Đối lưu nhiệt truyền nhiệt ĐHBK TPCHM

CHƯƠNG

3

ĐỐI LƯU NHIỆT



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


3.1 Khái niệm
Phân loại trao đổi nhiệt đối lưu

Dựa vào nguyên nhân phát sinh chuyển động của lưu chất

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

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

dQ = α Tw − T f dFdτ
- Quá trình cấp nhiệt ổn định

Q = α Tw − T f F , W

o
Tw: nhiệt độ của vách tiếp xúc với lưu chất ( C)
o
Tf: nhiệt độ của lưu chất ( C)
2
α : hệ số cấp nhiệt (W/m K)


3.1 Khái niệm
Hệ số cấp nhiệt

dQ
q
α=

=
Tw − T f dF Tw − T f

W / m2 K

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..)

α = f (Tw , T f , ω , λ , C p , ρ , µ , Φ, l1 , l2 , l3 )

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


3.1 Khái niệm
Hệ số cấp nhiệt


3.1 Khái niệm
Hệ số cấp nhiệt α
Hệ số cấp nhiệt α thường xác định bằng thực nghiệm cho từng trường hợp riêng biệt thông qua các phương trình chuẩn số
đặc trưng cho các quá trình trao đổi nhiệt đối lưu.

Nu = f (Re, Pr, Gr,...)
Chuẩn số Nusselt (Nu)

Chuẩn số Prandtl (Pr)

Chuẩn số Galile (Ga)

α .l
Nu =
λ

Chuẩn số Reynolds (Re)

Re =

ω.d
µ
;υ =
υ
g

µ .C p .ρ γ
λ
Pr =
= ;a =
g.λ
a
Cpρ
g .l 3 ρ 2
Ga =
µ3

Chuẩn số Grashof (Gr)

Gr = Ga.β .∆T f



3.2. Một số yếu tố cơ bản ảnh hưởng TĐN ĐL


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


3.3. 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


3.4. Cơ sở lý luận đồng dạng


3.4. Cơ sở lý luận đồng dạng

3.4. Cơ sở lý luận đồng dạng


3.4. Cơ sở lý luận đồng dạng


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