Bài giảng Kỹ thuật nhiệt: Chương 6 - TS. Lê Xuân Tuấn

Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 6: 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 đến trao đổi nhiệt đối lưu; công thức newton và các phương pháp xác định hệ số toả nhiệt; trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật nhiệt: Chương 6 - TS. Lê Xuân Tuấn Chương 6. Trao đổi nhiệt đối lưu 1 Chương 5 chúng ta đã nghiên cứu phương thức trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt: nhờ sự chuyển động vi mô trong một vật hoặc giữa các vật tiếp xúc với nhau. Chương này chúng ta sẽ nghiên cứu một phương thức truyền nhiệt khác: do sự chuyển động vĩ mô của môi chất. 6.1. TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU VÀ NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU 6.1.1. Trao đổi nhiệt đối lưu - Là trao đổi nhiệt thực hiện được nhờ sự chuyển động của chất lỏng hay chất khí giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau.1 6.1.2. Những nhân tố ảnh hưởng đến trao đổi nhiệt đối lưu 2 a. Nguyên nhân gây ra chuyển động Có nhiều nguyên nhân gây ra chuyển động nhưng người ta thường chia ra: + Chuyển động tự nhiên: khi nhiệt độ tăng thì mật độ của các phân tử giảm, khối lượng riêng giảm. Phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng hay chất khí và phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ. + Chuyển động cưỡng bức: Được gây ra bởi ngoại lực.2 1 6.1.2. Những nhân tố ảnh hưởng đến trao đổi nhiệt đối lưu 3 (Tiếp theo) b. Chế độ chuyển động ! Xác định chế độ chuyển động: Re = # Re < 2300: Chảy tầng Re > 2300: Chảy rối3 6.1.2. Những nhân tố ảnh hưởng đến trao đổi nhiệt 4 đối lưu (Tiếp theo) c. Tính chất vật lý của chất lỏng hay chất khí ? (kg/m3); Cp (J/kgK); ? (W/m.K); ? (m2/s); ? (1/K) d. Hình dạng, kích thước vị trí bề mặt trao đổi nhiệt4 2 6.3. CÔNG THỨC NEWTON VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP 5 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TOẢ NHIỆT 6.3.1. Công thức Newton q = ?(tw – tf) (W/m2) Q = ?F(tw – tf) (W) ? ?= F(tw − tf) tw: Nhiệt độ bề mặt; tf: Nhiệt độ môi trường; F: Diện tích bề mặt; ?: Hệ số toả nhiệt (W/m2K), là lượng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt trong một đơn vị thời gian khi độ chênh nhiệt độ là 1K;5 6.3.2. Các phương pháp xác định hệ số toả nhiệt 6 a. Phương pháp giải tích - Viết phương trình vi phân, hệ phương trình vi phân mô tả quá trình và kết hợp với các điều kiện đơn trị để giải bài toán. - Xác định hệ số toả nhiệt bằng phương pháp giải tích còn hạn chế. - Chỉ được sử dụng cho một số trường hợp đơn giản.6 3 6.3.2. Các phương pháp xác định hệ số toả nhiệt (Tiếp theo) 7 b. Phương pháp thực nghiệm - Xây dựng thí nghiệm rồi đo một số đại lượng cần thiết. - Chỉ đúng cho trường hợp thí nghiệm. Ví dụ: Xác định hệ số toả nhiệt đối lưu tự nhiên của ống nằm ngang. - Xác định F, Q, tw, tf - Lấy một cái ống biết kích thước (biết F), bên trong đặt một dây điện trở. Nhiệt mà dây toả ra sẽ truyền ra ngoài môi trường qua bề mặt ống. - Đo I sẽ xác định được Q=R.I2.t.7 6.3.2. Các phương pháp xác định hệ số toả nhiệt (Tiếp theo) 8 c. Lý thuyết đồng dạng - Điều kiện để hai hiện tượng đồng dạng: + Hệ phương trình vi phân mô tả quá trình có dạng giống nhau; + Cùng bản chất. - Hai hiện tượng đồng dạng với nhau thì các tiêu chuẩn đồng dạng cùng tên có giá trị như nhau. - Tiêu chuẩn đồng dạng là một tập hợp không thứ nguyên của các tiêu chuẩn vật lý đặc trưng cho hiện tượng. - Các tiêu chuẩn đồng dạng tìm được bằng hai cách như sau: + Biến đổi đồng dạng; + Phân tích thứ nguyên.8 4 c. Lý thuyết đồng dạng (Tiếp theo) 9 - Ví dụ: Trường hợp toả nhiệt đối lưu giữa bề mặt vật rắn và chất chất khí chuyển động xung quanh nó. Phương trình toả nhiệt đối lưu: ! CC# ?% = Cλ 2 C$ λ2( ). ?& 2 = C ? Ct ?2 ?t2 ?% λ( ). ?& bm = ??t ?t1 ?% λ 2( ). = ?2 ?t2 ?t2 = Ct ?& 2 λ 1( ?% ). ?& 1 = ?1 ?t1 (! ) = )! = Cl ☞ Đ ...