دانلود پاورپوینت انتقال حرارت

*بنام خدا  انتقال حرارت منابع و توزيع نمرات: انتقال حرارت (هولمن) توزيع نمره: حضور و غياب و Homework 3نمره پايان ترم 17نمره فصل اول : تعريف انتقال حرارت :حرارت به طور خود به خود از طرف زياد به طرف كم حركت مي كند .روشهاي آن -1هدايت -2جابجايي -3 تشعشع مي باشد . انتقال حرارت * -1هدايت :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 . منظور از qهمان انتقال حرارت مي باشدTlow . L=Xضخامت ‏A=Z*W ‏A ‏Thigh * براي پديده هدايت از فرمول فوريه استفاده مي‌كنيم تا مقدار انتقال حرارت از طريق هدايت را پيدا كنيم . ‏Thigh  Tlow ‏L =Thighدرجه حرارت زياد =Tlowدرجه حرارت كم = Aسطح ‏w ‏k ‏m.c 2 ‏A m ‏q kA قانون فوريه : انتقال حرارت هدايتي = q ضريب =k هدايتي = L = Xضخامت = 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 مي‌شود . ‏T ‏T يا ‏q  kA ‏q  kA ‏x ‏L ‏T بايد از معادله اصلي كه بر آوردن براي به دست x ‏T ‌باشد نسبت به x حسب Tمي x مشتق گرفته شود تا را بدست آوريم و بعد در ‏T معادله اصلي قرار دهيمq  kA . ‏x * qدر انتقال حرارت هميشه مثبت ( )+است .چون به سمت ‏Tlowهمواره از انتقال حرارت جهت Thigh خود به خود مي باشد . ‏Thigh  Tlow ‏L ‏Hig ‏h ‏q kA )T(ºC ‏Low Lيا xضخامت براي ازدياد انتقال حرارت به طريق هدايت به كدام يك از موارد زير عمل مي‌كنيم؟ ضريب هدايت حرارتي ()K ضريب هدايت حرارتي يك ماده يك خاصيت فيزيكي است. ( .1عايق) ( < Kهادي) K ( .2گازها)( < Kمايعات)(<Kجامدات غيرفلزي)(<Kآلياژها)< K (فلزات خالص) K K .3تابعي از دما است. )K = K0(1+b.T K .4براي اجسام غيرهموژن يا ليفي (مانند اجسام اسفنجي يا كامپوزيت ها و )...بستگي به جهت انتقال حرارت دارد. K .5براي اجسام متخلخل (مثل آجر) با Kجسم سازنده متفاوت است. ) = 0.1 W/m.Cچوب( K اره(K k = 0.06 W/m.C )خاك  ‏T .6ضريب هدايت حرارتي گازها با افزايش دما زياد مي شود و يك ورق مسي به ضخامت 3cmاز يك طرف در دماي 400ºCو از طرف ديگر در دماي 100ºCثابت نگه داشته شده مقدار انتقال حرارت از هر مترمربع براي اين ‏w ورقه مسي را به دست آوريد. k 385مس ‏m c ‏w توضيح :واحد kبرابر با ‏m k 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  100 4 ‏q kA ‏385  ‏ 385 ‏ 10 ‏w 3.85Mw ‏2 ‏L 3 10 2cmدر اختالف حرارت25 c طرفين يك اليه چوب به ضخامت قرار داده و شدت انتقال حرارت ‏w اندازه150 گيري شده است .ضريب هدايت حرارتي چوب را محاسبه كنيد . ‏m2 شدت شار حرارتي يا انتقال حرارت ‏q ‏w ‏ ‏ = ‏150 2 ‏q = Heat flax ‏m ‏q ‏T T ‏k H L ‏L = 2 cm=0.02 m ‏A ‏L ‏w ‏w 25  C ‏k ‏ 0.12 150 2 k ‏m c ‏m 0.02 m ‏A ‏q ‏w ‏q  150 2 ‏A ‏m ‏T TH  TL 25 c چوب خيلي كم مي باشد .رسانش از طريق اينكه نتيجه ‏k هدايت بسيار كم است. ‏Thigh  Tlow ‏q kA ‏L 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. ‏A ‏V سطح ‏Tw = درجه حرارت سيالT = درجه حرارت ديواره Tw = بيشترين سرعتV = Aسطح = qانتقال حرارت از طريق جابجايي = hضريب جابجايي ) q hA(Tw  T قانون سرمايش نيوتن Tw T واحد هاي قانون سرمايش در SI واحدهاي قانون سرمايش درآحاد انگليسي ‏q W  ‏Btu ‏hr ‏Tw  C ‏T F ‏T  C ‏Tw F ‏A=m2 ‏A = ft2 ‏J ‏S ‏Btu ‏hr. ft 2 .F ‏W ‏h 2 ‏mc ) q hA(Tw  T ‏Tw T ‏q ‏h قانون سرمايش نيوتن قانون گرمايش نيوتن ) q hA(T  Tw ‏T Tw در قانون سرمايش نيوتن h به عوامل زير بستگي دارد : -1جنس سيال يعني هوا باشد يا آب باشد ‏Cp,  , h,... -2نحوه گرفتن جسم (كه عمودي يا افقي ويا مورب) -3سرعت سيال -4به شكل جسم بستگي دارد ( .كروي ،تخت يا استوانه اي ) (شكل جسم ،سرعت سيال ،نحوه قرار گرفتن جسم ،جنس سيال) انواع انتقال حرارت جابجايي ‏Force Convection ‏Free Convection جابجايي اجباري جابجايي آزاد جابجايي تغيير فاز * 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 فاز :بسيار كم مي باشد . تغييرسيال سرعت * آزاد جابجايي يك نوع جابجايي ديگر نيز داريم كه به آن جابجايي تغيير فاز گفته مي‌شود كه تغيير فاز يعني تبديل مايع به بخار كه به اين حالت تبخير و يا جوشش گفته مي‌شود حالت بر عكس آن تبديل بخار به مايع كه به آن گفته مي شود . ميعان جدول اساليد بعد محدوده ضريب انتقال حرارت .را نشان مي دهد حدود مقادير ضريب انتقال گرماي جابجايي ‏w نوع فرآيند ‏m 2c 2 – 25 گازها 50 – 1000 مايعات 25 – 250 گازها 50 – 20000 مايعات 2500 - 100000 ‏h جابجايي آزاد جابجايي اجباري جابجايي با تغيير فاز جوش و ميعان :تشعشع3- * همه اجسام به خاطر دمايشان از خود انرژي منتشر مي‌كنند ،اين پديده را تشعشع حرارتي و يا تابش حرارتي مي گوييم .براي به دست آوردن مقدار تشعشع از رابطه زير كه به رابطه استفان- بولتزمن مشهور است استفاده مي‌كنيم . 4 ‏qRadiation AT ‏qRadiation = مقدار حرارت از طريق تشعشع ضريب = انتشار ‏ درجه حرارت بر حسب كلوين ( = A T = )Kسطح واحد هاي قانون استفان بولتزمن در SIبه شرح زير مي‌باشد: ‏w ‏ 5.67 10 2 4 ‏mk ‏8 ‏A=m2 ‏q=W كلوين = = Tبدون بعد  واحدهاي قانون استفان بولترمن در آحاد انگليسي : ‏Btu ‏ 2 4 ‏hrft R ‏Btu ‏q ‏hr ‏A = ft2 ‏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 ‏Black شود Body . ‏ به اين كنند جذب و يا تمام انرژي خود را صادر 1 گفته مي اجسام اجسام سياه يا 0 1 براي شود .براي اجسام سياه ‏ 0  است و q 0 اجسام غير سياه يا واقعي يا خاكستري مي باشد . :تشعشع براي دو جسم زماني كه جسم هيچ تشعشعي از خود نداشته باشد مطابق شكل در حال تشعشع باشند ر دو جسم آنگاه 4 4 1 2 1 1 1 2 1 2 ) q  A F  (T  T ‏q122  حرارت ساطع شده از صفحه 1به درSI ‏w ‏ 5.67 10 2 ‏mk ‏8 =ضريب انتشار صفحه 11 سطح صفحه A1 = 1 * مقدار تشعشع ساطع شده از صفحه 1كه به صفحه 2مي رسد و مقدار آن بين صفر و يك مي باشد . كلوينT1 درجه حرارت صفحه 1بر حسب  كلوينT2 درجه حرارت صفحه 2بر حسب  ضريب شكلF1 2  :ضريب شكل ()Shape factor ‏F1 2 ضريب شكل يك كميت هندسي است و فقط به وضعيت قرار گيري سطوح نسبت به يكديگر بستگي دارد.  :مثال * در صفحه بي نهايت بزرگ با درجه حرارت 800و 300 در جه سانتيگراد در حال تشعشع مي باشد .مقدار انتقال حرارت را به واحد سطح محاسبه نماييد ،اگر صفحات سياه فرض شوند . ) q1 2 1 A1F1 2 (T  T 4 2 4 1  1جسم سياه فرض شده ) q  A (T14  T24 ‏q ‏q 4 4 )  (T1  T2 ) 5.67 10 8 (10734  5734 ‏A ‏A ‏q ‏kw 3 w ‏69 10 2 69 2 ‏A ‏m ‏m جابجايي و تشعشع از يك صفحه * فرض كنيم كه يك جريان الكتريسيته از داخل يك ‏Tcenter صفحه عبور مي كند ،بنابراين ،بيشترين درجه حرارت در مركز صفحه خواهد بود كه آنرا تشعشع از طريق مي ناميم .اين صفحه حرارت خود را جابجايي جابجايي تشعشع و هدايت به محيط از دست مي دهد مطابق شكل : هدايت يك صفحه داغ كه حرارت خود را از دست ميدهد ‏Tcenter بيشترين درجه حرارت در مركز صفحه = ‏Ts درجه حرارت محيط نزديك به صفحه ضخامت از مركز صفحه درجه حرارت صفحه ‏L ‏Tw جريان الكتريسيته * حرارت تلف شده از صفحه از سه طريق هدايت ، جابجايي و تشعشع مي باشد كه عامل kهدايت كم هوا بسيار كم است . مي باشد چون مقدار تشعشع +جابجايي +هدايت = حرارت داخل صفحه ‏Tcenter  Tw ‏kA ) hA(Tw  T )  A (Tw4  Ts4 ‏L = درجه حرارت مركز صفحه داغTcenter = درجه حرارت سيالT = درجه حرارت صفحهTw = درجه حرارت محيط Ts با 50 ‏c درجه 5cmقطر * مثال :يك لوله فوالدي به در اتاق بزرگي قرار دارد كه در 20 c حرارت آنجا درجه حرارت محيط و 0.8 هوا برابر با باشد است .اگر ضريب انتشار فوالد برابر با تشعشع جابجايي حرارت در لوله را به ازاء واحد طول انتقال ، ‏Tw 50 افت C , T ‏ 20 C  8به دست آوريد . ‏Tw 50 c ‏ 5.67 10 ‏ 0.8 ‏w ‏h ‏ 6.5 ‏qtotal = qconvection + qradiation + qconduction ‏m2  c ) h. .d .L(Tw  T ‏T Ts (=∞qconvection = hA(Tw – T ) qradiation =  . A(Tw4  Ts4 )   . .d .L(Tw4  Ts4 ‏q total q convection q radiation ‏ ‏ ‏L ‏L ‏L qconvection /L = hA(Tw – T∞) /L= h. .d (Tw  T ) qradiation /L =  . A(Tw4  Ts4 ) / L   . .d (Tw4  Ts4 ) q convection L = 6.5 * 3.14 *5 * 10-2 ( 50 – 20 ) = 30.63 w/m q radiation =0.8 * 5.67*10-8 *3.14* 5 * 10-2[(323)4–(293)4]=25.04w/m L q total 30  25 55.67 w/m L ضريب پخش فلزات مختلف و مواد عايق فلزات  ضريب پخش فلزات Alآلوميني وم  ضريب پخش Nickel Polished 0.04 Oxide 0.2 Cuمس polished 0.07 oxide 0.3 Iron Polished 0.02 Oxide 0.03 polished 0.14 oxide 0.5 leadسر ب Polished 0.02 Oxide 0.78 عايق ضريب پخش براي عايق ها پنبه نسوز Asbestas 0.96 آجر Brick 0.93 سراميك Concrete tile 0.63 شيشه هاي پيركس Glass pyrex 0.95 پالستيك Rubber 0.96 مقايسه انتقال گرما با ترموديناميك * ترموديناميك با تبادل گرما و نقش مهم آن در قانون اول و دوم سر و كار دارد و تنها پيش بيني كننده دماي تعادلي در سيستم است و انتقال حرارت در رابطه با مكانيزم انتقال حرارت و توزيع دما و تغييرات دما و انرژي منتقل شده با زمان مي باشد .همچنين در ترموديناميك به روشهاي محاسبه نرخ انتقال گرما عالقه مند نيستيم ولي كال مي‌توان قوانينسيستم = E in مقدار انرژي وارده شده به ترموديناميك را به قوانين انتقال حرارت مرتبط مانندشده ساخت gتوليد = generate ‏E g سيستم روابط زير =:مقدار انرژي توليد شده در داخل مقدار انرژي ذخيره شده = = E stst = store = مقدار انرژي خروجيE out انرژي خروجي +انرژي ذخيره شده = انرژي توليد شده +انرژي ورودي بر طبق قانون بقاي انرژي ‏E in + E g= E st+ E out