Trao đổi nhiệt đổi lưu_chương 3

Trao đổi nhiệt đối lưu hay toả nhiệt, là hiện tượng trao đổi nhiệt giữa mộtlớp chất lưu (chất lỏng hoặc chất khí) chuyển động với bề mặt của 1 vách tiếp xúc.Hiện tượng chất lưu chuyển động theo dòng tuần hoàn gọi là đối lưu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Trao đổi nhiệt đổi lưu_chương 3 CHƯƠNG 3 TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU3.1. CÔNG THỨC NEWTON VÀ HỆ SỐ TỎA NHIỆT α3.1.1. Định nghĩa và phân loại tỏa nhiệt Trao đổi nhiệt đối lưu hay toả nhiệt, là hiện tượng trao đổi nhiệt giữa một lớp chất lưu (chất lỏng hoặc chất khí) chuyển động với bề mặt của 1 vách tiếp xúc.Hiện tượng chất lưu chuyển động theo dòng tuần hoàn gọi là đối lưu. Theo nguyên nhân gây chuyển động đối lưu, người ta phân toả nhiệt ra 2 loại: 1) Toả nhiệt tự nhiên là hiện tượng toả nhiệt khi đối lưu được sinh ra một cách tự nhiên, do trọng lực tạo ra trong chất lưu không đồng nhất về nhiệt độ. 2) Toả nhiệt cưỡng bức là hiện tượng toả nhiệt khi đối lưu được tạo ra do một ngoại lực, ví dụ do bơm quạt.3.1.2. Công thức Newton và hệ số toả nhiệt α Xét mô hình toả nhiệt gồm một bề mặt vách tnhiệt độ tW tiếp xúc một lớp chất lưu chuyển độngcó nhiệt độ giảm dần từ tW sát vách đến tf ở xa tw ωvách, như hình Hình 3.1. Lượng nhiệt toả ra chất 1 α 2lưu qua mặt vách được tính theo công thức qui ước, Fgọi là công thức Newton, có dạng: t f q=α(tW - tf), [W/m2] và Q = αF(tW - tf), [W] xtrong đó tW là nhiệt độ mặt vách, tf là nhiệt độ chất Hình 3.1 Phân bố t(x) tronglưu ở xa vách, F là diện tích mặt tiếp xúc và chất lưu khi tỏa nhiệt q Qα= = , [W/m2K] gọi là hệ số toả nhiệt . ∆t F∆t Hệ số toả nhiệt α đặc trưng cho cường độ toả nhiệt, là ẩn số chính của mọibài toán toả nhiệt. 283.2. PHƯƠNG TRÌNH TỔNGG QUÁT CỦA HỆ SỐ TOẢ NHIỆT3.2.1. các thông số ảnh hưởng đến α Hệ số tỏa nhiệt α phụ thuộc vào các yếu tố gây ra đối lưu và dẫn nhiệt trongchất lưu, bao gồm các thông số chính sau đây: 1) Các thông số hình học của mặt toả nhiệt . Hình dạng, kích thước và vị trí của mặt toả nhiệt ảnh hưởng tới dòng chuyểnđộng của chất lưu, do đó sẽ ảnh hưởng tới α. Đặc trưng hình học của bề mặt toảnhiệt có thể gồm nhiều kích thước khác nhau, nhưng khí tính α thường chọn mộtkích thước duy nhất, gọi là kích thước định tính lt. Kích thước định tính lt do người lập công thức tính α lựa chọn, theo qui tắcnhư sau ⎧chiãöu cao h cuía màût phàóng hoàûc truû thàóng âæïng lt = ⎨ ⎩âæåìng kênh tæång âæång cuía äúng nàòm ngang hoàûc bãö màût ngoaìi váût hæîu haûn Ống nằm ngang với diện tích và chu vi của tiết diện chứa chất lỏng là f và u, 4fsẽ có đường kính tương đương d td = . Vật hữu hạn với thể tích V, diện tích xung u quanh F sẽ có dtđ = GV , [m]. F ddt=4f/u ddt=6V/F u f F V Hình 3.2 dtd của vách phẳng và V hình trụ 2) Các thông số vật lý của chất lưu Các thông số vật lý trực tiếp ảnh hưởng đến α bao gồm: - Các thông số ảnh hưởng đến chuyển động là: khối lượng riêng ρ[kg/m3], hệ ∆V µ số nở nhiệt β = , [K −1 ] , độ nhớp động học ν = [m2/s] V∆T ρ 29- Các thông số ảnh hưởng tới dẫn nhiệt là: hệ số dẫn nhiệt λ[W/mK], hệ số λkhuếch tán nhiệt a = [m2/s]. ρC p Các thông số vật lý nới trên đều thay đổi theo nhiệt độ chất lưu . Để xácđịnh giá trị các thông số vật lý khi tính α, người lập công thức qui định 1 trịsố nào đó của nhiệt độ chất lưu, gọi là nhiệt độ định tính. Nhiệt độ định tính[t] có thể lấy một trong các giá trị sau: ⎧ ⎪t f laì nhiãût âäü cháút læu xa vaïch ⎪ [ t ] = ⎨t W laì nhiãût âäü cháút læu saït vaïch ⎪ 1 ⎪t m = ( t W + t f ) laì nhiãût âäü cháút læu åí giæîa låïp biãn nhiãût ⎩ 23) Các thông số đặc trưng cho cường độ đối lưu- Đối lưu tự nhiên là dòng đối lưu tự phát sinh trong chất lưu khi có độ chênhtrọng lượng riêng giữa các lớp chất lưu. độ chênh trọng lượng riêng tỷ lệthuận với gia tốc trọng lực g[m/s2], với hệ số nở nhiệt ...