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

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!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Nhiệt động học: Chương 8 - Nguyễn Thế Lương 1Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưuChương 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 38.1.2 Những nhân tố ảnh hưởnga. Nguyên nhân gây ra chuyển động- Chuyển động tự nhiên hay chuyển động cưỡng bức- Chuyển động tự nhiên (CĐTN): do chênh lệch ? giữa các vùng có ? khác nhau• Lực nâng (/đơn vị thể tích): ? = ?∆?, ?: gia tốc trọng trường• CĐTN ∈ bản chất MC & ∆?• ∆? càng lớn → ∆? càng lớn → CĐTN càng mạnhChương 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 độngChương 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 ? ∈ tốc độ ? & độ nhớt ?• Cụ thể: ? lớn, ? nhỏ thì ? nhỏ & ngược lại.Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 6- Chế độ chảy xác định bởi tiêu chuẩn Reynold: ?? ?? = , ?: tốc độ (m/s), ?: độ nhớt động học ? ?2 ( ), ?: kích thước (chọn) xác định (m) ?- Trị số ?? khi chuyển từ chảy tầng sang chảy rối: ?? tới hạn- VD: MC chuyển động trong ống: ?? tới hạn = 2300 ?? < 2300: chảy tầng; ?? > 2300: chảy rốiChương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 7c. Tính chất vật lý của MCNhững tính chất ảnh hưởng đến TĐN đối lưu:- ?: khối lượng riêng- ?: nhiệt dung riêng- ?: hệ số dẫn nhiệt- ?: hệ số dẫn nhiệt độ- ?: hệ số giãn nở thể tíchd. Hình dạng, kích thước, vị trí bề mặt TĐNChương 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 lưuChương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 98.2 Hệ phương trình vi phân mô tả TĐN đối lưu- PT năng lượng: ?? ?? ?? ?? ?2 ? ?2 ? ?2 ? + ?? + ?? + ?? = ? + + ?? ?? ?? ?? ??2 ??2 ?? 2- PT chuyển động theo phương ?, ?, ?, VD theo ?: ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? + ?? + ?? + ?? = ?? ? − ?? ?? ?? ?? ?? ?2 ? ? ?2 ? ? ?2 ? ? + ? 2 + ?? 2 + ?? 2 ??Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 10- PT liên tục ?? ?(?? ?) ?(?? ? ) ?(?? ?) ?? + ?? + ?? + ?? =0- PT trao đổi nhiệt: ? ?? ?=− (8-1) Δ? ?? ?=0- ĐK đơn trị:• ĐK thời gian: đặc tính theo ?• ĐK hình học: hình dạng, kích thước vậtChương 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 38.3 Công thức Newton và các phương phápxác định hệ số trao đổi nhiệt8.3.1 Công thức Newton- ? = ? ? ? − ?? (8-2)- ? = ?? = ?? ? ? − ? ? (8-3) Từ (8-3):Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 12 ?- ?= (8-4) ? ? ? −? ?- (8-2) & (8-3) đơn giản vì tất cả phức tạp đưa vào ?- ? = ?(?, ?, ?, ?, ?, ? ? , ? ? , ?, ??, ??, ?? … ) (??: hình dạng, ??: kích thước, ??: vị trí đặt vật…)8.3.2 Các phương pháp xác định ?2 PP:Chương 8. Trao đổi nhiệt đối lưu 138.3.2.1 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 giản8.3.2.2 Phương pháp thực nghiệm- Xây dựng thí nghiệm đo một số đại lượng để xácđịnh ?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 nhiệt8.3.2.3 Lý thuyết đồng dạng- Hiện tượng vật lý đồng dạng ...