Các quá trình truyền nhiệt - Phần 5 pot

Phần 2
Các quá trình truyền nhiệt
GV: TS. Nguyễn Minh Tân
Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2
Các phương thức truyền nhiệt
• Dẫn nhiệt/Conduction: Quá trình truyền nhiệt từ phần tử
này đến phần tử khác của vật chất khi chúng tiếp xúc trực
tiếp với nhau
• Đối lưu/Convection: Quá trình truyền nhiệt do các phần
tử chất lỏng hoặc chất khí đổi chỗ cho nhau, do chúng có
nhiệt độ khác nhau hoặc là do bơm, quạt, khuấy trộn,…
• Bức xạ/Radiation: Qua trình truyền nhiệt dưới dạng các
sóng điện từ. Nhiệt năng biến thành các tia bức xạ rồi
truyền đi, khi gặp vật thể nào đó thì một phần năng lượng
bức xạ đố được biến thành nhiệt năng, một phần phản xạ
lại, và một phần xuyên qua vật thể
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 3
 
 
WttF
tt
TT
C
Q
KT
KT
KT
bx
,
100100

44
21


























1.4.1. TRAO ĐỔI NHIỆT PHỨC TẠP
Việc vận chuyển nhiệt lượng được xảy ra đồng thời theo ba phương thức: dẫn

nhiệt, bức xạ nhiệt và đối lưu. Quá trình trao đổi nhiệt như vậy gọi là trao đổi
nhiệt phức tạp.
Ví dụ: sự trao đổi nhiệt giữa vật thể rắn và môi trường khí -> Quá trình này gồm
cả đối lưu và bức xạ.
1.4. Truyền nhiệt
Lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ:
T
T
và T
K
- nhiệt độ của tường và khí,
o
K.
W
TT
FCQ
KT
bx
,
100100
44
21


























bx
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4
1.4.1. TRAO ĐỔI NHIỆT PHỨC TẠP
1.4. Truyền nhiệt
 
WttQ
KTbxbx
,

Hệ số 
bx
là hệ số cấp nhiệt bằng bức xạ, có thứ nguyên là:
 















đôm
W
đôsm
bx

1
22

Toàn bộ lượng nhiệt do tường cấp bằng bức xạ và bằng đối lưu:

dl
- hệ số cấp nhiệt do đối lưu

bx
- hệ số cấp nhiệt do bức xạ.
   

KTdlKTbxdlbx
ttFttFQQQ 

   
KTdlbx
ttFQ 

QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5
1.4.2. TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG VÀ TƯỜNG ỐNG
1.4. Truyền nhiệt
Truyền nhiệt: Quá trình vận chuyển nhiệt lượng từ một lưu thể này sang lưu
thể khác (cấp nhiệt, dẫn nhiêt và bức xạ nhiệt
Truyền nhiệt đẳng nhiệt xẩy ra trong trường hợp nhiệt độ của hai lưu thể đều
không thay đổi theo cả vị trí và thời gian, tức là hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể là
một hằng số ở mọi vị trí và thời gian.
Truyền nhiệt biến nhiệt xẩy ra trong trường hợp nhiệt độ của lưu thể có thay
đổi trong thời gian làm việc, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể có thay đổi:
-Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định: khi hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể biến
đổi theo vị trí nhưng không biến đổi trong không gian. Chỉ xảy ra với các
quá trình làm việc liên tục.
- Truyền nhiệt biến nhiệt không ổn định khi hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu
thể có biến đôỉ theo cả vị trí và thời gian. Chỉ xảy ra trong các quá trình
làm việc gián đoạn.
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6
1.4.2. TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG VÀ TƯỜNG ỐNG
1.4. Truyền nhiệt
Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường
phẳng
Giả thiết: Quá trình nhiệt ổn đinh, lượng nhiệt chuyển qua
mỗi giai đoạn cùng một khoảng thời gian thì bằng nhau

(I) Nhiệt truyền từ lưu thể nóng đến bề mặt tường (cấp nhiệt);
(II) Nhiệt dẫn qua tường (dẫn nhiệt );
(III) Nhiệt truyền từ mặt tường đến lưu thể nguội (cấp nhiệt)
Quá trình truyền nhiệt từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội gồm ba giai đoạn:
Q nóng Q lạnh
t
1
t
T1
t
T2
t
2
Vùng I : Cấp nhiệt đối
lưu từ lưu thể nóng đến
tường
Định luật NEWTON
 
111

T
ttFQ 

Vùng II : dẫn nhiệt qua
tường
Định luật FOURIER
 
FttQ
TT


21


Vùng III: Cấp nhiệt
đối lưu từ tường đến
lưu thể lạnh
Định luật NEWTON
 
222
ttFQ
T


Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường
phẳng
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8
1.4.2. TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG VÀ TƯỜNG ỐNG
1.4. Truyền nhiệt
Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường
phẳng
 
21
21
.
11
ttFQ 













 
21
21
.
11
1
ttFQ 













K: hệ số
truyền nhiệt

Hệ số truyền nhiệt K là lượng nhiệt truyền đi trong 1 giây từ lưu
thể nóng đến lưu thể nguội qua 1m2 bề mặt tường phân cách
khi hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể là 1 độ
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9
1.4.2. TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG VÀ TƯỜNG ỐNG
1.4. Truyền nhiệt
Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường
phẳng
 
21
21
.
11
ttFQ 












 
21
21
.

11
1
ttFQ 













K: hệ số
truyền nhiệt
Hệ số truyền nhiệt K là lượng nhiệt truyền đi trong 1 giây từ lưu
thể nóng đến lưu thể nguội qua 1m2 bề mặt tường phân cách
khi hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể là 1 độ
Nhiệt trở của
hai lưu thể
Nhiệt trở của
tường
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 10
1.4.2. TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG VÀ TƯỜNG ỐNG
1.4. Truyền nhiệt
Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng nhiều lớp
đôm

W
K
n
i
i
i
2
2
1
1
,
11
1







QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11
Lr
Q
tt
T
.2
11
11



 
LrttQ
T 1111
2.


 
21
1
2
lg3,2
1
2
TT
tt
r
r
L
Q 




L
r
r
Q
tt
TT



2
ln3,2
1
.
1
2
21










22
22
2 rL
Q
tt
T


 
2222
2 rttQ
T



+
L
rr
r
r
Q
tt


2
1
lg.3,2
11
221
2
11
21


















 
LttKQ
T

2
21

221
2
11
1
lg3,2
11
1
rr
r
r
K
T



321
21

RRR
Q
tt


RL
K


.2
1

r
2
r
1
Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống
Vùng I : Cấp nhiệt đối
lưu từ lưu thể nóng đến
tường
Vùng II :
dẫn nhiệt qua tường
Vùng III: Cấp nhiệt
đối lưu từ tường đến
lưu thể lạnh
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12
1.4.3. TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH
1.4. Truyền nhiệt
- Hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể biến đổi theo vị trí nhưng không biến
đổi theo thời gian (tương ứng từng vị trí của bề mặt trao đổi nhiệt, hiệu số

nhiệt độ giữa hai lưu thể có giá trị khác nhau)
- Không thể tính lượng nhiệt truyền đi với t = t1-t2 như trong truyền nhiệt
đẳng nhiệt mà phải tính theo nhiệt độ trung bình ttb.
Chiều chuyển động của lưu thể
1
2
1
2
1
2
1
2
1
Lưu thể nóng giảm
nhiệt độ từ t
1đ
đến
nhiệt độ cuối t
1c
.
Lưu thể nguội tăng
nhiệt độ từ t
2đ
đến
nhiệt độ cuối t
2C
.
Hiệu số nhiệt độ giữa
hai lưu thể thay đổi từ
trị số đầu t

đ
đến trị
số cuối t
C
.
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 13
1.4.3. TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH
1.4. Truyền nhiệt
Hiệu số nhiệt độ trung bình
Xuôi
chiều
Vì hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể thay đổi
theo vị trí nên ta phải nghiên cứu hiện tượng
truyền nhiệt qua một nguyên tố bề mặt rất
nhỏ dF để hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt
lưu thể thay đổi không đáng kể.
Lượng nhiệt truyền qua một nguyên tố bề mặt dF
 
WdFttKdQ ,
21

Đối với lưu thể nóng
111
dtCGdQ 
Đối với lưu thể nguội
222
dtCGdQ 
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 14
1.4.3. TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH
1.4. Truyền nhiệt

Hiệu số nhiệt độ trung bình
Xuôi
chiều
 









2211
21
11
CGCG
dQttd
 












2211
21
11
CGCG
ttd
dQ
 
 











2211
21
21
11
CGCG
ttd
dFttK
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 15
1.4.3. TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH
1.4. Truyền nhiệt
Hiệu số nhiệt độ trung bình

Xuôi
chiều
 











2211
11
CGCG
KdF
t
td
ttt 
21
ddd
ttt 
21
ccc
ttt 
21
 















F
t
t
dF
CGCG
K
t
td
c
d
0
2211
11
F
CGCG
K
dc

d
c
ettF
CGCG
K
t
t





















2211
11

2211
11
ln
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 16
1.4.3. TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH
1.4. Truyền nhiệt
Hiệu số nhiệt độ trung bình
Theo qui luật cân bằng nhiệt lượng
   
dccd
ttCGttCGQ
222211111

   
Q
tttt
CGCG
ccdd 2121
2211
11


Q
tt
CGCG
cd


2211
11

QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 17
1.4.3. TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH
1.4. Truyền nhiệt
Hiệu số nhiệt độ trung bình
Q
tt
KF
t
t
cd
c
d




 ln
c
d
cd
t
t
tt
KFQ




ln
t

tb
tb
tKFQ 
2
2
cd
tb
c
d
tt
t
t
t 



QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 18
1.4.3. TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH
1.4. Truyền nhiệt
Hiệu số nhiệt độ trung bình
c
d
cd
tb
t
t
tt
t





ln
Chảy ngược
chiều
lấy hiệu số nhiệt độ nào lớn
hơn làm hiệu số nhiệt độ đầu
t
d
và hiệu số nhiệt độ nào
nhỏ hơn làm hiệu số nhiệt độ
cuối t
c
.
c
d
cd
ttb
t
t
tt
t





ln

Chảy chéo dòng

Hệ số 
t
phụ thuộc vào tỷ số nhiệt độ của các chất thải nhiệt
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 19
1.4.4. CHỌN CHIỀU LƯU THỂ
1.4. Truyền nhiệt
Khi truyền nhiệt ổn định, có 3 trường hợp:
- Cả hai lưu thể cùng không biến đổi nhiệt độ theo vị trí cũng như thời gian
- Một trong hai lưu thể không biến đổi nhiệt độ trong suốt quá trình trao đổi nhiệt
còn lưu thể kia thì biến đổi nhiệt độ theo vị trí từ tđ đến tc nhưng không biến đổi
theo thời gian
- Cả hai lưu thể đều biến đổi nhiệt độ theo vị trí, nhưng không biến đổi theo thời
gian.
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 20
1.4.4. CHỌN CHIỀU LƯU THỂ
1.4. Truyền nhiệt
   
dccd
ttCGttCGQ
22221111

   
dccd
ttCGttCGQ
22221111

 
 
cd
dc

ttC
ttCG
G
111
2222
1



 
 
dc
cd
ttC
ttCG
G
222
1111
2



QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 21
Bài tập