توضیحات
عنوان: انتقال حرارت جابجایی آزاد در دسته لوله ها
- مقدمه
- انتقال حرارت جابجایی
- مکانسیم انتقال حرارت جابجایی
- کاربردها
- انتقال حرارت جابه جایی اجباری روی دسته لوله
- موارد استفاده از جابجایی آزاد
- جابجایی طبیعی از سطوح فین دار
- مبدل پوسته و لوله
- جمع بندی
مقدمه
انتقال حرارت[1]به طور کلی در حرکت حرارت از دمای بالا به دمای پایین گفته میشود. در زمانی که بین دو نقطه گرادیان دمایی (اختلاف دما) وجود داشته باشد، بین آنها انتقال حرارت صورت میگیرد. به طور کلی حرارت به سه صورت هدایت، جابجایی و تابش منتقل میشود. انتقال حرارت هدایتی نیاز به محیط مادی داشته و در جامدات و سیالات رخ میدهد. انتقال حرارت جابجایی نیز نیاز به محیط مادی داشته و زمانی رخ میدهد که یک سیال بر روی یک سطح حرکت کند. انتقال حرارت تشعشعی نیاز به محیط مادی نداشته و همیشه بین اجسامی که اختلاف دما دارند روی میدهد[1].
انتقال حرارت جابجایی
انتقال حرارت جابجایی یا همرفت، صورتی از انتقال انرژی بین یک سطح جامد و مایع یا گاز متحرک موجود در مجاورت آن است که ترکیبی از اثرات هدایت و حرکت سیال را در خود دارد. در واقع، انتقال حرارت همرفتی، جابجا شدن حرارت از یک مکان به مکان دیگر در اثر حرکت سیال است. فرآیندی است که در آن جابجا شدن حرارت در اثر جابجا شدن جرم رخ میدهد. هرچه حرکت سیال سریع تر باشد، نرخ انتقال حرارت بیشتر است. در غیاب هر گونه حرکت تودهای درون سیال، انتقال حرارت بین یک سطح جامد و سیال مجاور آن، به صورت هدایت ضعیف رخ میدهد. وجود حرکت تودهای در سیال، نرخ انتقال حرارت را افزایش میدهد، اما محاسبات آن را پیچیده میکند. اگر یک سطح خنک شونده با جریان هوا را در نظر بگیریم، در ابتدا انرژی سطح از طریق هدایت به لایهی هوای مجاور منتقل شده و پس از آن، این انرژی توسط جابجایی مولکولها از سطح دور میشود. در واقع، این نوع انتقال حرارت با ترکیبی از هدایت و حرکت تودهای یا میکروسکوپی ذرات سیال که لایهی مجاور را از سطح دور کرده و آن را با هوای خنک تر جایگزین میکند، روی هد. در شکل (1) گرادیان دمایی و گرادیان سرعت درون لایهی مرزی سیال عبوری از روی سطح داغ نام برده شده را ملاحظه میکنید.
انتقال حرارت جابجایی، به دو صورت اجباری (forced) و آزاد (natural) رخ میدهد. جابجایی اجباری زمانی رخ میدهد که سیال توسط یک نیروی خارجی (توسط پمپ، فن و یا باد)، به صورت اجباری بر روی یک سطح جریان پیدا کند. جابجایی آزاد زمانی اتفاق میافتد که حرکت سیال توسط نیروی شناوری که به خاطر اختلاف چگالی (که در اثر گرادیان دمایی در سیال رخ میدهد) است، صورت گیرد. اگر اختلاف دما بین سطح جسم و هوای اطراف به اندازه ای بزرگ نباشد که بتواند بر مقاومت هوا غلبه کرده، آن را به حرکت در آورده و باعث شروع جابجایی آزاد شود، انتقال حرارت بین جسم و هوا، از نوع هدایت می باشد[2].
اگر انتقال حرارت با تغییر فاز سیال همراه شود نیز از نوع جابجایی در نظر گرفته میشود. علت این نام گذاری، حرکت القا شده به سیال در طول فرآیند تغیر فاز است، مثل بالا رفتن حبابهای بخار در طول جوشش و یا پایین آمدن قطرات آب در طول کندانس.
هدایت و جابجایی از آن جهت مشابه میباشند كه هر دو مكانیزم نیاز به وجود یك ماده واسطه دارند. اما اختلاف آنها این است كه جابجایی نیاز به وجود حركت سیال دارد. انتقال حرارت از درون یك جامد همواره توسط هدایت صورت میگیرد، چرا كه مولكولهای یك جامد در موقعیتهای نسبتاً ثابتی از یكدیگر باقی میمانند. با این وجود انتقال حرارت درون یك مایع یا گاز میتواند بسته به وجود هر نوع سیال حجمی توسط هدایت یا جابجایی صورت گیرد. در حضور حركت سیال انتقال حرارت در اثر جابجایی بوده و در غیاب آن توسط هدایت میباشد. بنابراین، هدایت در یك سیال را میتوان به صورت حالت حدی جابجایی متناظر با حالت سیال ساكن در نظر گرفت. انتقال حرارت جابجایی با توجه به این حقیقت كه شامل حركت سیال و انتقال حرارت هدایتی میباشد پیچیده است. حركت سیال باعث بهبود انتقال حرارت میشود چرا كه حركت سیال، قسمتهای عمده داغتر و سردتر را به برخورد با یكدیگر در آورده، شروع كننده نرخ انتقال حرارت بیشتر با تعداد محلهای بیشتر انتقال حرارت در سیال میباشد. بنابراین نرخ انتقال حرارت به روش جابجایی در یك سیال بسیار بیشتر از نرخ انتقال حرارت به روش هدایت میباشد. در حقیقت، هر چه سرعت سیال بیشتر باشد، نرخ انتقال حرارت بیشتر است. تجربه نشان میدهد كه انتقال حرارت جابجایی به شدت به خواصی از سیال شامل ویسكوزیته دینامیكی، هدایت گرمایی، چگالی، گرمای ویژه و سرعت سیال بستگی دارد. انتقال حرارت همچنین به هندسه و زبری سطح جامد و همچنین نوع سیال جاری بستگی دارد بنابراین انتظار میرود كه روابط انتقال حرارت جابجایی به خاطر وابسته بودن به این همه متغیر، پیچیده باشد. این عجیب نیست چرا كه جابجایی پیچیدهترین مكانیزم انتقال حرارت میباشد. علیرغم پیچیدگی جابجایی، دیده شده است كه نرخ انتقال حرارت جابجایی متناسب با اختلاف دما بوده و به سادگی توسط قانون سرمایش نیوتن به صورت زیر بیان میگردد.
توجه:
- برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.
- پس از خرید بلافاصله لینک دانلود فایل برای شما ایمیل خواهد شد.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.