صفحه 1:
Ae
1
|
۳/9 هدايت ee
Convection
تشعشع 92012000
SIS اا
q Se ae Raed ee peed Skee ene arte one soe
=. jl pb tlypenlal bible.
ما 4
۳۳ کت
صفحه 2:
Le ae a al el el coal و
te He 5
قانه.۸ = ‘high ~ “low
rere Oye) ~AS
500000 5 5 2
1 7 درجه حرارت:زیاد انتقال حرارت هدايتي aa
7 كت فرجهجزارت کم ضريبهليتي <16
ك0
4 - سطح a, |
2
كدير | in Atala
ee
2 ددم فک هن
w=— nt x— ۱۳-9
pastes m
صفحه 3:
So a eee ee a Re is ee ae
ove ove
=- kA— ا
ك0 18 0 1 9
5 22
Rene 0 باید از معادله اصلي که بر حسب "[" مي باشد نسبت به 26 مشتق
Oe ee LO OnE i kone ae 2 كرفته شود تا
قم دو
Ox
صفحه 4:
|@ . در انتقال حرارت همیشه مثبت () است . چون,بز 1 به سمنورم] واکنش خود به خود مي باشد
Hig, 4
درجه ۲
بآ یا « ضخامت
[1 IN
ا ا |
ل لا
بالا بردن حرارت ۵ BY ro)
صفحه 5:
۳
۹۹ Tes PM” 0,0 م ا OnE ree
Reo ee epee yee MoT ate cm Peer Ion
2 7
1-385 a
a nic
۷
ا ا ا ال 000
NO de لل ا ا ed
سمط ةرج ود تلا بل رووو- re
صفحه 6:
مثال 3:
طرفین يك لایه چوب به ضخامت 2017 در اختلاف حرارت 6 2 قرار داده و شدت انتقال حرارت
7 ا . ضریب هدایت حرارتي چوب را محاسبه کنید (kK (sue
۳ ۷
Ce Cet گ 150 ce
انتقال حرارت
-4- مذ ee a eR Ry Eat
3 1507 ۳ 17 02
AT=T,- T,=25c دعا 0.12
2776
نتیجه اینکه :| « چوب خيلي کم مي ا هدایت بسیار
5
ا 9
صفحه 7:
Home wor!
foe Ce ES ea ne ESC OC ROSE SST
يك قلسم يخوريه جرم
NT ا ا |
ضخامت جداره حفره ها و ضریب رسانايي
١ 5 8 5595006 “8
ال ذوب باشد . عبارتي براي زمان مورد نیاز جهت ذوب کامل یخ بدست آورید
53000
T= هو 0
ee 0 area دس
بآ > ضخامت ب
1118 fa 7۸
reer oes
ee er ene nen Taylor
a a وان
تن
اه بطل 55-7 cle Q=
صفحه 8:
2- جابجايي is
Fe ام
neers ee tee OOS ESN Serr ee
مه
V=0
تا 1 2۸۵ سطح
| 1 ]© > انتقال حرارت از طريق جابجابي
بیفترین سرعت .با ۳0
q=hAT,- T,)
صفحه 9:
eee ene
ey a
اد اي قنون دیش در 5 |
52001
Thr dar)
تس mae
2 aA
i a 8
1,2۳ /
ei
=m?
Settles G=hAT,- T,)
صفحه 10:
قانون كرمايش نيوتن
q=hAT, - T,)
sin ei
در قنون سرمایش نیوتن ۰ 13 : به عوامل زیر بستگي دارد
Sel re once aren] a Oe 9
oO 1
ee Sap
به شکلجسم بستگیبلرد ( كروي تسختهالسولده لي -4
(شکلچسم. سرعتسیلل نحوم قرار گرفتنچسم: جسرسیلل ۴ < ظ
صفحه 11:
lee:
ee م Sie kee Ct ee ol ad
سكن
(میل ۲۰عمودي ۲ )۶۱0۸ یل ۰ ۲فتي ۲ )2۵
07 (:7- 7و
جون حرارت به نصف نوشابه از بائين وارد مي شودواز بالا حرارتي كم نمي شود. در حالت
ee eer em fe eS CEI eee ee) 200
حرارت بنابراین نوشابه درحالت افقي حرارت بيشتري از دست مي دهد ۱
صفحه 12:
(HEAT TRANSFER)
۳ Force Convection 1.
جابجایی آزاد Free Convection2.
Seale de Shee Te as ا
بح
ele a id |
. نتیجه انتقال حرارت افزایش داده مي شود
صفحه 13:
جابجايي ا 0 1۱
ای( مانند حركت هوا از روي سطح شوفاذ . مثال براي جابجابي اجباري زماني است مانند
حركت آب از داخل يك لوله با استفاده از يك يمب در جابجابي آزاد سرعت سيال بسيار كم مي باشد .
. بنابراين باتوجه به رابطه زير مقدار انتقال حرارت بسيار كم مي باشد
1( قانون سرمایش نیوتن
يك نوع جابجابي ديكر نيز داريم كه به آن جابجابي يا تغيير فاز كفته ميشود كه تغيير فاز يعني تبديل
ا ل ل ا 00
| ا er
انتقال حرارت از جدول زیر استفاده مي شود
حسمت أوردن.شريب
صفحه 14:
| a
نوع یایند
55
تیآ
55
55
eee
5353
جابجابي با تغيبر فاز جوش و ميعان
7
ae
50 - 0
0 - و2
0000
صفحه 15:
رش
۱ ae Cea ea
تابش حرارتي مي كوييم براي به دست آوردن مقدار تشعشع از رابطه زير كه به رابطه
noe bees ic rie coe 0[
40 = i
01
5 عضري انتشاز (0-1)
درجه حرارت - ۲" ا < سطح
صفحه 16:
1 eae oe Bere واحد هاي :
ا 0
ae كد
5
ا لان < بدون بعد 5
: واحدهاي قانون استفان بولترمن در آحاد انكليسي
ae لق
0 2
82 ع للم 0
صفحه 17:
همه اجسام داراي تشعشع مي باشند . براي اجسامي که صد در صد تشعشع داشته باشند و هیچ نوري را
ا ye ned eC eS 1
اجسام اجسام سیاه یا . 130017 2016 له مي شود . براي اجسام سیاه ۰ 1-ست و براي اجسام غیر
سياه یا واقعي یا خاكستري 21 »9 باشد .
oer aS) ۱
eee ل
Ree eee ل
۳ GB)
2 2 2 حرارت ساطع شده از صفحه | به
یب انتشار صفحه 1 وگ
8
Al < ۱ نی eho dley ae
صفحه 18:
ا اا 1
درجه حرارت صفحه 1 بر حسب کلوین بت
درجه حرارت صفحه 2 بر حسب كلوين -1
ضریب دید < و1
)Shape factorQow ys:
gta ge Pee ep Cod eee Seema eet eS 1
خواهد بود ؟
se) ا a
2 . -فاصله صفحات کم باشد
صفحه 19:
2-0
00 ا ل ee et eee EL Ros ec sel nega eee
Ree ger Peres eae We goon res cea ra ea se
للد 9
iad جسم سیاه فرض شده
۳
he ees 4-60 500734 - 573( ۵)1۳ و3
q_ wWw_ 11۷
2-09۹0 69
صفحه 20:
جابجايي و تشعشع از يك صفحه :
ی
در مركز صفحه خواهد بود كه آنرا مينفادهم* اين صفحه حرارت خود را از طريق جابجايي
: تشعشع و هذايت به محيط از دست مي دهد مطابق شكل
1
0 ا ana Ler
eer ل
wie Spijae L
Pere non ere Dig
صفحه 21:
حرارت تلف شده از صفحه از سه طریق هدایت . جابجايي و تشعشع مي باشد که عامل هدایت کم مي
ا 57000
۱ حرارت داخل صفحه
7
CE ECR 1۳( ل م
فرجه خرارتا مرکز صفخه ادلغٍ رل
درجه 0
arene /
۸
صفحه 22:
5c
لتاق بزرگي قرار دارد که در آنجا a ربا درجه حرارت 0
1 Ror es Me SP cr gL on are جوجه خرازت
حرارت در لوله را به ازاء واحد طول به دست آورید
5 Lele
paren 5 ۳"
3 0 له
= Ma إل اخ 8
h=6.5 جر 6 =5.67x10
tal “Aoonvaction *°Gradiatoa = Fponduction
Cee haa os 20/8 Meee oe)
مس 1 Sea i EOL Cee i)
Guus, — Foxsectnn 4, Triton
5 75
,,/“ 30.63 = ) 20 - 50( ?10 * 5* 3.14 * و و
/"293(41-25.04)-102])323(4 * قانة5.67*10 * سمل
صفحه 23:
SYA نت
۰/۳۳
صفحه اي راديو اكتيو از فولاد كربن دار به ضخامت ere A ساخته شده است . ابعاد صفحه
برابر با ۳۹| eI A 50 است 245507
1
,403 - 1
0 25 < ظ
se : Tcenter = 247.94C
صفحه 24:
0.14
0
امءتل(
عطعتامم
0
000
Porat
0
ae are ee rere
ea
Asbestas
94
former)
۳۹
ee فلزات
rea
8
Polishe
0204 3
م ! عفنيه
ray
Polishe
۳1 02
Oxide 0203
5-3
oer
[Polishe |_o.o2 |
Oxide يا
صفحه 25:
ف كت
0 ا ا ل er ee ل ل Steed
010 een eoae aCe a vom CONE SIE eee re TENS
17 oem fea For eee cva ne Ee Fd
010008
لبي ا Foe
eR MSD Ural ل اا
Energy inside = Energy outside eRe rer ato
00
ae Coes Fea EIKO) Ac]
> مقدار انرزي خروجي عو
ی سيط + 7 = 6
صفحه 26:
۳
پایان فصل اول
:فصل اول
.تعريف انتقال حرارت :حرارت به طور خود به خود از طرف زياد به طرف كم حركت مي كند
.روشهاي آن -1هدايت -2جابجايي -3تشعشع مي باشد
انتقال حرارت
هدايت :هدايت اغلب در جامدات صورت مي گيرد و علت انتقال حرارت به وسيله هدايت ،
مولكولهاي آزاد در جسم مي باشد مانند گرم شدن و يا سرد شدن يك تكه فلز .
.همان انتقال حرارت مي باشد منظور از
Tlow
1Thigh
L=Xضخامت
A=Z*W
A
براي پديده هدايت از فرمول فوريه استفاده مي كنيم تا مقدار انتقال حرارت از طريق هدايت را پيدا
Thigh Tlow
q kA
L
.كنيم
Thigh
Tlow
= درجه حرارت زياد
= درجه حرارت كم
= Aسطح
انتقال حرارت هدايتي = q
ضريب هدايتي =k
= L = Xضخامت
w
k
m.c
A = m2
قانون فوريه :
= W = qوات
w 2 c
w m
m.c
m
L=m
T C
.در بعضي از كتب درسي از فرمول فوريه به صورت ديگري استفاده مي شود
T
q kA
x
T
براي به دست آوردن
x
گرفته شود تا T
x
يا
بايد از معادله اصلي كه بر حسب
T
q kA
L
Tمي باشد نسبت به x
.را به دست آوريم و بعد در معادله اصلي قرار دهيم
T
q kA
x
مشتق
.در انتقال حرارت هميشه مثبت ( )+است .چون Thighبه سمتTlow
واكنش خود به خود مي باشد
Hig
حرارت
Thigh Tlow
q kA
L
h
درجه T
Low
Lيا xضخامت
براي ازدياد انتقال حرارت به طريق هدايت به كدامَ يك از موارد زير عمل ميَ كنيم ؟
يك ورق مسي به ضخامت
از يك طرف در دماي 400 c
.ثابت نگه داشته شده است مقدار انتقال حرارت
و از طرف ديگر در دماي
100 c
از هر متر مربع براي اين ورقه مسي را به دست آوريد
:اگر
w
:توضيح در كتاب اين كروپرا واحد kبرابر با
m k
w
m c
k 385مس
است و با توجه به اينكه ما در مورد
.تفاضل حرارت ها صحبت مي كنيم با هم فرقي نمي كنند .يعني در تفاضل نتيجه يكسان است
TH TL
400 100m
q kA
385
38.5w 3.85mw
2
L
310
25 c
طرفين يك اليه چوب به ضخامت 2cmدر اختالف حرارت
w
. 150 2اندازه گيري شده است .ضريب هدايت حرارتي چوب را محاسبه كنيد
m
شدت شار حرارتي يا
25
0.02
150 = k
L = 0.02 m
قرار داده و شدت انتقال حرارت
q
w
q = Heat flax= 150 2
A
m
25
0.02
انتقال حرارت
q
T T
k H L
A
L
q
w
q 150 2
A
m
k = 0.12
T TH TL 25 c
w
m c
نتيجه اينكه . kچوب خيلي كم مي باشد رسانش از طريق هدايت بسيار .كم است
Thigh Tlow
q kA
L
q
Home work
يك قطعه يخي به جرم mدردماي ذوب 0
ضخامت جداره حفره ها و ضريب رسانايي
. Thighبيشتر از دماي ذوب باشد
در يك حفره مكعبي به طول ضلع
. wقرار گرفته است
)هدايت( برابر با . kميباشد اگر دماي سطح بيروني جداره
.عبارتي براي زمان مورد نياز جهت ذوب كامل يخ بدست آوريد
درجه حرارت بيرون
= T1 = Thigh
يخ داخل مكعب است
درجه حرارت داخل
= Tf = Tlow
داخل Tlow
= Lضخامت
بيرون Thigh
Thigh Tlow
q kA
L
حرارت از طريق هدايت
.يك حرارت از بيرون تامين مي شود
hfg
q m
m
T
ضخامت
.حرارتي كه در داخل مي باشد بايد با حرارت بيرون برابر باشد
Kg
hsf
گرماي حاصل براي تبديل مايع
q m
هدايت
= qout
qm
V
هر گاه بين سطح و سيال مجاور اختالف درجه حرارت وجود داشته باشد
انتقال حرارت جابجايي اتفاق
.مي افتد مانند شكل زير يعني زماني كه يك سيال از روي سطح عبور مي كند
سطح
A
سطح A
V 0
Tw
= درجه حرارت سيال
= درجه حرارت ديواره
= بيشترين سرعت
T
V
= Aسطح
Tw
= qانتقال حرارت از طريق جابجايي
V
= hضريب جابجايي
) q hA(Tw T
قانون سرمايش نيوتن
TwT
واحد هاي قانون سرمايش در
J
S
SI
واحدهاي قانون سرمايش درآحاد انگليسي
Btu
hr
Btu
h
hr. ft2.F
q
q W
W
m2c
h
Tw C
T F
T C
Tw F
A = ft2
A=m2
) q hA(Tw T
TwT
قانون سرمايش نيوتن
قانون گرمايش نيوتن
)q hA(T Tw
T Tw
در قانون سرمايش نيوتن
h
:به عوامل زير بستگي دارد
جنس سيال يعني هوا باشد يا آب باشد Cp, , h,... 1-
نحوه گرفتن جسم (كه عمودي يا افقي ويا مورب) 2-
سرعت
سيال در جوشش خيلي زياد است 3-
h
به شكل جسم بستگي دارد ( كروي ،تخت يا استوانه اي ) 4-
)شكل جسم ،سرعت سيال ،نحوه قرار گرفتن جسم ،جنس سيال(
h=f
:سوال
بخواهيم نوشابه را سرد كنيم آن را به صورت افقي در يخچال قرار مي دهيم ياعمودي ؟
)كدام بهتر است (
A dL 2rL
) س Tن(T
dL
2
q h
چون حرارت به نصف نوشابه از پائين وارد مي شودواز باال حرارتي كم نمي شود .در حالت
افقي پارامتر درفرمول دخالت دارد بنابراين واضح است كه عمودي افقي درحالت افقي
.حرارت بنابراين نوشابه درحالت افقي حرارت بيشتري از دست مي دهد
)(HEAT TRANSFER
Force Convection 1.
Free Convection2.
جابجايي اجباري
جابجايي آزاد
حال در رابطه با اين نوع جابجايي و روابط مربوط به آنها بحث مي كنيم .
جابجايي اجباري :زماني اتفاق مي افتد كه يك عامل خارجي مانند پمپ و يا
فن در حركت سيال تاثير داشته باشد در اين حالت سرعت سيال افزايش مي يابد و در
.نتيجه انتقال حرارت افزايش داده مي شود
جابجايي آزاد :در جابجايي آزاد هيچ عامل خارجي وجود ندارد و حركت سيال فقط در اثر تاثير
دانسيته مي باشد مانند حركت هوا از روي سطح شوفاژ .مثال براي جابجايي اجباري زماني است مانند
حركت آب از داخل يك لوله با استفاده از يك پمپ در جابجايي آزاد سرعت سيال بسيار كم مي باشد .
.بنابراين باتوجه به رابطه زير مقدار انتقال حرارت بسيار كم مي باشد
TwT
قانون سرمايش نيوتن
يك نوع جابجايي ديگر نيز داريم كه به آن جابجايي يا تغيير فاز گفته ميشود كه تغيير فاز يعني تبديل
و حالت بر عكس آن
مايع به بخار كه به اين حالت تبخير يا جوشش گفته مي شود
گفته مي شود .براي به دست آوردن ضريب
تبديل بخار به مايع كه به آن ميعان
.انتقال حرارت از جدول زير استفاده مي شود
حدود مقادير ضريب انتقال گرماي جابجايي
h
نوع فرآيند
h
2
mc
گازها
جابجايي آزاد
w
2
m
wc
2 – 25
مايعات
50 – 1000
گازها
25 – 250
جابجايي اجباري
مايعات
جابجايي با تغيير فاز جوش و ميعان
50 – 20000
2500 - 100000
-3تشعشع:
همه اجسام به خاطر دمايشان از خود انرژي منتشر مي كنند پديده را تشعشع حرارتي و يا
تابش حرارتي مي گوييم براي به دست آوردن مقدار تشعشع از رابطه زير كه به رابطه
.استفان بولتون مشهور است استفاده مي كنيم
4
Radiation
AT
q
= مقدار حرارت از طريق تشعشع
= ضريب انتشار
درجه حرارت = T
qRadiation
= Aسطح
:واحد هاي قانون استفان بولترمن در
w
5.6710
m2k4
8
كلوين = T
A=m2
به شرح زير ميباشد
q=W
= بدون بعد
:واحدهاي قانون استفان بولترمن در آحاد انگليسي
Btu
hrft2R4
A = ft2
Btu
q
hr
T=R
همه اجسام داراي تشعشع مي باشند .براي اجسامي كه صد در صد تشعشع داشته باشند و هيچ نوري را
منعكس نكنند يعني هر مقدار انرژي به آن وارد مي شود .جذب و يا تمام انرژي خود را صادر كنند به اين
اجسام اجسام سياه يا Black Body
است و براي اجسام غير
گفته مي شود .براي اجسام سياه 1
0باشد .
1مي
سياه يا واقعي يا خاكستري
.
آنگاه
باشد
نداشته0
زماني كه جسم هيچ تشعشعي از خودq 0
:تشعشع براي دو جسم
اگر دو جسم مطابق شكل در حال تشعشع باشند
4
2
4
1
) q1 2 1A1F1 2 (T T
حرارت ساطع شده از صفحه 1به q1 2 2
w
در 5.6710 2 SI
mk
8
=ضريب انتشار صفحه 1
1
سطح صفحه A1 = 1
.مقدار تشعشع ساطع شده از صفحه 1كه بر صفحه 2مي رسد و مقدار آن بين صفر و يك مي باشد
درجه حرارت صفحه 1بر حسب كلوين T1
درجه حرارت صفحه 2بر حسب كلوين T2
ضريب ديد F1 2
:ضريب ديد()Shape factor
سوال :در چه حالت مقدار F1 2برابر با مقدار ماكزيمم خود يعني 1
خواهد بود ؟
.ضخامت بي نهايت بزرگ باشد 1-
-فاصله صفحات كم باشد 2 .
:مثال
در صفحه بي نهايت بزرگ با درجه حرارت 800و 300در جه سانتيگراد در حال تشعشع مي باشد .مقدار
.انتقال حرارت را به واحد سطح محاسبه نماييد ،اگر صفحات سياه فرض شوند
) q1 2 1A1F1 2 (T14 T24
1جسم سياه فرض شده
)q A (T14 T24
q
q
) (T14 T24
) 5.6710 8(10734 5734
A
A
q
kw
3 w
6910 2 69 2
A
m
m
جابجايي و تشعشع از يك صفحه :
فرض كنيم كه يك جريان الكتريسيته از داخل يك صفحه عبور مي كند ،بنابراين ،بيشترين درجه حرارت
Tاين صفحه حرارت خود را از طريق جابجايي
. center
مي ناميم
در مركز صفحه خواهد بود كه آنرا
:تشعشع و هدايت به محيط از دست مي دهد مطابق شكل
تشعشع
هدايت
يك صفحه داغ كه حرارت خود را از دست ميدهد
Tcenterبيشترين درجه حرارت در مركز صفحه =
Ts
L
Tw
درجه حرارت محيط نزديك به صفحه
ضخامت از مركز صفحه
درجه حرارت صفحه
جابجايي
جريان الكتريسيته
حرارت تلف شده از صفحه از سه طريق هدايت ،جابجايي و تشعشع مي باشد كه عامل هدايت كم مي
.باشد چون مقدار kهوا بسيار كم است
تشعشع +جابجايي +هدايت = حرارت داخل صفحه
Tcenter Tw
) hA(Tw T ) A (Tw4 Ts4
L
= درجه حرارت مركز صفحه داغ
= درجه حرارت سيال
= درجه حرارت صفحه
= درجه حرارت محيط
T
Tw
Ts
Tcenter
kA
5c
اتاق بزرگي قرار دارد كه در آنجا50
در c با درجه حرارت
يك لوله فوالدي به قطر: مثال
m
c
انتقال
درجه حرارت محيط و هوا برابر با
0.8 افت، اگر ضريب انتشار فوالد برابر با باشد20. است
حرارت در لوله را به ازاء واحد طول به دست آوريد.
تشعشع
جابجايي
Tw 50 c
qtotal
T Ts 20 c
0.8
h = 6.5
5.6710 8
w
m2 c
= qconvection + qradiation +qconduction
qconvection = hA(Tw – T(
= h dL(Tw
qconvection =A (Tw4 Ts4 )
T )
dL(Tw4 Ts4)
qtotal q convection q radiation
L
L
L
q convection
= 6.5 * 3.14 *5 * 10-2 ( 50 – 20 ) = 30.63 w/m
L
q radiation
*5
=0.8 * 5.67*10-8
* * 10-2[(323)4–(293)4]=25.04w/m
L
qtotal
= 30 + 25 = 55.67 w/m
L
H.W.2
2cm
مركز صفحه ساخته شده است ،ابعاد صفحه
از
صفحه اي راديو اكتيو از فوالد كربن دار به ضخامت
اگر245
حرارت صفحه
50cmو هوا در
cmو 75مي باشد
برابر با
است C .
و C
درجه25
310wتشعشع از صفحه خارج شود ،درجه حرارت مركز اين صفحه داغ را به دست آوريد
.حرارت به واسطه
k = 403 w/m
h = 25 w/m2C
: Tcenter = 247.94 Cجواب
ضريب پخش فلزات مختلف
فلزات
ضريب
پخش
فلزات
Alآلومينيو
م
Polishe
d
0.04
Oxide
0.2
ضريب
پخش
Nickel
Cuمس
polishe
d
0.07
oxide
0.3
Iron
Polishe
d
0.02
Oxide
0.03
leadسر
عايق
پنبه نسوز
ب
Polishe
d
0.02
Oxide
0.78
آجر
سراميك
شيشه هاي
پيركس
Asbestas
0.9
6
Brick
0.9
3
Concrete
tile
0.6
3
Glass
pyrex
0.9
5
polishe
d
0.14
oxide
0.5
ضريب پخش براي عايق ها
مقايسه انتقال گرما با ترموديناميك
ترموديناميك با تبادل گرما و نقش مهم آن در قانون اول و دوم سر و كار دارد .ولي نه با مكانيزم انتقال
حرارت و همچنين در ترموديناميك به روشهاي محاسبه نرخ انتقال گرما عالقه مند نيستيم ولي كال مي توان
:قوانين ترموديناميك را به قوانين انتقال حرارت مرتبط ساخت مانند شكل زير
مقدار انرژي داخل سيستم = E in
E out
E st
E g
E in
= مقدار انرژي توليد شده در داخل سيستم E g
بر طبق قانون بقاي انرژي
Energy inside = Energy outside
توليد شده g = generate
= st = storeمقدار انرژي ذخيره شدهE st
= مقدار انرژي خروجي E out
E in + E g + E st = E out
قانون بقاي انرژي
E in + E g + E st = E out
پايان فصل اول