1. Trang Chủ
  2. Điện - Điện tử
  3. Truyền nhiệt - Chương 4

Truyền nhiệt - Chương 4

TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU DÒNG MỘT PHA Ở sát bề mặt vách có một lớp mỏng lưu chất đứng yên, và do đó trong lớp này chỉ đơn thuần xảy ra hiện tượng dẫn nhiệt, nhiệt lượng này bằng nhiệt lượng trao đổi đối lưu qD qO O fluid ? wt wy y A. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG I. PHƯƠNG TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU Nhiệt lượng trao đổi đối lưu được tính theo định luật Newton Trong đó Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu, W (m 2 .K) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt đối lưu, m2 F o... http://www.ebook.edu.vn ÔÛ saùt beà maët vaùch

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện - Điện tử

Số trang 35

Ngày tạo 8/29/2018 11:09:25 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước

Tên tệp

Tải Truyền nhiệt - Chương 4 (.pdf)

Xem mẫu

  1. http://www.ebook.edu.vn ÔÛ saùt beà maët vaùch coù moät lôùp moûng löu chaát ñöùng yeân, Chöông IV TRAO ÑOÅI NHIEÄT ÑOÁI LÖU vaø do ñoù trong lôùp naøy chæ ñôn thuaàn xaûy ra hieän töôïng daãn Wednesday, October 15, DOØNG MOÄT PHA 2008 nhieät, nhieät löôïng naøy baèng nhieät löôïng trao ñoåi ñoái löu A. CAÙC KHAÙI NIEÄM CHUNG wt O fluid ˜ W m2 qD qO (4-4) wy y I. PHÖÔNG TRÌNH TRAO ÑOÅI NHIEÄT ÑOÁI LÖU 0 Nhieät löôïng trao ñoåi ñoái löu ñöôïc tính theo ñònh luaät Newton Keát hôïp bieåu thöùc 4-1 vaø 4-4 D˜ tw  tf  O fluid ˜ wt wy
  2. y W m2 qD (4-1) D 0 W (m 2 .K) (4-5) tw  tf F ˜ qD F ˜ D ˜ tw  tf W QD vaø (4-2) o neáu bieát gradient nhieät ñoä cuûa löu chaát taïi beà maët vaùch Trong ñoù coù theå xaùc ñònh ñöôïc heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu D. D Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu, W (m 2 .K) Dieän tích beà maët trao ñoåi nhieät ñoái löu, m2 F Nhieät ñoä beà maët, oC tw Nhieät ñoä cuûa löu chaát, oC tf Trao ñoåi nhieät ñoái löu laø moät quaù trình phöùc taïp phuï thuoäc nhieàu yeáu toá f t w , t f , Z, O, U, P, C p , I, G,...
  3. D (4-3) Trong ñoù Z Toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa löu chaát, m s O Heä soá daãn nhieät cuûa löu chaát, W (m.K) Heä soá nhôùt ñoäng löïc hoïc, N ˜ s
  4. m 2 hoaëc kg (m ˜ s) P I Hình daùng hình hoïc G Kích thöôùc tính toaùn, m Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong Page 1 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha Page 2 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha
  5. http://www.ebook.edu.vn II. NGUYEÂN NHAÂN PHAÙT SINH CHUYEÅN ÑOÄNG III. CHEÁ ÑOÄ LÖU ÑOÄNG CUÛA LÖU CHAÁT x Chuyeån ñoäng cöôõng böùc Löu chaát chuyeån ñoäng do ngoaïi löïc taùc ñoäng. Chaûy taàng Caùc phaàn töû löu chaát chuyeån ñoäng cuøng höôùng doøng chaûy. Chaûy roái Ngoaøi chuyeån ñoäng theo höôùng doøng chaûy, caùc phaàn töû löu chaát coøn coù caùc dao ñoäng ngang. Dao ñoäng ngang caøng lôùn, ñoä roái caøng lôùn Quaù ñoä Chuyeån töø chaûy taàng sang chaûy roái dieãn ra töø töø. x Chuyeån ñoäng töï nhieân Löu chaát chuyeån ñoäng do Traïng thaùi naøy goïi laø chaûy quaù ñoä. cheânh leäch maät ñoä khoái löôïng Löu yù: Chaát loûng goàm nhieàu lôùp xeáp choàng leân nhau. cuûa caùc phaàn töû löu chaát khaùc Vaän toác cuûa lôùp chaát loûng naèm saùt beà maët vaùch bieät veà nhieät ñoä. coù vaän toác baèng zero do khoâng bò tröôït. Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong Page 3 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha Page 4 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha
  6. http://www.ebook.edu.vn Heä soá Reynolds laø tyû soá giöõa löïc quaùn tính vaø löïc nhôùt ma saùt trong chaát loûng. Löïc quaùn tính Re Löïc nhôùt U ˜ Z
  7. G U ˜ Z˜ G Z˜ G 2 Re (4-6) P ˜ Z
  8. P Q G 2 Trong ñoù Zf Vaän toác cuûa doøng töï do, m s o ñoái löu töï nhieân hay cöôõng böùc ñeàu coù theå löu ñoäng G Chieàu daøi hình hoïc ñaëc tröng, m chaûy taàng hoaëc chaûy roái. P heä soá nhôùt ñoäng löïc hoïc cuûa löu chaát, kg (m ˜ s) Vieäc chuyeån töø chaûy taàng sang chaûy roái phuï thuoäc vaøo Q P U heä soá nhôùt ñoäng hoïc cuûa löu chaát, m 2 s nhieàu yeáu toá: x Hình daùng hình hoïc beà maët Heä soá Reynolds ôû doøng löu chaát baét ñaàu chaûy roái goïi laø heä soá Reynolds tôùi haïn. x Ñoä xuø xì cuûa beà maët Giaù trò cuûa heä soá Reynolds tôùi haïn seõ khaùc nhau ñoái vôùi x Vaän toác cuûa doøng töï do nhöõng hình daùng hình hoïc khaùc nhau. Ví duï: x Nhieät ñoä beà maët Re Critical, Phaúng | 5.10 5 x Ñaëc tính cuûa löu chaát, vaø nhieàu ñieàu khaùc Re Critical,OÁng | 4.10 3 Sau khi laøm thí nghieäm kyõ löôõng vaøo nhöõng naêm 1880, Osborn Reynolds phaùt hieän ra raèng, trong löu ñoäng cöôõng Giaù trò naøy coù theå thay ñoåi phuï thuoäc vaøo ñoä nhaùm beà böùc, cheá ñoä chaûy phuï thuoäc nhieàu vaøo moät giaù trò khoâng thöù maët, möùc ñoä roái, vaø giaù trò aùp suaát doïc treân beà maët. nguyeân goïi laø tieâu chuaån Reynolds Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong Page 5 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha Page 6 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha
  9. http://www.ebook.edu.vn IV. LÔÙP BIEÂN VAÄN TOÁC (LÔÙP BIEÂN THUÛY LÖÏC) Vaän toác cuûa löu chaát ôû toïa ñoä x naøo ñoù thay ñoåi töø 0 (zero) ôû y 0 ñeán gaàn Zf ôû y G Q Khaûo saùt doøng löu chaát chuyeån ñoäng qua vaùch phaúng Vuøng löu chaát ôû treân taám phaúng coù vaän toác thay ñoåi do chòu taùc ñoäng cuûa löïc bieán daïng nhôùt goïi laø lôùp bieân vaän toác hay ñôn giaûn laø lôùp bieân. Chieàu daøy cuûa lôùp bieân G X thöôøng ñöôïc xem laø khoaûng caùch töø beà maët ñeán giaù trò vaän toác Z 0,99 ˜ Zf Ñöôøng giaû thuyeát Z 0,99 ˜ Zf chia löu chaát laøm hai vuøng: x Vuøng lôùp bieân Trong ñoù coù söï taùc ñoäng cuûa tính nhôùt vaø söï thay ñoåi cuûa vaän toác coù yù nghóa, x Vuøng löu ñoäng lyù töôûng Trong ñoù aûnh höôûng cuûa ma saùt coù theå boû qua vaø vaän toác thay ñoåi raát ít. Löu yù Profile vaän toác trong doøng chaûy taàng gaàn gioáng ñöôøng parabolic vaø trôû neân gioáng hôn trong vuøng chaûy roái, vôùi hình daùng gaàn beà maët giaûm ñoä doùc. Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong Page 7 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha Page 8 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha
  10. http://www.ebook.edu.vn V. LÔÙP BIEÂN NHIEÄT Trong vuøng chaûy roái, löu chaát chia laøm ba vuøng x Lôùp ñeäm taàng Moät lôùp raát moûng naèm saùt beà maët vaùch do taùc ñoäng cuûa tính nhôùt lôùn x Lôùp ñeäm Ngay saùt lôùp ñeäm taàng, trong ñoù aûnh höôûng cuûa tính roái raát ñaùng keå nhöng tính lan truyeàn khoâng lôùn, x Lôùp chaûy roái Trong ñoù taùc ñoäng do roái raát lôùn. Chieàu daøy cuûa lôùp bieân nhieät G t doïc theo beà maët laø khoaûng caùch töø beà maët sao cho nhieät ñoä taïi ñoù thoûa phöông trình T  Ts
  11. 0,99 ˜ Tf  Ts
  12. . Chieàu daøy cuûa lôùp bieân nhieät taêng theo chieàu doøng chaûy do hieäu quaû cuûa truyeàn nhieät. Löu yù * Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu quan heä tröïc tieáp vôùi gradient nhieät ñoä taïi vò trí khaûo saùt Hình daùng cuûa profile nhieät trong lôùp bieân nhieät quy ñònh heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu giöõa beà maët raén vaø löu chaát löu ñoäng qua noù Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong Page 9 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha Page 10 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha
  13. http://www.ebook.edu.vn Trong tröôøng hôïp löu ñoäng qua moät beà maët ñöôïc gia Heä soá Prandtl cuûa khí khoaûng baèng 1, ñieàu naøy bieåu thò nhieät (hay laøm laïnh), thì caû lôùp bieân nhieät vaø lôùp bieân thuûy raèng ñoäng löôïng vaø nhieät löôïng tieâu taùn ñi xuyeân qua löu chaát coù cuøng giaù trò. löïc seõ cuøng phaùt sinh ñoàng thôøi. Löu yù ** Vaän toác cuûa löu chaát aûnh höôûng maïnh ñeán Nhieät löôïng khueách taùn raát nhanh trong kim loaïi loûng Pr  1
  14. vaø raát chaäm trong daàu Pr !! 1
  15. . profile nhieät ñoä, söï phaùt trieån cuûa lôùp bieân thuûy löïc coù quan heä vôùi lôùp bieân nhieät seõ aûnh höôûng maïnh ñeán heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu. Moái quan heä giöõa chieàu daøy cuûa lôùp bieân nhieät vaø lôùp bieân thuûy löïc ñöôïc moâ taû thoâng qua heä soá khoâng thöù nguyeân Prandtl Xung löôïng khueách taùn phaân töû Pr Nhieät löôïng khueách taùn phaân töû Noù ñöôïc ñaët theo teân cuûa Ludwig Prandtl, ngöôøi ñaõ ñöa ra khaùi nieäm lôùp bieân vaøo naêm 1904 vaø goùp phaàn ñaùng keå vaøo xaây döïng lyù thuyeát lôùp bieân. Heä soá Prandtl thay ñoåi töø giaù trò nhoû hôn 0,01 ñoái vôùi kim loaïi loûng cho ñeán hôn 100.000 ñoái vôùi daàu naëng. Coù theå söû duïng bieåu thöùc gaàn ñuùng sau ñeå moâ taû quan heä giöõa chieàu daøy lôùp bieân thuûy löïc vaø chieàu daøy lôùp bieân nhieät Gt 1 (4-7) GQ 3 Pr Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong Page 11 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha Page 12 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha
  16. http://www.ebook.edu.vn Giaù trò Nusselt caøng lôùn, theå hieän söï ñoái löu caøng lôùn. VI. XAÙC ÑÒNH HEÄ SOÁ TRAO ÑOÅI NHIEÄT ÑOÁI LÖU Giaù trò heä soá Nusselt Nu 1 bieåu thò nhieät löôïng truyeàn Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu coù theå xaùc ñònh theo lyù qua lôùp löu chaát chæ ñôn thuaàn do daãn nhieät. thuyeát baèng vieäc giaûi phöông trình baûo toaøn khoái löôïng, Giaù trò cuûa heä soá khoâng thöù nguyeân Nusselt ñöôïc tìm töø ñoäng löôïng vaø naêng löôïng theo phöông phaùp xaáp xæ hoaëc thöïc nghieäm, sau ñoù ñöôïc xaây döïng thaønh caùc phöông trình phöông phaùp soá. tieâu chuaån: coù raát nhieàu taùc giaû laøm coâng vieäc naøy o raát Trong thöïc teá heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu thöôøng ñöôïc nhieàu phöông trình tieâu chuaån coù theå söû duïng cho cuøng moät xaùc ñònh thoâng qua heä soá khoâng thöù nguyeân Nusselt tröôøng hôïp, vaø khoâng coù khaùi nieäm ñuùng sai giöõa caùc Tieâu chuaån khoâng thöù nguyeân Nusselt phöông trình. Tieâu chuaån Nusselt Laø tyû soá nhieät löôïng trao ñoåi qua moät lôùp löu chaát do ñoái löu so vôùi tröôøng hôïp ñôn thuaàn laø daãn nhieät 't D ˜ 't vaø q O O fluid ˜ qD G Ta laäp tyû soá sau D ˜ 't D˜G qD Nu (4-8) O ˜ 't G O qO Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong Page 13 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha Page 14 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha
  17. http://www.ebook.edu.vn 1. Trong Vuøng Chaûy Taàng B. LÖU ÑOÄNG CÖÔÕNG BÖÙC Heä soá Nussetl cuïc boä ôû vò trí x trong doøng chaûy taàng qua I. DOØNG LÖU ÑOÄNG QUA TAÁM PHAÚNG taám phaúng cho nhö sau Heä soá Nusselt trung bình coù theå bieåu dieãn theo heä soá Dx ˜ x 0,332 ˜ Re1 2 ˜ Pr1 3 Pr t 0,6
  18. Nu x (4-12) Reynolds vaø heä soá Prandtl theo daïng sau O x D˜L C ˜ Re m ˜ Pr n Nu (4-9) Heä soá trung bình xaùc ñònh theo coâng thöùc 4-11 vieát ñôn O L giaõn laïi nhö sau Trong ñoù D˜L 0,664 ˜ Re1 2 ˜ Pr1 3 Pr t 0,6
  19. Nu (4-13) C, m, n laø caùc haèng soá thöïc nghieäm O L L Chieàu daøi cuûa taám phaúng theo chieàu doøng chaûy Vôùi giaù trò Reynolds tôùi haïn, chieàu daøi tôùi haïn trong vuøng Heä soá Nusselt cuïc boä ôû baát kyø vò trí naøo treân taám phaúng chaûy taàng xaùc ñònh nhö sau coù theå tính theo khoaûng caùch töø ñoù ñeán vò trí vaøo. Zf ˜ x cr 5.10 5 Re cr Q Thoâng soá vaät lyù cuûa löu chaát thoâng thöôøng laáy theo nhieät ñoä trung bình trong lôùp bieân Caùc coâng thöùc treân ñöôïc söû duïng trong vuøng x d x cr Tw  Tf Q T (4-10) x d x cr 5.10 5 ˜ (4-14) 2 Zf Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu thay ñoåi phuï thuoäc vaøo vaän toác vaø chieàu daøy cuûa lôùp bieân nhieät doïc theo doøng, do ñoù thay ñoåi doïc theo beà maët truyeàn nhieät cuûa taám phaúng. Giaù trò trung bình cuûa heä soá truyeàn nhieät treân taám phaúng ñöôïc xaùc ñònh töø giaù trò cuïc boä qua tích phaân sau L 1 L³ D D x ˜ dx (4-11) 0 Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong Page 15 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha Page 16 of 69 Chöông IV –Trao Ñoåi Nhieät Ñoái Löu Doøng Moät Pha
  20. http://www.ebook.edu.vn 2. Trong Vuøng Chaûy Roái 3. Keát Hôïp Doøng Chaûy Taàng vaø Chaûy Roái Heä soá Nusselds cuïc boä taïi vò trí x xaùc ñònh nhö sau Trong vaøi tröôøng hôïp, thì taám phaúng ñuû daøi ñeå cho doøng § 0,6 d Pr d 60 · Dx ˜ x trôû neân chaûy roái, giaù trò trung bình ñöôïc tính qua hai phaàn: 0,0296 ˜ Re 4 5 ˜ Pr1 3 ¨ ¸ Nu x x Vuøng chaûy taàng 0 d x d x cr © 5.10 d Re d 10 ¹ O x 5 7 x Vuøng chaûy roái: x cr  x d L (4-15) Vôùi x laø khoaûng caùch töø ñieåm vaøo cuûa taám phaúng vaø 1 § x cr ¨ ³ D x ,chaûy taàng ˜ dx  ³ D x ,chaûy roái ˜ dx · L D ¸ (4-17) Re x Zf ˜ x
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học