conduction heat transfer

13
 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer)  Dr.Jutarut Tasara 1 บทท   1 การน าความร อนท  สภาวะคงต ( Principle of steady state heat ) 1.1.  บทน (Introduction) การถายเทความรอน  คอ การสงผานพล งงานความรอนซ  งเ กดข  นเน  องจ ากความแตกตางของ อณหภม  (Temperature gradient) งน   เม  อใดก ตามท  ความแตกต างของอ ณภมเก ดข  นในต วกลางหรอระหว างต วกลาง การถายเทความรอนมกจะเกดข  นได  งน  นพ  นฐานของการ ถายเทความรอน คอ ความแตกตางของอ ณหภม (Temperature different) าต วกลางสองต วม ณหภ เท าก นจะไม เก ดการถ ายเทความรอน ดงน  นความแตกตาง ของอณหภมจงเปนแรงข บเคล  อน (Driving force) เพ  อใหเกดการถ ายเทน  นเอง ตราการถ ายเทความรอนข  นอย   บความลาดช นของอณหภม (Temperature gradient) ความลาดช นของอณหภม  หมายถง ความแตกต างของ อณหภม ตอหนวยความยาว หรออ ตราการลดลงของอณหภม  นเอง สม การพ  นฐานสาหร บกระบวนการ ถายโอน าง    (1.1) รปท   1.1 แสดงการถายเทความรอนท  เกดข  นใน แบ บตา เม  อมเ กรเดยน ทอณหภ (Temperature Gradient) เกดข  นในต วกลางท  อย  น  ง เชนของแขง หรอของไหล เทอม ของการนาความรอน (Conduction) จะ เป นการถ ายเทความรอนท เกดข   นผานต วกลาง ในขณะทการพาความรอน (Convection) จะเปนการถายเทความ รอนท  เ กดข  นร ะหวาง  นผ วและของ ไห ลท  เ คล  อ นท  เ  อ มอณห ภม แตกตางก สว นก าร ผร สค วามรอ (Radiation) จะเป นการท  กพ   นท  ผวท  ม อณหภมหน  งจะปลอยพล งงานในรปของคล  นแมเหลกไฟฟาออกมา งน    ในสถาวะท  ปราศจากต วกลางใด จะมการถายเทความรอนสทธท  เกดข  นเน   องจากการแผรงสระหวางพ  นผวสอง  นผวท  มอณหภมแตก ตางก นไดด งน  นการวเคร าะหการถายเ ทควา มรอนท  สมบรณแ บบ จาเปนจะตองทร าบถง กลไกการถ ายเทความร อนท   งสามแบบท  กล าวไปแล วข างต   งจะกล าวในรายละเอ ยดในลาด บต อไป ปท   1.1 ปแบบการถ ายเทความร อนท  เกดข  นโดยการน การพา และการแผรงส  

Upload: titlesaeng

Post on 04-Nov-2015

75 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Electrical engineering

TRANSCRIPT

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    1

    1 (Principle of steady state heat )

    1.1. (Introduction)

    (Temperature gradient) (Temperature different) (Driving force) (Temperature gradient)

    (1.1)

    1.1 (Temperature

    Gradient) (Conduction) (Convection) (Radiation)

    1.1

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    2

    (Steady state and Unsteady state) (Steady state)

    T/t = 0

    X X (Control volume) X X (Unsteady state Transient state)

    T/t 0 1.2. (Conduction heat transfer)

    (Temperature gradient ) A

    (1.2)

    (1.3)

    qcond = (Wall or J/s) A = (m2) T = (K) X =

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    3

    (Thermal Conductivity) k W/m K

    (1.4)

    (1.4) (Fouriers law of conduction)

    X (1.4) (k) k k k k k k (conductor) k (insulator) k 1-1 1-1

    (k), W/mK 35-430 20-200 9-90 () 0.2-2.0 () 0.02-20 0.02-0.40 0.002-0.2

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    4

    a) (Conduction in plane walls)

    +

    (1.5)

    1) Steady-state:

    0 2) Transient, no heat generation: 0 3) Steady-state, no heat generation:

    Steady state Fouriers law (1.6)

    1.2 k A (boundary condition) T = T1 X = 0 T = T2 X = L

    (1.7)

    (1.7)

    (1.8)

    R= x/kA K/W h F/btu

    Rate of heat conduction in the wall -

    Rate of heat conduction out the wall

    + Rate of heat

    generation inside the wall =

    Rate of change of the energy content of the

    wall

    (1.6)

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    5

    b) (plane walls in series)

    1.3 (1.9)

    (1.9)

    T2 T3 (1.105)

    (1.10)

    c) (Conduction in hollow cylinder) (r) 1.4

    Rate of heat conduction in the wall -

    Rate of heat conduction out the wall

    + Rate of heat

    generation inside the wall =

    Rate of change of the energy content of the

    wall

    1.3

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    6

    1.4

    Steady state k Ar Fouriers law 1.11

    (1.11)

    Ar = 2rL

    (1.12)

    Boundary condition; Ti T0

    (1.13)

    d) (Multilayer cylinder) 1.5 Resistance 1.14

    (1.14)

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    7

    (1.15)

    (1.16)

    (1.17)

    1.5

    e) (Conduction in hollow spheres) A =4r2

    (1.18)

    Boundary condition;

    (1.19)

    (1.20)

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    8

    f) Combined convection and conduction and overall coefficients

    A Tw Tf 1.9

    (1.21)

    (1.22)

    (1.23)

    (

    ) (1.24)

    (1.25)

    Ai = 2Lri () , AA lm=log mean area of the tube A0 overall heat transfer coefficient (U) Ai Ao

    (1.26)

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    9

    (1.27)

    (1.28)

    1.6 (a) (b)

    g) (Critical Thickness of Insulation)

    () r1 T1 thermal conductivity (k) r2 T2 1.7 (1.29) T0

    (1.29)

    Thermal resistance Thermal resistance

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    10

    Critical radius

    1.7

    1.3. Steady state conduction and shape factor

    1.3.1. Introduction and graphical method for Two-dimensional conduction

    Graphical method ( isotherm) 2 2 (steady-state)

    maintained T1 maintained T2 (isotherm) heat flow line sketches Heat flow curvilinear-square (b) Fourier 1

    (1.31)

    This heat flow heat flow section heat flow lane Total heat flow

    lane x y, heat flow T element T element heat flow lane T element

    (1.33)

    Critical radius

    (1.30)

    Critical radius

    (1.31)

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    11

    N is the number of temperature increments between the inner and outer surfaces Heat flow lane x y lane x y total heat transfer

    (1.34)

    M heat flow lane l

    heat transfer curvilinear-square plots x y temperature increments (N) heat flow lanes (M)

    1.8 Graphical curvilinear square method for two-dimensional heat conduction in a

    rectangular flue

    1.3.2. (shape factor in conduction)

    (1.34) S=M/N

    (1.35)

    S

  • 721-283 Transport Phenomena (Part 2 Heat Transfer) Dr.Jutarut Tasara

    12

    S S 1-2

    1-2 Conduction shape factor for

    Cylinder of length L in a square

    0

    Horizontal buried cylinder of length L

    Two parallel cylinders of length L

    [

    ]

    Sphere buried