Giáo trình môn quản trị thiết bị hóa - Thực phẩm các quá trình truyền nhiệt

GIÁO TRÌNH MÔN QTTB HÓA - THỰC PHẨM CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT GV: TS Nguyễn Minh Tân Phần 2 Các quá trình truyền nhiệt GV: TS. Nguyễn Minh Tân Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm Chương 1: Truyền nhiệt • Quá trình truyền nhiệt là quá trình một chiều từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp • Quá trình truyền nhiệt Ổn định Không ổn định t   f x, y, z t   f x, y, z,  Thiết bị làm việc liên - Thiết bị làm việc gián đoạn tục - Giai đoạn đầu và cuối của quá trình liên tục QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2 Các phương thức truyền nhiệt • Dẫn nhiệt/Conduction: Quá trình truyền nhiệt từ phần tử này đến phần tử khác của vật chất khi chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau • Đối lưu/Convection: Quá trình truyền nhiệt do các phần tử chất lỏng hoặc chất khí đổi chỗ cho nhau, do chúng có nhiệt độ khác nhau hoặc là do bơm, quạt, khuấy trộn,… • Bức xạ/Radiation: Quá trình truyền nhiệt dưới dạng các sóng điện từ. Nhiệt năng biến thành các tia bức xạ rồi truyền đi, khi gặp vật thể nào đó thì một phần năng lượng bức xạ đố được biến thành nhiệt năng, một phần phản xạ lại, và một phần xuyên qua vật thể QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 3 Dẫn nhiệt Các vật liệu dẫn nhiệt tốt được gọi là vật dẫn nhiệt, các vật liệu dẫn nhiệt kém được gọi là vật cách nhiệt Hầu hết kim loại là các vật liệu dẫn nhiệt tốt, các loại nhựa là các vật liệu cách nhiệt tốt Các electron tự do tạo nên khả năng dẫn nhiệt tốt ở các kim loại QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4 Dẫn nhiệt QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5 Đối lưu Dòng đối lưu được hình thành khi trong nồi có nước được đun nóng Dòng không khí đối lưu hình thành do chênh lệch nhiệt độ giữa đại dương và lục địa QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6 Dòng đối lưu Giàn lạnh Bộ phận sưởi Tại sao bộ phận sưởi được đặt dưới sàn, còn giàn lạnh của tủ lạnh được đặt phía trên? QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 7 Bức xạ •Năng lượng được truyền bằng các sóng điện từ •Ánh sáng, vi sóng, sóng radio, tia x •Bước sóng phụ thuộc vào tần số bức xạ QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.1. KHÁI NIỆM Nhiệt trường: Tập hợp tất cả các trị số nhiệt độ tức thời của vật thể hoặc của môi trường được gọi là nhiệt trường (Trường nhiệt độ) Nhiệt trường ổn định Nhiệt trường không ổn định t   f x, y, z t   f x, y, z,  Mặt đẳng nhiệt: Tập hợp tất cả các điểm có nhiệt độ giống nhau QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.1. KHÁI NIỆM Gradient nhiệt độ (Grad t): Sự thay đổi nhiệt độ (lớn nhất) trên một đơn vị chiều dài theo phương pháp tuyến với bề mặt đẳng nhiệt dt lim  gradt n0 dn Grad t là vector - Có phương trùng với phương pháp tuyến của mặt đẳng nhiệt - Chiều cùng với chiều tăng nhiệt độ (ngược chiều với dòng nhiệt) - Có độ lớn bằng đạo hàm của nhiệt độ theo phương pháp tuyến QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 10 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.2. ĐỊNH LUẬT DẪN NHIỆT FOURIER và ĐỘ DẪN NHIỆT Định luật Fourier: Nguyên tố nhiệt lượng dQ dẫn qua một đơn vị bề mặt dF trong một đơn vị thời gian d thì tỉ lệ với gradt, bề mặt dF và thời gian d dt Q: nhiệt lượng, W dQ    dF d , J F: bề mặt vuông góc với phương dẫn dn nhiệt, m2 Quá trình ổn định: dt Gradt, °C/m dn dt Thời gian, s Q    F,W dn λ: độ dẫn nhiệt, w/m °C QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.2. ĐỊNH LUẬT DẪN NHIỆT FOURIER và ĐỘ DẪN NHIỆT Độ dẫn nhiệt của các vật thể rắn, lỏng, khí - Độ dẫn nhiệt biểu thị khả năng dẫn nhiệt của vật chất, đặc trưng cho tính chất vật lý của vật chất - Độ dẫn nhiệt thường được xác định bằng thực nghiệm - Độ dẫn nhiệt của chất lỏng và chất khí nhỏ hơn chất rắn - Độ dẫn nhiệt phụ thuộc:  Cấu trúc  Khối lượng riêng  Hàm ẩm  Nhiệt độ QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT Giả thiết: Z Qz+dz - Các tính chất vật lý (khối Q lượng riêng, nhiệt dung y riêng, hệ số dẫn nhiệt) dz không đổi theo không gian Qx Qx+dx và thời gian dy dx Qy+dy y x Qz QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 13 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT Z - Lượng nhiệt dẫn qua các mặt Qz+dz đi vào hình hộp trong khoảng Q thời gian d được xác định y theo pt Fourrier dz Qx t Qx+dx Q   dydzd dy x x dx t Q   dxdzd y y Qy+dy t y x Qz   dxdyd z Qz - Lượng nhiệt dẫn qua các mặt đi ra khỏi hình hộp: QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 14 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT - Lượng nhiệt dẫn qua các mặt đi ra khỏi hình hộp: t   t  Q    dydzd    dxdydzd x dx x x  x  Z Qz+dz t   t    Q Qydy   dxdzd    dxdydzd y y y  y  dz Qx t   t  Qx+dx Q    dydxd    dxdydzd dy z dz z z  z  dx Qy+dy y x Qz QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 15 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT - Hiệu số lượng nhiệt đi vào và đi ra khỏi các mặt hình hộp: 2t dQ  Q   Q   dxdydzd x x dx x x2 2t dQ  Q   Q   dxdydzd y y dy y y 2  2t dQ  Q   Q   dxdydzd z z dz z z 2 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 16 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT - Hiệu số lượng nhiệt đi vào và đi ra khỏi các mặt hình hộp: dQ  dQx  dQy  dQz  2t 2t 2t        dQ  2 2 2 dxdydzd  x y z  dQ  2t dV d QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 17 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT - Theo định luật bảo toàn năng lượng, lượng nhiệt tăng thêm phải bằng lượng nhiệt tiêu hao để làm biến đổi nhiệt lượng riêng trong hình hộp: t dQ  C dV  d  C: Nhiệt dung riêng của vật thể, J/kg.độ  Khối lượng riêng của vật thể, kg/m3 t d Biến thiên nhiệt độ theo thời gian  - Phương trình vi phân dẫn nhiệt trong môi trường đồng nhất tĩnh/Phương trình vi phân dẫn nhiệt Fourrier t 2 t C   t  a2t    a  QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân C 18 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT - Phương trình vi phân dẫn nhiệt trong môi trường đồng nhất đối với quá trình ổn định 2t  0 Hoặc  2t  2t  2t    0 x2 y 2 z 2 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 19 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG PHẲNG 2 Tường phẳng một lớp  t y  0 x2 tT1 t  C1 x tT2 δ   Điều kiện biên: t C2 C1x t  t  C x x  0 T1 2 t  t t  t  C   t T2 T1 x   T2 1 T1 hay C1  t  t  t  T2 T1 x  t  T2 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 20 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG PHẲNG Tường phẳng một lớp y t tT  tT  2 1 x  tT1 t  t tT2 T2 T1 dQ   dFd , J δ  Với quá trình ổn định x t  t Q   T1 T2 F, W  QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 21 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG PHẲNG Tường phẳng nhiều lớp y   1 1 t Lớp thứ nhất Q  tT  t1 F  Q  FtT  t1  T1  1  1 t1 1 1 t2 2 Lớp thứ hai Q  Ft1  t2  tT2  2  Lớp cuối cùng Q  n Ft  t  n T2  n δ1 δ2 δ3 x t  t F Q  T1 T2 , W Hoặc n   i i1 i QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 22 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG ỐNG Tường ống một lớp r i Lượng nhiệt dẫn qua lớp tường ống (theo Fourier) r1 r o r dt L 2 dQ   2rLd , J dr dt Dẫn nhiệt ổn định Q   2rL, W dr dr 2rL   dt, W r Q QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 23 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG ỐNG r i r1 r o Tường ống một lớp r L 2 Tích phân từ r1 tới r2 và theo nhiệt độ từ tT1 đến tT2 tT2 r2 dr 2L     dt r1 r Q tT1 Phương trình dẫn nhiệt qua tường r L trụ một lớp trong trạng thái ổn định ln 2  2 t  t  r Q T1 T2 2Lt  t  1 Q  T1 T2 , W 1 r 2,3lg 2  r1 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 24 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG ỐNG Tường ống nhiều lớp 2Lt  t  Q  T1 T2 , W n 1 r 2,3lg i1 i1 i ri r2  2 Dùng phương trình tường phẳng r1 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 25 Phần 2 Các quá trình truyền nhiệt GV: TS. Nguyễn Minh Tân Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm Các phương thức truyền nhiệt • Dẫn nhiệt/Conduction: Quá trình truyền nhiệt từ phần tử này đến phần tử khác của vật chất khi chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau • Đối lưu/Convection: Quá trình truyền nhiệt do các phần tử chất lỏng hoặc chất khí đổi chỗ cho nhau, do chúng có nhiệt độ khác nhau hoặc là do bơm, quạt, khuấy trộn,… • Bức xạ/Radiation: Qua trình truyền nhiệt dưới dạng các sóng điện từ. Nhiệt năng biến thành các tia bức xạ rồi truyền đi, khi gặp vật thể nào đó thì một phần năng lượng bức xạ đố được biến thành nhiệt năng, một phần phản xạ lại, và một phần xuyên qua vật thể QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2 Đối lưu Dòng đối lưu được hình thành khi trong nồi có nước được đun nóng Dòng không khí đối lưu hình thành do chênh lệch nhiệt độ giữa đại dương và lục địa QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 3 Dòng đối lưu Giàn lạnh Bộ phận sưởi Tại sao bộ phận sưởi được đặt dưới sàn, còn giàn lạnh của tủ lạnh được đặt phía trên? QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.1. ĐỊNH LUẬT CẤP NHIỆT NEWTON Quá trình cấp nhiệt rất phức tạp, để đơn giản hóa, người ta dùng định luật cấp nhiệt của NEWTON Lượng nhiệt dQ do một phân tố bề mặt dF của vật rắn cấp cho môi trường xung quanh (hoặc ngược lại) trong khoảng thời gian d thì tỉ lệ với hiệu số nhiệt độ giữa vật thể và môi trường, với dF và d dQ  tT  tdFd Với quá trình ổn định: Q  tT  tF, W QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5 1.2. Nhiệt đối lưu Hệ số cấp nhiệt : là lượng nhiệt do một đơn vị bề mặt của tường cấp cho môi trường xung quanh(hoặc ngược lại) trong khoảng thời gian một giây khi hiệu số nhiệt độ giữa tường và môi trường (hoặc ngược lại) là 1 độ.  Q   W          2  tT  tF  m C  Hệ số cấp nhiệt là một đại lượng rất phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố: •Loại chất tải nhiệt (khí, lỏng, hơi) •Chế độ chuyển động của chất tải nhiệt •Tính chất vật lý của chất tải nhiệt •Kích thước, hình dạng, trạng thái của bề mặt trao đổi nhiệt,… QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA NHIỆT ĐỐI LƯU - Cơ sở Định luật cân bằng nhiệt - Tách phân tố thể tích dV=dxdydz từ dòng chảy - Chỉ xét trường hợp trao đổi nhiệt ổn định Lượng nhiệt đi vào và đi ra khỏi phân tố dV do các phần tử của môi trường chuyển động mang vào và mang ra Lượng nhiệt mang vào tính trên trục ox trong một đơn vị thời gian: Qx  C ptWxdydz Trong cùng thời gian đó, lượng nhiệt mang ra khổi mặt đối diện là: C ptWx  Q   Q  dQ  C tW dydz  dxdydz x dx x x p x x QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 7 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA NHIỆT ĐỐI LƯU  Wx  t  Qxdx  Qx  dQx  C ptWx dydz  C p t  Wx dxdydz  x x Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Ox tích lại trong phân tố dV:  Wx  t  dQx  Qxdx  Qx  C p t  Wx dxdydz  x x Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Oy tích lại trong phân tố dV:  Wy  t  dQy  Qydy  Qy  C p t  Wy dxdydz  y y  Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Ox tích lại trong phân tố dV:  Wz  t  dQz  Qzdz  Qz  C p t  Wz dxdydz  z z  QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA NHIỆT ĐỐI LƯU Lượng nhiệt toàn phần: dQ  dQx  dQy  dQz       Wx   Wy  Wz  t t t  dQ  C p t   Wx Wy Wz dV   x y z  x y z  W  Wy  W  Với dòng liên tục có:  x   z   0  x y z  Nên:  t t t  dQ  C p Wx Wy Wz dV  x y z  QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA NHIỆT ĐỐI LƯU Với quá trình truyền nhiệt ổn định, lượng nhiệt ở trong nguyên tố dV là không đổi. Lượng nhiệt này phải bằng lượng nhiệt dẫn qua các mặt của dV là dQ:  t t t  2 dQ  C p Wx Wy Wz dV   tdV  x y z  Phương trình vi phân cấp nhiệt đối lưu Fourier- Kirchhoff:  t t t  2  2 2 C p Wx Wy Wz    t  t a t  x y z  C p  QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 10 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.3. ĐỒNG DẠNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT Quá trình đối lưu nhiệt được mô tả bởi một hệ phương trình: -Phương trình vi phân cân bằng của Ơle -Phương trình dòng liên tục -Phương trình vi phân cấp nhiệt đối lưu Fourier- Kirchhoff Phải dựa vào lý thuyết đồng dạng để chuyển pt vi phân thành pt chuẩn số QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11 1.2. Nhiệt đối lưu Chuẩn số Nuxen Trong quá trình truyền nhiệt ổn định, lượng nhiệt truyền do dẫn nhiệt phải bằng lượng nhiệt truyền do cấp nhiệt: dt t  t   T dn Đưa chuẩn số đồng dạng vào: at dt aaattT  t  aa  al dn a a t l l aaat  aa aa  idem  Nu   Nu al a  Chuẩn số Nuxen đặc trưng cho quá trình cấp nhiệt trên bề mặt phân giới QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12 1.2. Nhiệt đối lưu Chuẩn số Pecle Được rút ra từ phương trình Fourier- Kirchhoff Ví dụ đối với trục ox: Rút ra: l1 l2 w1  w2  idem a1 a2 t 2t w  a wl x   2 x Pe x a Ngoài các chuẩn số trên, từ các pt chuyển động có các chuẩn số Eu, Fr, Re, nên có thể biểu diễn: FNu, Pe, Eu,Pr,Re  0 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 13 1.2. Nhiệt đối lưu Trong khi Eu  f Re Kết hợp Pe và Nu có chuẩn số Prandtl đặc trưng cho tính chất vật lý của môi trường wl Pe   C Pr   a    p Re wl a     2 gl  wl  gl 3 Kết hợp Re và Fr có chuẩn số Galile, Ga:  2     Ga Fr.Re 2   2 w     Chuẩn số Gratkov, đặc trưng cho truyền nhiệt khi đối lưu tự nhiên: gl 3 Gr  t  2 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 14 1.2. Nhiệt đối lưu Phương trình cấp nhiệt tổng quát được biểu diễn dưới dạng phương trình chuẩn số là FNu, Pe, Eu,Pr,Re  0  Nu  f 'Re,Pr,Gr Quá trình cấp nhiệt xảy ra trong dòng đối lưu tự nhiên: Nu  f 'Pr,Gr Với các chất khí, chuẩn số Pr không biến đổi nhiều theo nhiệt độ: Chuyển động cưỡng bức Nuf3Re Đối lưu tự nhiên Nuf3Re Dạng cụ thể ở dạng hàm số mũ NuCRek PrmGrn QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 15 1.2. Nhiệt đối lưu Hệ số được xác định theo quan hệ :  C Rek PrmGrn l Hệ số cấp nhiệt chỉ có thể được xác định với từng trường hợp cụ thể với mỗi thiết bị riêng biệt QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 16 Phần 2 Các quá trình truyền nhiệt GV: TS. Nguyễn Minh Tân Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm Các phương thức truyền nhiệt • Dẫn nhiệt/Conduction: Quá trình truyền nhiệt từ phần tử này đến phần tử khác của vật chất khi chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau • Đối lưu/Convection: Quá trình truyền nhiệt do các phần tử chất lỏng hoặc chất khí đổi chỗ cho nhau, do chúng có nhiệt độ khác nhau hoặc là do bơm, quạt, khuấy trộn,… • Bức xạ/Radiation: Qua trình truyền nhiệt dưới dạng các sóng điện từ. Nhiệt năng biến thành các tia bức xạ rồi truyền đi, khi gặp vật thể nào đó thì một phần năng lượng bức xạ đố được biến thành nhiệt năng, một phần phản xạ lại, và một phần xuyên qua vật thể QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động tự do Với chất lỏng có tính thấm ướt thành bình và có Pr > 0,7 NuCPrGrn Với ống truyền nhiệt nằm ngang 0,25 0,23 Pr Nu0,51PrGr   PrT  PrT: chuẩn số Prandt tính theo nhiệt độ thành tiếp xúc với chất lỏng Với không khí Nu0,47Gr0,25 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 3 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động cưỡng bức Lưu thể chuyển động trong ống thẳng 0,25 0,8 0,43  Pr Re > 10.000      Nu 0,021K Re Pr Gr  εk: ảnh hưởng của L/d tới hệ số cấp nhiệt PrT  Với chất khí 0,8 NuCK Re 0,9 0,43 2300>Re > 10.000 Nu0,008K Re Pr 0,25  Pr Re < 2300   0,33 0,43 0,4  Nu 0,15 d Re Pr Gr   PrT  QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động cưỡng bức Lưu thể chuyển động trong ống cong: do tác dụng của lực ly tâm, độ xoáy sẽ tăng lên, cường độ trao đổi nhiệt tăng lên  d  11,77  c  R d: đường kính trong của ống xoắn R: Bán kính cong của vòng xoắn QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động cưỡng bức Lưu thể chuyển động trong ống có tiết diện hình vành khăn: 0,45 0,8 0,4  dtn  Nu  0,23 Re Pr    dnt  dtn: đường kính trong của ống ngoài dnt: đường kính ngoài của ống trong QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động cưỡng bức Lưu thể chuyển động trong ống có tiết diện hình vành khăn: 0,45 0,8 0,4  dtn  Nu  0,23 Re Pr    dnt  dtn: đường kính trong của ống ngoài dnt: đường kính ngoài của ống trong QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 7 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động cưỡng bức Lưu thể chảy ngang bên ngoài một ống: n 0,4 Nu  C  K Re Pr  n 0,4   C  K Re Pr dn dn: đường kính ngoài của ống C,n: Hệ số phụ thuộc Re QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động cưỡng bức Lưu thể chuyển động ngang bên ngoài một chùm ống: Dãy ống thứ ba (thẳng hàng) 0,25  Pr Chất khí Nu0,23 Re0,65Pr0,33  Nu0,21 Re0,65     PrT  Dãy ống thứ ba (xen kẽ) 0,25  Pr Chất khí Nu0,41 Re0,60Pr0,35  Nu0,37 Re0,60     PrT  QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động cưỡng bức Lưu thể chuyển động ngang bên ngoài một chùm ống: Hệ số cấp nhiệt trung bình của toàn bộ chùm ống 1F1  2 F2 3F3 ... tb  F1  F2  F3 ... Khi số dãy ống khá lớn, có thể lấy gần đúng tb  3 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 10 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động cưỡng bức Lưu thể chảy dọc bên ngoài một chùm ống: 0,6 0,8 0,23 Nu 1,16 Dtd Re Pr  0,6 0,8 0,23  1,16 Dtd Re Pr dn Dtd: đường kính tương đương của khoảng không gian giữa các ống,m dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt,m QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động cưỡng bức Lưu thể chảy dọc bên ngoài một chùm ống có tấm chắn chia ngăn: 0,14 0,6  Pr   0,6 0,23   Nu C Dtd Re Pr    PrT  0,14       0,6 0,6 0,23   C Dtd Re Pr   dn  T  Tấm chắn hình viên phân: C = 1,72 Tấm chắn hình vanh khan: C = 2,08 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động cưỡng bức Lưu thể chảy ngang bên ngoài chùm ống có gân: 0,54 0,14  d   h  Nu  C n    Ren Pr 0,4  t   t  Công thức được sử dụng khi 3000< Re<25000 và 3<(d/t), 4,8 dn: đường kính ngoài của ống t: bước của gân,m h: khoảng cách giữa thành ống và cạnh ngoài của gân, m C,n: Hệ số phụ thuộc vào cách sắp xếp ống: xếp thẳng hàng C = 0,116 n= 0,72 xếp xen kẽ C = 0,25 n= 0,65 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 13 1.2. Nhiệt đối lưu 1.2.4. CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT Cấp nhiệt khi lưu thể chuyển động cưỡng bức Lưu thể chuyển động dọc theo tường phẳng: Re>10.000 0,25  d   0,8 0,43  tn  Không khí Nu 0,037 Re Pr   0,2  dnt  Nu0,032Re Re <100.000 0,25  d   0,5 0,63  tn  Kh