Giáo trình hướng dẫn tìm hiểu về cấu tạo,nhiệt độ và áp suất của mặt trời cũng như những ảnh hưởng của nó đến các hành tinh phần 8 pps

131

Do chuyển động quay quanh trục và quanh mặt trời với trục quay nghiêng
66,5
0
nhiệt độ môi trờng và mặt đất luôn thay đổi tuần hoàn theo thời gian ,
nh là tổng hợp 2 dao động nhiệt có chu kỳ
n
= 24h và
N
= 365,25. 24h, có dạng
nh H11.6.3d


11.6.4. Thu và sử dụng năng lợng Mặt trời

11.6.4.1. Hiệu ứng lồng kính








Hiêụ ứng lồng kính là hiện tợng tích lũy năng lợng bức xạ mặt trời bên
dới 1 tấm kính.
Độ trong đơn sắc D


của tấm kính và một số chất khí (nh CO

2
, NO
x
) có
đặc tính giảm dần khi tăng bức sóng Bức xạ mặt trời phát từ nhiệt độ T
0
rất cao,
có năng lợng tập trung quanh bớc sóng
mo
= 0,5 àm, xuyên qua kính (với D

mo

= 1) gần nh hoàn toàn. Bức xạ thứ cấp phát từ vật thu, có nhiệt độ T khoảng
370K, năng lợng tập trung quanh m = 78 àm hầu nh đợc giữ lại bên dới
tấm kính, do bức xạ (vào - ra) > 0, đợc tích kũy bên dới tấm kính.

11.6.4.2 Thu và sữ dụng năng lợng Mặt trời

Để thu bức xạ nhiệt mặt trời một cách hiệu quả, ngời ta thờng áp dụng
hiệu ứng lồng kính.
Hộp thu nh H 11.6.4.b, gồm mặt thu Ft có A lớn, bên dới Ft là chất cần
gia nhiệt, xung quanh là lớp cách nhiệt C, phía trên đậy 1 tấm kính K. Tấm kính
này tạo ra hiệu ứng lồng kính để tích lũy nhiệt trong hộp, đồng thời cản bớt bức xạ
và đối lu từ Ft ra ngoài môt trờng.
Để tăng nhiệt độ mặt thu Ft, ngời ta có thể dùng gơng phản xạ, là những
mặt bóng có R lớn để tập trung năng lợng bức xạ đến Ft.
Gơng phẳng xạ có thể là gơng phẳng (a), gơng nón (b), gơng Parabol
trụ (c) hoặc Parabol tròn xoay (d) (xem H 11.6.4.c). Để tăng hiệu quả thu nhiệt
thực tế, ngời ta cần dùng các thiết bị phụ để điều chỉnh cho trục gơng luôn song

song tia nắng.
Ngời ta sử dụng nhiệt mặt trời để sấy sởi, đun nấu, chạy máy lạnh hấp thụ, sản
xuất đIện năng, cungcấp nhiệt cho tiêu dùng hoặc sản xuất. Năng lợng mặt trời là loại
năng lợng không có chất thải, có sãn mọi nơi và rẻ tiền, với dung lợng lớn và lâu dàI,
sẽ là nguồn năng lợng đợc sử dụng rộng rãi trong tơng lai.
132



Chơng 12.
truyền nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt

12.1. trao đổi nhiệt phức hợp

Trao đổi nhiệt phức hợp là hiện tợng TĐN trong đó có hai hoặc cả 3
phơng thức cơ bản cùng xẩy ra. Đó là hiện tợng trao đổi nhiệt giữa vật rắn và
các môi trờng khác nhau mà nó tiếp xúc.

12.1.1. TĐN phức hợp giữa vật rắn và các môi trờng

Nếu vật rắn tiếp xúc 4 môi trờng có đặc trng pga khác nhau: rắn đ, lỏng
(l), khí (k) và chân không hoặc môI trờng các hạt dới mức phân tử (c) tại 4 bề
mặt F
r
, F
l
, F
k
và F
c

thì:
- Trong V chỉ xẩy ra hiện tợng
dẫn nhiệt đơn thuần (q

) và thay đổi nội
năng (Vu).
- Trên F
r
chỉ xẩy ra hiện tợng dẫn
nhiệt giữa F
r
và môi trờng rắn (q

r
).
- Trên F
l
chỉ xẩy ra hiện tợng toả
nhiệt giữa F
l
và chất lỏng (q

l
), vì trong
toả nhiệt đã bao gồm dẫn nhiệt và bức
xạ vào chất lỏng,đợc lớp chất lỏng gần
vách hấp thụ và mang đi theo dòng đối
lu.
- Trên F
l

chỉ xẩy ra hiện tợng
TĐN bức xạ giữa F
c
và môI trờng (q

).
- Chỉ trên F
k
mới xẩy ra đồng thời
2 hiện tợng toả nhiệt (q

k
) và TĐN bức
xạ (q

k
) với chất khí.

Dòng nhiệt trên mỗi m
2
mặt F
k
là:

q
k
= q

k
+ q

k
(12-1)
Nếu tính theo nhiệt độ và độ đen T
w
,
w
của mặt F
k
và T
k
,
k
= 1 của chất khí
thì q
k
sẽ có dạng:
q
k
=
k
(T
W
- T
k
) +
W

0
(T

W
4
- T
k
4
), (W/m
2
), (12-2)
với: =
k
+
W

0

kWƯ
4
k
4
WƯ
TT
TT


, (W/m
2
K),đợc gọi là hệ số toả nhiệt phức hợp.

12.1.2. Cân bằng nhiệt cho hệ TĐN phức hợp

Nếu qui ớc dòng nhiệt q vào thệ V lầ dơng (+), ra khỏi hệ là (-) thì
phơng trình cân bằng nhiệt tổng quát cho hệ V bất kỳ sẽ có dạng:



=
.i
QuV (j), với

i
F
ii
dFqQ , (W) (12-3)
Nếu dòng nhiệt q không đổi trên F
i
và có chiều nh hình (12.1.1) thì
phơng trình cân bằng nhiệt cho hệ V sẽ có dạng:

[
]
+++=
kk0k0llcrr0p
F)qq(FqFqFq)TT(VC ,
Khi vật V ổn định , u = 0, phơng trình CBN có dạng Q
i
= 0.
Nếu hệ vật V là chất lỏng hay chất khí chứa trong V thì phơng trình CBN
có dạng:

=
i
QiV với I = i

- i
0
là biến thiên entanpi của chất lỏng hay khí
trong V, sau khoảng thời gian .
Nếu chất lỏng trong V không chuyển pha và coi mỗi dòng nhiệt q
i
= const
đợc tính tại nhiệt độ trung bình của mặt F
1
là )TT(
2
1
T
0w1w
= thì phơng trình
CBN có dạng:

[]
+
+


+
=
kk0k0llcrr0p
F)qq(FqFqFq)TT(VC (12-5)

Nhờ phơng trình này có thể tìm đợc đại lợng cha biệt nào đó, chẳng
hạn nhiệt độ T

hoặc thời gian khi có thể xác định tất cả các đại lợng còn lại.

12.2. Truyền nhiệt

12.2.1. Truyền nhiệt và phơng trình can bằng nhiệt khi ổn định nhiệt

Truyền nhiệt theo nghĩa hẹp là tên gọi
của hiện tơng TĐN phức hopự giữa 2 chất
lỏng có nhiệt độ khác nhau, thông qua bề mặt
ngăn cách của một vật rắn. Hiện tợng này
thờng hay gặp trong thực tế và trong các
thiết bị TĐN.
Tuỳ theo đặc trng pha của hai chất
lỏng, các quá trình TĐN trên mặt W
1
, W
2
của
vật rắn có thể bao gòm 1 hoặc 2 phơng thức
đối lu và bức xạ, còn trong vách chỉ xẩy ra
dẫn nhiệt đơn thuần nh mô tả trên hình
12.2.1. Khi vách ngăn ổn định nhiệt thì hệ
phơng trình mô tả lợng nhiệt Q truyền từ
chất lỏng nóng (1) đến chất lỏng lạnh (20 sẽ
có dạng:
Q = Q

1w1
= Q

+ Q
2w2
(12-6)



12.2.2. Truyền nhiệt qua vách phẳng

12.2.2.1. Vách phẳng có cánh

1. Bài toán: Tính lợng nhiệt truyền từ chất lỏng nóng có nhiệt độ t
f1
đến chất
lỏng lạnh có nhiệt độ t
f2
thông qua vách phẳng dày
c
, có mặt F
1
= hl phẳng, mặt F
2

gồm n cánh có các thông số hình học (h
1
, h
2
, l) nh hình 12.2.2.1., với các hệ số

toả nhiệt phức hợp tại F
1
, F
2
là
1
,
2
cho trớc.
2. Lời giải: Coi nhiệt lợng Q

dẫn qua vách là nhiệt lợng qua vách phẳng có
chiều dày tơng đơng =
0
+ )hh(
h2
nl
21
+ , coi nnhiệt độ t
w2
(cha biết) phân bố
đều trên mặt F
2
=
[
]
L)hh(l4n)hh(nh
2
21
2

21
++ ,
thì phơng trình cân bằng nhiệt sẽ có dạng:

22f2W212w1w11W1f1
F)tt(F)tt(F)tt(Q =


== (12-7)
Đây là hệ phơng trình bậc 1 của 3 ẩn số t
w1,
t
w1
và có nghiệm Q là:


22111
2f1f
F
1
FF
1
)tt(
Q

+


+

=
(12-8)
Nếu tính theo 1m
2
bề mặt thì dòng nhiệt
q
1
sẽ bằng:

)tt(k
F
F
11
)tt(
F
Q
q
2f1fc1
2
1
21
2f1f
1
1
=

+

+


==
(12-9)
trong đó
c21
2
21
2
1
2
)hh(
h
n
)hh(l4
h
n
1
F
F
=+=
đợc
gọi là hệ só làm cánh, thờng
);51(
c
ữ
=

1
21
c1
11
k










+


+

=
, (w/m
2
K) là hệ số truyền
nhiệt qua vách phẳng có cánh , phụ thuộc vào
các thông số:
1
,
2
,

c
, , .
Vì luôn có k < min (
1
,
2
) nên để tăng k, ngời ta u tiên làm cánh về phía
có bé, thờng là phía chất khí.

12.2.2.2. Vách phẳng không có cánh

1. Bài toán truyền nhiệt vách phẳng 1 lớp không có cánh là trờng hợp đặc
biệt của bài toán (12.2.2) nêu trên, khi số cánh n = 0. Lúc đó =
0
, F
1
= F
2
= hL,

c
= 1, lợng nhiệt truyền qua vách là: