Chương 10 : Trao đổi nhiệt đối lưu

Chia sẻ: Dau Sy Long | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

193
lượt xem 33
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'chương 10 : trao đổi nhiệt đối lưu', khoa học tự nhiên, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 10 : Trao đổi nhiệt đối lưu

Ch−¬ng 10. trao ®æi nhiÖt ®èi l−u 10.1. C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n 10.1.1. §Þnh nghÜa vµ ph©n lo¹i Trao ®æi nhiÖt ®èi l−u, hay cßn gäi lµ táa nhiÖt, lµ hiÖn t−îng dÉn nhiÖt tõ bÒ mÆt vËt r¾n vµo m«i tr−êng chuyÓn ®éng cña chÊt láng hay chÊt khÝ. Tïy theo nguyªn nh©n g©y chuyÓn ®éng chÊt láng, táa nhiÖt ®−îc ph©n ra 2 lo¹i: -Theo nhiÖt tù nhiªn lµ hiÖn t−îng dÉn nhiÖt vµo chÊt láng chuyÓn ®éng tù nhiªn, lu«n x¶y ra trong tr−êng träng lùc khi nhiÖt ®é chÊt láng kh¸c nhiÖt ®é bÒ mÆt. - Táa nhiÖt c−ìng bøc lµ hiÖn t−îng dÉn nhiÖt vµo chÊt láng chuyÓn ®éng c−ìng bøc do t¸c dông cña b¬m, qu¹t hoÆc m¸y nÐn. 10.1.2. C«ng thøc tÝnh nhiÖt c¬ b¶n. Thùc nghiÖm cho hay l−îng nhiÖt Q trao ®æi b»ng ®èi l−u gi÷a mÆt F cã nhiÖt ®é tw víi chÊt láng cã nhiÖt ®é tf lu«n tØ lÖ víi F vµ ∆t = tw - tf. Do ®ã, nhiÖt l−îng Q ®−îc ®Ò nghÞ tÝnh theo 1 c«ng thøc quy −íc, ®−îc gäi lµ c«ng thøc Newton, cã d¹ng sau: Q = αF∆t , [ W ], hay q = α∆t , [ W / m 2 ] 10.1.3. HÖ sè táa nhiÖt α HÖ sè α cña c«ng thøc Newton nãi trªn, ®−îc gäi lµ hÖ sè táa nhiÖt: α= Q = q F∆t ∆t [ W / m2K ,] HÖ sè α ®Æc tr−ng cho c−êng ®é táa nhiÖt, b»ng l−îng nhiÖt truyÒn tõ 1m2 bÒ mÆt ®Õn chÊt láng cã nhiÖt ®é kh¸c nhiÖt ®é bÒ mÆt 1 ®é Gi¸ trÞ cña α ®−îc coi lµ Èn sè chÝnh cña bµi to¸n táa nhiÖt, phô thuéc vµo c¸c th«ng sè kh¸c cña m«i tr−êng chÊt láng vµ bÒ mÆt, ®−îc x¸c ®Þnh chñ yÕu b»ng c¸c c«ng thøc thùc nghiÖm. 10.1.4. C¸c th«ng sè ¶nh h−ëng tíi hÖ sè táa nhiÖt α Táa nhiÖt lµ hiÖn t−îng dÉn nhiÖt tõ bÒ mÆt vµo m«i tr−êng chÊt láng chuyÓn ®éng. Do ®ã, mäi th«ng sè ¶nh h−ëng ®Õn sù chuyÓn ®éng vµ dÉn nhiÖt trong chÊt láng ®Òu ¶nh h−ëng tíi hÖ sè α. C¸c th«ng sè nµy th−êng ®−îc ph©n ra 4 lo¹i nh− sau: * Th«ng sè h×nh häc: M« t¶ vÞ trÝ, kÝch th−íc, h×nh d¹ng cña mÆt táa nhiÖt. Gi¸ trÞ cña th«ng sè h×nh häc trong mçi c«ng thøc thùc nghiÖm ®−îc chän nh− mét kÝch th−íc nµo ®ã 107
cña mÆt F, ®−îc gäi lµ kÝch th−íc x¸c ®Þnh. Tïy theo vÞ trÝ vµ h×nh d¹ng cña mÆt F, kÝch th−íc x¸c ®Þnh l cã thÓ chän lµ chiÒu cao h, chiÒu dµi l hoÆc ®−êng kÝnh 4f t−¬ng ®−¬ng d = , víi f vµ u lµ diÖn tÝch vµ chu vi cña mÆt c¾t chøa chÊt láng. u * C¸c th«ng sè vËt lÝ cña chÊt láng: C¸c th«ng sè vËt lÝ ¶nh h−ëng tíi α bao gåm: - C¸c th«ng sè vËt lÝ ¶nh h−ëng tíi chuyÓn ®éng lµ: khèi l−îng riªng ρ [kg/m3], hÖ sè në nhiÖt β = ∆V V0 T [ ] [ ] , K −1 , ®é nhít ®éng häc γ m 2 / s . - C¸c th«ng sè ¶nh h−ëng tíi dÉn nhiÖt lµ: hÖ sè dÉn nhiÖt λ[W / mK ] , hÖ sè khuyÕch t¸n nhiÖt a = λ pC [ m2 / s . ] C¸c th«ng sè vËt lÝ nãi trªn ®Òu thay ®æi theo nhiÖt ®é chÊt láng. Trong mçi thùc nghiÖm, ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè vËt lÝ, ng−êi ta quy ®Þnh 1 gi¸ trÞ nµo ®ã cña nhiÖt ®é chÊt láng, ®−îc gäi lµ nhiÖt ®é x¸c ®Þnh. NhiÖt ®é x¸c ®Þnh cã thÓ µ 1 nhiÖt ®é tf, tW hay t m = ( t f + t w ) , tïy m« h×nh cô thÓ, do nhµ thùc nghiÖm qui 2 ®Þnh. * Nguyªn nh©n g©y chuyÓn ®éng chÊt láng: - ChuyÓn ®éng ®èi l−u tù nhiªn lu«n ph¸t sinh khi cã ®é chªnh träng l−îng riªng gi÷a c¸c líp chÊt láng gÇn vµ xa v¸ch. §é chªnh träng l−îng riªng tØ lÖ víi gia tèc träng lùc g[m/s2], víi hÖ sè në thÓ tÝch β[K −1 ] vµ víi ®é chªnh nhiÖt ®é ∆t gi÷a v¸ch vµ chÊt láng, tøc tØ lÖ víi tÝch gβ∆t,[m/s2]. - ChuyÔn ®éng c−ìng b−íc g©y ra bëi lùc c−ìng bøc cña b¬m qu¹t, ®−îc ®Æc tr−ng chñ yÕu b»ng tèc ®é ω [m/s] cña dßng chÊt láng. Khi chuyÓn ®éng c−ìng bøc, nÕu g vµ ∆t kh¸c 0 th× lu«n kÌm theo theo ®èi l−u tù nhiªn. * ChÕ ®é chuyÓn ®éng cña chÊt láng: Khi ch¶y tÇng, c¸c phÇn tö chÊt láng chuyÓn ®éng song song mÆt v¸ch nÕu sè α kh«ng lín. Khi t¨ng vËn tèc ω ®ñ lín, dßng ch¶y rèi sÏ xuÊt hiÖn. Lóc nµy c¸c phÇn tö chÊt láng ph¸t sinh c¸c thµnh phÇn chuyÓn ®éng rèi lo¹n theo ph−¬ng ngang, t¨ng c¬ héi va ch¹m mÆt v¸ch, khiÕn cho hÖ sè α t¨ng cao. chÕ ®é chuyÓn ®éng chÊt láng ®Æc tr−ng bëi c¸c th«ng sè l, γ vµ ω, th«ng qua gi¸ trÞ cña vËn tèc kh«ng thø nguyªn: ⎧Re < 2300 : ch¶ y tÇng ω1 ⎪ Re= : ⎨2300 ≤ Re < 10 4 : ch¶ y qu¸ ®é (10-1) v ⎪Re ≥ 10 4 : ch¶ y rèi ⎩ Mét c¸ch tæng qu¸t, hÖ sè táa nhiÖt α phô thuéc vµo c¸c th«ng sè liªn quan ®Õn bµi to¸n táa nhiÖt, theo ph©n tÝch ®Þnh tÝnh nãi riªng trªn, sÏ cã d¹ng: α = f (l, ρ, γ , a, λ, g, β, ∆t, ω ) (10-2) 108
10.2. ph−¬ng tr×nh tiªu chuÈn cña táa nhiÖt ph−¬ng tr×nh tiÓu chuÈn cña táa nhiÖt lµ ph−¬ng tr×nh (10-2) ®−îc viÕt ë d¹ng tiªu chuÈn, chØ chøa c¸c biÕn sè ®éc lËp kh«ng thø nguyªn. D¹ng tæ qu¸t cña ph−¬ng tr×nh tiªu chuÈn cã thÓ t×m ®−îc b»ng ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi ®ång d¹ng hoÆc ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch thø nguyªn. 10.2.1. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch thø nguyªn C¬ së cña ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch thø nguyªn lµ nguyªn lÝ cho r»ng néi dung cña ph−¬ng tr×nh m« t¶ mét hiÖn t−îng vËt lÝ sÏ kh«ng ®æi khi thay ®æi ®¬n vÞ ®o c¸c ®¹i l−îng vËt lÝ chøa trong ph−¬ng tr×nh. Môc ®Ých cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ t×m c¸ch thay ®æi ®¬n vÞ ®o thÝch hîp ®Ó khö c¸c biÕn phôc thuéc, ®−a ph−¬ng tr×nh (10 -2) vÒ d¹ng tiªu chuÈn, chØ chøa c¸c biÕn ®éc lËp kh«ng thø nguyªn. 10.2.2. D¹ng tæng qu¸t cña ph−¬ng tr×nh tiªu chuÈn táa nhiÖt Ph©n tÝch thø nguyªn cña c¸c ®¹i l−îng vËt lÝ trong ph−¬ng tr×nh (10-2) ®Ó t×m ®¬n vÞ ®o c¬ b¶n: [ ] [ ] [ [1] = [m]; [ρ] = kg / m 3 ; [γ ] = m 2 / s ; [ω] = [m / s]; [a ] = m 2 / s ; ] [gβ∆t ] = [m / s 2 ]; [λ] = [¦ W / mK] = [kgm / s K ]; [α] = [¦ W / m K ] = [kg / s K ] 2 2 3 §¬n vÞ ®o chung cho c¸c ®¹i l−îng, hay ®¬n vÞ ®o c¬ b¶n, lµ hÖ 4 ®¬n vÞ sau: ([kg]; [m]; [s]; [K]) Khi ®o b»ng hÖ ®¬n vÞ c¬ b¶n míi (G[kg], M[m], S[s], D[K]), víi G, M, S, D lµ c¸c hÖ sè tØ lÖ sÏ ®−îc chän, th× ph−¬ng tr×nh (10-2) sÏ cã d¹ng: G ⎛ G M 2 GM M 2 M M ⎞ α = f ⎜ Ml, 3 ρ, ⎜ γ , 3 λ, a , 2 gβ ∆t , ω ⎟ (10-3) 2 S D ⎝ M S S D S S S ⎟⎠ §Ó khö c¸c biÕn phô thuéc, cÇn chän 4 h»ng sè G, M, S, D sao cho 4 ®¹i l−îng ®Çu trong ph−¬ng tr×nh (10-3) b»ng 1: ⎧ 1 M1 = 1 ⎫ ⎪M = 1 G ⎪ ⎪ ρ =1 ⎪ ⎪G = 1 M3 ⎪ ⎪ 13 ρ ⎪ ⎪ M 2 ⎬ Tøc lµ ⎨ v =1⎪ ⎪S = v S ⎪ ⎪ 12 GM ⎪ ⎪ λ = 1⎪ ⎪D = λ1 3 2 3 SD ⎭ ⎪ ⎩ ρv Thay gi¸ trÞ c¸c hÖ t×m ®−îc vµo ph−¬ng tr×nh (10-3) sÏ cã: αl ⎛ v gβ∆tl 3 ωl ⎞ = f ⎜ 1,1,1,1, , ⎜ , ⎟ hay Nu = f(Pr, Gr, Re), (10-4) λ ⎝ a v2 v⎟ ⎠ 109
Trong ®ã: αl - Nu = lµ hÖ sè táa nhiÖt kh«ng thø nguyªn ch−a biÕt, ®−îc gäi lµ tiªu λ chuÈn Nusselt, ®Æc tr−ng cho c−êng ®é táa nhiÖt. γ − Pr = lµ ®é nhít kh«ng thø nguyªn, cho tr−íc trong ®iÒu kiÖn vËt lÝ, a ®−îc gäi lµ tiªu chuÈn Prandtl, ®Æc tr−ng cho tÝnh chÊt vËt lÝ cña chÊt láng. ωl − Re = lµ vËn tèc kh«ng thø nguyªn, ®−îc gäi lµ tiªu chuÈn Reynolds, v ®Æc tr−ng cho chÕ ®é chuyÓn ®éng. Trong táa nhiÖt c−ìng bøc Re lµ tiªu chuÈn x¸c ®Þnh. Trong táa nhiÖt tù nhiªn, Re lµ tiªu chuÈn ch−a x¸c ®Þnh phô thuéc vµo Gr vµ Pr. gβl 3 ∆t − Gr = lµ lùc n©ng kh«ng thø nguyªn, cho tr−íc theo ®iÒu kiÖn ®¬n y2 trÞ, ®−îc gäi lµ tiªu chuÈn Grashof, ®Æc tr−ng cho c−êng ®é ®èi l−u tù nhiªn. 10.2.3. C¸c d¹ng ®Æc biÖt cña ph−¬ng tr×nh tiªu chuÈn táa nhiÖt Khi ®èi l−u tù nhiªn ®¬n thuÇn, Re lµ Ên sè phô thuéc Gr vµ Pr, nªn ph−¬ng tr×nh (10-4) sÏ cã d¹ng: Nu=f (Gr,Pr). Khi chuyÓn ®éng c−ìng bøc m¹nh, cã thÓ coi Gr = const, lóc ®ã ph−¬ng tr×nh (10- 4) cã d¹ng: Nu = f (Re,Pr). Khi m«i tr−êng lµ hÊt khÝ, cã Pr = const, ph−¬ng tr×nh (10-4) cã d¹ng: Nu=f(Gr,Re). Khi chÊt khÝ ®èi l−u tù nhiªn th× Nu = F(Gr), khi chÊt khÝ chuyÓn ®éng c−ìng bøc m¹nh th× Nu = f(Re). 10.3. c¸ch x¸c ®Þnh c«ng thøc thùc nghiÖm 10.3.1. C¸c b−íc thùc nghiÖm Khi cÇn thiÕt lËp c«ng thøc tÝnh α cho 1 hiÖn t−îng táa nhiÖt, ng−êi ta tiÕn hµnh c¸c b−íc nh− sau: 1. LËp m« h×nh thÝ nghiÖm ®ång d¹ng víi hiÖn t−îng táa nhiÖt ®ang xÐt 2. §o c¸c gi¸ trÞ cña tÊt c¶ c¸c ®¹i l−îng t¹i c¸c chÕ ®é cÇn kh¶o s¸t. 3. lËp b¶ng tÝnh c¸c gi¸ trÞ t−¬ng øng cña c¸c tiªu chuÈn Re, Gr, Pr, Nu theo c¸c sè liÖu thu ®−îc t¹i k ®iÓm ®o kh¸c nhau. 4. lËp c«ng thøc thùc nghiÖm Nu = f (Gr,Re,Pr) theo b¶ng gi¸ trÞ c¸c tiªu chuÈn nãi trªn b»ng ph−¬ng ph¸p ®å thÞ. 10.3.2. Ph−¬ng ph¸p ®å thÞ t×m d¹ng ph−¬ng tr×nh tiªu chuÈn 110
Tõ b¶ng sè liÖu (Nu, Re, Gr. Pr) ng−êi ta cã thÓ t×m c«ng thøc rhùc nghiÖm ë d¹ng Nu = CRenGrmPrp b»ng c¸ch lÇn l−ît x¸c ®Þnh c¸c sè mò n, m, p vµ h»ng sè C trªn c¸c ®å thÞ logarit. 10.3.2.1. Khi Nu = f(Re) = CRen Trªn ®å thÞ (lgNu, lgRe) ph−¬ng tr×nh trªn cã d¹ng ®−êng th¼ng lgNu = nlgRe + lgC, víi n, C ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: - BiÔu diÔn c¸c ®iÓm thùc nghiÖm trªn ®å thÞ (lgNu,lgRe) - X¸c ®Þnh ®−êng th¼ng ®i qua tËp ®iÓm thùc nghiÖm nãi trªn theo ph−¬ng ph¸p b×nh ph−¬ng nhá nhÊt. - T×m gãc nghiªng β cña ®−êng th¼ng vµ giao ®iÓm C0 = lgC víi trôc lgNu, nhê ®ã t×m ®−îc n = tgβ vµ C = 10C0 Khi miÒn biÕn thiªn cña Re kh¸ lín, lµm thay ®æi chÕ ®é chuyÓn ®éng ng−êi ta chia miÒn ®ã ra c¸c kho¶ng ⎣Re i ÷ Re i +1 ⎦ kh¸c nhau vµ t×m ni = tgβi, Ci = 10C0i cho mçi kho¶ng. 111
10.3.2.2. Khi Nu = f(Re,Gr)= CrenGrm §Ó x¸c ®Þnh hµm 2 biÕn trªn, cã thÓ lÇn l−ît t×m ra n, m, C trªn hai ®å thÞ logarit nh− sau: 1. T×m n theo hä c¸c ®−êng th¼ng d¹ng lgNu = nlgRe + lg (CGmi) khi Gr = const trªn ®å thÞ (lgNu, lgNu, lgRe) b»ng c¸ch: - Cè ®Þnh Gr = Gri = const ®Ó x¸c ®Þnh ®−êng th¼ng: lgNui = nilgRei + lg(CGim) nh− trªn vµ t×m ®−îc ni = tgβi, - Thay ®æi Gri, ∀i = 1÷k, sÏ cã 1 hä k ®−êng th¼ng víi ®é dèc ni, ∀i = 1÷k 1 k vµ x¸c ®Þnh n nh− gi¸ trÞ trung b×nh n∑ ni. k i =1 Nu Nu 2. T×m m vµ C theo ®−êng th¼ng lg n = mlgGr + lgC trªn ®å thÞ lg n , Re Re lgGr nh− tr−êng hîp hµm 1 biÕn, sÏ ®−îc m = tgγ víi C = 10C0. 10.3.2.3. Khi Nu = f(Re,Gr,Pr)= CrenGrmPrp §Ó x¸c ®Þnh hµm 3 biÕn trªn, cã thÓ t×m n, m, C theo tr×nh tù sau: - Cè ®Þnh Pr, Gr t¹i c¸c trÞ sè Prj, Gri kh¸c nhau, biÓu diÔn trªn to¹ ®é (lgNu, lgRe) sÏ ®−îc k hä ®−êng th¼ng d¹ng lgNu = nlgRe + lg(CGrm Prn) vµ t×m 1 k ⎛1 k ⎞ ®−îc sè mò n trung ba×nh theo n = ∑ ⎜ k ∑ tgβ Þ ⎟ ; k j=1 ⎝ i =1 ⎠ Nu - Cè ®Þnh Pr t¹i c¸c trÞ sè Prj kh¸c nhau, biÓu diÔn trªn to¹ ®é (lg , Re n Nu 1 k lgGr) sÏ ®−îc 1 hä ®−êng th¼ng lg = mlgGr vµ t×m ®−îc m = ∑ tgβ Þ . Re n k j=1 112
Nu -BiÓu diÔn k ®iÓm ®o trªn to¹ ®é (lg , lgPr) sÏ ®−îc hä ®−êng Re n Gr m Nu th¼ng d¹ng: lg = p lg Pr + lg C . Re n Gr m cã gãc nghiªng ϕ vµ giao ®iÓm c0 = lgc, nhê ®ã t×m ®−îc p = artgϕ vµ c = 10 c . 0 10.4. c¸c c«ng thøc thùc nghiÖm tÝnh α 10.4.1. bµi to¸n táa nhiÖt vµ c¸ch gi¶i - Bµi to¸n táa nhiÖt th−êng ®−îc ph¸t biÓu nh− sau: t×m hÖ sè táa nhiÖt α tõ bÒ mÆt cã vÞ trÝ vµ h×nh d¹ng cho tr−íc, ®−îc ®Æc tr−ng bëi kÝch th−íc x¸c ®Þnh l, cã nhiÖt ®é tw ®Õn m«i tr−êng chÊt láng hoÆc khÝ cho tr−íc cã nhiÖt ®é tf vµ vËn tèc chuyÓn ®éng c−ìng bøc lµ ω , nÕu cã t¸c nh©n c−ìng bøc. λ - Lêi gi¶i cña bµi to¸n trªn lµ α = Nu , víi Nu = f (Re,Gr,Pr) t×m theo l c«ng thøc thùc nghiÖm t−¬ng øng víi bµi to¸n ®· cho, trong ®ã c¸c gi¸ trÞ (λ, γ, β, Pr) ®−îc x¸c ®Þnh theo b¶ng th«ng sè vËt lÝ cña chÊt láng t¹i nhiÖt ®é x¸c ®Þnh theo quy ®Þnh cña c«ng thøc thùc nghiÖm. 10.4.2. C«ng thøc tÝnh táa nhiÖt tù nhiªn 10.4.2.1. Táa nhiÖn tù nhiªn trong kh«ng gian v« h¹n Kh«ng gian v« h¹n lµ kh«ng gian chøa chÊt láng cã chiÒu dµy ®ñ lín, ®Ó cã thÓ coi chÊt láng chØ trao ®æi nhiÖt víi bÒ mÆt ®ang xÐt. C«ng thøc chung cho c¸c mÆt ph¼ng, trô, c»u ®Æt th¼ng ®øng hoÆc n»m n ngang, cã d¹ng: Num = C(Gr, Pr) m Trong ®ã quy ®Þnh: NhiÖt ®é x¸c ®Þnh lµ: 1 [t ] = t m = ( t w + t f ). 2 KÝch th−íc x¸c ®Þnh lµ: ⎧h = chiÒu cao cña v¹ch hoÆc èng dÆt th¼ng døng [1] = ⎪ 4f ⎨ ⎪d u = d−êng kÝnh mÆt trô n¨m ngang hoÆc mÆt cÇu ⎩ C¸c sè c vµ n cho theo b¶ng bªn: (GrPr)m C n Khi tÊm ph¼ng n»m ngang vµ 10-3÷5.102 1,18 1/8 táa nhiÖt lªn th× lÊy α n ↑ = 1,3α h , nÕu táa 5.102÷2. 107 0,54 1/4 NhiÖt xuèng d−íi th× lÊy α n ↓ = 0,7α h . 2. 107÷1013 0,13 1/3 113
10.4.2.2. Táa nhiÖn tù nhiªn trong kh«ng gian h÷u h¹n Kh«ng gian h÷u h¹n ®−îc hiÓu lµ 1 khe hÑp chøa chÊt láng cã chiÒu dµy δ nhá gi÷a 2 mÆt cã nhiÖt ®é kh¸c nhau t w > t w khiÕn cho chÊt láng võa nhËn 1 2 nhiÖn tõ mÆt nãng võa táa táa nhiÖt vµo mÆt l¹nh. L−îng nhiÖt truyÒn tõ mÆt nãng ®Õn mÆt l¹nh ®−îc tÝnh theo c«ng thøc dÉn nhiÖt qua v¸ch chÊt láng dµy δ víi hÖ sè dÉn nhiÖt t−¬ng ®−¬ng λtd, cho bëi c«ng thøc nghiÖm sau: λ td = λ m C(Gr Pr) n m C N [t ] = t m = 1 ( t w1 + t w 2 ) (Gr.Pr) m Víi: 2 < 103 1 0 [l] = δ = chiÒu dµy khe hÑp 103 ÷ 1010 0,18 1/4 C vµ n ®−îc tÝnh theo b¶ng bªn. λ td Víi khe hÑp ph¼ng cã: q= ( t w1 − t w 2 ), W / m 2 δ 1w 1 − t w 2 Víi khe hÑp trô cã: q1 = , W / m. 1 d2 1n 2πλ td d1 10.4.3. táa nhiÖt c−ìng bøc 10.4.3.1. Khi chÊt láng ch¶y ngang qua 1 èng Khi chÊt láng nhiÖt ®é tf ch¶y c−ìng bøc víi vËn tèc ω , lÖch 1 gãc ϕ so víi trôc èng cã ®−êng kÝnh ngoµi d, nhiÖt ®é tw th× c«ng thøc thùc nghiÖm cã d¹ng: 1/ 4 ⎛ prf ⎞ Nu fd = C Re n fd prf 0 , 38 ⎜ ⎜ pr ⎟ ⎟ .εϕ ⎝ w ⎠ Trong ®ã quy ®Þnh [t] = tf ; [l] = d; C vµ n cho theo b¶ng sau: Refd C N 10÷10 3 0,5 0,5 103÷2.105 0,25 0,6 εα = f(ϕ) lµ sè hiÖu chØnh theo gãc ϕ = (trôc èng, ω ) cho theo ®å thÞ h×nh 10.4.3a. 10.4.3.2. Khi chÊt láng ch¶y ngang chïm èng Trong thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, c¸c èng th−êng ®−îc bè trÝ theo chïm song song hoÆc so le. MÆt c¾t ngang cña mçi chïm cã d¹ng nh− H10.4.3.2, ®−îc ®Æc tr−ng bëi b−íc ngang s1, b−íc däc s2 ®−êng kÝnh èng d, sè hµng èng theo ph−¬ng dßng ch¶y n. 114
HÖ sè táa nhiÖt α trung b×nh gi÷a chÊt láng vµ mÆt èng cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc sau: 1 .0 ,15 n − 0,5 ⎛ pr ⎞4 ⎛ d ⎞ λ - Khi chïm song song α = 0,26 Re 0,65 Prf0,33 ⎜ f fd ⎜ pr ⎟ ⎜ ⎟ ⎜S ⎟ ⎟ , n ⎝ w ⎠ ⎝ 2 ⎠ d 1 1/ 4 n − 0,7 ⎛ pr ⎞ ⎛ S1 ⎞6 λ - Khi chïm sole víi s 1 /s 2 < 2 th×: α = 0,41 Re 0, 6 ⎜ f fd ⎜ ⎟ ⎟ ⎜ ⎜S ⎟ ⎟ d, n ⎝ prw ⎠ ⎝ 2 ⎠ Trong ®ã quy ®Þnh [t]=tf, [l]= d; n lµ sè hµng èng tÝnh theo ph−¬ng vËn tèc ω cña chÊt láng. 10.4.3.3. Khi chÊt láng ch¶y trong èng HÖ sè to¶ nhiÖt gi÷a chÊt láng cã nhiÖt ®é tf ch¶y víi vËn tèc ω bªn trong 1 èng hoÆc kªnh m−¬ng cã tiÕt diÖn bÊt kú f = const, chu vi −ít lµ u, dµI l, nhiÖt ®é tw ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: 1 0 ⎛ pr ⎞4 Nu fd = 0,15 Re 0,33 Prf0, 43 Grfd,1 ⎜ f fd ⎜ pr ⎟ ε1 khi Re < 2300 (ch¶y tÇng) ⎟ ⎝ w ⎠ 1 ⎛ pr ⎞ 4 Nu fd = 0,021 Re 0,8 Prf0, 43 ⎜ f ⎟ ε 1 khi Re > 2300 (ch¶y rèi), fd ⎜ pr ⎟ ⎝ w⎠ 4f ⎛1 ⎞ trong ®ã: [t ] = t f ; [l] = d = , ε1 lµ hÖ sè hiÖu chØnh theo chiÒu dµi, ε1 = f ⎜ , Re Ì ⎟ u ⎝d ⎠ cho theo b¶ng ë phÇn phô lôc. NÕu èng cong víi b¸n kÝnh cong R nh− ë ®o¹n cót hoÆc èng xo¾n ruét gµ th× hÖ sè to¶ nhiÖt trong èng cong lµ: ⎛ d ⎞ α R = α t ε R = α t ⎜1 + 1,77 1 ⎟ , ⎝ R⎠ trong ®ã: α 1 lµ hÖ sè to¶ nhiÖt khi èng th¼ng tÝnh theo c¸c c«ng thøc trªn. 115