Sự truyền nhiệt đối lưu tự nhiên gần tấm nhiệt phẳng thẳng đứng

SỰ TRUYỀN NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN GẦN TẤM NHIỆT PHẲNG

THẲNG ĐỨNG

Natural convection heat transfer from a vertical plate

Hoàng Đức Liên1

, Nguyễn Thanh Nam2

, N.H.A. Kiet.

SUMMARY

This paper presents an application of numerical investigation to simulate natural convection heat

transfer from a vertical plate. The study includes establishing mathematical model, defining boundary

conditions, solving and programming on the computer with the help of Matlab software. The numerical

investigation has been carried out in the case of the heated plate with temperature of the wall Tw = 800

,

temperature of the fluid (water) Tf = 300

, the height of the plate H = 2m. The obtained results in

comparision with method for theory of similarity have affirmed the reliability of the solving.

The above results will be a useful reference document for studying the effect of natural convection

heat transfer from a vertical plate. This is necessary to calculate in designing heat transfer equipments

and study the application of the new energy sources in agriculture, industry and other fields.

Key words: heat transfer, natural convection, numerical method

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Dòng đối lưu tự nhiên gần tấm nhiệt phẳng

thẳng đứng là dòng chuyển động của chất lỏng

do hiện tượng trao đổi nhiệt tự nhiên gây nên

giữa một tấm nhiệt có bề mặt rắn tiếp xúc với

môi trường chất lỏng nào đó (ví dụ như nước,

dầu, không khí...). Việc tính toán dòng đối lưu

tự nhiên đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu

từ cuối thế kỷ 19, các thành quả thu được cũng

rất khả quan. Từ đó nhiều lý thuyết đã được xây

dựng, đặc biệt là phương pháp thực nghiệm kết

hợp với cơ sở lý thuyết đồng dạng và phương

pháp phân tích thứ nguyên. Với sự trợ giúp của

máy tính, các phương trình vi phân đã được giải

gần đúng nhanh chóng, tạo thuận lợi trong việc

giải quyết các bài toán mà các phương pháp giải

tích không đáp ứng được (M.Necati Ozisik,

2000; Kays, W.M. and Crawford, M.E., 1993).

Dựa vào các tính chất của dòng đối lưu tự

nhiên, các tác giả Nguyễn Thanh Nam, Hoàng

Đức Liên, (2000) đã đưa ra hệ phương trình

mô tả tính chất của trường nhiệt độ và vận tốc

bên trong gần bề mặt tấm phẳng tiến dần ra xa

theo hướng pháp tuyến của tấm phẳng cho đến

khi nhiệt độ và vận tốc đạt được trạng thái ổn

định. Để đơn giản hơn trong vấn đề khảo sát,

nghiên cứu này lập mô hình số trên máy tính

cho các phần tử khảo sát trong miền phẳng để

giải bài toán đối lưu tự nhiên gần tấm nhiệt

thẳng đứng.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để đơn giản hơn cho vấn đề khảo sát, đồng

thời không làm mất đi tính chất cơ bản của vấn

đề, ta cần chú ý một vài điểm sau:

- Do tính chất đối xứng của dòng đối lưu tự

nhiên theo phương z và trường vận tốc theo

phương z bằng 0, nên mô hình khảo sát là

mô hình hai chiều. Tính chất chuyển động

của dòng chất lỏng hầu như chỉ xảy ra chủ

1

Khoa Cơ điện, Đại học Nông nghiệp I

2

Khoa Cơ Khí, Đại học Bách khoa Tp HCM