Chương 4: TĐN đối lưu trong môi trường 1 pha Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.1 p.1 4.1 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG CỦA TĐN ĐỐI LƯU ỔN ĐỊNH 4.2 Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên 4.3 Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức NHẮC LẠI NHẮC LẠI : : Để tính trao đổi nhiệt đối lưu Để tính trao đổi nhiệt đối lưu Æ Æ th th ườ ườ ng d ng d ù ù ng c ng c ô ô ng th ng th ứ ứ c c Newton Newton : : Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.2 p.2 THỰC NGHIỆM Q F T w T f ( ) fw TTFQ − = α (W) hay α /1 T q Δ = (W/m 2 ) trong đó: - α là hệ số tỏa nhiệt đối lưu (W/m 2 .K) -Flà diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m 2 ) - T w là nhiệt độ trung bình của bề mặt ( K hoặc o C) - T f là nhiệt độ trung bình của chất lỏng ( K hoặc o C) Hệ số tỏa nhiệt α phụ thuộc rất nhiều yếu tố ( ) K 321pfw l,l,l ,,,,c,,, t , t f Φ μ ρ λ ω =α Phương pháp giải tích gặp rất nhiều khó khăn α được xác định từ thực nghiệm bằng phương pháp CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐỒNG DẠNG Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.3 p.3 4.1 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG của TĐN ĐỐI LƯU ỔN ĐỊNH Ỉ Pt tiêu chuẩn: Nu = f(Re, Gr, Pr) Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.4 p.4  TC Nusselt: biểu thò cường độ tỏa nhiệt: λ α = l Nu ý nghóa VL: Nu = Q tỏa nhiệt đối lưu / Q dẫn nhiệt. Nu là TC chưa xác đònh (chứa α).  TC Reynolds: ν ω = l Re là tỷ số giữa lực quán tính và lực nhớt. => Đặc trưng cho TN đối lưu cưỡng bức  TC Grashof: t gl Gr 2 3 Δ ν β =  TC Prandtl: a Pr ν = Biểu thò ảnh hưởng của các thơng số vậtlýcủa chất lỏng đối với TĐN => Đặc trưng cho TN đối lưu tự nhiên α ¾ Ý nghĩa các thông số: Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.5 p.5 ν ω = l Re t gl Gr 2 3 Δ ν β = a Pr ν = ( ) Pr,Re,GrfNu = α l: Kích thước xác định (m) trong đó: ω: tốc độ trung bình của dòng chất lỏng (m/s) λ: hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng (W/m.độ) ν: độ nhớt động học (m 2 /s) a: hệ số khuyếch tán nhiệt của chất lỏng (m 2 /s) g: gia tốc trọng trường (m/s 2 ) β: hệ số giãn nở nhiệt (1/K) Tra bảng theo nhiệt độ xác định Đối với chất khí: β = 1/T Đối với chất lỏng: TRA BẢNG Sơ đồ tính toán cho bài toán TĐN Đối lưu Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.6 p.6 2/ Tính: ν ω = l Re t gl Gr 2 3 Δ ν β = ( ) Pr,Re,GrfNu = 3/ Suy ra: l Nu λ α = 1/ Xác định: Nhiệt độ xác định ( o C) Kích thước xác định l (m) Tra bảng λ, a, ν, β, Pr Lưu ý: Đối với chất khí: β = 1/T 4.2 Ta nhit i lu T NHIấN A) TNL tửù nhieõn trong khoõng gian voõ haùn B) TNL tửù nhieõn trong khoõng gian hửừu haùn Ngi son: TS. H anh Tựng HBK tp HCM 8/2009 p.7 p.7 V V í í d d ụ ụ v v ề ề T T Đ Đ N N Đố Đố i l i l ư ư u t u t ự ự nhi nhi ê ê n n Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.8 p.8 [...]... 1, 65 1, 50 1, 34 1, 23 01, 17 01, 13 01, 07 01, 03 01 2 10 4 1, 51 1,40 1, 27 1, 18 01, 13 01, 10 01, 05 01, 02 01 5 10 4 1, 34 1, 27 1, 18 01, 13 01, 10 01, 08 01, 04 01, 02 01 1 10 5 1, 28 1, 22 1, 15 01, 10 01, 08 01, 06 01, 03 01, 02 01 1 10 6 1, 14 1, 11 1,08 01, 05 01, 04 01, 03 01, 02 01, 01 01 Ref 2 20 30 40 50 εR - ảnh hưởng của ống cong: lực ly tâm khiến chất lỏng bò nhiễu loạn hơn, làm tăng α d ε R = 1 + 1, 77 R R : bán kính cong... chảy màng sang chảy tầng 1 10 -3 ÷ 5 10 2 1, 18 1/ 8 Chảy tầng 5 10 2 ÷ 2 10 7 0,54 1/ 4 Chảy rối 2 10 7 ÷ 1 1 013 0 ,13 5 1/ 3 Chảy màng Riêng trường hợp đối với tấm phẳng đặt nằm ngang: (Gr.Pr)m p .13 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM B) TNĐL tự nhiên trong khơng gian hữu hạn Để đơn giản, xem QT TĐN này cơ bản là do dẫn nhiệt, với “hệ số dẫn nhiệt tương đương” λtđ p .14 λ tđ (t w1 − t w2 ) q= δ (W/m2)... Tỏa nhiệt khi chất lỏng chảy tầng Chảy tầng: Re < 2200 Ảnh hưởng của ĐLTN không thể bỏ qua Nu f = 0 ,15 Re - Nếu (l/d)> 50 0 , 33 f Pr 0 , 43 f ⎛ Pr f ⎞ Gr ⎜ ⎜ Pr ⎟ ⎟ w ⎠ ⎝ 0 ,1 f 0 , 25 εl εl = 1 - Nếu (l/d)< 50 phải nhân thêm hệ số εl BẢNG : Trò số εl khi chảy tầng l/d 1 2 5 10 εl 1, 90 1, 70 1, 44 1, 28 15 20 30 40 50 1, 18 1, 13 1, 05 1, 02 1 p. 21 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM A3 Tỏa nhiệt. .. 0, 018 Ref0,80 Chú ý: Một số tài liệu thường đưa ra những CT đơn giản để tính trực tiếp α Đó chỉ là cách biểu diễn khác rút ra từ PTTC, không mâu thuẫn với những CT trên Có một số CT thực nghiệm khác nhau, nhưng không thể nói CT nào ưu việt hơn p .19 8/2009 1 εl - ảnh hưởng của đoạn đầu ống Khi l/d > 50 thì εl = 1 Khi l/d < 50 BẢNG : Trò số εl khi chảy rối l/d 1 2 5 10 15 1 10 4 1, 65 1, 50 1, 34 1, 23 01, 17... ĐHBK tp HCM Tính tốn hệ số dẫn nhiệt tương đương: λtd = λ.ε td - KTXĐ: lấy theo chiều dày khe δ - NĐXĐ: lấy theo nhiệt độ trung bình chất lỏng Tra bảng λ, a, ν, β, Pr tf = 0,5(tw1 + tw2) Lưu ý: Đối với chất khí: β = 1/ Tm βgδ 3 - Tính Grf = (tw1 − tw2 ) 2 ν - Tính εtđ Khi (Gr ⋅ Pr ) f < 10 3 thì εtđ = 1 và λtđ = λ (DN đơn thuần) (Gr ⋅ Pr ) f ≥ 10 3 ε tđ = 0 ,18 (Gr ⋅ Pr ) p .15 0 , 25 f Người soạn: TS Hà... HCM 4.3 TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC p .16 8/2009 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM A Chất lỏng chuyển động trong ống, rãnh A .1 Toả nhiệt khi chảy rối A.2 Tỏa nhiệt khi chất lỏng chảy tầng A.3 Toả nhiệt ở trạng thái quá độ Nu = f (Gr , Re, Pr ) p .17 α 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM Các CT thực nghiệm được chia theo 3 vùng CĐ: chảy tầng, chảy rối, g/đoạn quá độ NĐXĐ: nhiệt độ chất... 8/2009 ĐẶC TRƯNG của ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN CĐ của chất lỏng dọc bề mặt (BM) là do sự tồn tại Δt Nhiệt độ chỉ thay đổi trong lớp mỏng (lớp biên) sát BM TĐN Trường tốc độ trong lớp biên thay đổi lớn, tại BM w = 0 Khi TĐN mãnh liệt, biến thiên to lớn thì chất lỏng CĐ càng mạnh Hai chế độ CĐ cơ bản: chảy tầng và chảy rối p .11 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM A) TNĐL tự nhiên trong khơng gian vơ... chuyển động ngang qua ống đơn * KTXĐ: đường kính ngồi ống (d) * NĐXĐ: nhiệt độ chất lỏng (tf) • Ref = 10 ~ 10 3 : • Ref = 10 00 ~ 2 .10 5 + Riêng đối với khơng khí Pr f ⎞ 0,5 0 , 36 ⎛ Nu f = 0,56 Re f Pr f ⎜ ⎜ Pr ⎟ ⎟ ⎝ w⎠ Nu f = 0,28 Re 0, 6 f Pr 0 , 36 f pt có dạng đơn giản hơn: • Ref = 10 ~ 10 3 Nu f = 0,49 Re 0f ,5 • Ref = 10 3 ~ 2 .10 5 Nu f = 0,245 Re 0f , 6 p.25 0 , 25 ⎛ Pr f ⎞ ⎜ ⎜ Pr ⎟ ⎟ ⎝ w⎠ 0 , 25... 0,7 εi = 1 εi = 1 thứ ba trở đi p.29 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM Nếu góc va ϕ < 90o thì dùng hệ số εϕ để xét ảnh hưởng: ϕo 90 80 70 60 50 40 30 20 10 εϕ 1 1 0,98 0,94 0,88 0,78 0,67 0,52 0,42 p.30 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM HSTN trung bình của toàn cụm ống có n hàng: i =n α= ∑α F i =1 i=n i ∑F i =1 Nếu i i F1 = F2 = K = Fn 1 + α 2 + (n − 2 )α 3 α= n p. 31 ... Re = 2200 ~ 10 000 - Nếu (l/d)> 50 Nu f = K o Pr 0 , 43 f ⎛ Prf ⎞ ⎜ ⎜ Pr ⎟ ⎟ ⎝ w⎠ 0 , 25 ⋅ εl εl = 1 - Nếu (l/d)< 50 phải nhân thêm hệ số εl tra từ bảng trạng thái chảy tầng BẢNG : Trò số Ko = f(Ref) Ref .10 -3 2,2 2,3 2,5 3,0 3,5 4,0 7,0 8,0 9,0 10 Ko 2,7 3,3 4 ,1 7,0 9,0 10 ,3 15 ,5 19 ,5 23 27 30 33 p.22 5,0 6,0 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 B CHẤT LỎNG CHUYỂN ĐỘNG NGỒI VẬT B .1 Chất lỏng . 01, 05 01, 02 01 5 10 4 1, 34 1, 27 1, 18 01, 13 01, 10 01, 08 01, 04 01, 02 01 1 10 5 1, 28 1, 22 1, 15 01, 10 01, 08 01, 06 01, 03 01, 02 01 1 10 6 1, 14 1, 11 1,08 01, 05 01, 04 01, 03 01, 02 01, 01 01 2. ε R - ảnh. ε l = 1. Khi l/d < 50 Ỉ BẢNG : Trò số ε l khi chảy rối l/d Re f 1 2 5 10 1520304050 1 10 4 1, 65 1, 50 1, 34 1, 23 01, 17 01, 13 01, 07 01, 03 01 2 10 4 1, 51 1,40 1, 27 1, 18 01, 13 01, 10 01, 05 01, 02 01 5 10 4 1, 34. Chương 4: TĐN đối lưu trong môi trường 1 pha Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p .1 p .1 4 .1 CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG CỦA TĐN ĐỐI LƯU ỔN ĐỊNH 4.2 Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên 4.3