1. Các khái niệm cơ bản về truyền nhiệt đối lưu: đối lưu, quá trình truyền nhiệt đối lưu, hệ số truyền nhiệt, nhiệt trở của quá trình truyền nhiệt, thực chất của các quá trình truyền nhiệt đối lưu 2. Lò luyện lốc 3. Nhiên liệu khí 1. Các khái niệm cơ bản về truyền nhiệt đối lưu Đối lưu, quá trình truyền nhiệt đối lưu, hệ số truyền nhiệt, nhiệt trở của quá trình truyền nhiệt, thực chất của các quá trình truyền nhiệt đối lưu. đối lưu gọi là quá trình truyền nhiệt trong quá trình chuyển động của các đại hạt (chất khí hoặc chất lỏng). Do đó, đối lưu chỉ có thể xảy ra trong môi trường mà các hạt của nó có thể dễ dàng chuyển động. đối lưu gọi là truyền nhiệt do tác động kết hợp của quá trình truyền nhiệt đối lưu và phân tử. Nói cách khác, quá trình truyền nhiệt đối lưu được thực hiện đồng thời theo hai cách: đối lưu và dẫn nhiệt. Sự truyền nhiệt đối lưu giữa một môi trường chuyển động và mặt phân cách của nó với một môi trường khác (rắn, lỏng hoặc khí) được gọi là tản nhiệt. Nhiệm vụ chính của lý thuyết truyền nhiệt đối lưu là xác định nhiệt lượng truyền qua bề mặt của vật rắn được rửa sạch bởi dòng chảy. Dòng nhiệt tạo thành luôn hướng theo chiều nhiệt độ giảm, Trong các tính toán thực tế về sự truyền nhiệt, định luật Newton được sử dụng: Q = b F (t w -tct) (15-1) tức là, thông lượng nhiệt Q từ chất lỏng đến thành hoặc từ thành sang chất lỏng tỷ lệ với bề mặt F, tham gia vào quá trình truyền nhiệt và chênh lệch nhiệt độ ( t w - t st, ở đâu t st là nhiệt độ của bề mặt tường, và tzh là nhiệt độ của môi chất bao quanh bề mặt tường. Hệ số tỉ đối b có xét đến điều kiện trao đổi nhiệt cụ thể giữa chất lỏng và bề mặt của vật được gọi là hệ số truyền nhiệt. Lấy công thức (15-1) F = 1m² và f = 1 giây, chúng tôi thu được mật độ thông lượng nhiệt tính bằng watt trên mét vuông; q = b (t w -tct) (15-2) Giá trị nghịch đảo 1 / b của hệ số truyền nhiệt được gọi là nhiệt trở đối với sự truyền nhiệt. b = q: (t w -tct) (15-3) Từ đẳng thức (15-3) suy ra rằng hệ số truyền nhiệt và mật độ thông lượng nhiệt q,đề cập đến sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt của cơ thể và môi trường. Với sự chênh lệch nhiệt độ bằng 1 ° (t w -tct = 1 °), hệ số truyền nhiệt bằng số bằng mật độ thông lượng nhiệt b = q Truyền nhiệt là một quá trình khá phức tạp và hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu là: a) nguyên nhân của dòng chất lỏng; b) chế độ dòng chất lỏng (tầng hoặc hỗn loạn); c) các đặc tính vật lý của chất lỏng; d) hình dạng và kích thước của bề mặt tỏa nhiệt. Do sự xuất hiện của chuyển động chất lỏng, nó có thể tự do và cưỡng bức. Chuyển động tự do (nhiệt) xảy ra trong chất lỏng nóng lên không đều. Sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến sự khác biệt về mật độ và sự xuất hiện của các phần tử ít đặc hơn (nhẹ hơn) của chất lỏng, gây ra chuyển động. Trong trường hợp này, chuyển động tự do được gọi là Thiên nhiên hoặc đối lưu nhiệt . Vì vậy, ví dụ, sự trao đổi nhiệt giữa các tấm bên trong và bên ngoài của khung cửa sổ được thực hiện bằng đối lưu tự nhiên (với điều kiện khoảng cách giữa các tấm là đủ để không khí lưu thông). 2. Lò luyện lốc Lò xyclon được thiết kế để đốt than nghiền. Cơ chế một lò như vậy được hiển thị trong Hình. Ngày 19-8. Than nghiền với không khí sơ cấp được cung cấp qua ống nối Tôi trong buồng lốc xoáy 2. Không khí thứ cấp được cung cấp theo phương tiếp tuyến cho nó, đi vào qua ống nối 3 với tốc độ khoảng 100 bệnh đa xơ cứng, Luồng quay của các sản phẩm cháy được tạo ra trong buồng, ném các hạt nhiên liệu lớn lên thành buồng, nơi chúng được khí hóa dưới tác dụng của các luồng khí nóng. Từ buồng xyclon, các sản phẩm cháy cùng với các hạt nhiên liệu chưa cháy hết đi vào thiết bị đốt sau 4. Xỉ từ buồng xyclon qua thiết bị nung sau đi vào bể xỉ, tại đây nó được tạo hạt với nước. Ưu điểm của lò xyclon là: 1) khả năng đốt cháy nhiên liệu với lượng không khí dư thừa nhỏ 1,05-1,1, làm giảm tổn thất nhiệt với khí thải; 2) nhiệt năng riêng của thể tích lò tăng lên; 3) khả năng làm việc trên than nghiền (thay vì than nghiền); 4) thu giữ tro nhiên liệu trong lò lên đến 80-90%. Những nhược điểm của lò xyclon bao gồm: 1) khó đốt than và than có độ ẩm cao với năng suất thấp của các chất dễ bay hơi; 2) tăng tiêu thụ năng lượng cho nổ mìn. 3. Nhiên liệu khí Thiên nhiên. Khí tự nhiên (tự nhiên) được tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới. Trữ lượng nhiên liệu khí ở một số mỏ lên tới hàng trăm tỷ mét khối. Nó không chỉ được khai thác từ các giếng khí đặc biệt, mà còn là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất dầu. Khí tự nhiên này được gọi là khí dầu mỏ đồng hành. Thành phần chính của khí thiên nhiên là metan CH 4. Khí thiên nhiên có nhiệt trị cao. Nó được sử dụng làm nhiên liệu cho các lò công nghiệp, xe cộ, cũng như cho các nhu cầu sinh hoạt. Một phần khí thiên nhiên được xử lý hóa học để thu được nhiên liệu lỏng, xử lý khí, nguyên liệu hóa học. Ở Liên Xô, các vùng chứa khí đốt lớn nằm ở vùng Volga, ở Bắc Caucasus, Ukraine, ở Trans-Urals, v.v. Nhân tạo. Nhiên liệu khí nhân tạo (than cốc, dầu đen, các loại khí của máy phát điện) thu được trong quá trình chế biến dầu mỏ và nhiên liệu rắn tự nhiên, cũng như một sản phẩm phụ trong nguyên liệu thô của các ngành công nghiệp như lò cao. Khí lò cao hình thành trong các lò cao trong quá trình luyện gang. Khoảng một nửa lượng khí được sản xuất được sử dụng cho nhu cầu riêng của lò cao. Một nửa khí còn lại có thể được sử dụng làm nhiên liệu. Nhiệm vụ Điều kiện: Phải mang nhiệt lượng bao nhiêu để 1 kg. không khí ở nhiệt độ 20 ° C, sao cho thể tích của nó ở áp suất không đổi tăng gấp đôi. Câu hỏi: Xác định nhiệt độ của không khí ở cuối quá trình, nhiệt dung của không khí là không đổi. 1) t = 25C - theo biểu đồ IS. 2) T \ u003ngày + 273 \ u003ngày 298K 3) T \ u003ngày + 273 \ u003ngày 293K Tính khối lượng cuối cùng như sau: Vk \ u003d Vn x 2 \ u003d 0,058x2 \ u003d 0,116 m² Xác định nhiệt lượng theo công thức: Q \ u003d mc (T -T) \ u003d 1.5x1.005 (298-293) \ u003d \ u003d 7.537 với m là khối lượng kg. - trên bảng gán 1,5kg, c nhiệt dung kJ (kgC) - 1,005kJ / kg. Trả lời: cần cung cấp nhiệt lượng Q = 7,537 thì nhiệt độ không khí khi kết thúc quá trình là 25C. Theo phương trình truyền nhiệt đối lưu, còn được gọi là định luật Newton-Richmann, thông lượng nhiệt tỷ lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ giữa thành và chất lỏng và diện tích bề mặt trao đổi nhiệt. Hệ số tỉ lệ trong phương trình này được gọi là hệ số truyền nhiệt đối lưu trung bình:  hoặc hoặc trong đó Q - thông lượng nhiệt, W; q \ u003d Q / F - mật độ thông lượng nhiệt bề mặt, W / m 2; Bất kể hướng của dòng nhiệt (từ thành vào chất lỏng hay ngược lại), chúng ta sẽ coi nó là dương, tức là, chúng ta sẽ sử dụng môđun của sự chênh lệch nhiệt độ. Giá trị của hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào một số lượng lớn các yếu tố khác nhau: a) Tính chất vật lý của chất lỏng; b) vận tốc chất lỏng; c) hình dạng, kích thước và định hướng không gian của bề mặt trao đổi nhiệt; d) độ lớn của sự chênh lệch nhiệt độ, hướng truyền nhiệt, v.v. Do đó, định nghĩa lý thuyết của nó trong hầu hết các trường hợp là không thể. Biểu thức (1) - (3) có thể thực nghiệm xác định hệ số truyền nhiệt trung bình bằng cách đo các giá trị Q, F, nghĩa là, hệ số truyền nhiệt trung bình bằng số bằng thông lượng nhiệt truyền qua bề mặt trao đổi nhiệt đơn vị ở một nhiệt độ chênh lệch đơn vị (1 o C hoặc 1 K). 3. Hệ số truyền nhiệt đối lưu cục bộ (cục bộ)Hệ số truyền nhiệt trung bình là một đặc tính quan trọng nhưng không phải lúc nào cũng đủ của các quá trình truyền nhiệt. Trong nhiều trường hợp, các giá trị của hệ số truyền nhiệt tại các điểm riêng lẻ của bề mặt trao đổi nhiệt được yêu cầu, nghĩa là các giá trị cục bộ (cục bộ). Hệ số cục bộ đặc trưng cho sự truyền nhiệt trong vùng lân cận của một điểm (x) nhất định và là một phần của phương trình truyền nhiệt cục bộ: hoặc trong đó dF là bề mặt trao đổi nhiệt cơ bản (nhỏ vô hạn) ở xung quanh điểm x, m 2; Từ biểu thức (5) và (6), về nguyên tắc, hệ số truyền nhiệt cục bộ có thể được tìm thấy theo kinh nghiệm bằng cách đo các đại lượng Trên thực tế, dọc theo bề mặt, số lượng các mặt cắt hữu hạn nhưng đủ nhỏ được phân bổ và các phép đo được thực hiện cho từng mặt cắt thứ i của bề mặt: ở đâu Trong quá trình truyền nhiệt trên một bề mặt thẳng đứng, n phần có cùng chiều cao được phân biệt (xem Hình 4). Nếu chúng ta đo nhiệt độ bề mặt tại ranh giới của các mặt cắt đã chọn, bắt đầu từ cạnh dưới của nó (i = 1), thì nhiệt độ trung bình của mặt cắt thứ i được xác định theo công thức Giá trị trung bình của hệ số truyền nhiệt (8) đối với tiết diện nhỏ thứ i là giá trị gần đúng của hệ số truyền nhiệt cục bộ (7). Diện tích càng nhỏ, kết quả càng chính xác. Kết quả của một số lượng lớn các thí nghiệm để xác định hệ số truyền nhiệt (8) được khái quát dưới dạng phương trình tiêu chí thực nghiệm (thực nghiệm) (xem Phần 5). Trong tương lai, các phương trình này được sử dụng trong tính toán kỹ thuật để xác định hệ số truyền nhiệt. Nội dung phần Khái niệm truyền nhiệt đối lưu bao hàm quá trình truyền nhiệt trong quá trình chuyển động của chất lỏng hoặc chất khí. Trong trường hợp này, quá trình truyền nhiệt được thực hiện đồng thời bằng quá trình đối lưu và dẫn nhiệt. Đối lưu chỉ có thể xảy ra trong môi trường chất lỏng, ở đây sự truyền nhiệt gắn bó chặt chẽ với sự truyền của chính môi trường đó. Trong trường hợp này, dẫn nhiệt được hiểu là quá trình truyền nhiệt với sự tiếp xúc trực tiếp của các hạt riêng lẻ của môi trường có nhiệt độ khác nhau. Sự truyền nhiệt đối lưu giữa dòng chất lỏng hoặc chất khí và bề mặt của vật rắn được gọi là truyền nhiệt đối lưu. Trong các tính toán kỹ thuật, truyền nhiệt được xác định, trong khi truyền nhiệt đối lưu bên trong môi trường được quan tâm gián tiếp, vì sự truyền nhiệt bên trong môi trường được bảo vệ về mặt định lượng khi truyền nhiệt. Trong các tính toán thực tế, định luật Newton-Richmann được sử dụng. Theo quy luật, dòng nhiệt - Q từ môi chất vào vách hoặc từ vách sang môi chất tỉ lệ với hệ số truyền nhiệt theo phương đối lưu - á k, bề mặt trao đổi nhiệt - F và độ chênh lệch nhiệt độ - ∆t = t c -t w, tức là Q \ u003d á k (t c -t w) ⋅ F, W (kcal / giờ), trong đó: t s - nhiệt độ bề mặt vật thể; t w là nhiệt độ của môi trường lỏng hoặc khí bao quanh vật. Dòng nhiệt - Q từ môi chất đốt nóng đến môi chất bị nung nóng qua bề mặt (vách) ngăn cách chúng tỷ lệ với hệ số truyền nhiệt - k, bề mặt trao đổi nhiệt - F và độ chênh lệch nhiệt độ ∆t, tức là Q = ê⋅∆t⋅F, W (kcal / h). Chênh lệch nhiệt độ ∆t trong trường hợp này là chênh lệch nhiệt độ trung bình trên toàn bộ bề mặt gia nhiệt của môi trường tham gia trao đổi nhiệt. Trong chế độ truyền nhiệt ở trạng thái ổn định đối với sơ đồ chuyển động của môi trường dòng trực tiếp và ngược dòng, ∆t được xác định bằng chênh lệch nhiệt độ logarit trung bình giữa môi chất được gia nhiệt và môi chất được làm nóng theo công thức: ∆t = ∆t b - ∆t m, K (° C), 2,31g (∆ t b / ∆t m) trong đó: ∆ t b- chênh lệch nhiệt độ của môi trường ở cuối bề mặt truyền nhiệt, nơi lớn nhất, K (° С); ∆ t m- chênh lệch nhiệt độ của môi trường ở đầu kia của bề mặt truyền nhiệt, nơi nhỏ nhất, K (° С); k - hệ số tỉ đối, được gọi là hệ số truyền nhiệt, W / (m 2 ⋅K) hoặc kcal / m 2 ⋅h⋅g. Nó biểu thị lượng nhiệt tính bằng watt hoặc kilocalories truyền từ môi trường gia nhiệt sang bề mặt được nung nóng qua 1 m 2 trong một giờ ở nhiệt độ chênh lệch 1 độ. Đối với bề mặt phẳng và đối với đường ống có tỷ lệ giữa đường kính ngoài và đường kính trong là d n Hệ số truyền nhiệt ≤ 2 được xác định theo công thức: ê \ u003d 1, W / (m 2 K) hoặc kcal / m 2 ⋅h⋅deg, 1 + Scm + 1 á gr á á khỏa thân nơi một gr- nhiệt trở truyền nhiệt từ môi trường gia nhiệt đến mặt phân cách tính bằng m 2 ⋅K / W hoặc m 2 ⋅h⋅deg / kcal (á là hệ số truyền nhiệt đối lưu của môi trường gia nhiệt); ë là khả năng chịu nhiệt của tường; Scm là chiều dày của tường tính bằng m; ë - độ dẫn nhiệt của vật liệu làm tường tính bằng W / (m⋅K) hoặc kcal / m⋅h⋅deg; á khỏa thân- nhiệt trở đối với sự truyền nhiệt từ tường sang môi trường được nung nóng tính bằng m 2 K / W hoặc m 2 ⋅h⋅deg / kcal (á khỏa thân là hệ số truyền nhiệt đối lưu cho môi chất bị đốt nóng). Trong các đơn vị nhiệt (lò hơi) trong quá trình đốt nóng và làm lạnh chất khí (không khí), hệ số truyền nhiệt á đến thay đổi trong khoảng 17–58 W / m 2 K (15–50 kcal / m 2 ⋅h⋅deg). Khi đun nóng và làm mát nước - trong khoảng 233–11630 W / m 2 K (200–10000 kcal / m 2 ⋅h⋅deg). Hệ số truyền nhiệt á đến phụ thuộc: Bản chất của dòng môi chất, được xác định bởi tiêu chí Reynolds Re = Wd = ñ ⋅ W ⋅d; Tỷ số giữa điện trở nhiệt bên trong và điện trở nhiệt bên ngoài é, được gọi là tiêu chí Nusselt ë Nu = a đến d; Tính chất vật lý của môi trường (chất lỏng, chất khí) được đặc trưng bởi tiêu chí Prandtl Pr = í c ñ = í. Truyền nhiệt trong chế độ dòng chảy rối Trong dòng chảy hỗn loạn của các chất khí và chất lỏng khác nhau qua các đường ống và kênh dài để xác định á đến phương trình tiêu chí của M.A. thường được sử dụng nhất. Mikheev: (với Re ≥ 10000 và é ≥ 50): Nu = 0,021Re 0,8 Pr trung bình 0,43 (Pr trung bình) 0,25, trong đó Pr cf là các giá trị của tiêu chí Prandtl ở nhiệt độ trung bình của khí và chất lỏng bằng một nửa tổng nhiệt độ dòng chảy ở đầu vào và đầu ra của đường ống; Pr st là các giá trị của tiêu chí Prandtl ở nhiệt độ của chất khí và chất lỏng bằng nhiệt độ trung bình của thành bình. Hệ số truyền nhiệt á đến trong các đường ống hoặc kênh ngắn (d< 50) имеет большие значения по сравнению с длинными трубами или каналами. Уравнение М.А. Михеева для течения по коротким трубам или каналам: Nu = 0,021Re 0,8 Pr av 0,43 (Pr av) 0,25 ⋅ ϕ Các giá trị của ϕ được cho trong Bảng. 7.20. Bảng 7.20. Hệ số hiệu chỉnh ϕ
Ví dụ, đối với các sản phẩm cháy, tiêu chí Pr cf là 0,72, phương trình của M.A. Mikheev có dạng: á đến dWd Đối với ống dài Nu ≅ 0,018Re 0,8 hoặc = 0,018 () 0,8; á đến dWd Đối với ống ngắn Nu ≅ 0,018Re 0,8 ⋅ ϕ hoặc = 0,018 () 0,8 ⋅ ϕ. Từ các phương trình này, hệ số truyền nhiệt được xác định: Đối với đường ống dài và kênh á đến\ u003d 0,018 ⋅ ⋅, W / m 2 K, (kcal / m 2 giờ độ). Đối với đường ống và kênh ngắn á đến\ u003d 0,018 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, W / m 2 K, (kcal / m 2 giờ độ). Hệ số á đến khi đun nóng không bằng á đến khi làm lạnh các chất khí. Khi làm mát á đến hơn ∼ 1,3 lần so với khi đun nóng. Do đó, hệ số truyền nhiệt do đối lưu trong quá trình làm mát của khói lò ở chế độ chảy rối và ở Pr cp = 0,72 cần được xác định theo công thức: Đối với đường ống dài á đến\ u003d 0,0235 ⋅ ⋅, W / m 2 K, (kcal / m 2 giờ độ). Đối với đường ống ngắn: á đến\ u003d 0,0235 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, W / m 2 K (kcal / m 2 giờ độ). Các đặc tính vật lý của không khí được nêu trong Mục 6.1. Các đặc tính vật lý của khí thải được cho trong bảng. 7.21. Các giá trị của tiêu chí Prandtl đối với nước ở đường bão hòa được đưa ra trong Phần 6.2. Bảng 7.21.Đặc tính vật lý của khói lò có thành phần trung bình
Truyền nhiệt theo chế độ dòng chảy tầng Ước tính gần đúng của hệ số truyền nhiệt trung bình thường được thực hiện nhất bằng cách sử dụng phương trình tiêu chí của M.A. Mikheev (cho Re ≤ 2200): á đến= 0,15 ⋅ ⋅ Re 0,33 ⋅ Pr av 0,33 (Gr av ⋅ Pr av) 0,1 ⋅ () 0,25 ⋅ ϕ, mà, ngoài những tiêu chí đã trình bày trước đây, bao gồm một tiêu chí nữa - Gr, được gọi là tiêu chí Grashof, đặc trưng cho lực nâng của chất khí (trọng lực đối với chất lỏng). â ⋅ g ⋅ d 3 ⋅ ∆t trong đó: â là hệ số giãn nở thể tích của chất lỏng hoặc chất khí đối với chất khí â = 273, 1 độ. g - gia tốc rơi tự do (gia tốc trọng trường), m / s 2; d - đường kính giảm hoặc đối với tường thẳng đứng - chiều cao tường, m; ∆t là chênh lệch nhiệt độ giữa thành được nung nóng và môi chất (t st - t cf) hoặc (t cf - t st); í - hệ số nhớt động học, m 2 / s ϕ - hệ số tính đến chiều dài tương đối của ống, bằng Truyền nhiệt trong quá trình rửa ngang cưỡng bức các bó ống Hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu trong một bó ống nội dòng được rửa ngang (Hình 7.10): á đến\ u003d 0,206С z ⋅ С s ⋅ d í 0,65 ⋅ Pr 0,33, W / (m 2 K), trong đó: С z là hệ số tính đến số hàng ống z dọc theo dòng khí trong ống dẫn khí, tại z<10>10 C z = 1; C s - hệ số tính đến bố trí hình học của bó ống - phụ thuộc vào bước dọc S 2 và S 1 ngang, C s \ u003d 1+ 2S 1 - 3 1 - S 2 3 -2 ë là hệ số dẫn nhiệt của chất khí ở nhiệt độ trung bình của dòng, W / (m⋅K) hoặc kcal / m⋅h⋅gr; d là đường kính ngoài của ống, m; w là vận tốc khí trung bình, m / s; í là hệ số nhớt động học của chất khí ở nhiệt độ dòng chảy trung bình, m 2 / s. Hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu trong một bó ống rửa ngang (Hình 7.9.): á đến\ u003d С s ⋅ С z ⋅ d í 0,6 ⋅ Pr 0,33, W / (m 2 ⋅ K), trong đó: С s phụ thuộc vào S 1 và ϕ s; ϕ s \ u003d (S 1 / d - 1) (S ′ 2 / d), S ′ 2 - cao độ đường chéo trung bình của các đường ống (Hình 7.9.); ở 0,1< ϕ s ≤ 1,7 и при S 1 /d ≥ 3,0 С s = 0,34 ⋅ ϕ s 0,1 ; ở mức 1,7< ϕ s ≤ 4,5 и при S 1 /d < 3,0 С s = 0,275 ⋅ ϕ s 0,5 ; Với z = 4 tại z< 10 и S 1 /d ≥ 3. Truyền nhiệt trong quá trình rửa dọc cưỡng bức các bề mặt gia nhiệt dạng ống Hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu: á đến\ u003d 0,023 d eq í 0,8 ⋅ Pr 0,4 ⋅ С t ⋅ С d ⋅ С l, W / (m 2 ⋅K), trong đó: C t - hệ số nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi chất và thành - đối với nước và hơi nước, cũng như khi làm lạnh khí C t \ u003d 1,0, khi đốt nóng sản phẩm cháy và không khí C \ u003d (T / T st ) 0,5, trong đó T và T - nhiệt độ của khí, không khí và tường, tính bằng độ K; С d - hệ số đưa vào trong quá trình chảy trong các kênh hình khuyên, với gia nhiệt bề mặt một mặt 0,85 ≤ С d ≤ 1,5, với hai mặt С d = 1; C l là hệ số phụ thuộc vào chiều dài của kênh; với rửa dọc ống 1 ≤ С l ≤ 2, với l> 50d С l = 1,0. Công thức từng phần để xác định hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu Đối với các đơn vị nhiệt nhiệt độ cao (theo N.N. Dobrokhotov): á đến\ u003d 10,5W 0, W / m 2 K (hoặc á đến\ u003d 9W 0, kcal / m 2 giờ độ), trong đó: W 0 - vận tốc khí trong không gian lò, quy về 0 ° C, tức là nm 3 / s. Đối với sự chuyển động của khí thải (không khí) qua các kênh gạch có kích thước từ 40 × 40 đến 90 × 90 mm (theo M.S. Mamykin): W 0 0,8 4 W 0,8 4 á đến\ u003d 0,9 √ T, W / m 2 K (hoặc 0,74 √ T, kcal / m 2 giờ độ), trong đó: T là nhiệt độ tuyệt đối của chất khí, ° K; d là đường kính rút gọn tính bằng m; Đối với chuyển động tự do của không khí dọc theo bề mặt thẳng đứng của tường ở nhiệt độ thấp (theo M.S. Mamykin): á đến\ u003d 2,56 √ t 1 - t 2, W / m 2 K (hoặc 2,2 √ t 1 - t 2, kcal / m 2 giờ độ), trong đó: (t 1 - t 2) - chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt của thành và khí. Đối với bề mặt nằm ngang hướng lên trên, thay vì hệ số 2,56 (2,2), 3,26 (2,8) được lấy và đối với mặt hướng xuống 1,63 (1,4). Đối với đầu phun của bộ trao đổi nhiệt tái sinh (theo M.S. Mamykin): á đến\ u003d 8,72, W / m 2 ⋅K (hoặc á đến\ u003d 7,5, kcal / m 2 giờ ⋅ độ). Bình tĩnh nước - bức tường kim loại (theo H. Kuhling): á đến\ u003d 350 ÷ 580, W / (m 2 ⋅K); Nước chảy - một bức tường kim loại (theo H. Kuhling): á đến\ u003d 350 + 2100 √ W, W / (m 2 ⋅K), trong đó W là tốc độ tính bằng m / s. Không khí là một bề mặt nhẵn (theo H. Kuhling): á đến\ u003d 5,6 + 4W, W / (m 2 ⋅ K), trong đó W là tốc độ tính bằng m / s. Trên hình. 7,17 – 7,22. nomogram được đưa ra để xác định á đến phương pháp đồ họa. Cơm. 7.17. Hệ số truyền nhiệt do đối lưu trong quá trình rửa ngang các bó ống trơn trong dòng, αc = Cz⋅Cf⋅αn, W / m2⋅K (kcal / m2⋅h⋅deg) (rH2O là phần thể tích của hơi nước) Cơm. 7.18. Hệ số truyền nhiệt do đối lưu trong quá trình rửa ngang của các bó ống trơn so le, αc = Cz⋅Cph⋅αn, W / m2⋅K (kcal / m2⋅h⋅deg), (rH2O là phần thể tích của hơi nước) Cơm. 7.19. Hệ số truyền nhiệt do đối lưu trong quá trình rửa dọc của ống trơn bằng không khí và khí thải Cơm. 7.20. Hệ số truyền nhiệt do đối lưu trong quá trình rửa dọc ống trơn bằng nước không sôi, α = C ⋅ α, W / m2 ⋅K (kcal / m2 ⋅h⋅deg) Cơm. 7.21. Hệ số truyền nhiệt đối lưu cho máy sưởi không khí dạng tấm tại Re< 10000, αк = Cф⋅ αн, Вт/м2⋅К (ккал/м2⋅ч⋅град) Cơm. 7.22. Hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu đối với máy sưởi không khí tái sinh ở Re ≤ 5200, αk = Cf⋅ αn, W / m2⋅K (kcal / m2⋅h⋅deg) Định luật làm lạnh của Newton phát biểu rằng tốc độ truyền nhiệt khi rời khỏi bề mặt ở nhiệt độ Ts thành chất khí hoặc chất lỏng xung quanh ở nhiệt độ Tf được cho bởi phương trình: Qconvection = h A (Ts - Tf) trong đó hệ số truyền nhiệt đối lưu h có thứ nguyên là W / m 2. K hoặc Btu / s.in 2 .F. Hệ số h không phải là đặc tính nhiệt động lực học. Nó là một mối quan hệ được đơn giản hóa cho trạng thái của một chất khí hoặc chất lỏng và các điều kiện dòng chảy và do đó thường được gọi là đặc tính dòng chảy. Đối lưu liên quan đến khái niệm lớp biên, là một lớp mỏng chuyển tiếp giữa bề mặt được coi là tiếp giáp với bề mặt đứng yên và dòng chảy của chất lỏng hoặc khí trong vùng lân cận. Điều này được minh họa trong hình sau cho dòng chảy trên một tấm phẳng. Ở đây u (x, y) là tốc độ theo hướng x. Diện tích trên mép ngoài của lớp khí hoặc chất lỏng, được xác định bằng vận tốc dòng chảy tự do 99%, được gọi là chiều dày lớp biên chất lỏng hoặc chất khí d (x). Một bản phác thảo tương tự có thể được thực hiện để chuyển nhiệt độ từ nhiệt độ bề mặt sang nhiệt độ môi trường xung quanh. Giản đồ của sự thay đổi nhiệt độ được cho trong hình sau. Lưu ý rằng độ dày của lớp biên nhiệt không được giống như độ dày của chất lỏng hoặc chất khí. Các thuộc tính của chất lỏng hoặc chất khí, được liên kết với số Prandtl, xác định độ lớn tương đối của hai loại lớp biên. Số Prandtl (Pr) bằng 1 sẽ gây ra cùng một hành vi cho cả hai lớp ranh giới. Cơ chế truyền nhiệt thực tế qua lớp biên được coi là sự dẫn truyền theo phương của trục y qua chất lỏng đứng yên gần thành, bằng vận tốc đối lưu từ lớp biên sang chất lỏng hoặc chất khí. Điều này có thể được viết như thế này: h A (Ts - Tf) = - k A (dT / dy) s Do đó, hệ số đối lưu trong một tình huống nhất định có thể được ước tính bằng cách đo tốc độ truyền nhiệt và chênh lệch nhiệt độ, hoặc bằng cách đo gradien nhiệt độ tiếp giáp với bề mặt và chênh lệch nhiệt độ. Việc đo gradien nhiệt độ qua lớp biên đòi hỏi độ chính xác cao và thường được thực hiện trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu. Nhiều sách giáo khoa cung cấp dữ liệu dạng bảng về hệ số truyền nhiệt đối lưu cho các cấu hình khác nhau. Bảng sau đây cho thấy một số giá trị điển hình của hệ số truyền nhiệt đối lưu:
α - đặc trưng cho cường độ truyền nhiệt đối lưu và phụ thuộc vào vận tốc nước làm mát, nhiệt dung, độ nhớt, hình dạng bề mặt, v.v. [W / (m 2 grad)]. Hệ số truyền nhiệt bằng số bằng công suất của dòng nhiệt truyền đến một mét vuông bề mặt ở chênh lệch nhiệt độ giữa chất làm mát và bề mặt là 1 ° C. Vấn đề chính và khó nhất trong tính toán các quá trình truyền nhiệt đối lưu là tìm hệ số truyền nhiệt α . Các phương pháp hiện đại để mô tả hệ số quá trình. dẫn nhiệt dựa trên lý thuyết lớp ranh giới, làm cho nó có thể đạt được các giải pháp lý thuyết (chính xác hoặc gần đúng) cho một số tình huống khá đơn giản. Trong hầu hết các trường hợp gặp trong thực tế, hệ số truyền nhiệt được xác định bằng thực nghiệm. Trong trường hợp này, cả kết quả giải lý thuyết và số liệu thực nghiệm đều được xử lý bằng phương pháp lý thuyếtđiểm tương đồng và thường được biểu diễn ở dạng không thứ nguyên sau: Nu=f(Re, Pr) - đối lưu cưỡng bức và Nu=f(Gr Re, Pr) - đối lưu tự do, ở đâu Pr= Gr= Hệ số truyền nhiệt đối lưu α càng lớn thì độ dẫn nhiệt càng cao λ và tốc độ dòng chảy w, hệ số nhớt động lực υ càng nhỏ và mật độ càng lớn ρ và đường kính kênh giảm càng nhỏ d. Trường hợp thú vị nhất của truyền nhiệt đối lưu theo quan điểm của các ứng dụng kỹ thuật là truyền nhiệt đối lưu, tức là quá trình truyền nhiệt đối lưu xảy ra tại mặt phân cách của hai pha (rắn và lỏng, rắn và khí, lỏng và khí. ). Trong trường hợp này, nhiệm vụ tính toán là tìm mật độ thông lượng nhiệt tại ranh giới pha, nghĩa là, giá trị biểu thị lượng nhiệt mà một đơn vị của giao diện pha nhận hoặc tỏa ra trên một đơn vị thời gian. Ngoài các yếu tố trên ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt đối lưu, mật độ thông lượng nhiệt còn phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của vật thể, mức độ gồ ghề của bề mặt, cũng như nhiệt độ của bề mặt và sự tỏa nhiệt. hoặc phương tiện thu nhiệt. Công thức sau được sử dụng để mô tả sự truyền nhiệt đối lưu: q st = α(T 0 -T st ) , ở đâu q st - mật độ thông lượng nhiệt trên bề mặt, W / m 2 ; α - hệ số truyền nhiệt, W / (m 2 ° C); T 0 và T st- nhiệt độ của môi chất (chất lỏng hoặc chất khí) và bề mặt tương ứng. giá trị T 0 - T st thường được ký hiệu là Δ T và được gọi Nhiệt độ khác nhau . Hệ số truyền nhiệt α đặc trưng cho cường độ của quá trình truyền nhiệt; nó tăng lên khi vận tốc của môi trường tăng lên và trong quá trình chuyển từ dạng tầng sang chế độ chuyển động hỗn loạn do chuyển đối lưu tăng cường. Nó cũng luôn lớn hơn đối với những phương tiện có hệ số dẫn nhiệt cao hơn. Hệ số truyền nhiệt tăng lên đáng kể nếu trên bề mặt xảy ra sự chuyển pha (ví dụ, bay hơi hoặc ngưng tụ), hệ số này luôn đi kèm với sự giải phóng (hấp thụ) nhiệt tiềm ẩn. Giá trị của hệ số truyền nhiệt bị ảnh hưởng mạnh bởi chuyển hàng loạt trên bề mặt. |
