Tải bản đầy đủ (.pdf) (97 trang)

Những khái niệm cơ bản về truyền nhiệt

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.01 MB, 97 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<i><b>Chương 1 </b></i>

<b>NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TRUYỀN NHIỆT </b>

Truyền nhiệt là một quá trình phức tạp xảy ra đồng thời bởi ba dạng trao đổi nhiệt cơ bản: trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ.

<b>1.1 DẪN NHIỆT </b>

Dẫn nhiệt là một dạng truyền nhiệt năng từ vùng có nhiệt độ cao  vùng có

<i>Định luật cơ bản về dẫn nhiệt Fourier: “Mật độ dòng nhiệt truyền qua bằng phương thức dẫn nhiệt theo phương qui định tỷ lệ thuận với diện tích vng góc với phương truyền và gradien nhiệt độ theo phương ấy”. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Với Q<small>x </small>- dòng nhiệt truyền qua diện tích F, W q<small>x </small>- mật độ dòng nhiệt, W/m<small>2</small>

F - diện tích bề mặt truyền nhiệt qua, m<small>2</small>.

 _ thông số vật lý của vật liệu đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của vật  hệ số dẫn nhiệt (HSDN)

Dấu “” trong phương trình: vectơ gradient nhiệt độ ngược chiều vectơ mật độ dòng nhiệt.

HSDN phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và được xác định

Từ (1.2)  HSDN về trị số bằng nhiệt lượng truyền qua 1 đơn vị bề mặt đẳng nhiệt trong 1 đơn vị thời gian khi gradient nhiệt độ bằng 1. HSDN phụ thuộc nhiệt độ:

<i><small>o</small></i>

<small>o</small> - hệ số dẫn nhiệt ở nhiệt độ 0<small>o</small>C b - hằng số xác định bằng thực nghiệm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>1.1.1 Hệ số dẫn nhiệt của chất khí </b>

<i><b>Hình 1.1 </b> (t) của chất khí </i>

Thơng thường  = f(T). Khi nhiệt độ tăng   tăng.

HSDN chất khí :  = 0,006 ÷ 0,6 W/m.độ

<b>1.1.2 Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng giọt </b>

Cơ cấu truyền nhiệt năng: sự truyền năng lượng của dao động đàn hồi hỗn loạn.

Hầu hết chất lỏng có HSDN giảm khi nhiệt độ tăng trừ nước và glixêrin.

HSDN của chất lỏng giọt:  = 0,07 ÷ 0,7W/m.độ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>1.1.3 Hệ số dẫn nhiệt của vật rắn </b>

<i><b>1- Kim loại và hợp kim </b></i>

Sự truyền nhiệt năng: do các điện tử tự do, dao động của các ngun tử dưới dạng sóng đàn hồi khơng đáng kể. Trong kim loại HSDN và HS dẫn điện tỷ lệ thuận với nhau. Khi nhiệt độ tăng  sự hỗn loạn của điện tử tự do tăng lên  HSDN và dẫn điện trong kim loại giảm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<i><b>Hình 1.5 HSDN của một số kim loại nguyên chất phụ thuộc </b></i>

<i>nhiệt độ </i>

HSDN của hợp kim tăng khi nhiệt độ tăng.

HSDN chất khí và vật liệu cách nhiệt tăng khi nhiệt độ tăng.

<i><b>2- Vật rắn cách điện </b></i>

Thường HSDN tăng khi t tăng (HSDN phụ thuộc kết cấu, độ xốp và độ ẩm của vật liệu, khối lượng riêng).

HSDN của vật liệu xốp phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm. HSDN của vật liệu ẩm > HSDN của vật liệu khô và nước.

VD: - gạch khô  = 0,35 W/m.độ - nước  = 0,60 W/m.độ - gạch ẩm  = 1 W/m.độ

 do chuyển động mao dẫn của nước trong vật liệu xốp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

HSDN của VLXD và VLCN:  = 0,023 ÷ 0,25W/m.độ.

<b>Vật liệu có HSDN < 0,25W/m.độ  vật liệu cách nhiệt. </b>

<b>Hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu ở 0 <small>o</small></b>

<b><small>Thép Crôm Niken (18%Cr,8%Ni) </small></b>

<b><small>Vật liệu phi kim loại </small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Chất lỏng chảy qua bề mặt vật rắn ( chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt t<small>w </small>và môi trường chất lỏng t<small>f</small>)  giữa bề mặt và chất lỏng có trao đổi nhiệt  q trình TĐN đối lưu (hoặc tỏa nhiệt đối lưu).

Nếu sự chuyển dịch của chất lỏng là do nhân tạo (như với bơm, quạt, máy nén)  TĐN đối lưu cưỡng bức.

Nếu sự chuyển động của chất lỏng do lực nâng, chênh

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

lệch khối lượng riêng (do sự chênh lệch về nhiệt độ)  TĐN đối lưu tự nhiên.

QFt

<sub>w</sub>

t

<sub>f</sub>

<sub>(1.4) </sub> trong đó: Q - dòng nhiệt, W

 - cường độ trao đổi nhiệt đối lưu, W/m<small>2</small>.độ F - diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m<small>2</small>

t<small>w</small> - nhiệt độ bề mặt vật rắn, <small>o</small>C

t<small>f </small>- nhiệt độ trung bình của chất lỏng, <small>o</small>C

<b>1.3 TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ </b>

<b> Hai vật có nhiệt độ khác </b>

nhau đặt cách xa nhau trong môi trường chất khí hoặc chân khơng

 TĐN bức xạ.

Năng lượng BX phát ra của vật tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối lũy thừa bậc 4:

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Dòng BX giữa vật xám có giá trị nhiệt độ là t<small>1</small> với diện tích bề mặt F, hệ số phát xạ  đặt trong một hệ bề mặt khép kín có nhiệt độ t<small>2</small>:

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<i><b>1.5 THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<i><b>Chương 2 </b></i>

<b>KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ DẪN NHIỆT VÀ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT </b>

<b>2.1 TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ </b>

Nhiệt độ là một thơng số trạng thái  mức độ nóng lạnh của một vật. Trường hợp tổng quát nhiệt độ t là hàm số của tọa độ x, y, z và thời gian :

fx, y,z,

Tập hợp giá trị nhiệt độ của tất cả điểm khác nhau trong một vật tại một thời điểm nào đó ø trường nhiệt độ.

Trường nhiệt độ: TNĐ ổn định và không ổn định

+ TNĐ không biến thiên theo thời gian  TNĐ ổn định (1 chiều, 2 chiều, 3 chiều).

+ TNĐ biến thiên theo thời gian  TNĐ không ổn định (1 chiều, 2 chiều, 3 chiều).

<i>Xét trường nhiệt độ ổn định 1 chiều </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>2.2 GRADIENT NHIỆT ĐỘ </b>

Tại một thời điểm nào đó, tập hợp tất cả các điểm của vật có nhiệt độ như nhau  mặt đẳng nhiệt (mặt đẳng nhiệt là quĩ tích của các điểm có nhiệt độ như nhau tại một thời điểm nào đĩ.

MĐN không cắt nhau, chúng là những mặt khép kín hoặc kết thúc ở bề mặt vật.

<i><b>Hình 2.1 Mặt đẳng nhiệt, gradt </b></i>

Độ tăng nhiệt độ theo phương ph/tuyến bề mặt đẳng nhiệt (BMĐN) được đặc trưng bằng gradient nhiệt độ  là 1 vectơ có phương trùng với phương ph/tuyến của BMĐN và có chiều dài là chiều tăng nhiệt độ:

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<small>n</small> - vectơ đ.vị theo phương ph/tuyến với BMĐN và có chiều là chiều tăng nhiệt độ.

<small>nt</small>

<small></small> - đạo hàm của nhiệt độ theo phương ph/tuyến n.

<b>2.3 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT </b>

Khi giải các bài tốn có liên quan đến trường nhiệt độ  phải biết phương trình vi phân dẫn nhiệt (PTVP DN).

Để thiết lập PTVP DN  giả thiết: - Vật đồng chất và đẳng hướng. - Thông số vật lý là hằng số. - Vật xem là hoàn toàn cứng.

- Các phần vĩ mô của vật khơng có sự chuyển động tương đối với nhau.

- Nguồn nhiệt bên trong phân bố đều là <small>q</small><sub>v</sub> <small>f</small><small>x, y,z,</small>. Trên cơ sở ĐL BTNL và ĐL Fourier  thiết lập PTVP

<i>DN. Định luật bảo toàn năng lượng: “Nhiệt lượng dQ đưa vào phân tố thể tích dv sau khoảng thời gian d</i><i> do dẫn nhiệt và </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<i>nguồn nhiệt bên trong phát ra bằng sự biến thiên nội năng trong phân tố thể tích vật”: </i>

dQ<small>1</small> - nhiệt lượng đưa vào phân tố thể tích bằng dẫn nhiệt sau khoảng thời gian d.

dQ<small>2</small> - nhiệt lượng tỏa ra trong phân tố thể tích sau khoảng thời gian d do nguồn nhiệt bên trong.

dQ - độ biến thiên nội năng trong phân tố thể tích dv sau khoảng thời gian d.

<i><b>Hình 2.2 </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Theo phương x, (nhiệt lượng đưa vào tại vị trí x và đưa ra

Nhiệt lượng tích tụ lại trong phân tố thể tích theo phương x sau khoảng thời gian d:

Hoặc

<i>dQ</i>

<sub>1</sub><i><sub>x</sub></i>

<i>q</i>

<i><sub>x</sub></i>

<i>dydzd</i><i>q</i>

<i><sub>x</sub></i><sub></sub><i><sub>dx</sub></i>

<i>dydzd</i>

<sub>(a) </sub> Hàm <small>qx</small><sub></sub><small>dx</small> liên tục trong khoảng dx  khai triển thành

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Nhiệt lượng tích tụ lại trong phân tố thể tích dv sau khoảng thời gian d do dẫn nhiệt: Nếu năng suất phát nhiệt của nguồn nhiệt bên trong phân bố đều là q<small>v</small> (W/m<small>3</small>)  nhiệt lượng tỏa ra do nguồn nhiệt bên

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>2.4 ĐIỀU KIỆN ĐƠN TRỊ </b>

PTVP DN + điều kiện đơn trị  điều kiện toán học đầy đủ diễn tả hiện tượng cần nghiên cứu.

Điều kiện đơn trị gồm:

<b>2.5.1 Điều kiện hình học </b>

Đặc trưng hình dáng, kích thước của vật.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>2.5.2 Điều kiện vật lý </b>

Cho biết các TSVL của vật (, c, ...) và có thể cho biết qui luật phân bố nguồn nhiệt bên trong vật.

<b>2.5.3 Điều kiện thời gian </b>

 cần thiết khi khảo sát q trình khơng ổn định, nó cho biết qui luật phân bố nhiệt độ trong vật ở một thời gian nào đó (thơng thường là trong khoảng thời gian ban đầu  điều kiện ban đầu).

Khi <small>0</small>; <small>tf</small><small>x, y,z</small>

Nếu thời điểm ban đầu sự phân bố nhiệt độ đồng nhất: Khi <small>0</small>; <small>tt</small><sub>o</sub> <small>const</small>

<b>2.5.4 Điều kiện biên </b>

Cho biết đặc điểm tiến hành quá trình trên bề mặt của vật.

<i><b>1- Điều kiện biên loại 1 </b></i>

Điều kiện này cho biết nhiệt độ bề mặt t<small>w</small> , nhiệt lượng dQ truyền qua bề mặt dF chưa biết.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<i><b>2- Điều kiện biên loại 2 </b></i>

Ngược với điều kiện biên loại 1 là cho biết nhiệt lượng truyền qua bề mặt nhưng nhiệt độ trên bề mặt t<small>w</small> chưa biết.

<i><b>3- Điều kiện biên loại 3 </b></i>

Cho biết nhiệt độ môi trường t<small>f</small> và qui luật TĐN giữa bề mặt vật với mơi trường xung quanh trong quá trình làm nguội (hoặc làm nóng) vật  áp dụng định luật NewtonRicman.

ĐL Newton-Ricman: “Nhiệt lượng tỏa ra trên 1 đơn vị bề

<i>mặt vật trong 1 đơn vị thời gian tỷ lệ thuận với hiệu số nhiệt độ giữa bề mặt vật t<small>w </small>và môi trường t<small>f</small></i>”:

t

<sub>w</sub>

t

<sub>f</sub>

 - hệ số tỏa nhiệt, đơn vị W/m<small>2</small>.đđộ.

Hệ số tỏa nhiệt đặc trưng cường độ TĐN giữa bề mặt vật với mơi trường xung quanh.

<i><b>4- Điều kiện biên loại 4 </b></i>

Điều kiện này đặc trưng qui luật truyền nhiệt năng của hệ vật hoặc vật với môi trường xung quanh theo định luật dẫn

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

nhiệt. Giả thiết giữa các vật có sự tiếp xúc lý tưởng (nhiệt độ chỗ tiếp xúc đồng nhất)  trong điều kiện khảo sát có sự cân bằng về dịng nhiệt qua chỗ bề mặt tiếp xúc

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<i><b>Chương 3 - DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH </b></i>

Trong quá trình dẫn nhiệt ổn định, nhiệt độ của vật không biến đổi theo thời gian  <sup>t</sup> <small>0</small>

- Vách có chiều rộng >> chiều dày

- Nhiệt độ bề mặt ngồi duy trì khơng đổi là t<small>1</small> và t<small>2</small>.

- Nhiệt độ chỉ biến thiên vng góc với bề mặt vách  trường hợp dẫn nhiệt ổn định 1 chiều

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<i><b>Hình3.1 DN qua vách phẳng 1 lớp</b></i>

Giải PTVP (*) tìm được nghiệm:

<i><b>Điều kiện biên: ( loại 1) </b></i>

 Quy luật phân bố nhiệt độ bên trong vách:

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

Mật độ dịng nhiệt truyền qua vách:

<i>R</i>

(m<small>2</small>K/W) : nhiệt trở DN của vách phẳng 1 lớp.

Nhiệt lượng truyền qua toàn bộ bề mặt vách có diện tích

Nhiệt lượng truyền qua tồn bộ bề mặt vách có diện tích F sau khoảng thời gian :

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

chiều rộng 5m, chiều cao 3 m, chiều dày vách  = 250 mm. Nhiệt độ trên bề mặt vách duy trì khơng đổi t<small>1</small> = 70<small>o</small>C và t<small>2</small> = 20<small>o</small>C. Tính nhiệt lượng truyền qua vách.

1/ Tính mật độ dòng nhiệt truyền qua vách phẳng rộng, đồng chất, chiều dày vách  = 50 mm, nhiệt độ bề mặt trong và bề mặt ngồi khơng đổi t<small>1</small> = 100<small>o</small>C và t<small>2</small> = 90<small>o</small>C trong các TH vách làm bằng các vật liệu:

a/ Vách thép,  = 40 W/m<small>o</small>C b/ Bê tông,  = 1,1 W/m<small>o</small>C

c/ Gạch diatomit,  = 0,11 W/m<small>o</small>C

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

2/ Một lò hơi làm việc ở áp suất dư 15 bar, nhiệt độ nước cấp vào lò 180 <small>o</small>C, hơi sinh ra là hơi bão hịa khơ, sản lượng hơi 20 kg/m<small>2</small>h. Xác định độ chênh nhiệt độ trong và ngoài vách thép của lò , biết  = 50 W/m<small>o</small>C, chiều dày vách  = 20 mm.

<b>3.2 DẪN NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG NHIỀU LỚP </b>

Trên thực tế vách được tạo nên bởi nhiều lớp vật liệu

<i><b>Hình 3.2 Dẫn nhiệt qua vách phẳng gồm 3 lớp vật liệu </b></i>

Giả thiết:

- Một vách phẳng gồm 3 lớp, độ dày <small>1</small>, <small>2</small>, <small>3</small> (m) - HSDN <small>1</small>, <small>2</small>, <small>3</small> (W/m.độ)

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

- Nhiệt độ bề mặt trong cùng: t <sub>1</sub> - Nhiệt độ bề mặt ngoài cùng: <small>t</small><sub>4</sub>  tìm q, t<small>2</small>, t<small>3 </small>

Ở chế độ nhiệt ổn định, dòng nhiệt qua các bề mặt đẳng nhiệt bất kỳ của các vách bằng nhau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

: nhiệt trở dẫn nhiệt của vách phẳng nhiều lớp.

<b> Nhiệt độ ở các lớp tiếp xúc: </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

Vách lò hơi gồm 3 lớp tạo thành, trong cùng là lớp gạch chịu lửa có độ dày <small>1</small> = 230mm, HSDN <small>1</small> = 1,10W/m<small>o</small>C, lớp ngoài cùng là gạch xây dựng có chiều dày <small>3</small> = 240mm và

<small>3</small> = 0,58W/m<small>o</small>C, giữa hai lớp có khoảng cách <small>2</small><i> = 50mm được </i>

lót bằng amiăng có HSDN <small>2</small> = 0,10W/m<small>o</small>C. Nhiệt độ bề mặt trong cùng của vách lị là t<small>1</small> = 500<small>o</small>C và bề mặt ngồi cùng là t<small>4</small> = 50<small>o</small>C.

Xác định dòng nhiệt truyền qua vách, nhiệt độ lớp tiếp xúc giữa gạch xây dựng và amiăng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

1/ Một vách buồng sấy gồm 2 lớp vật liệu, lớp gạch đỏ dày 250 mm, <small>1</small> = 0,7 W/m<sup>o</sup>C, phía ngồi là lớp vật liệu có

<small>2</small> = 0,0465 W/m<sup>o</sup>C. Biết nhiệt độ bề mặt trong cùng 110<sup>o</sup>C và bề mặt ngoài cùng 25<small>o</small>

C.

Xác định chiều dày lớp vật liệu thứ 2, nhiệt độ các lớp tiếp xúc để tổn thất nhiệt qua vách buồng sấy không vượt quá 110 W/m<sup>2</sup><small>.</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

<i><b>3.3 Trao đổi nhiệt giữa hai lưu chất qua vách phẳng </b></i>

<i>(Điều kiện biên loại 3)</i>

Vách phẳng một lớp: - Chiều dày <small></small> (m)

- HSDN  = const (W/m.độ)

- Hai bề mặt ngoài cùng tiếp xúc với chất lỏng nóng và lạnh có nhiệt độ t<small>f</small><sub>1</sub> <sub> và </sub>t<sub>f</sub><sub>2</sub>

- Cường độ tỏa nhiệt <sub>1</sub> và

<sub>2</sub><sub> (W/m</sub><small>2</small>độ)

<i><b>Hình 3.4 Truyền nhiệt qua vách phẳng một lớp </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Dòng nhiệt đối lưu được xác định theo CT Newton:

<small></small> , <small>o</small>C/W  nhiệt trở tỏa nhiệt

<i><b>Hình 3.5 Quá trình trao đổi nhiệt đối lưu </b></i>

<i>giữa bề mặt vách và chất lỏng </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

Đối với vách phẳng 1 lớp:

1/ Một cửa kính cĩ chiều cao 0,8m, rộng 1,5m, kính dày 8mm, HSDN 0,78 W/mK. Nhiệt độ trong phịng là 20<small>o</small>C , nhiệt độ ngồi trời là -10<small>o</small>C và hệ số toả nhiệt trong phịng <small>1</small> =10W/m<sup>2</sup>K,

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

Vách phẳng nhiều lớp:

<i>Nhận xét: mật độ dòng nhiệt q truyền qua vách phẳng tỷ lệ </i>

thuận với độ chênh nhiệt độ giữa chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh

t<sub>f</sub><sub>1</sub> t<sub>f</sub><sub>2</sub>

<sub> và tỷ lệ nghịch với tổng nhiệt trở vách R</sub><sub></sub><sub>. </sub>

<i><b>Hình 3.6 Truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

- Nhiệt độ tại các bề mặt tiếp xúc:

<b>Bài tập: </b>

1/ Một cửa kính có chiều cao 0,8m, rộng 1,5m, kính dày 8mm, HSDN 0,78 W/mK. Nhiệt độ trong phòng là 20<small>o</small>C , nhiệt độ ngoài trời là -10<small>o</small>C và hệ số toả nhiệt trong phịng <small>1</small> =10W/m<sup>2</sup>K, ngồi trời <small>2</small> = 40W/m<sup>2</sup>K.

<i>(- Tính tổn thất nhiệt qua cửa kính, vẽ sơ đồ mạng nhiệt trở.) </i>

- Nếu thay bằng kính 2 lớp, chiều dày kính là 4 mm, ở giữa là lớp khơng khí có chiều dày 10mm. Các thơng số khác giữ khơng đổi. Tính tổn thất nhiệt qua cửa kính, vẽ sơ đồ mạng nhiệt trở. So sánh 2 TH.

2/ Khảo sát vách phẳng lò đốt gồm 2 lớp: lớp thép dày 8mm, lớp cách nhiệt dày 22mm nhiệt độ vách trong cùng của lớp thép 250<sup>o</sup>C, nhiệt độ vách ngoài cùng của lớp cách nhiệt 40<small>o</small>C, hệ số dẫn nhiệt của thép <small>1</small> = 15 W/mK. Bề mặt vách ngồi tiếp xúc với mơi trường khơng khí, biết nhiệt độ mơi trường là 30<small>o</small>C và hệ

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

số toả nhiệt  = 10W/m<sup>2</sup>K.

Tính mật độ dịng nhiệt q truyền qua vách? Và hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt <small>2</small>?

<b>3.4 DẪN NHIỆT QUA VÁCH TRỤ </b>

<i><b> 1- Vách trụ 1 lớp </b></i>

- Dẫn nhiệt qua vách trụ 1 lớp đường kính trong d<sub>1</sub> <sub></sub> 2r<sub>1</sub><sub>, </sub>

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

Phương trình có dạng: Điều kiện biên (điều kiện biên loại 1):

Thay giá trị <small>C</small><sub>1</sub>và <small>C</small><sub>2</sub> vào (**) tìm được:

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

Để thuận tiên trong tính tốn kỹ thuật  tính nhiệt lượng dẫn qua ứng với L = 1m chiều dài ống:

 - nhiệt trở dẫn nhiệt của vách trụ 1 lớp ứng với chiều dài là 1 đơn vị

<i><b>2- Vách trụ nhiều lớp </b></i>

Xét một vách trụ gồm ba lớp,

r

<small>1</small><sub>, </sub>

r

<sub>2</sub><sub>, </sub>

r

<sub>3</sub><sub> và </sub>

r

<sub>4</sub>

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

t

<sub> khơng thay đổi </sub>

 tìm dịng nhiệt truyền qua vách

<i>q</i>

và nhiệt độ tại các lớp tiếp xúc

<i><b>Hình 3.10 Dẫn nhiệt qua vách trụ nhiều lớp </b></i>

Trong điều kiện ổn định nhiệt  dòng nhiệt <small>q</small> dẫn qua các lớp đều bằng nhau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

<b> Tổng quát cho vách n lớp: </b>

Nhiệt độ các lớp tiếp xúc được xác định:

<small>2</small> , để đơn giản có thể sử dụng cơng thức vách phẳng tính cho vách trụ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 41</span><div class="page_container" data-page="41">

<i><b>TĐN giữa hai lưu chất qua vách trụ (Điều kiện biên loại 3) </b></i>

Trong các thiết bị thường gặp trường hợp một chất lỏng chảy bên trong ống, truyền nhiệt lại cho chất lỏng chảy bên ngoài ống ví dụ đường ống dẫn hơi, đường ống dẫn lạnh...,  điều kiện biên loại 3.

<i><b>Hình 3.11 Truyền nhiệt qua vách trụ 1 lớp </b></i>

Trong điều kiện ổn định nhiệt:

</div><span class="text_page_counter">Trang 42</span><div class="page_container" data-page="42">

Nhiệt lượng trao đổi ứng với 1m chiều dài:

Hệ số truyền nhiệt của vách trụ 1 lớp:

</div><span class="text_page_counter">Trang 44</span><div class="page_container" data-page="44">

<i><b><small>Chương 4 - NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN </small></b></i>

<b><small>VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU </small></b>

<b><small>4.1 KHÁI NIỆM CHUNG </small></b>

<small>Quá trình tỏa nhiệt đối lưu chỉ xảy ra khi có sự TĐN giữa bề mặt vật rắn với chất lỏng chuyển động, q trình này ln ln tồn tại dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt bằng đối lưu. </small>

<small>Trao đổi nhiệt bằng đối lưu là quá trình truyền nhiệt năng khi chất lỏng chuyển dịch trong không gian từ vùng có nhiệt độ này đến vùng có nhiệt độ khác. TĐN bằng đối lưu luôn luôn đồng thời kèm theo dẫn nhiệt. Quá trình TĐN xảy ra khi bề mặt vật rắn tiếp xúc với chất lỏng (dẫn nhiệt và đối lưu đồng thời xảy ra)  quá trình tỏa nhiệt đối lưu. </small>

<small>Để thuận tiện khi tính tốn thường dùng cơng thức Newton: </small> <small>t</small><sub>f</sub> <small>t</small><sub>w</sub>

<i><b><small>Hình 4.1 Sự thay đổi nhiệt độ trong lớp biên </small></b></i>

<i><small>khi chất lỏng hấp thụ nhiệt </small></i>

<small>Hệ số tỷ lệ  đặc trưng cho các điều kiện trao đổi nhiệt  hệ số tỏa nhiệt. Hệ số tỏa nhiệt  phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. </small>

<small> hệ số tỏa nhiệt  về trị số bằng mật độ dòng nhiệt khi t = 1oC. Tỏa nhiệt đối lưu là một quá trình phức tạp phụ thuộc nhiều nhân tố </small>

<small>Q </small>

<small>x </small>

<small>t </small>

</div>

×