Đối lưu nhiệt

ĐỐI LƯU NHIỆT
1) Phân biệt dòng lưu chất chuyển động tự nhiên (đối lưu tự
nhiên) và chuyển động cưỡng bức (đối lưu cưỡng bức)?
Đối lưu tự nhiên
Đối lưu cưỡng bức
Gr
2,5
Phân biệt dựa theo giá trị của tỷ số Re
Gr
Gr
2,5
Re  10-2
Re2,5  10-3
2) Bản chất của sự trao đổi nhiệt đối lưu. Phân biệt đối lưu
tự nhiên với đối lưu cưỡng bức. Cho ví dụ minh họa.
Bản chất của sự trao đổi nhiệt đối lưu: là sự trao đổi nhiệt đi
kèm với sự chuyển động của 2 dòng lưu chất.
Đối lưu tự nhiên
Sự chuyển động của lưu chất
là do sự chênh lệch về nhiệt
độ.

Đối lưu cưỡng bức
Sự chuyển động của lưu chất
chủ yếu là do tác động của
các yếu tố khác ngoài
nhiệt độ như: sự chênh lệch
về áp suất thủy tónh, tác
động cơ học, …
VD: đun nước, dàn ống lạnh,
VD: sự cấp nhiệt khi dòng lưu

hiện tượng gió và gió mùa,
chất chuyển động dọc theo
gió núi, gió biển, đốt cỏ
tường phẳng, sự cấp nhiệt
khô….
khi khuấy chất lỏng bằng
các cánh khuấy,…
3) Giải thích ý nghóa của hệ số dẫn nhiệt (), hệ số cấp
nhiệt () và hệ số truyền nhiệt (K).
- Ý nghóa của hệ số dẫn nhiệt () : đặc trưng cho sự dẫn nhiệt của
vật liệu.
- Ý nghóa của hệ số cấp nhiệt () : đặc trưng cho sự cấp nhiệt từ
bên ngoài vào dòng lưu chất hay từ dòng lưu chất ra bên ngoài.
- Ý nghóa của hệ số truyền nhiệt (K) : đặc trưng cho quá trình
truyền nhiệt mà ta đang xét.
4) Chuẩn số Grasshof (Gr) là chuẩn số đồng dạng đặc trưng
cho đối lưu nhiệt tự nhiên hay đối lưu nhiệt cưỡng bức?
Nêu ý nghóa vật lý của chuẩn số Gr?
- Chuẩn số Gr là chuẩn số đồng dạng đặc trưng cho sự đối lưu
nhiệt tự nhiên của dòng không đẳng nhiệt.
3
lực nâng
gl
2
Gr = Ga. βΔt = ν βΔt = lực nội ma sát
- Đặc trưng cho tác dụng tương hỗ của lực ma sát phân tử và lực
nâng do sự chênh lệch khối lượng riêng ở các điểm có nhiệt độ
khác nhau của dòng.

5) Cho biết ý nghóa vật lý của các chuẩn số đồng dạng sau
đây: Re, Pr, Ga, K, Nu?
CHUẨN
SỐ
Chuẩn số
Reynolds
Chuẩn số
Prandtl
Chuẩn số
Galiley

CÔNG
THỨC

ωℓ
Re = ν
ν
Pr = a

Ga =
2
3
Re
gl
= 2
Fr
ν

Ý NGHĨA VẬT LÝ
Đặc trưng cho chế độ chảy của dòng lưu

chất.
Đặc trưng cho tính chất vật lý của dòng
chất tải nhiệt.
Đặc trưng cho tương quan giữa lực ma sát
phân tử và trọng lực trong dòng.

Chuẩn số
Đặc trưng cho quá trình truyền nhiệt của
r
chuyển pha
một chất khi chuyển pha ở nhiệt độ hơi
K = cΔt
Kutalelagze
bão hòa.
Chuẩn số
Đặc trưng cho cường độ cấp nhiệt trên
αl
cấp nhiệt
biên giới tiếp xúc giữa dòng chất tải
Nu = λ
Nusselt
nhiệt và bề mặt cấp nhiệt.
6) Trong bài thí nghiệm, hãy cho biết quá trình trao đổi nhiệt
nào là quá trình đối lưu nhiệt và cho biết sự khác biệt
căn bản giữa các dạng đối lưu nhiệt đó?
-

Đó là quá trình truyền nhiệt giữa hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ngoài ống đứng với
dòng nước lạnh chảy trong ống gồm :

Hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ống đứng : trao đổi nhiệt
đối lưu trong trường hợp có biến đổi pha.
- Dòng nước lạnh chảy trong ống : trao đổi nhiệt đối lưu ở dòng lưu
chất không có biến đổi pha.
7) Nusselt thiết lập công thức tính hệ số cấp nhiệt  (công
thức 16) với những giả thiết như thế nào về quá trình trao
đổi nhiệt đối lưu ở môi trường hơi tinh khiết ngưng tụ?
 Nusselt đã dựa trên giả thiết:
- Chất ngưng tụ chảy màng.
- Ngưng tụ hơi tinh khiết trên bề mặt ống đứng.

Re=

4G
π dn μ < 2000


8) Cho biết chức năng của: bình chứa, nồi hơi, buồng trao đổi
nhiệt và bình chảy tràn?
- Bình chứa: chứa nước và khí nén  cấp nước cho nồi hơi.
- Nồi hơi: gia nhiệt cho nước bốc hơi và gia nhiệt cho hơi nước.


-

Buồng trao đổi nhiệt: nơi xảy ra quá trình trao đổi nhiệt đối lưu
giữa dòng hơi và dòng nước lạnh giúp ngưng tụ hơi nước.
- Bình chảy tràn: có tác dụng cung cấp một lưu lượng nước ổn định
chảy trong ống.
9) Anh chị hiểu như thế nào về vị trí taỏm chaỷy traứn ụỷ mửực

0, ẳ, ẵ, ắ, 1, 1 ¼,1 ½”? Những con số này có ý nghóa gì?
Mức 0, ẳ, ẵ, ắ, 1, 1 ẳ,1 ẵ laứ khoaỷng cách tính theo inches của
mực nước trong bình chảy tràn so với vị trí cao nhất trong ống dẫn
nước lạnh trong bình trao đổi nhiệt.
 vị trí “0”: đối lưu nhieọt tửù nhieõn.
vũ trớ ẳ, ẵ, ắ, 1, 1 ¼,1 ½: đối lưu nhiệt cưỡng bức.
10)
Theo anh chị, trước khi thí nghiệm, nếu tấm chảy tràn
để ở vị trí “0” và cấp đủ nước cho bình chảy tràn thì nước
có chảy trong ống đứng và thoát ra ngoài không? Hãy
phán đoán xem khi tiến hành thí nghiêm với tấm chảy
tràn ở vị trí “0” thì nước trong ống đứng có chảy ra
không? Tại sao?
- Trước khi thí nghiệm, nếu tấm chảy tràn để ở vị trí “0” và cấp
đủ nước cho bình chảy tràn thì nước không chảy trong ống đứng
và thoát ra ngoài vì lúc đó mực nước trong bình chảy tràn bằng
với vị trí cao nhất trong ống  P = 0  nước không thể chảy do
không có sự chênh lệch về áp suất.
- Khi tiến hành thí nghiêm với tấm chảy tràn ở vị trí “0” thì nước
trong ống đứng có chảy ra vì khi đó ta dùng hơi nước để cấp
nhiệt làm cho dòng lạnh bị nóng lên  có sự đối lưu nhiệt tự
nhiên.
11)
Trong bài thí nghiệm, dòng lưu chất nào chảy trong
ống và dòng lưu chất nào chảy ngoài ống truyền nhiệt?
Khi thí nghiệm, hiện tượng gì sẽ xảy ra trên bề mặt ống
đặt trong buồng ống trao đổi nhiệt?
- Dòng nước lạnh chảy trong ống và dòng hơi nóng chảy phía ngoài
ống.
- Khi thí nghiệm, phía trên bề mặt ống có những giọt nước ngưng

tụ; càng xuống phía dưới ống nước ngưng tụ càng nhiều và chảy
thành màng mỏng.
12)
Khi thí nghiệm, áp suất trong buồng trao đổi nhiệt vào
khoảng bao nhiêu? Tại sao biết?
p suất trong buồng trao đổi nhiệt tương ứng với áp suất hơi
bão hòa của nước ngưng tụ, tương ứng với nhiệt độ ngưng tụ của
hơi nước đo được.
13)
Hãy chỉ rõ đường đi của dòng nước lạnh. Hãy đặt
ống nghiệm để đo lượng nước đó?
Dòng nước lạnh từ bơm → bình chảy tràn→ vị trí tấm chảy
tràn→ phía dưới ống trao đổi nhiệt→ phía trên ống trao đổi nhiệt
→ theo đường ống dẫn đến phễu, qua van 5 đổ vào bình đo.


Do đó, ta đặt bình đo lượng nước ở cuối van 5.
14)
Hãy chỉ rõ đường đi của hơi cấp vào buồng trao đổi
nhiệt. Hãûy đặt ống nghiệm vào đúng vị trí để đo lượng
nước ngưng tụ chảy ra?
Dòng hơi cấp được cung cấp từ nồi hơi theo đường ống qua van 7
và van 6 đi vào trong buồng ống. Nhờ lớp lưới giúp hơi tỏa đều
khắp bề mặt đáy rồi đi lên phía trên của buồng ống. Sau đó nó
đi vào lớp lưới bao xung quanh ống trao đổi nhiệt và bắt đầu
ngưng tụ thành nước chảy ngược xuống dưới. Nước ngưng tụ sẽ
theo một đường ống khác chảy vào bình đo. Lượng hơi nước ngưng
tụ phía bên ngoài lưới được thải bỏ qua van xả S 4. Còn lượng nước
còn lại trong ống chảy vào bình đo được thải bỏ qua van S 2 khi tiến
hành thí nghiệm mới.

15)
Hãy giải thích lý do bố trí ống cấp hơi vào buồng trao
đổi nhiệt như ở thiết bị thí nghiệm?
Từ nồi hơi, ống cấp hơi chia thành hai nhánh, một nhánh cung
cấp vào buồng trao đổi nhiệt qua van 7, ống còn lại dùng để xả
hết hơi khi đã ngừng thí nghiệm qua van S 5. Van 6 dùng để điều
chỉnh lượng hơi vào trong buồng trao đổi nhiệt. Phần ống cấp hơi
ở trong buồng trao đổi nhiệt có đầu ra ngập vào trong một lớp
lưới, có tác dung làm cho dòng hơi được phân phối đều từ dưới
lên trên buồng trao đổi nhiệt. Khi ngừng thí nghiệm, lượng hơi trong
buồng trao đổi nhiệt được thải bỏ qua van S3.
16)
Hãy cho biết qui trình cấp nước vào ống thí nghiệm?
Nước từ bơm cung cấp cho bình chảy tràn qua van V1.
Ta điều chỉnh vị trí của tấm chảy tràn cho thích hợp. Khi mực
nước trong bình vượt qua tấm chảy tràn thì nước sẽ chảy qua V 2 và
đổ ra ngoài để mực nước trong bình chảy tràn được ổn định.
Nước từ bình chảy tràn theo ống dẫn chảy vào đầu dưới của
ống trao đổi nhiệt đi lên phía trên ống, rồi theo đường ống dẫn
đổ vào cái phễu và qua V5 đổ ra ngoài.
17)
Hãy cho biết quy trình cấp hơi nước vào buồng thí
nghiệm?
1)
2)
3)
4)

Thực hiện theo các bước sau:

Khóa các van: S1, S3, S5, V3, V6 và V8.
Mở van S4 xả hết nước ngưng dư rồi khoá lại.
Mở van V7
Cho nước vào bình chứa đến ¾ chiều cao bình và mở nắp bình. Mở
van V8 cấp nước cho nồi đun và khoá van V 8 khi mức nước trong nồi
đun đạt 2/3 chiều cao ống chỉ mức
5) Đóng van V7
6) Cấp điện cho bộ điện trở đun nước R 1 cho đến khi áp suất trong
nồi đun đạt khoảng 13 PSL.
7) Cấp điện cho bộ điện trở R2 để gia nhiệt cho hơi nước ( nếu có
R2 ).


18)
Lượng nước cấp cho bình chứa và nồi hơi bao nhiêu là
vừa theo quy định bài thí nghiệm? Tại sao không được cấp
nước vào đầy nồi hơi?
- Cho nước vào bình chưá đến ¾ chiều cao bình .
- Cấp nước cho nồi hơi đạt 2/3 chiều cao ống chỉ mức.
- Không được cấp nước vào đầy nồi hơi vì: cần có khoảng không
cho nước bốc hơi, nếu không sẽ rất nguy hiểm khi nước bay hơi,
áp suất tăng cao gây nổ nồi hơi.
19)
Sau khi kết thúc một thí nghiệm, muốn cấp nước vào
nồi hơi để làm thí nghiệm tiếp theo thì làm thế nào?
Sau khi đo xong, ngắt điện cấp cho nồi hơi, đóng các van V 6, V7,
mở van xả hơi S5. Nạp nước vào bình chứa. Mở van V 8 cấp nước
cho nồi hơi rồi khóa V8 lại, khóa van xả hơi S5.
20)
Hãy cho biết các đại lượng nào cần đo khi làm thí

nghiệm? Đo bằng các dụng cụ nào?
- Lượng nước ngưng tụ chảy ra trong một khoảng thời gian nhất định
và nhiệt độ của nước ngưng tụ (ống đong và nhiệt kế).
- Lượng nước chảy trong ống trong một khoảng thời gian nhất định.
- Nhiệt độ t1, t2, t3, t4 ( đồng hồ hiện số ).
- p suất trong nồi hơi (áp kế P1).
- Nhiệt độ của hơi trong nồi hơi (đồng hồ đo nhiệt độ T2).
- Nhiệt độ của nước trong nồi hơi (đồng hồ đo nhiệt độ T1).
- p suất hơi đo bằng đồng hồ áp suất P2.
- Nhiệt độ hơi vào buồng ngưng tụ đo bằng đồng hồ nhiệt độ T3.
Chú ý: Trong khi đo thường xuyên quan sát mức nước ở bình
chảy tràn và mức nước trong nồi hơi.
21)
Các nhiệt độ t1, t2, t3, t4 là nhiệt độ của cái gì? Vị trí
đo ở đâu?
- t1, t3 : nhiệt độ đầu và cuối của dòng nước chảy trong ống ,oC
- t2, t4 : nhiệt độ tại thành ngoài ở đầu vào (đầu dưới) và đầu ra
(đầu trên) của ống , oC.
22)
Đơn vị đo ở các đồng hồ đo nhiệt độ là gì? Cách quy
đổi ra nhiệt độ oC?
- Đơn vị đo ở đồng hồ hiện số là oC.
- Đơn vị đo của đồng hồ đo nhiệt độ T1, T2 và T3 là oF.

9
toF = 5 toC + 32

23)
Đơn vị đo áp suất ở các áp kế trên các thiết bị thí
nghiệm là gì? Cách quy đổi ra bar, at hoặc mmHg? p suất

đọc được trên đồng hồ đo áp suất là gì? (áp suất dư hay
áp suất tuyệt đối).
- Đơn vị đo ở các áp kế là PSI.
1PSI = 51,7mmHg
1at = 735mmHg = 9,81.104Pa = 14,22 PSI
1 bar = 105Pa


- p suất đọc được trên các đồng hồ đo áp suất là áp suất dư.
24)
Em hiểu thế nào là truyền nhiệt ở chế độ ổn định?
Trong quá trình thí nghiệm, các đại lượng sẽ được đo ở chế
độ truyền nhiệt ổn định hay không ổn định? Dấu hiệu
nào cho biết thời điểm sẽ tiến hành đo đồng loạt các đại
lượng cần đo?
- Truyền nhiệt ở chế độ ổn định có nghó a là trường nhiệt không
phụ thuộc vào thời gian, chỉ phụ thuộc vào tọa độ: T(x, y z)
- Trong quá trình thí nghiệm, các đại lượng sẽ được đo ở chế độ
truyền nhiệt ổn định.
- Dấu hiệu cho biết thời điểm sẽ tiến hành đo đồng loạt các đại
lượng cần đo là:nhiệt độ ở các đồng hồ đo nhiệt độ ổn định,
không dao động.
25)
Khi đang thí nghiệm, nếu nước ngừng cấp vào bình
chảy tràn thì phải xử lý như thế nào trong tình huống đó?
- Khi đang thí nghiệm, nếu nước ngừng cấp vào bình chảy tràn thì ta
phải ngắt điện cấp cho nồi hơi, đóng các van V 6, V7 và mở van xả
hơi S5.
- Mở vòi S4 xả hết nước nóng rồi khóa vòi S4 lại.
26)

Nếu không có máy nén khí để tạo áp suất cho bình
chứa thì việc cấp nước cho nồi hơi có thể thực hiện thế
nào trong thí nghiệm đầu tiên và khi chuyển sang chế độ
thí nghiệm khác?
- Nếu không có máy nén khí để tạo áp suất cho bình chứa thì việc
cấp nước vẫn được thực hiện do có sự chênh lệch về độ cao (có
nghóa là chênh lệch về áp suất thủy tónh giữa bình chứa nước
và nồi hơi).
27)
Khi áp suất trong nồi hơi cao hơn 15PSI thì phải xử
lýnhư thế nào?
- Khi áp suất trong nồi hơi cao hơn 15PSI thì phải mở van xả hơi S 5 và
đợi cho áp suất giảm xuống còn 15PSI thì khóa van laïi.