Bg truyennhiet c iii cachnhiet tangcuongtruyennhiet

Chương
III

Sunday, April 30, 2023

CÁCH NHIỆT và
TĂNG CƯỜNG TRUYỀN
NHIỆT

A.CÁCH NHIỆT
I. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG

1. Phạm vi cách nhiệt
 Cách nhiệt để cản trở dòng nhiệt
từ hệ thống ra môi trường bên
ngoài. Trường hợp này hệ thống có
nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ môi
trường
ví dụ: đường ống dẫn hơi, dẫn nước
nóng, vách buồng lửa, …
 Nhiệm vụ là chọn bề dày lớp cách
nhiệt để tổn thất nhiệt ở mức
độ hợp lý.
 Khi hệ thống có nhiệt độ thấp hơn
nhiệt độ môi trường, thì ta phải cách
nhiệt để cản trở sự xâm nhập của
dòng nhiệt bên ngoài vào hệ thống
ví dụ: các kho lạnh cấp trữ đông,
nhiệt độ dao động
, các đường
ống dẫn nước lạnh hay không khí lạnh,

…
 Trong trường hợp này ngoài nhiệm
vụ cách nhiệt, thì chiều dày lớp
cách nhiệt phải đủ dày để đảm


bảo không bị đọng sương trên bề
mặt cách nhiệt.



2. Xác định chiều dày lớp cách
nhiệt
Vật liệu cách nhiệt là loại vật liệu có
hệ số dẫn nhiệt nhỏ
Vật liệu và chiều dày lớp cách nhiệt
được lựa chọn trên cơ sở tối ưu về kinh tế

Cơ sở ban đầu để xác định chiều dày
cách nhiệt là dựa vào hệ số truyền nhiệt
tối ưu được đề nghị ở từng khoảng nhiệt
độ.


Kiểm tra đọng sương ở vách phía có
nhiệt độ không khí cao hơn trong trường hợp
cách nhiệt hệ thống lạnh.


II. TRƯỜNG HP VÁCH PHẲNG

Hệ số truyền nhiệt tối ưu chọn theo tài
liệu chuyên ngành
Chiều dày cách nhiệt chọn theo công
thức sau
(3-1)
Trong đó
’CN Chiều dày lớp cách nhiệt, m
CN Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu
cách nhiệt,
ng, tr Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu,
Vật liệu cách nhiệt trong thực tế có
chiều dày tiêu chuẩn, xác định lại hệ số
truyền nhiệt gần với giá trị đã chọn ở
trên
(3-2)
Trong trường hợp vách kho lạnh thì chiều
dày lớp cách nhiệt phải đảm bảo điều
kiện nhiệt độ vách phía không khí nóng
không bị đọng sương
(3-3)
Điều kiện trên có thể xác định theo
biểu thức sau
(3-4)


Trong đó
tng, ttr Nhiệt độ lưu chất phía vách nóng
và vách lạnh
tđs Nhiệt độ đọng sương của không khí

phía vách noùng



III. TRƯỜNG HP VÁCH TRỤ

Việc cách nhiệt vách trụ cần lưu ý

Biểu thức xác định nhiệt lượng

Nhận xét: khi chiều dày cách nhiệt
tăng thì
 Nhiệt trở dẫn nhiệt tăng 
 dòng nhiệt có xu hướng giảm
 Nhiệt trở do đối lưu giảm
 dòng nhiệt có xu hướng tăng
Có một giới hạn về chiều dày lớp
cách nhiệt biểu diễn như đồ thò sau


đây có bán kính giới hạn
(3-5)
Nhận xét: Khi bán kính của lớp cách
nhiệt nhỏ hơn rth thì việc tăng
chiều dày lớp cách nhiệt làm
tăng tổn thất nhiệt
Việc cách nhiệt chỉ có tác
dụng khi bán kính ống lớn hơn
bán kính tới hạn rth.

Thực tế ta thường gặp trường hợp
.
Dùng biểu thức sau để xác định chiều
dày cách nhiệt trong trường hợp ống dẫn
tác nhân lạnh, nước lạnh, …
(3-6)
(3-7)
Trong đó
0,95Hệ số dự trữ
ng hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía
không khí,
CN Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu
cách nhiệt,
tng Nhiệt độ không khí bên ngoài
ttr Nhiệt độ lưu chất chuyển động
trong ống
tđs Nhiệt độ đọng sương của không khí
bên ngoài
CN Chiều dày lớp cách nhiệt, m
dng Đường kính ngoài của ống dẫn, m
DCN Đường kính của lớp cách nhiệt, m


B.TĂNG CƯỜNG TRUYỀN NHIỆT
Dòng nhiệt đối lưu: Nhiệt lượng
truyền từ bề mặt có
nhiệt độ tw đến môi
trường lưu chất xung
quanh có nhiệt độ tf được

xác định bởi phương trình
theo định luật Newton:
(3-8)
Để tăng cường Qα, trong trường hợp
không thể tăng α và
chỉ còn lại
biện pháp là tăng diện tích truyền nhiệt
bằng cách gắn thêm các cánh trên bề
mặt tỏa nhiệt.
Trường hợp trao đổi nhiệt giữa hai lưu
chất qua bề mặt vách, cánh thường được
gắn về phía lưu chất có hệ số tỏa nhiệt
đối lưu α nhỏ hơn, ví dụ; không khí, khói ...




I. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN

Khảo sát một cánh như hình bên dưới

Xét một phân tố có khoảng cách đến
gốc là x, chiều dày Δx, cường độ tỏa
nhiệt trung bình trên bề mặt là α, nhiệt
độ môi trường xung quanh tf


Phương trình cân bằng năng lượng cho phân tố khảo sát:

Năng

Năng lượng
Năng
lượng dẫn
dẫn ra khỏi
lượng tỏa
=
+
vào bề
bề mặt
ra bằng
mặt x
x+x
đối lưu
Cánh thường có tiết diện ngang Ac nhỏ
(so với chiều dài L), vật liệu làm cánh
thường có hệ số dẫn nhiệt  lớn, nên
xem trường nhiệt độ trong cánh là trường
một chiều, các thành phần năng lượng:
(a)
với
(b)
Thế vào phương trình trên
(c)
Lấy giới hạn

, ta được:
(d)

Theo định luật Fourier
(e)

Thế phương trình e vaøo d
(3-9)


II. DẪN NHIỆT QUA THANH CÓ TIẾT DIỆN
KHÔNG ĐỔI

Trường hợp này đặc biệt với giả thuyết
 và  thay đổi ít trong khoảng nhiệt độ
khảo sát, phương trình 3-9 được viết lại
(3-10)
đặt
phương trình 3-10 được viết lại:
(3-11)


Phương trình trên có nghiệm tổng quát
(3-12)
Hình sau thể hiện sự cân bằng năng
lượng

Nhiệt lượng trao đổi đối lưu trên thanh
bằng nhiệt lượng dẫn qua tại gốc thanh
(3-13)
Hằng số tích phân C1 và C2 tìm theo điều
kiện biên diễn ra ở đỉnh thanh – cơ sở
xác định là nhiệt thừa ở đỉnh thanh.
 Thanh dài hữu hạn có xét tỏa nhiệt
ở đỉnh
 Thanh dài hữu hạn không có tỏa

nhiệt ở đỉnh
 Thanh dài vô hạn



1. Trường hợp thanh dài hữu hạn
có xét tỏa nhiệt ở đỉnh thanh
Khi


Đặt
Phương trình trường nhiệt độ có dạng:
(3-14)
Nhiệt lượng truyền qua thanh (bằng
nhiệt lượng dẫn qua gốc thanh):
(3-15)