=
=
(
)
Nu
Pr.GrC
Ra.C
α l λ
8
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
doøng löu chaát chaûy roái khi soá Gr lôùn hôn giaù trò tôùi haïn 109.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
n
n
=
=
(
)
Nu
Pr.GrC
Ra.C
=
=
Nu
Pr
=
Gr
α l λ
ν a
3 ∆β lg t 2 ν
+
t
( t
t
w
)f
tb
⋅= 1 2
Giaù trò nhieät ñoä trung bình tính toaùn:
(töø ttb tra caùc thoâng soá vaät lyù λ, ν, Pr)
Löu chaát loûng gioït: βtra baûng Löu chaát khí (hôi): β= 1/ T = 1/ (ttb + 273) , 1/K
Kích thöôùc tính toaùn:
9
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
– – – Vaùch ñöùng, oáng ñöùng: choïn chieàu cao l =H OÁng naèm ngang: choïn ñöôøng kính l = d Taám phaúng ñaët naèm ngang: choïn kích thöôùc ngaén
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Töø thöïc nghieäm xaùc ñònh heä soá C vaø n theo baûng
Traïng thaùi chuyeån ñoäng
Ra
C
n
Chaûy maøng < 0,001 0,5 0
0,001 ÷ 500 1,18 1/8 Chaûy quaù ñoä (töø maøng sang taàng)
500 ÷ 2.107 0,54 1/4 Chaûy taàng
10
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
2.107 ÷ 1013 0,135 1/3 Chaûy roái
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Tröôøng hôïp ñaëc bieät: Ñoái vôùi taám phaúng ñaët naèm ngang
Töø thöïc nghieäm xaùc ñònh heä soá C vaø n theo baûng
C
n
Ra = Gr.Pr
Beà maët noùng höôùng leân treân Beà maët noùng höôùng xuoáng döôùi
< 0,001 0,65 0,35 0
0,001 ÷ 500 1,53 0,83 1/8
500 ÷ 2.107 0,7 0,38 1/4
11
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
2.107 ÷ 1013 0,176 0,095 1/3
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Ví duï 1:
Xeùt moät ñöôøng oáng daãn nöôùc noùng daøi L = 6m, ñöôøng kính ngoaøi D = 8cm ñaët naèm ngang ñi qua moät phoøng roäng coù nhieät ñoä phoøng laø t0 = 18oC.
Nhieät ñoä beà maët ngoaøi cuûa oáng laø tw = 70oC.
Haõy xaùc ñònh löôïng nhieät toån thaát qua oáng do quaù trình
toûa nhieät ñoái löu töï nhieân?
12
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Ví duï 2:
Xeùt moät taám phaúng hình vuoâng coù kích thöôùc 0,6 x 0,6m ñöôïc ñaët trong gian phoøng coù nhieät ñoä t0 = 30oC. Moät beà maët taám phaúng luoân ñöôïc duy trì ôû nhieät ñoä 74oC, maët beân kia ñöôïc caùch nhieät.
Haõy xaùc ñònh löôïng nhieät trao ñoåi töø taám phaúng vaø moâi
tröôøng baèng ñoái löu töï nhieân qua caùc tröôøng hôïp sau:
a) Taám phaúng ñaët ñöùng.
b) Taám phaúng ñaët naèm ngang vôùi beà maët noùng höôùng leân treân.
c) Taám phaúng ñaët naèm ngang vôùi beà maët noùng höôùng xuoáng
döôùi.
13
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
3. Toaû nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian heïp:
14
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Coù theå xem quaù trình toûa nhieät ñoái löu töï nhieân trong khoâng gian
kín laø quaù trình daãn nhieät oån ñònh qua moät lôùp löu chaát
(coù xeùt ñeán toaû nhieät ñoái löu)
⋅
Q
F
conv
⋅λ= tđ
− TT 1 2 δ
Heä soá daãn nhieät töông ñöông: λtñ
λε=λ .tđ
tđ
15
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Xaùc ñònh εtñ:
Kích thöôùc caùc ñònh: l = δ •
Nhieät ñoä tính toaùn: •
)
2w
=
Gr
1w 2 ν
t = 0,5(tw1 + tw2) 3 β − t(lg t Tính soá Gr: •
Theo soá lieäu thöïc nghieäm:
Gr.Pr < 103 εtñ = 1
t
t
1w
2w
⋅
Q
F
conv
⋅λ= tđ
λε=λ .tđ
tđ
− δ
16
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
Gr.Pr ≥ 103 εtñ = 0,18(Gr.Pr)0,25
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Ví duï 3:
Xeùt moät cöûa soå cao 0,8m, roäng 2m loaïi cöûa soå keùp hai lôùp kính.
Giöõa hai lôùp kính laø moät lôùp khoâng khí coù beà daøy laø 2cm,
Nhieät ñoä taïi hai beà maët kính ño ñöôïc laø 12oC vaø 2oC.
Haõy xaùc ñònh löôïng nhieät truyeàn qua cöûa soå.
17
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Tài liệu tham khảo:
1. Hoàng Đình Tín, truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi
nhiệt, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2001
2. Nguyễn Toàn Phong, Bài Giảng môn học truyền nhiệt, Trường
Đại học Bách Khoa TpHCM
3. J.P.Holman, heat transfer, Ninth edition, Mc Grew Hill.
18
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
HẾT CHƯƠNG 5
19
CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
