BMEGEENATMH Hőátadás.

Az előadások a következő témára: "BMEGEENATMH Hőátadás."— Előadás másolata:

1 BMEGEENATMH Hőátadás

2 Összetett folyamat Hővezetés, hőszállítás és hősugárzás szimultán játszódik le

3 Hőátadási folyamatok Halmazállapot változás nélküli
Halmazállapot változásos Természetes áramlás (Ffelh. dominál) - határolt térben - határolatlan térben Nu=f(Ra, geom.)·ΦT·Φg Nu=f(Gr, Pr, geom.)·ΦT·Φg Kényszerített áramlás (Ftehetet. dominál) - testek körül - csövekben / csatornákban Nu=f(Re, Pr, geom.)·ΦT·Φg Forrás Kondenzáció ΦT= hőmérséklet szerinti korrekció, az anyagjell. Hőmérséklet függését veszi figyelembe Φg= geometriai korrekció

4 Hőátadás halmazállapot-változás nélkül
Természetes és kényszerített áramlás

5 Hőátadás - Határréteg szerkezete és a hőátadási tényező
Hőátadás: 𝑞 =𝛼⋅ 𝑡 𝑤 − 𝑡 ∞ 𝛼= −𝜆⋅ 𝑑𝑡 𝑑𝑦 𝑦≠0 𝑡 𝑤 − 𝑡 ∞ 𝑞 =−𝜆⋅ 𝑑𝑡 𝑑𝑦 𝑦≠0 Vezetés a lam. határrétegben: Nuselt egyenlet

6 Hőátadást leíró egyenletek
Nusselt egyenlet α definiálása, de T(x,y,z,τ) !!! Hővezetés általános differenciál egyenlete (E megmaradás) + áramló közeg: Kontinuitás (tömeg megmaradás) Navier-Stokes (impulzus megmaradás, térerő (felhajtóerő), súrlódó erő, nyomásgradiensből származó erő viszonya) MO: T(x,y,z,τ), p(x,y,z,τ) w(x,y,z,τ)ú + Boussinesq közelítések időben állandósult és hőforrásmentes eset anyagjellemzők állandók, hőmérséklettől függetlenek Hasonlósági számok: Nusselt egyenletből: Nu Hővezetés általános differenciál egyenletéből: Pe Navier-Stokes egyenletből: Re, Gr

7 Grashof-szám (néha Grasshoff)
Hasonlósági számok Nusselt-szám: Hőátadás hasonlósági száma. Grashof-szám (néha Grasshoff) A felhajtóerő(+térerő) és súrlódóerő viszonya. Franz Grashof ( ) német mérnök

8 𝑃𝑟= 𝑃𝑒 𝑅𝑒 = 𝜐 𝑎 = 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑧𝑢𝑠á𝑡𝑎𝑑á𝑠 ℎőá𝑡𝑎𝑑á𝑠 Prandtl-szám:
Hasonlósági számok 𝑃𝑟= 𝑃𝑒 𝑅𝑒 = 𝜐 𝑎 = 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑧𝑢𝑠á𝑡𝑎𝑑á𝑠 ℎőá𝑡𝑎𝑑á𝑠 Prandtl-szám: A termikus és hidraulikus határréteg egymáshoz való viszonya. 𝑃𝑒= 𝑤∙𝐿 𝑎 Peclet-szám: Hőmérséklet mező hasonlósági száma. 𝑅𝑒= 𝑤∙𝐿 𝜐 Reinolds-szám: Áramkép, impulzus transzport hasonlósági száma.

9 ha Ra<Rakrit, akkor domináns a hővezetés, egyébként a konvekció
Hasonlósági számok Rayleigh-szám: ha Ra<Rakrit, akkor domináns a hővezetés, egyébként a konvekció Lord Rayleigh (John Strutt, ) Nobel-díjas angol fizikus

10 Hőátadás halmazállapot-változás nélkül
Természetes (szabad) áramlás

11 Mach-Zehnder-féle interferogram
Hőátadás - Természetes áramlás - Hőmérséklet és sebességprofil Mach-Zehnder-féle interferogram

12 Szabad áramlások - áramlási akadály hatása

13 Szabad áramlások - Ferde sík lemez

14 Szabad áramlások - Vízszintes sík lap

15 Szabad áramlások - Tárcsa (lapos henger) körüli áramlás

16 Szabad térben Határolt térben
Vízszintes henger Szabad térben Határolt térben

17 Vízszintes henger - Bordázattal ellátva

18 Ferdén álló henger

19 Hőátadás határolt térben
állandó hőmérséklet különbség az alsó és a felső lap között

20 Hőátadás határolt térben
Alulról fűtött Felülről fűtött

21 Rayleigh-Bénard cella
hűtött lap/felszín fűtött lap

22 Hőátadás halmazállapot-változás nélkül
Kényszerített áramlás

23 Hőátadás - Csőben történő áramlás jellemzői

24 Hőátadás – Kényszerített áramlás csőben
Nu=f(Re) függvény

25 Hőátadás - Csőköteg körüli áramlás

26 Hőátadás halmazállapot-változással
Forrás és kondenzáció

27 a folyadék hőmérséklete nagyobb legyen,
Forrásos hőátadás Forrás feltétele: a folyadék hőmérséklete nagyobb legyen, mint a nyomásához tartozó telítési hőmérséklet. Forrás esetei: nagy térfogatban történő forralás aláhűtött folyadék fűtő felületen forrás csőben áramlás során forrás csőköteg külső felületein expanziós kigőzölgés (nem hőközlés)

28 Forrást befolyásoló tényezők
- p, T - Folyadék jellegzetességei (felületi feszülstég) - Felület minősége gőzképződési pontok R

29 folyadék hőmérséklet Nagy térfogatban történő forralás x T-Ts x cm Gőz
10 5 x cm K zavart zóna Gőz Folyadék x T-Ts 10 5 x cm K zavart zóna Gőz Folyadék Gőz Folyadék

30 Nukiyama-kisérlet - Nagy térfogatban történő forrás
Fűtött ellenálláshuzal és hőmérő egyben: króm-nikkel és platina huzal, telített víz (1 bar) Inside the kettle:

31 Nagy térfogatban történő forrás
Nukiyama-diagram – Nagy térfogatban történő forrás lg⁡( 𝑞 ) lg⁡( 𝑞 𝑚𝑎𝑥 ) A: természetes áramlás B: buborékos forrás B1: egyedülálló buborékok B2: összefüggő buborék láncok, oszlopok C: átmeneti, v. istabil film forrás D: stabil film forrás D C B2 B1 A lg⁡( 𝑞 𝑚𝑖𝑛 ) A B C D lg⁡( 𝑇 𝑤 − 𝑇 𝑠 )

32 A forrás fázisai - Természetes áramlás
nincsenek buborékok, túlhevítettség alacsony

33 A forrás fázisai - Buborékos forrás 1.
különálló buborékok

34 A forrás fázisai - Buborékos forrás 2.
intenzív buborékos forrás összeálló „buborékcsövek” „gőz jet”

35 Átmeneti vagy instabil filmforrás
A forrás fázisai – Átmeneti vagy instabil filmforrás leszakadó/újraképződő gőzfilm hősokk a felületen

36 A forrás fázisai – stabil filmforrás
folyamatos gőzfilm, sugárzás

37 A forrás fázisai izopropanol (C3H8O) Ø6,1 mm rézborda
izopropanol (C3H8O) Ø6,1 mm rézborda szabad enyhe buborékos átmenti film áramlás forrás

38 Forrás micro-gravitációnál
Gravitáció hatása Forrás micro-gravitációnál

39 Forrás - függőleges csőben áramlásnál
buborékos áramlás dugós habzó gyűrűs permet

40 Forrás - függőleges csőben áramlásnál
7 6 5 4 3 2 1

41 Forrás - Vizszintes csőben áramlásnál
buborékos, gyöngyös gőzdugós áramlás sima felszínű rétegezett hullámos felszínű rétegezett hullámos, tajtékos, torlódó gyűrűs áramlás permetes áramlás

42 α = 2,656⋅ p0,176 ⋅ qw0,7 , Mihejev összefüggések:
Példák empirikus formulákra – Víz nagy térfogatban történő forrása Mihejev összefüggések: q<qkrit és ps = [bar] esetén alkalmazhatók α = 2,656⋅ p0,176 ⋅ qw0,7 , Rohsenow-féle képlet (buborékos forrás)

43 Filmkondenzáció Rf Rhf Rg Hőmérséklet a filmtől távol Gőz H
Lamináris sima felületű film (30>Re) Felület hőmérséklete 𝑞 = 𝜆 𝑓 𝛿 𝑦 ( 𝑡 𝑠 − 𝑡 𝑤 ) 𝑞 =𝛼( 𝑡 𝑠 − 𝑡 𝑤 ) 𝛿 𝑦 𝛼= 𝜆 𝑓 𝛿 𝑦 Folyadék 𝛿 𝑦 =f(H, ( 𝑡 𝑠 − 𝑡 𝑤 )) Lamináris hullámos felületű film (30<Re<1800) y 𝑅𝑒= 4 𝑚 𝑈 𝜇 ′ Turbulens film (Re>1800) Nedvesített kerület x

44 Hőmérséklet viszonyok a filmben
Filmkondenzáció – Hőmérséklet viszonyok a filmben - Filmre ható erők: Tiszta telített gőz Keverék kondenzációja súrlódási súrlódási felhajtó Ts súlyerő Tg = Ts Pössz Tf Tw Tw Pgőz Pgáz csak keverékeknél folyékony fém, kis nyomás (p<0,02bar)

45 Kondenzáció Áramlási jelleg és hőátadási tényező

46 Kondenzáció - csőköteg csövein

47 Nagyzh felkészülést segítő kérdések I.
Az alábbi eddig nem számon kért fejezetek (7-8-9) kérdéseire tudni kell a választ az elméleti feladatok helyes megoldásához 7..1. Ellenőrző kérdések 1. Írja fel a borda hőmérsékleteloszlásának meghatározására szolgáló differenciálegyenletet állandó keresztmetszetű rúd esetére! Adja meg a peremfeltételeket különböző esetekre! 2. Értelmezze a bordaparaméter fogalmát! 3. Definiálja a bordahatásfok fogalmát! 4. Definiálja a borda hőellenállását! 5. Mikor nevezünk két fizikai (hőtani) jelenséget hasonlónak? 6. Vázlattal és egyenlettel ismertesse a hővezetés általános differenciálegyenletének megoldása során alkalmazott elsőfajú peremfeltételt! 7. Vázlattal és egyenlettel ismertesse a hővezetés általános differenciálegyenletének megoldása során alkalmazott másodfajú peremfeltételt! 8. Vázlattal és egyenlettel ismertesse a hővezetés általános differenciálegyenletének megoldása során alkalmazott harmadfajú peremfeltételt! 9. Definiálja a FOURIER-számot! Milyen fizikai értelmezése van ennek a hasonlósági számnak? 10. Definiálja a BIOT-számot! Milyen fizikai értelmezése van ennek a hasonlósági számnak? 8..1. Ellenőrző kérdések 1. Definiálja a hőátviteli tényezőt (U) és adja meg kiszámításának módját! 2. Milyen módszerekkel, mely helyeken történő beavatkozásokkal fokozható a hőátvitel intenzitása? 3. Értelmezze a BOŠNJAKOVIĆ -féle hatásosság fogalmát és adja meg a –tényező kiszámítására szolgáló összefüggést egy tetszőleges hőcserélő esetére! 4. Ismertesse a hőcserélők típusait és az egyes típusok főbb jellegzetességeit! 5. Rajzolja fel a hőfokeloszlást hőmérséklet-felület diagramban többféle (véges és végtelen felületű), tetszőleges egyen- és ellenáramú hőcserélő készülék esetére (a két közeg hőkapacitásárama egyenlő / nem egyenlő esetekre)

48 Nagyzh felkészülést segítő kérdések II.
9..1. Ellenőrző kérdések 1. Írja fel és értelmezze a hőátadás NEWTON-féle alapegyenletét! 2. Írja fel és értelmezze a hőátadási tényező NUSSELT-féle definiáló egyenletét! 3. Definiálja a REYNOLDS-féle hasonlósági kritériumot! Milyen fizikai tartalom rendelhető e kritériumhoz? 4. Definiálja a PRANDTL-féle hasonlósági kritériumot! Milyen fizikai tartalom rendelhető e kritériumhoz? 5. Definiálja a PECLET-féle hasonlósági kritériumot! Milyen fizikai tartalom rendelhető e kritériumhoz? 6. Definiálja a GRASSHOFF-féle hasonlósági kritériumot! Milyen fizikai tartalom rendelhető e kritériumhoz? 7. Definiálja a NUSSELT-féle hasonlósági kritériumot! Milyen fizikai tartalom rendelhető e kritériumhoz? 8. Rajzolja fel nagy térfogatban történő forralás esetére a felületi hőáramsűrűség értékét a felületi hőmérséklet és a telítési hőmérséklet különbségének függvényében (NUKIYAMA-diagram)! Mutas-sa meg és részletesen jellemezze e diagramban a forrás különböző szakaszait! 9. Ismertesse a lamináris filmkondenzáció mechanizmusát! Mely tényezők és hogyan befolyásolják a hőátadási tényező értékét lamináris filmkondenzáció esetén? A számpéldák megoldásához tudniuk kell válaszolni a 1-6. fejezetek lapvető kérdéseire is! A számpéldák megoldásához a heti gyakorlatokon megoldott, illetve a 11. hét végéig elmagyarázott HF példák adnak támpontot.