Chương 2 : TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG ĐỐI LƯU pptx

ĐỐI LƯU C1 Nước màu tím di chuyển thành dòng từ dưới lên rồi từ trên xuống hay di chuyển hổn độn theo mọi phương?. Để phần phía dưới nóng lên trước, đi lên tạo ra dòng đối lưu và phần tr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG

CHƯƠNG II TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG ĐỐI LƯU

NỘI DUNG

 Đối lưu nhiệt là gì?

 Điều kiện xảy ra ĐLN?

 Tính tóan ĐLN

ĐỐI LƯU NHIỆT

I ĐỐI LƯU

Đặt một gói nhỏ đựng các hạt thuốc tím vào đáy của một cốc thuỷ tinh đựng nước rồi dùng đèn cồn đun nóng cốc nước ở phía có đặt thuốc tím.

1 Thí nghiệm

ĐỐI LƯU NHIỆT

I ĐỐI LƯU

C1 Nước màu tím di chuyển thành dòng từ dưới lên rồi từ trên xuống hay

di chuyển hổn độn theo mọi phương?

1.Thí nghiệm

2.Trả lời câu hỏi

Nước màu tím di chuyển thành dòng từ dưới lê rồi từ trên xuống.

C2 Tại sao lớp nước ở dưới được đun nóng lại đi lên phía trên, còn lớpnước lạnh ở phía trên lại đi xuống dưới?

Lớp nước ở dưới nóng lên trước, nở ra, trọng lượng riêng của nó giảm nên nhỏ hơn trọng lượng riêng của lớp nước lạnh phía trên Do

đó lớp nước nóng nỗi lên còn lớp nước lạnh chìm xuống dưới.

C3 Tại sao biết được nước trong cốc đã nóng lên

Nhờ nhiệt kế mà ta biết được nước trong cốc đã nóng lên.

ĐỐI LƯU NHIỆT

C4 Trong thí nghiệm hình 23.3, khi đốt nến

và hương ta thấy dòng khói hương đi từ trên

xuống vòng qua khe hở giữa miếng bìa ngăn

và đáy cốc rồi đi lên phía ngọn nến

Phần không khí bên ngọn nến nóng lên, nở ra, trọng lượng riêng giảm nên nên bay lên phía trên Do đó không khí bên ngọn nến ít đi

Hãy giải thích hiện tượng trên

ĐỐI LƯU NHIỆT

I ĐỐI LƯU

3.Vận dụng

C5 Tại sao muốn đun chất lỏng và chất khí phải đun từ phía dưới?

Để phần phía dưới nóng lên trước, đi lên tạo ra dòng đối lưu và phần trên đi xuống dưới thì chất được đun nóng mới đều.

C6 Trong chân không và trong chất rắn có xảy ra đối lưu không? Tại sao?

Trong chân không và trong chất rắn không xảy ra hiện tượng đối lưu Vì trong chân không cũng như trong chất rắn không thể tạo ra các dòng đối lưu.

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự

Sự luân chuyển của

nước trong nồi hơi

PHÂN LOẠI ĐỐI LƯU NHIỆT

– Trong không gian vô hạn

– Trong không gian hưũ hạn

– Trong ống

– Ngoài ống

• Định luật cấp nhiệt

của Newton

dQ   dF   t

TĐN ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN TRONG

KHÔNG GIAN VÔ HẠN

KHÔNG GIAN VÔ HẠN

Đối lưu tự nhiên trong không gian hữu hạn

15

TỔNG QUAN VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU

ĐL cấp nhiệt của Newton:

Q = .F.(tw – tf) [w]

1 Nguyên nhân gây ra chuyển động

Chuyển động đối lưu tự nhiên Chuyển động đối lưu cưỡng bức

 Chế độ chảy Ra=(Gr.Pr)

– Hệ số C

– Số mũ n

– Bề mặt nóng hướng lên trên

– Bề mặt nóng hướng xuống dưới

– Chảy màng

– Chảy quá độ từ chảy màng sang chảy tầng

– Chảy tầng

– Chảy xoáy

21

II Các phương trình vi phân trao đổi nhiệt đối lưu

1.Phương trình vi phân tỏa nhiệt

Theo định luật Fourier nhiệt lượng trao đổi được xác định như sau:

0 n

n

t q

t t

tt

3.Phương trình vi phân chuyển động

2 2

p

g d

y

III Các tiêu chuẩn đồng dạng

1.Đồng dạng cơ học chất lỏng

Tiêu chuẩn Homochronocity: H0  l  idem

Tiêu chuẩn Froude: Fr gl idem

2 Đồng dạng nhiệt

idem l

a Fo

2 



( tiêu chuẩn xác định trong quá trình không ổn định)

idem a

Tiêu chuẩn Prant: 

Tiêu chuần Fourier:

Tiêu chuẩn Peclet:

Tiêu chuẩn Nusselt:

(Tiêu chuẩn biểu thị cường độ tỏa nhiệt)

( Tiêu chuẩn đồng dạng trọng lực)

•Tiêu chuần Fourier:

Tiêu chuẩn Reynolds:

Tiêu chuẩn Nusselt:

(Tiêu chuẩn biểu thị cường độ tỏa nhiệt)

(Tiêu chuẩn đồng dạng trọng lực)





 c a

Trong đó:

• : thời gian

• a: Độ dẫn nhiệt độ (m/s 2 )

• : Tốc độ trung bình của dòng lưu chất

Trong đó:

: thời gian

: Tốc độ trung bình của dòng lưu chất

: Hệ số dẫn nhiệt của dòng lưu chất đang xét

: Độ nhớt động học của dòng lưu chất đang xét

: Độ nhớt động lực của dòng lưu chất đang xét

• Đối lưu tự nhiên

– Trong không gian vô hạn

– Trong không gian hữu hạn

TỎA NHIỆT ÐỐI LƯU TỰ NHIÊN:

1.1- Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên trong không gian vô hạn:

Nu = f(Gr, Pr) Num = C.(Gr.Pr) n

m

01/81/41/3

0.51.180.540.135

(Gr.Pr)mTrạng thái chuyển động

Tấm phẳng đặt nằm ngang, kích thước tính toán lấy theo chiều hẹp

0 0,35

0,65

<0,001

Bề mặt nóng hướng xuống dưới

Bề mặt nóng hướng lên trên n

C Ra

1.2- Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên trong không gian hẹp

) (

t t

t F

1.Trao đổi nhiệt khi chất lỏng chảy trong ống Nu  f  Gr , Re, Pr 

R l w

f f

f f

Pr

Pr Pr

Re 021 0

25 0 43

0 8

0

- Nhiệt độ xác định: là nhiệt độ trung bình của chất lỏng tf

- Prf : Tiêu chuẩn Pr lấy theo nhiệt độ trung bình chất của lỏng tf

- Prw : Tiêu chuẩn Pr lầy theo nhiệt độ vách ống tw

- l: Kích thước xác định Nếu ống không tròn thì tính theo đườngkính tương đương:

11.01

1.021.03

1.041.05

1.081.11

1.14

106

11.02

1.031.06

1.081.10

1.151.22

1.28

105

11.02

1.041.08

1.101.13

1.181.27

1.345.104

11.02

1.051.10

1.131.18

1.271.40

1.512.104

11.03

1.071.13

1.171.23

1.341.50

1.56

104

 50 40

30 20

15 10

5 2

1 l/d

* Đối với không khí, Pr xem như hằng số nên

chúng ta có thể sử dụng công thức sau:

8 0

Re 18

.

f

Nu 

1.051.13

1.181.28

1.441.7

1

9

 l

5040

3020

1510

52

0

Pr Pr

8,07,0

6,05,0

4,03,5

3,02,5

2,32,2

Re.10-3

Re 56 0 Nu

25 0 w

f 36

0 f

5 0 f f

1.0 0.8 0.6

Re 28 0 Nu

25 0 w

f 36

0 f

6 0 f f

f 36

0 f

5 0 f

Pr

Pr

Pr.Re56.0Nu

Khi Re > 10 3

* Khi Re < 10 3

Chùm ống song song:

f 36

0 f

5 0 d , f d

,

Pr

Pr

Pr Re

56 0 Nu

d f d

f

Pr

Pr

Pr Re

40 0

25 0 36

0 6

0 ,

- Ở hàng ống thứ nhất: i = 0.6

- Ở hàng ống thứ hai: i= 0.7

- Từ hàng ống thứ ba: i = 1

i- Chuøm oáng song song:

* Khi Re < 10 3

5 0 f

Nu 

* Khi Re > 10 3

65 0 f

HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP

ĐỐI LƯU NHIỆT

• Bước 1: Xác định loại bài toán: ĐLTN hay ĐLCB, trong ống hay ngoài ống, nằm ngang hay thẳng đứng …

• Bước 2: Xác định nhiệt độ và kích thước tính toán: nhiệt độ TB của môi chất (tf) hay nhiêt độ vách thiết bị (tw ) hay nhiệt độ TB (tm)

• Bước 3: Tra các thông số nhiệt - vật lý ứng với môi chất đã cho ở nhiệt độ xác định

• Bước 4: Tính các chuẩn số (Pr tra bảng, nếu có trong bảng)

• Bước 5: Xác định chế độ chảy: dựa vào kết quả tính toán của Re, Gr.Pr hoặc Ra

• Bước 6: Xác định công thức tính toán phù hợp

• Bước 7: Tính hệ số toả nhiệt thông qua chuẩn số Nu

• Bước 8: Xác định công suất nhiệt nếu bài yêu cầu.

• Máy biến áp

Thiết bị sưởi bằng nước nóng