انتقال حرارت

انتقال حرارت

اسلاید 1: فصل اول : تعريف انتقال حرارت : حرارت به طور خود به خود از طرف زياد به طرف كم حركت مي كند . روشهاي آن 1- هدايت 2- جابجايي 3- تشعشع مي باشد . انتقال حرارتهدايتجابجاييتشعشعConductionConvectionRadiation1- 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 qqA=Z*W ضخامت L=X A

اسلاید 2: براي پديده هدايت از فرمول فوريه استفاده مي كنيم تا مقدار انتقال حرارت از طريق هدايت را پيدا كنيم . : قانون فوريه درجه حرارت زياد =درجه حرارت كم =انتقال حرارت هدايتي = q k= ضريب هدايتيضخامت = L = X سطح = A وات = W = q A = m2 L = m

اسلاید 3: در بعضي از كتب درسي از فرمول فوريه به صورت ديگري استفاده مي شود . يا براي به دست آوردن بايد از معادله اصلي كه بر حسب مي باشد نسبت به T x مشتق گرفته شود تا را به دست آوريم و بعد در معادله اصلي قرار دهيم .

اسلاید 4: در انتقال حرارت هميشه مثبت (+) است . چون به سمت واكنش خود به خود مي باشد . qTدرجه حرارت Low High ضخامت x يا L qمثال 1- (كارشناسي ارشد 82-81 ): براي ازدياد انتقال حرارت به طريق هدايت به كدام َيك از موارد زير عمل مي َكنيم ؟ 1) ازدياد سطح 2) كم كردن ضخامت 3) بالا بردن حرارت 4) همه موارد

اسلاید 5: مثال 2 : يك ورق مسي به ضخامت از يك طرف در دماي و از طرف ديگر در دماي 3cm ثابت نگه داشته شده است .مقدار انتقال حرارتاز هر متر مربع براي اين ورقه مسي را به دست آوريداگر :مس توضيح :در كتاب اين كروپرا واحد برابر با است و با توجه به اينكه ما در مورد تفاضل حرارت ها صحبت مي كنيم با هم فرقي نمي كنند . k يعني در تفاضل نتيجه يكسان است .

اسلاید 6: مثال 3 : طرفين يك لايه چوب به ضخامت 2cm در اختلاف حرارت قرار داده و شدت انتقال حرارت اندازه گيري شده است . ضريب هدايت حرارتي چوب را محاسبه كنيد . ( k چوب )شدت شار حرارتي يا = Heat flax =انتقال حرارت L = 0.02 m 150 = k k = 0.12 نتيجه اينكه چوب خيلي كم مي باشد . رسانش از طريق هدايت بسيارk كم است .

اسلاید 7: Home workيك قطعه يخي به جرم m دردماي ذوب 0 در يك حفره مكعبي به طول ضلع w قرار گرفته است . ضخامت جداره حفره ها و ضريب رسانايي (هدايت) برابر با k ميباشد . اگر دماي سطح بيروني جداره بيشتر از دماي ذوب باشد . عبارتي براي زمان مورد نياز جهت ذوب كامل يخ بدست آوريد . يخ داخل مكعب است داخل بيرون ضخامت درجه حرارت داخل درجه حرارت بيرون = = = = ضخامت = L حرارت از طريق هدايت يك حرارت از بيرون تامين مي شود . حرارتي كه در داخل مي باشد بايد با حرارت بيرون برابر باشد . Kg = گرماي حاصل براي تبديل مايع هدايت

اسلاید 8: 2- جابجايي : هر گاه بين سطح و سيال مجاور اختلاف درجه حرارت وجود داشته باشد مي افتد مانند شكل زير يعني زماني كه يك سيال از روي سطح عبور مي كند . انتقال حرارت جابجايي اتفاق سطح A سطح Aدرجه حرارت سيال = درجه حرارت ديواره = بيشترين سرعت = سطح = A انتقال حرارت از طريق جابجايي = q ضريب جابجايي = h

اسلاید 9: قانون سرمايش نيوتن واحد هاي قانون سرمايش درSIواحدهاي قانون سرمايش درآحاد انگليسي A=m2 A = ft2 قانون سرمايش نيوتن

اسلاید 10: قانون گرمايش نيوتن در قانون سرمايش نيوتن به عوامل زير بستگي دارد : h 1- جنس سيال يعني هوا باشد يا آب باشد 2- نحوه گرفتن جسم (كه عمودي يا افقي ويا مورب) 3- سرعت سيال در جوشش خيلي زياد است h 4- به شكل جسم بستگي دارد ( كروي ، تخت يا استوانه اي ) (شكل جسم ، سرعت سيال ، نحوه قرار گرفتن جسم ، جنس سيال) h = f

اسلاید 11: سوال :بخواهيم نوشابه را سرد كنيم آن را به صورت افقي در يخچال قرار مي دهيم ياعمودي ؟ ( كدام بهتر است)(سيال T - افقيq = hA( T (سيال T - عموديq = hA( T چون حرارت به نصف نوشابه از پائين وارد مي شودواز بالا 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 .

اسلاید 12: 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 . (HEAT TRANSFER)جابجايي اجباريForce Convection 1. جابجايي آزاد Free Convection2. حال در رابطه با اين نوع جابجايي و روابط مربوط به آنها بحث مي كنيم .

اسلاید 13: 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 . قانون سرمايش نيوتن يك نوع جابجايي ديگر نيز داريم كه به آن جابجايي يا تغيير فاز گفته ميشود كه تغيير فاز يعني تبديل مايع به بخار كه به اين حالت تبخير يا جوشش گفته مي شود و حالت بر عكس آن تبديل بخار به مايع كه به آن ميعان گفته مي شود . براي به دست آوردن ضريب انتقال حرارت از جدول زير استفاده مي شود . (Boiling)(condensation)

اسلاید 14: حدود مقادير ضريب انتقال گرماي جابجايي h نوع فرآيندنوع فرآيندجابجايي آزادگازها25 – 2جابجايي آزادمايعات1000 – 50جابجايي اجباريگازها250 – 25جابجايي اجباريمايعات20000 – 50جابجايي با تغيير فاز جوش و ميعانجابجايي با تغيير فاز جوش و ميعان100000 - 2500h

اسلاید 15: 3-تشعشع: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 . مقدار حرارت از طريق تشعشع =ضريب انتشار =(0 1) سطح = A درجه حرارت = T

اسلاید 16: واحد هاي قانون استفان بولترمن در به شرح زير ميباشد :SIq = W بدون بعد = T = كلوين A=m2 واحدهاي قانون استفان بولترمن در آحاد انگليسي : T = RA = ft2

اسلاید 17: 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 گفته مي شود . براي اجسام سياه است و براي اجسام غير سياه يا واقعي يا خاكستري مي باشد . زماني كه جسم هيچ تشعشعي از خود نداشته باشد آنگاه . Black Body تشعشع براي دو جسم :اگر دو جسم مطابق شكل در حال تشعشع باشند حرارت ساطع شده از صفحه 1 به 2 ضريب انتشار صفحه 1=A1 = سطح صفحه 1SIدر

اسلاید 18: مقدار تشعشع ساطع شده از صفحه 1 كه بر صفحه 2 مي رسد و مقدار آن بين صفر و يك مي باشد . درجه حرارت صفحه 1 بر حسب كلوين درجه حرارت صفحه 2 بر حسب كلوين ضريب ديد ضريب ديد : )Shape factor( سوال : در چه حالت مقدار برابر با مقدار ماكزيمم خود يعني 1 خواهد بود ؟ 1- ضخامت بي نهايت بزرگ باشد . فاصله صفحات كم باشد . 2-

اسلاید 19: در صفحه بي نهايت بزرگ با درجه حرارت 800 و 300 در جه سانتيگراد در حال تشعشع مي باشد . مقدار انتقال حرارت را به واحد سطح محاسبه نماييد ، اگر صفحات سياه فرض شوند . مثال :جسم سياه فرض شده

اسلاید 20: فرض كنيم كه يك جريان الكتريسيته از داخل يك صفحه عبور مي كند ، بنابراين ، بيشترين درجه حرارت در مركز صفحه خواهد بود كه آنرا مي ناميم . اين صفحه حرارت خود را از طريق جابجايي تشعشع و هدايت به محيط از دست مي دهد مطابق شكل :جابجايي و تشعشع از يك صفحه : تشعشع جابجايي جريان الكتريسيته يك صفحه داغ كه حرارت خود را از دست ميدهد= بيشترين درجه حرارت در مركز صفحه هدايت درجه حرارت محيط نزديك به صفحه L ضخامت از مركز صفحه درجه حرارت صفحه

اسلاید 21: حرارت تلف شده از صفحه از سه طريق هدايت ، جابجايي و تشعشع مي باشد كه عامل هدايت كم مي باشد چون مقدار هوا بسيار كم است . k تشعشع + جابجايي + هدايت = حرارت داخل صفحه درجه حرارت مركز صفحه داغ =درجه حرارت سيال = درجه حرارت صفحه = درجه حرارت محيط =

اسلاید 22: مثال : يك لوله فولادي به قطر با درجه حرارت در اتاق بزرگي قرار دارد كه در آنجا درجه حرارت محيط و هوا برابر با است . اگر ضريب انتشار فولاد برابر با باشد ، افت انتقال حرارت در لوله را به ازاء واحد طول به دست آوريد . 5cm 0.8 جابجايي تشعشع h = 6.5 =0.8 * 5.67*10-8 * * 5 * 10-2[(323)4–(293)4]=25.04w/mqtotal = qconvection + qradiation + qconductionqconvection = hA(Tw – T(= h qconvection == 6.5 * 3.14 *5 * 10-2 ( 50 – 20 ) = 30.63 w/m

اسلاید 23: صفحه اي راديو اكتيو از فولاد كربن دار به ضخامت از مركز صفحه ساخته شده است ، ابعاد صفحه برابر با مي باشد و هوا در و درجه حرارت صفحه است . اگر حرارت به واسطه تشعشع از صفحه خارج شود ، درجه حرارت مركز اين صفحه داغ را به دست آوريد . = 30 + 25 = 55.67 w/mH.W.2 2cm 50cm و 75cm 245 25 310w k = 403 w/mh = 25 w/m2Cجواب : Tcenter = 247.94

اسلاید 24: ضريب پخش فلزات مختلف فلزاتضريب پخشAlآلومينيومPolished0.04Oxide0.2CuمسPolished0.02Oxide0.03leadسربPolished0.02Oxide0.78فلزاتضريب پخشNickelpolished0.07oxide0.3Ironpolished0.14oxide0.5ضريب پخش براي عايق ها  عايق پنبه نسوزAsbestas0.96 آجر Brick0.93 سراميك Concrete tile0.63 شيشه هاي پيركسGlass pyrex0.95 پلاستيكRubber0.96

اسلاید 25: 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 علاقه مند نيستيم ولي كلا مي توان قوانين ترموديناميك را به قوانين انتقال حرارت مرتبط ساخت مانند شكل زير: مقايسه انتقال گرما با ترموديناميك =مقدار انرژي داخل سيستم مقدار انرژي توليد شده در داخل سيستم = بر طبق قانون بقاي انرژي Energy inside = Energy outsideg = generate توليد شده مقدار انرژي ذخيره شده = st = store مقدار انرژي خروجي = + + =

اسلاید 26: + + =قانون بقاي انرژي پايان فصل اول