Tài liệu Trao đổi nhiệt đổi lưu_chương 3 docx

28

CHƯƠNG 3

TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU

3.1. CÔNG THỨC NEWTON VÀ HỆ SỐ TỎA NHIỆT α

3.1.1. Định nghĩa và phân loại tỏa nhiệt

Trao đổi nhiệt đối lưu hay toả nhiệt, là hiện tượng trao đổi nhiệt giữa một

lớp chất lưu (chất lỏng hoặc chất khí) chuyển động với bề mặt của 1 vách tiếp xúc.

Hiện tượng chất lưu chuyển động theo dòng tuần hoàn gọi là đối lưu.

Theo nguyên nhân gây chuyển động đối lưu, người ta phân toả nhiệt ra 2 loại:

1) Toả nhiệt tự nhiên là hiện tượng toả nhiệt khi đối lưu được sinh ra một

cách tự nhiên, do trọng lực tạo ra trong chất lưu không đồng nhất về nhiệt

độ.

2) Toả nhiệt cưỡng bức là hiện tượng toả nhiệt khi đối lưu được tạo ra do

một ngoại lực, ví dụ do bơm quạt.

3.1.2. Công thức Newton và hệ số toả nhiệt α

Xét mô hình toả nhiệt gồm một bề mặt vách

nhiệt độ tW tiếp xúc một lớp chất lưu chuyển động

có nhiệt độ giảm dần từ tW sát vách đến tf ở xa

vách, như hình Hình 3.1. Lượng nhiệt toả ra chất

lưu qua mặt vách được tính theo công thức qui ước,

gọi là công thức Newton, có dạng:

q=α(tW - tf), [W/m2

] và Q = αF(tW - tf), [W]

trong đó tW là nhiệt độ mặt vách, tf là nhiệt độ chất

lưu ở xa vách, F là diện tích mặt tiếp xúc và

F t

Q

t

q

∆ = ∆

α = , [W/m2

K] gọi là hệ số toả nhiệt .

Hệ số toả nhiệt α đặc trưng cho cường độ toả nhiệt, là ẩn số chính của mọi

bài toán toả nhiệt.

1 2

tw

tf

x

t

α

F

ω

Hình 3.1 Phân bố t(x) trong

chất lưu khi tỏa nhiệt

29

3.2. PHƯƠNG TRÌNH TỔNGG QUÁT CỦA HỆ SỐ TOẢ NHIỆT

3.2.1. các thông số ảnh hưởng đến α

Hệ số tỏa nhiệt α phụ thuộc vào các yếu tố gây ra đối lưu và dẫn nhiệt trong

chất lưu, bao gồm các thông số chính sau đây:

1) Các thông số hình học của mặt toả nhiệt .

Hình dạng, kích thước và vị trí của mặt toả nhiệt ảnh hưởng tới dòng chuyển

động của chất lưu, do đó sẽ ảnh hưởng tới α. Đặc trưng hình học của bề mặt toả

nhiệt có thể gồm nhiều kích thước khác nhau, nhưng khí tính α thường chọn một

kích thước duy nhất, gọi là kích thước định tính lt.

Kích thước định tính lt do người lập công thức tính α lựa chọn, theo qui tắc

như sau

⎩

⎨

⎧ = âæåìng kênh tæång âæång cuía äúng nàòm ngang hoàûc bãömàût ngoaiì váût hæîu haûn

chiãöu cao h cuía màût phàóng hoàûc truû thàóng âæïng t l

Ống nằm ngang với diện tích và chu vi của tiết diện chứa chất lỏng là f và u,

sẽ có đường kính tương đương

u

4f dtd = . Vật hữu hạn với thể tích V, diện tích xung

quanh F sẽ có dtđ =

F

GV , [m].

u

ddt=4f/u

f

V

F

ddt=6V/F

Hình 3.2 dtd của vách phẳng và V hình trụ

2) Các thông số vật lý của chất lưu

Các thông số vật lý trực tiếp ảnh hưởng đến α bao gồm:

- Các thông số ảnh hưởng đến chuyển động là: khối lượng riêng ρ[kg/m3

], hệ

số nở nhiệt ,[K ] V T

V −1

∆

∆ β = , độ nhớp động học

ρ

µ ν = [m2

/s]