معماری

انتقال حرارت به طریق جابجایی آزاد و اجباری

انتقال حرارت به طريق جابجايي آزاد و اجباري

 

 

هدف آزمایش: بدست آوردن ضريب انتقال حرارت جابجايي (h)

تئوری

منظور از جابجایی انتقال گرما بین یک سطح و یک سیال متحرک با دما های مختلف است.مقدار حرارتی که در جابجایی منتقل میشود تابع نوع، خواص ترموفیزیکی (چگالی، لزجت، ضریب هدایت گرمایی و گرمای ویژه) ، شرایط و طبیعت حرکت (آزاد یا اجباری بودن سیال) و شکل هندسی سطح است.

انتقال حرارت به طریق جابجایی اجباری در اثر حرکت سیال در اثر عوامل خارجی نظیر پمپ، فن یا باد بوجود می آید.بعنوان مثال اگر سیال سردی با دمای T . با سرعت جریان آزاد U بر روی یک سطح گرم با دمای Ts جریان یابد، لایه های مجاور سطح ، گرما را دریافت کرده و در اثر اغتشاش و اختلاط آن را به تمامی قسمتهای سیال می رساند.در حالی که در جابجایی آزاد یا طبیعی ، جریان توسط نیروهای غوطه وری ایجاد می گردد که بعلت اختلاف چگالی ناشی از تغییرات دما در سیال بروز می کند.اگر میدان گرانش تنها ایجاد کننده جریان آزاد باشد، که معمولا آنچه در واقعیت اتفاق می افتد این است، در آن صورت در غیاب آن ، یعنی وقتی شرایط بی وزنا حاکم است، و به شرطی که جابجایی اجباری وجود نداشته باشد، انتقال حرارت تنها شامل هدایت و تابش خواهد بود، مثل ماهواره ها.

به طور کلی می توان گفت هر جابجایی اجباری با جابجایی آزاد همراه است و میزان تاثیر نسبی جابجایی آزاد بر جابجایی اجباری، با افزایش اختلاف درجه حرارت در نقاط مختلف سیال ، افزایش یافته ، و برعکی با افزایش سرعت سیال ، کاهش می یابد.وقتی شرعت سیال نسبتا زیاد باشد، می توان از اثر جابجایی آزاد صرفه نظر کرد.

محاسبه شار گرمایی ، صرفه نظر ار طبیعت حرکت سیال، طبق قانون سرمایش نیوتون برابر است با:

 

(1)

q”=h (Ts – T)

که در آن Ts ، دمای یکنواخت سطح، T دمای سیال روی سطح و h بعنوان ضریب جابجایی موضعی تعریف می شود.چون شرایط جریان در نقطه به نقطه سطح تغییر می کند، لذا h نیز در امتداد سطح ، متغییر خواهد بود و در نتیجه مقدار شار گرمایی نیز، در امتداد سطح ، متغییر است.با تعریف ضریب جابجایی متوسط یرای کل سطح، نرخ کلی انتقال گرما را می توان چنین نوشت:

(2)

که در آن As مساحت سطح است.از دو رابطه بالا نتیجه می شود که ضریب جابجایی متوسط و موضعی توسط رابطه زیر به هم مربوط اند: (3)

و برای حالت خاص جریان روی صفحه تخت به طول x=L داریم: (4)

 

با توجه به معادلات (1) و (2) شار گرمایی موضعی یا نرخ کلی انتقال گرما با داشتن ضریب جابجایی موضعی و ضریب جابجایی متوسط تعیین می شوند.بدین دلیل تعیین این ضرایب بعنوان مسئله اصلی در جابجایی تلقی می شوند.البتع این، یک مسئله ساده نیست و همانطور که در ابتدا به آن اشاره شد، به متغیر های مستقل کثیری وابسته است.

 

اهمیت لایه های مرزی و جریان آرام و مغشوش:

اولین قدم اساسی در بررسی هر مسئله جابجایی ، تعیین آرام یا مغشوش بودن لایه مرزی است.ضریب اصطکاک و جابجایی به شدت به این شرایط بستگی دارند.

ادامه در فایل زیر:

قیمت 1000 تومان

RIAL 10,000 – خرید