Đối lưu nhiệt truyền nhiệt ĐHBK TPCHM

3.1 Khái niệm- Quá trình truyền nhiệt năng khi lưu chất dịch chuyển trong không gian từ vùng có nhiệt độ này đến vùng nhiệt độ khác → đối lưu.. - Quá trình trao đổi nhiệt xảy ra khi bề

CHƯƠNG 3

3.1 Khái niệm

- Quá trình truyền nhiệt năng khi lưu chất dịch chuyển trong không gian từ vùng có nhiệt độ này đến vùng

nhiệt độ khác → đối lưu.

- Quá trình trao đổi nhiệt xảy ra khi bề mặt vật rắn tiếp xúc với lưu chất (dẫn nhiệt và đối lưu xảy ra

đồng thời) → cấp nhiệt đối lưu

3.1 Khái niệm

Phân loại trao đổi nhiệt đối lưu

Chuyển động cưỡng bức: sự chuyển động của lưu chất do ngoại lực bên ngoài quá trình gây nên, ví dụ: tác dụng của bơm, quạt, máy nén.

→ Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức

Dựa vào nguyên nhân phát sinh chuyển động của lưu chất

Chuyển động tự nhiên: sự chuyển động của lưu chất gây ra bởi chênh lệch khối lương riêng bên trong lưu chất do sự chênh lệch nhiệt độ (khi lưu chất ở trong trường lực)

→ Trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên.

3.1 Khái niệm

Định luật cấp nhiệt Newton

- Lượng nhiệt dQ do một phân tố bề mặt của vật thể rắn dF cấp cho môi trường xung quanh (hay ngược lại) thì tỉ lệ với chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ bề mặt vật thể rắn tiếp xúc với môi trường và nhiệt độ của môi trường (hay ngược lại) với diện tích bề mặt trao đổi nhiệt dF, thời gian dτ

T T

Hệ số cấp nhiệt

Hệ số cấp nhiệt α là lượng nhiệt do môt đơn vị bề mặt của tường cấp cho môi trường xung quanh (hay ngược lại, nhận trừ môi trường xung quanh )

trong khoảng thời gian là 1giây khi chênh lệch nhiệt độ giữa tường và vách là 1 độ

Hệ số cấp nhiệt α là đại lượng rất phức tạp, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

Loại lưu chất (khí, lỏng, hơi).

Chế độ chuyển động của lưu chất (ω: tốc độ chuyển động của lưu chất)

Tính chất vật lý của lưu chất (ρ, μ, Cp, P, λ )

Kích thước (l1,l2,l3), hình dáng (Φ), vị trí và trạng thái của bề mặt trao đổi nhiệt

3.1 Khái niệm

K m

W T

T

q dF

T T

dQ

f w

f w

Hệ số cấp nhiệt 3.1 Khái niệm

ρ µ

p

p

C

a a g

3

2 3

.

µ

ρ

l g

Ga = Gr = Ga β ∆ T f

3.2 Một số yếu tố cơ bản ảnh hưởng TĐN ĐL

3.3 Các phương trình vi phân TĐN đối lưu

3.3 Các phương trình vi phân TĐN đối lưu

3.4 Cơ sở lý luận đồng dạng

Methods used in convection studies

1 Dimensional analysis combined with experiments

2 Exact mathematical solutions of the boundary layer equations

3 Approximate analyses of the boundary layer equations by integral methods

4 The analogy between heat and momentum transfer

5 Numerical analysis, or modeling with computational fluid dynamics (CFD) methods

3.10 Dimensional Analysis

Dimensional analysis differs from other approaches in that it does not yield equations that can be solved Instead, it combines several variables into dimensionless groups, such as the Nusselt number, which facilitate the interpretation and extend the range of application of experimental data

In practice, convection heat transfer coefficients are generally calculated from empirical equations obtained by correlating experimental data with the aid of dimensional analysis

3.10.1 Primary Dimensions and Dimensional Formulas

Table 1 Important heat and mass transfer physical quantities and their dimensions

3.10.2 Buckingham π Theorem

To determine the number of independent dimensionless groups required to obtain a relation describing a physical phenomenon

The required number of independent dimensionless groups that can be formed by combining the physical variables pertinent to a problem is equal to the total number of these physical quantities n (e.g., density, viscosity, heat transfer coefficient) minus the

number of primary dimensions m required to express the dimensional formulas of the n physical quantities If we call these groups π1,

π2, and so forth, the equation expressing the relationship among the variables has a solution of the form

In a problem involving five physical quantities and three primary dimensions, n-m is equal to two and the solution either has the form

F(π1, π2) = 0

or the form

π1 = f(π2)

3.10.3 Determination of Dimensionless Groups

Ex: There are seven physical quantities and four primary dimensions We therefore expect that three dimensionless groups will be required

to correlate the data To find these dimensionless groups, we write as a product of the variables, each raised to an unknown power:

Table 2 Pertinent physical quantities in convection heat transfer

3.10.3 Determination of Dimensionless Groups

and substitute the dimensional formulas

For to be dimensionless, the exponents of each primary dimension must separately add up to zero Equating the sum of the exponents of each primary

dimension to zero, we obtain the set of equations

There are seven unknowns, but only four equations We can therefore choose values for three of the exponents in each of the dimensionless groups The only restriction on the choice of the exponents is that each of the selected exponents be independent of the others An exponent is independent if the

determinant formed with the coefficients of the remaining terms does not vanish (i.e., is not equal to zero)

3.10.3 Determination of Dimensionless Groups

Since hc, the convection heat transfer coefficient, is the variable we eventually

want to evaluate, it is convenient to set its exponent g equal to unity At the same time, we let c = d = 0 to simplify the algebraic manipulations Solving

the equations simultaneously, we obtain a =1, b=-1, e = f =0 The first dimensionless group is then

For π2, we select g equal to zero, so that hc will not appear again, and let a =1 and f =0 Simultaneous solution of the equations with these choices yields

3.10.3 Determination of Dimensionless Groups

Experimental data now can be correlated in terms of three variables instead of the original seven The importance of this reduction in the number of variables becomes apparent when we attempt to plan experiments and correlate experimental data

3.4 Các tiêu chẩn đồng dạng của TĐN đối lưu

3.5 Trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên

3.5 Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức

3.5 Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức

3.13 Flow across spheres

3.13 Flow across spheres

3.13 Flow across spheres

3.5 Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức

, 0 8

,

0

Pr

Pr Pr

Re

02

l

d L

Re

CHƯƠNG 3