Bài giảng kĩ thuật nhiệt

Hà nội- 9/2009
BµI GI¶NG Kü THUËT NHIÖT
BµI GI¶NG Kü THUËT NHIÖT
TRUYềN NHIệT
Định nghĩa: TN là truyền nhiệt l ợng giữa các
vật khi có độ chênh nhiệt độ
Các hình thức truyền nhiệt cơ bản:
1. Dẫn nhiệt: Là QT truyền nhiệt giữa hai phần của một
vật hay giữa hai vật trực tiếp tiếp xúc với
nhau khi có độ chênh nhiệt độ.
2. TĐNĐL: Là QT truyền nhiệt giữa một dịch thể và một bề
mặt vật rắn chuyển động t ơng đối với
nhau khi có độ chênh nhiệt độ
3. TĐNBX: Là QT truyền nhiệt giữa các vật không trực
tiếp tiếp xúc với nhau mà chỉ thông qua
các tia bức xạ ( = 0,4 ữ 400àm)
H ni- 9/2009
Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
7.1 Tr êng nhiÖt ®é, bÒ mÆt ®¼ng nhiÖt vµ gradient
nhiÖt ®é
7.1.1 Tr êng nhiÖt ®é:
t(x,y,z,τ) Kh«ng æn ®Þnh 03 chiÒu–
t(x,y, τ) - Kh«ng æn ®Þnh 02 chiÒu
t(x, τ) - Kh«ng æn ®Þnh 01 chiÒu
t(x,y,z) - æn ®Þnh 03 chiÒu
t(x,y) - æn ®Þnh 02 chiÒu
t(x) - æn ®Þnh 01 chiÒu
Hà nội- 9/2009
Chơng7.Dẫnnhiệt
7.1.3 Gradient nhiệt độ:
7.2 Dòng nhiệt, mật độ dòng nhiệt

vàđịnhluậtFouriervềdẫnnhiệt
7.2.1 Dòng nhiệt và Mật độ dòng nhiệt:
Dòng nhiệt là nhiệt l ợng Q (W) truyền
qua một bề mặt đẳng nhiệt F (m
2
) nào
đó trong một đơn vị thời gian.
Mật độ là nhiệt l ợng q (W/m
2
) truyền
qua một đơn vị diện tích bề mặt đẳng
nhiệt trong một đơn vị thời gian.
H ni- 9/2009
k
z
t
j
y
t
i
x
t
n
n
zyxt
grat

+


+


=


=
0
),,,(


==
F
QdFzyxqQ )(),,,(

7.1.2 Bề mặt đẳng nhiệt
7.1.2 Bề mặt đẳng nhiệt


Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
7.2.2 §Þnh luËt Fourier vÒ
dÉn nhiÖt:
7.3 Ph ¬ng tr×nh dÉn nhiÖt
vµ §K ®¬n trÞ
7.3.1 Ph ¬ng tr×nh dÉn nhiÖt
Hà nội- 9/2009

xyx
qqq
z
t
y
t
x
t
gradtzyxq ++=








∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
−=−=
λλτ
),,,(
(H×nh7.2 trang 161)
(H×nh7.2 trang 161)

Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
Hà nội- 9/2009
Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
Hà nội- 9/2009
Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
7.4DÉnnhiÖtæn®ÞnhmétchiÒukhikh«ngcãnguånnhiÖt
7.4.1 DÉn nhiÖt qua v¸ch ph¼ng (H×nh 7.3 trang 164)
Hà nội- 9/2009
Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
7.4.2 DÉn nhiÖt qua v¸ch trô (H×nh 7.4 trang 167)
Hà nội- 9/2009
Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
7.4.3 DÉn nhiÖt qua thanh (H×nh 7.5 trang 169)
Hà nội- 9/2009
Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
Hà nội- 9/2009
Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
7.5.DÉnnhiÖtæn®ÞnhkhicãnguånnhiÖtbªntrong
7.5.1 DÉn nhiÖt trong tÊm ph¼ng khi cã nguån
Hà nội- 9/2009
Chơng7.Dẫnnhiệt
Mô hình toán học:
Nghiệm:
H ni- 9/2009
0
2
2
0;0
1
rr

q
dr
dt
r
dr
td
v
=++

0
)(
0
0
=






=






=
=
r

fw
rr
dr
dt
tt
dr
dt

)(
42
22
0
0
rr
qrq
tt
vv
f
++=


42
2
00
0
rqrq
tt
vv
f
++=

2
0
rq
tt
v
fw
+=
7.5.2Dẫnnhiệtổnđịnhtrongthanhtrụcónguồn
7.5.2Dẫnnhiệtổnđịnhtrongthanhtrụcónguồn
Nhiệt độ ở tâm và bề mặt:
Nhiệt độ ở tâm và bề mặt:




và
và


và Dòng nhiệt
và Dòng nhiệt
:
:
q = q
q = q
v
v
(r/2); q
(r/2); q

0
0
= 0, q
= 0, q
w
w
= q
= q
v
v
(r
(r
0
0
/2)
/2)
Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
7.6DÉnnhiÖtkh«ngæn®Þnh
7.6.1 DÉn nhiÖt kh«ng æn ®Þnh trong tÊm ph¼ng (H×nh 7.6 trang 178)
Hà nội- 9/2009
Chơng7.Dẫnnhiệt
Xácđịnhnhiệtđộởtâmsauthờigian(Hình 7.7 trang 180)
Ví dụ: Fo = 5 và Bi = 0,7
H ni- 9/2009
Chơng7.Dẫnnhiệt
Xácđịnhnhiệtđộtrênbềmặtsauthờigian:
Ví dụ Fo = 5 và Bi = 0,7
H ni- 9/2009
Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
X¸c®ÞnhnhiÖtlîngQ(0→τ):

VÝ dô Bi = 10, Fo = 0,5
Hà nội- 9/2009
Chơng7.Dẫnnhiệt
7.6.2 Dẫn nhiệt không ổn định trong
thanh trụ
Mô hình toán học:
(R,0) = 1
Nghiệm:
(R,Fo) = F(R,Fo)
H ni- 9/2009
0,10;
1
2
2
>


+


=


FoX
RR
R
Fo

),1(
1

FoBi
R
R
=








=


Xác định nhiệt độ ở tâm sau thời gian
Xác định nhiệt độ ở tâm sau thời gian


Ví dụ Fo = 2 va Bi = 0,7
Ví dụ Fo = 2 va Bi = 0,7
Chơng7.Dẫnnhiệt
Xácđịnhnhiệtđộtrênbềmặtsauthờigian:
Ví dụ Fo = 2 và Bi = 0,7
H ni- 9/2009
Ch¬ng7.DÉnnhiÖt
X¸c®ÞnhnhiÖtlîngQ(0→τ):
VÝ dô Bi = 10, Fo = 0,1
Hà nội- 9/2009
Chương 8

TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU
8.1T§N§Lvµc¸cnh©ntè¶nhhëng
8.1.1 Líp biªn vµ T§N§L
B¶n chÊt cña líp biªn: (H×nh 8.1 trang 187)
Hà nội- 9/2009
Quan hÖ gi÷a líp biªn thñy
Quan hÖ gi÷a líp biªn thñy
lùc
lùc
δ
δ
vµ líp biªn nhiÖt
vµ líp biªn nhiÖt
δ
δ
T
T
3
3
Pr
1
==
νδ
δ
a
T
Chng 8
TRAO I NHIT I LU
8.1.2 Các nhân tố ảnh h ởng đến
TĐNĐL

Nguyên nhân gây ra chuyển động
ĐL tự nhiên: với khí lý t ởng ĐL c ỡng
bức
Chế độ chuyển động:
Chảy tầng: Re 2300
Chảy rối: Re > 2300
Tính chất vật lý của dịch thể
Hình dáng, kích th ớc và vị trí t ơng đổi
giữa bề mặt TN và dịch thể
H ni- 9/2009
8.2ĐịnhluậtNewtonvà
8.2ĐịnhluậtNewtonvà
hệPTTĐNđốilu
hệPTTĐNđốilu
8.2.1 Định luật Newton
8.2.1 Định luật Newton
(t
f
t
w
) khi t
f
> t
w
q = t = (t
w
t
f
) khi
t

w
> t
f
Chương 8
TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU
Hà nội- 9/2009
Chng 8
TRAO I NHIT I LU
8.3CáccơsởxácđịnhHSTĐNĐL
8.3.1 Lý thuyết đồng dạng
Định lý 1: Các hiện t ợng đồng dạng vật
lý với nhau phải là các hiện t ợng đ
ợc miêu tả bởi một ph ơng trình hoặc
một hệ ph ơng trình vi phân với các
điều kiện đơn trị nh nhau.
Định lý 2: Các hiện t ợng đồng dạng với
nhau có các tiêu chuẩn đồng dạng
cùng tên bằng nhau.
Định lý 3: Nếu các hiện t ợng vật lý đ ợc
miêu tả bởi một ph ơng trình hoặc
một hệ ph ơng trình vi phân thì các
hiện t ợng đó luôn đ ợc miêu tả bởi
một ph ơng trình hay một hệ ph ơng
trình tiêu chuẩn
8.3.2 Tiêu chuẩn đồng dạng, PT tiêu
chuẩn, kích th ớc và nhiệt độ xác
định
H ni- 9/2009
Chng 8
TRAO I NHIT I LU

2. Ph ơng trình tiêu chuẩn: Nu = f(Re,Gr,Pr)
- TĐNĐL tự nhiên: Nu = f(Gr,Pr)
- TĐNĐLc ỡng bức: Nu = f(Re,Pr)
3. Kích th ớc xác định: Kích th ớc xác định l (m), d(m)hoặc (m) là kích th ớc
đặc tr ng cho một hiện t ợng TĐNĐL và có mặt trong một số các TCĐD và do
ng ời xây dựng công thức TN quy định.
- Đ ờng kính t ơng đ ơng:
4. Nhiệt độ xác định: Nhiệt độ xác định là nhiệt độ xác định các đại l ợng vật lý
nh , a v.v mà ng ời xây dựng các công thức TN quy định.
Quy ớc:

Chân các TCĐD có chữ m chỉ nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình
t
m
= 0,5(t
f
+ t
w
)

Chân cacs TCĐD có chữ f chỉ nhiệt độ xác định là nhiệt độ dòng dịch
thể

Chân các TCĐD có chữ w chỉ nhiệt độ xác định là nhiệt độ bề mặt vật
rắn
H ni- 9/2009
U
F
d
td

4
=