TRUYỀN NHIỆT B1 - Khái niệm cơ bản

TRUYỀN NHIỆT
¾ Số tiếthọc: 42 tiết kéo dài trong 16 tuần
¾ GV: TS. HÀ ANH TÙNG –Bộ môn “Công nghệ nhiệt lạnh”
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.1
p.1
-Tuần 1 Æ 7 : 4 chương đầu tiên
-Tuần 8 - 9 : KIỂM TRA giữa học kỳ
-Tuần 10 Æ 16 : 4 chương cuối
- THI CUỐI HỌC KỲ
20%
20%
50%
50%
Bài tập/ Trắc nghiệm 1 :
Bài tập/ Trắc nghiệm 2 :
15%
15%
15%
15%
Mục đích môn học
¾ Nắm vững sự truyền năng lượng xảy ra giữa các vật và trong thiết bị do
sự chênh lệch nhiệt độ gây nên Æ nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng
¾ là môn cơ sở để nghiên cứu và thiết kế các loại máy nhiệt nói
riêng và các hệ thống nhiệt động nói chung
VD: -Các loại động cơ nhiệt: ĐC đốt trong, ĐC phản lực
-HTĐHKK, Tủ lạnh
-Cácthiếtbị sấy, lò hơi
-Bơm, máy nén

-Các hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời, vv….
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.2
p.2
Nội dung môn học
¾ Chương 1: Những khái niệm cơ bản
¾ Chương 2: Dẫn nhiệt
¾ Chương 3: Những khái niệm cơ bản về trao đổi nhiệt đối lưu
¾ Chương 4: Trao đổi nhiệt đối lưu trong môi trường 1 pha
¾ Chương 5: Trao đổi nhiệt khi chất lỏng biến đổi pha
¾ Chương 6: Trao đổi nhiệt bằng bức xạ
¾ Chương 7: Truyền nhiệt
¾
Chương 8: Thiết bị trao đổi nhiệt
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.3
p.3
Tài liệu tham khảo
1. Hoàng đình Tín, Truyền nhiệt & Tính toán thiết bị trao
đổi nhiệt, NXB Khoa họcvàKỹ thuật, 2007.
2. Hoàng Đình Tín, Bùi Hải–Bài tập Nhiệt động lực học
Kỹ thuật& Truyền Nhiệt -NXB ĐHQG TpHCM. 2002
3. Hoàng đình Tín, Cơ sở Nhiệt công nghiệp, NXB Đại học
quốc gia Tp HCM, 2006.
4. M. Mikheyev - Fundamental of Heat Transfer - Mir
Publisher, Moscow, 1968.

Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.4
p.4
Bài 1
Chương 1 (Phần1): Những khái niệm cơ bản
1.1 Khái niệm chung về Truyền nhiệt
1.2 3 dạng Truyền nhiệt
1.3 Bài toán Truyền nhiệt tổng hợp
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.5
p.5
1.4 Giới thiệu về Thiết bị trao đổi nhiệt
-Dẫn nhiệt
- Đối lưu
-Bức xạ
1.1 Khái niệm chung về Truyền nhiệt
 Là dạng truyền năng lượng khi có sự chênh lệch về nhiệt độ
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.6
p.6
NHIỆT LƯỢNG
VD:
Bài toán truyền nhiệt :
- Xác định nhiệt độ tại1 vị trí nào đó trong vật

- Xác định Nhiệt lượng Q truyền qua vật
Joule: J = N.m
Watt : W = J/s
Q : đơn vị
1.2 3 dạng truyền nhiệt cơ bản
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.7
p.7
B. Đối lưu
C. Bức xạ
A. Dẫn nhiệt
-Xảy ra do chênh lệch nhiệt độ giữa
các vùng trong vật rắn hoặc giữa 2
vật rắn tiếp xúc nhau.
-Xảy ra do chênh lệch nhiệt độ
giữa 2 vật đặt cách xa nhau
-Xảy ra do chênh lệch nhiệt độ giữa bề
mặt vật rắn với môi trường chất lỏng
xung quanh nó.
A. Dẫn nhiệt
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.8
p.8
ĐN: là quá trình truyền nhiệt khi có 2 điều kiện:
-Từ vùng có T
o

cao đến vùng có T
o
thấp
-và giữa các phần của 1 vật hay giữa các vật tiếp xúc nhau.
(Đây là qt truyền nhiệt điển hình trong vật rắn: bảnchất do sự truyền động năng
hay va chạmgiữa các phân tử, nguyên tử)
Q
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.9
p.9
 Dòng nhiệt truyền qua vật (trong 1s) theo phương x được tính theo ĐL Fourier:
TiếtdiệnF
x
Q
x
x
T
FQ
x
∂
∂
λ−=
(W)
x
T
F
Q
q

x
x
∂
∂
λ−==
(W/m
2
)
- Q
x
là dòng nhiệt truyền theo phương x trong thời gian 1s (W)
- q
x
là mật độ dòng nhiệt truyền theo phương x trong thời gian 1s (W/m
2
)
- T là nhiệt độ tuyệt đối của vật (K)
- F là diện tích tiết diện vuông góc với phương x (m
2
)
- λ là hệ số dẫn nhiệt của vật (W/m.K)
với:
Ví dụ
Ví dụ
:
:
Tính toán dẫn nhiệt
Tính toán dẫn nhiệt
qua
qua

vách phẳng
vách phẳng
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.10
p.10
Q
T
1
T
2
- Vách phẳng có:
+ Diện tích F (m
2
)
+ Bề dày δ (m)
+ Hệ số dẫn nhiệt λ (W/m.K)
+ Nhiệt độ 2 bề mặt vách T
1
và T
2
δ
λ
T
FQ
Δ
=
ĐL
Fourier

(W)
hay
λ
δ
/
T
q
Δ
=
(W/m
2
)
(R
λ
được gọi là nhiệt trở dẫn nhiệt của vách phẳng)
ĐL Ohm
R
U
I =
T
1
T
2
λ
δ
λ
=R
Ứng dụng phương pháp nhiệt trở
Ứng dụng phương pháp nhiệt trở
Người soạn: TS. Hà anh Tùng

ĐHBK tp HCM
8/2009
p.11
p.11
321
41
RRR
tt
q
++
−
=
Hệ
Hệ
số dẫn nhiệt
số dẫn nhiệt
λ
λ
của vật liệu
của vật liệu
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.12
p.12
Trong thực tế có
thể xem λ là hằng
số ứng với nhiệt
độ trung bình của
vật t

tb
Từ t
tb
của vật tra
bảng suy ra λ
λ phụ thuộc vào nhiệt độ
)1( bt
o
+
=
λ
λ
Một số ứng dụng của hiện tượng dẫn nhiệt
Một số ứng dụng của hiện tượng dẫn nhiệt
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.13
p.13
Vật liệu cách nhiệt (có λ nhỏ)
Lớp nước đá có tác dụng cách
nhiệt chống hơi lạnh xâm nhập
B.
B.
Trao đổi nhiệt
Trao đổi nhiệt
ĐỐI LƯU
ĐỐI LƯU
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM

8/2009
p.14
p.14
ĐN: là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra khi giữa một bề mặt vật rắn tiếp xúc với môi
trường chất lỏng (khí) có nhiệt độ khác nhau Æ có sự chuyển động của chất lỏng
Ví dụ:
Một số ví dụ về trao đổi nhiệt đối lưu
Một số ví dụ về trao đổi nhiệt đối lưu
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.15
p.15
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.16
p.16
Trao đổi nhiệt đối lưu khi không khí tiếp xúc dàn nóng, dàn lạnh
THỰC NGHIỆM
Để tính trao đổi nhiệt đối lưu
Để tính trao đổi nhiệt đối lưu
Æ
Æ
th
th
ườ
ườ
ng d
ng d

ù
ù
ng c
ng c
ô
ô
ng th
ng th
ứ
ứ
c
c
Newton
Newton
:
:
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.17
p.17
Q
F
T
w
T
f
(
)
fw

TTFQ
−
=
α
(W)
hay
α
/1
T
q
Δ
=
(W/m
2
)
trong đó:
- α là hệ số tỏa nhiệt đối lưu (W/m
2
.K)
-Flà diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m
2
)
- T
w
là nhiệt độ trung bình của bề mặt ( K hoặc
o
C)
- T
f
là nhiệt độ trung bình của chất lỏng ( K hoặc

o
C)
α
α
1
=R
Tương tự quá trình dẫn nhiệt đặt
là nhiệt trở đối lưu
T
w
T
f
R
α
SƠ ĐỒ:
C.
C.
Trao đổi nhiệt
Trao đổi nhiệt
BỨC XẠ
BỨC XẠ
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.18
p.18
ĐN: là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa các vật có nhiệt độ khác nhau đặt cách
xa nhau Æ Năng lượng bức xạ truyền trong không gian dưới dạng sóng điện từ
Tính chất của năng lượng bức xạ
Tính chất của năng lượng bức xạ

Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.19
p.19
-Mọi vật luôn phát ra năng lượng bức
xạ và nhận năng lượng bức xạ từ các
vật khác đến
-Năng lượng bức xạ phát ra từ vật tỉ lệ
với nhiệt độ tuyệt đối lũy thừa bậc 4
E ~ T
4
-Vật đen tuyệt đối sẽ nhận năng lượng
bức xạ lớn nhất
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.20
p.20
A White sifaka Lemur
To warm up in the morning, they turn their dark bellies toward
the sun.
Để tính trao đổi nhiệt bức xạ
Để tính trao đổi nhiệt bức xạ
Æ
Æ
c
c
ô
ô

ng th
ng th
ứ
ứ
c
c
Stefan
Stefan
-
-
Boltzmann
Boltzmann
:
:
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.21
p.21
(
)
4
2
4
112
TTFQ −=
σϕ
(W)
(
)

(
)
(
)
(
)
21
3
11221
2
2
2
12112
4 TTTFTTTTTTFQ −≈−++=
σϕσϕ
trong đó:
- ϕ
12
là hệ số chiếu xạ (ϕ
12
< 1)
-F là diện tích trao đổi nhiệt (m
2
)
- σ là hằng số Stefan-Boltzmann (σ = 5,6697.10
-8
W/m
2
.K
4

)
- Τ
1
, Τ
2
là nhiệt độ tuyệt đối tại bề mặt hai vật 1 và 2 (K)
(
)
21
TTFQ
bx
−
=
α
hay
bx
T
q
α
/1
Δ
=
Trong trường hợpT
1
–T
2
<< T
1
bx
bx

R
α
1
=
là nhiệt trở bức xạ
1.3 Bài toán Truyền nhiệt tổng hợp
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.22
p.22
Q = kF(t
f1
–t
f2
) k: Heä soá truyeàn nhieät (W/m
2
.K)
1.4 Giới thiệu về Thiết bị trao đổi nhiệt
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.23
p.23
9
9
9
9
9
9

Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.24
p.24
Động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong
Máy điều hòa nhiệt độ
Máy điều hòa nhiệt độ
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.25
p.25