truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt

KỸ THUẬT LẠNH
TRUY
TRUYTRUY
TRUYỀ
ỀỀ
ỀN NHI
N NHIN NHI
N NHIỆ
ỆỆ
ỆT V
T VT V
T VÀ
ÀÀ
À
THI
THITHI
THIẾ
ẾẾ
ẾT B
T BT B
T BỊ
ỊỊ
Ị TRAO Đ
TRAO Đ TRAO Đ
TRAO ĐỔ
ỔỔ
ỔI NHI
I NHII NHI
I NHIỆ
ỆỆ
ỆT

TT
T
BÀI GIẢNG
KHOA CƠ KHÍ – ĐẠI HỌC NHA TRANG
BỘ MÔN: KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH
Người soạn: ThS. Trần Thị Bảo Tiên
THÔNG TIN CẦN BIẾT
Môn học: Truy
TruyTruy
Truyề
ềề
ền
nn
n nhi
nhinhi
nhiệ
ệệ
ệt
tt
t v
vv
và
àà
à TB
TB TB
TB Trao
TraoTrao
Trao đ
đđ
đổ

ổổ
ổi
ii
i nhi
nhinhi
nhiệ
ệệ
ệt
tt
t
GVGD: ThS
ThSThS
ThS.
. .
. Tr
TrTr
Trầ
ầầ
ần
nn
n Th
ThTh
Thị
ịị
ị B
BB
Bả
ảả
ảo
oo

o Tiên
TiênTiên
Tiên
BM
BM BM
BM K
KK
Kỹ
ỹỹ
ỹ thu
thuthu
thuậ
ậậ
ật
tt
t Nhi
NhiNhi
Nhiệ
ệệ
ệt
tt
t l
ll
lạ
ạạ
ạnh
nhnh
nh –
––
– Khoa

KhoaKhoa
Khoa Cơ
CơCơ
Cơ kh
khkh
khí
íí
í
Thời gian học trên lớp: 45 tiết
Thời gian tự nghiên cứu: 135 tiết
Tham gia trên lớp học: 10% tổng điểm
Bài tập lớn: 25% tổng điểm
Bài kiểm tra: 15% tổng điểm
Bài thi kết thúc HP: 50% tổng điểm
Đ
ÁNH GIÁ:
MỤC ĐÍCH MÔN HỌC
 Truyền nhiệt là môn học cơ sở giúp sinh viên nắm được sự
truyền năng lượng xảy ra giữa các vật và trong thiết bị nhiệt khi
có sự chênh lệch nhiệt độ.
 Nghiên cứu Truyền nhiệt nhằm lập ra các phương trình hoặc
công thức, cho phép xác định được nhiệt độ và dòng nhiệt trong
các mô hình TĐN khác nhau.
 Các quy luật truyền nhiệt có thể được ứng dụng để:
 Tìm hiểu, giải thích, lợi dụng các hiện tượng trong tự nhiên
 Khảo sát, điều chỉnh, kiểm tra các quá trình công nghệ
 Tính toán, thiết kế, chế tạo các thiết bị công nghệ
NỘI DUNG MÔN HỌC
Ch
ChCh

Chủ
ủủ
ủ đ
đđ
đề
ềề
ề 1:
1:1:
1: T
TT
Tổ
ổổ
ổng
ngng
ng quan
quanquan
quan v
vv
về
ềề
ề Truy
TruyTruy
Truyề
ềề
ền
nn
n Nhi
NhiNhi
Nhiệ
ệệ

ệt
tt
t
Ch
ChCh
Chủ
ủủ
ủ đ
đđ
đề
ềề
ề 2:
2:2:
2: Cơ
CơCơ
Cơ s
ss
sở
ởở
ở lý
lýlý
lý thuy
thuythuy
thuyế
ếế
ết
tt
t v
vv
về

ềề
ề D
DD
Dẫ
ẫẫ
ẫn
nn
n nhi
nhinhi
nhiệ
ệệ
ệt
tt
t
Ch
ChCh
Chủ
ủủ
ủ đ
đđ
đề
ềề
ề 3:
3:3:
3: D
DD
Dẫ
ẫẫ
ẫn
nn

n nhi
nhinhi
nhiệ
ệệ
ệt
tt
t ổ
ổổ
ổn
nn
n đ
đđ
đị
ịị
ịnh
nhnh
nh
Ch
ChCh
Chủ
ủủ
ủ đ
đđ
đề
ềề
ề 4:
4:4:
4: D
DD
Dẫ

ẫẫ
ẫn
nn
n nhi
nhinhi
nhiệ
ệệ
ệt
tt
t không
khôngkhông
không ổ
ổổ
ổn
nn
n đ
đđ
đị
ịị
ịnh
nhnh
nh
Ch
ChCh
Chủ
ủủ
ủ đ
đđ
đề
ềề

ề 5
55
5:
: :
: TĐN
TĐN TĐN
TĐN đ
đđ
đố
ốố
ối
ii
i lưu
lưulưu
lưu,
, ,
, Đ
ĐĐ
Đố
ốố
ối
ii
i lưu
lưulưu
lưu t
tt
tự
ựự
ự nhiên
nhiênnhiên

nhiên
Ch
ChCh
Chủ
ủủ
ủ đ
đđ
đề
ềề
ề 6:
6:6:
6: TĐN
TĐN TĐN
TĐN đ
đđ
đố
ốố
ối
ii
i lưu
lưulưu
lưu cư
cưcư
cưỡ
ỡỡ
ỡng
ngng
ng b
bb
bứ

ứứ
ức
cc
c
Ch
ChCh
Chủ
ủủ
ủ đ
đđ
đề
ềề
ề 7:
7:7:
7: TĐN
TĐN TĐN
TĐN đ
đđ
đố
ốố
ối
ii
i lưu
lưulưu
lưu khi
khikhi
khi môi
môimôi
môi ch
chch

chấ
ấấ
ất
tt
t bi
bibi
biế
ếế
ến
nn
n đ
đđ
đổ
ổổ
ổi
ii
i pha
phapha
pha
Ch
ChCh
Chủ
ủủ
ủ đ
đđ
đề
ềề
ề 8:
8:8:
8: Trao

TraoTrao
Trao đ
đđ
đổ
ổổ
ổi
ii
i nhi
nhinhi
nhiệ
ệệ
ệt
tt
t b
bb
bứ
ứứ
ức
cc
c x
xx
xạ
ạạ
ạ
Ch
ChCh
Chủ
ủủ
ủ đ
đđ

đề
ềề
ề 9:
9:9:
9: Truy
TruyTruy
Truyề
ềề
ền
nn
n nhi
nhinhi
nhiệ
ệệ
ệt
tt
t v
vv
và
àà
à c
cc
cá
áá
ác
cc
c BP
BP BP
BP tăng
tăngtăng

tăng cư
cưcư
cườ
ờờ
ờng
ngng
ng s
ss
sự
ựự
ự TĐN
TĐN TĐN
TĐN
Ch
ChCh
Chủ
ủủ
ủ đ
đđ
đề
ềề
ề 10:
10:10:
10: Thi
ThiThi
Thiế
ếế
ết
tt
t b

bb
bị
ịị
ị trao
traotrao
trao đ
đđ
đổ
ổổ
ổi
ii
i nhi
nhinhi
nhiệ
ệệ
ệt
tt
t
G
Ồ
M CÁC CH
Ủ ĐỀ
:
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Thị Bảo Tiên, Bài giảng Truyền nhiệt và TB Trao đổi nhiệt, 2012, Trường
Đại học Nha Trang
[2] Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng, Nhiệt kỹ thuật, NXB Giáo dục 1999.
[3] Hoàng Đình Tín, Cơ sở Truyền nhiệt, NXB ĐHQG TPHCM, 2003
[4] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư, TB Trao đổi nhiệt, NXB KH&KT,
2001.

[5] Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú, Truyền nhiệt, NXB Giáo dục,
2004.
[6] Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú, Bài tập Kĩ thuật nhiệt, NXB Giáo dục, 1999.
[7] Hoàng Đình Tín, Bùi Hải, Bài tập Nhiệt động học kỹ thuật và Truyền nhiệt,
NXB ĐHQG TPHCM, 2004.
[8] Bùi Hải, Trần Thế Sơn, Bài tập Nhiệt động, Truyền nhiệt và KTL, NXB KH &
KT Hà Nội, 2001
CHỦ ĐỀ 1
T
TT
TỔ
ỔỔ
ỔNG QUAN
NG QUAN NG QUAN
NG QUAN
V
VV
VỀ
ỀỀ
Ề TRUY
TRUYTRUY
TRUYỀ
ỀỀ
ỀN NHI
N NHIN NHI
N NHIỆ
ỆỆ
ỆT
TT
T

Người soạn: ThS. Trần Thị Bảo Tiên
BM KỸ THUẬT LẠNH - KHOA CƠ KHÍ – ĐH NHA TRANG
VẤN ĐỀ 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN NHIỆT
CÁC N
Ộ
I DUNG C
Ơ
B
Ả
N:
CHỦ ĐỀ 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN NHIỆT
Trao đổi nhiệt phức hợp, Bài toán truyền nhiệt
Các phương thức
TĐN cơ bản
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRUYỀN NHIỆT
Truy
ề
n nhi
ệ
t:
1.2. CÁC PHƯƠNG THỨC TĐN CƠ BẢN
1.2.1. DẪN NHIỆT
- Định nghĩa: hiện tượng trao đổi động năng do va chạm trực tiếp các
phần tử không tham gia chuyển động định hướng.
- Điều kiện: khi có sự tiếp xúc trực tiếp giữa các vật đứng yên, khác
nhau về nhiệt độ (∆
∆∆
∆t ≠ 0).
- Tính chất: xảy ra chậm, ở khoảng cách rất ngắn.
- Công thức tính nhiệt:

Theo định luật Fourier:
q gradt
λ
= −
 

Bi
ể
u th
ứ
c
Đị
nh lu
ậ
t Fourier:

H
ệ
s
ố
d
ẫ
n nhi
ệ
t λ
λλ
λ c
ủ
a v
ậ

t li
ệ
u:
1.2. CÁC PHƯƠNG THỨC TĐN CƠ BẢN
1.2.2. TỎA NHIỆT (TĐN ĐỐI LƯU)
- Định nghĩa: hiện tượng trao đổi động năng do va chạm trực tiếp giữa
các phần tử trên bề mặt vật rắn với các phần tử chuyển động định
hướng của chất lỏng hoặc chất khí tiếp xúc với nó.
- Điều kiện: khi có dòng chất lỏng (khí) chảy qua mặt vật rắn khác biệt
về nhiệt độ (∆t ≠ 0).
- Tính chất: Chất lỏng chuyển động định hướng, diễn ra gần mặt tiếp
xúc giữa chất lỏng và bề mặt vật rắn.
+ Đối lưu tự nhiên
+ Đối lưu cưỡng bức
- Công thức tính nhiệt:
CT Newton:
( )
w f
q t t
α
= −

Công th
ứ
c Newton
1.1. CÁC PHƯƠNG THỨC TĐN CƠ BẢN
4 4 2
1 2
( ),[ / ]
o

q T T W m
εσ
= −
1.1.3. BỨC XẠ
- Định nghĩa: hiện tượng trao đổi động năng giữa các phần tử vật phát
bức xạ và vật thu bức xạ thông qua môi trường trung gian là sóng điện
- Điều kiện: có môi trường ít hấp thụ sóng điện từ (chân không, khí
loãng) giữa hai vật khác nhau về nhiệt độ (∆t ≠ 0).
- Tính chất: không cần tiếp xúc các vật, xảy ra ở khoảng cách lớn; Luôn
có sự chuyển hóa năng lượng; Cường độ tăng theo nhiệt vật phát xạ.
- Công thức tính nhiệt: Theo định luật Stefan-Boltzman:
TÓM TẮT CÁC PHƯƠNG THỨC TĐN
Cư
CưCư
Cườ
ờờ
ờng
ngng
ng đ
đđ
độ
ộộ
ộ
Có môi trường
truyền sóng điện
từ giữa hai vật
Có chất lỏng (khí)
chuyển động, tiếp
xúc mặt vật rắn
Có tiếp xúc trực

tiếp các vật ko
chuyển động
Đi
ĐiĐi
Điề
ềề
ều
uu
u ki
kiki
kiệ
ệệ
ện
nn
n c
cc
cầ
ầầ
ần
nn
n
Minh
MinhMinh
Minh h
hh
họ
ọọ
ọa
aa
a

TĐN giữa vật phát
và hấp thu sóng
điện từ
TĐN giữa vật rắn
với chất lỏng (khí)
chảy qua nó
TĐN giữa các
vật đứng yên
tiếp xúc nhau
Ý
Ý Ý
Ý ngh
nghngh
nghĩ
ĩĩ
ĩa
aa
a
TĐN B
TĐN BTĐN B
TĐN BỨ
ỨỨ
ỨC X
C XC X
C XẠ
ẠẠ
ẠT
TT
TỎ
ỎỎ

ỎA NHI
A NHIA NHI
A NHIỆ
ỆỆ
ỆT
TT
TD
DD
DẪ
ẪẪ
ẪN NHI
N NHIN NHI
N NHIỆ
ỆỆ
ỆT
TT
TPhương
PhươngPhương
Phương th
thth
thứ
ứứ
ức
cc
c
.
q gradt
λ
λ
= −

 
( )
w f
q t t
α
α
= −
4 4
1 2
. ( )
o
q T T
ε
ε σ
= −
1.3. TĐN PHỨC HỢP, TRUYỀN NHIỆT
1.3.1. TRAO ĐỔI NHIỆT PHỨC HỢP
 Định nghĩa: hiện tượng TĐN trong đó có 2 hoặc cả 3 phương thức
TĐN cơ bản cùng xảy ra. Đó là hiện tượng TĐN giữa vật rắn với các
môi trường khác nhau mà nó tiếp xúc.
TĐN Phức hợp giữa vật rắn V
và các môi trường khác.
 Trên Fk: Đồng thời cả Tỏa nhiệt
(qαk) và TĐN Bức xạ (qεk) với chất khí
2
4 4
,[ / ]
( ) ( ) ( )
k k k
k k w f k o w f w f

q q q W m
q T T T T T T
ε α
α ε σ α
= +
= − + − = −
4 4
2
,[ / ]
w f
ph k w o
w f
T T
W m K
T T
α α ε σ
−
= +
−
 Với α
αα
α
ph
được gọi là hệ số TĐN phức hợp:
1.3. TĐN PHỨC HỢP, TRUYỀN NHIỆT
1.3.1. TRAO ĐỔI NHIỆT PHỨC HỢP
 Cân bằng nhiệt cho hệ TĐN phức hợp:
Biến thiên nội năng của vật (V) = Tổng các lượng nhiệt vào, ra (V)
,[ ]
. ,[ ]

i
i
i i
F
V u Q J
Q q dF W
ρ τ
∆ =
=
∑
∫
Với:
Khi vật ổn định nhiệt (∆u = 0), PT CBN có dạng:
0
i
Q
=
∑
1.3.2. BÀI TOÁN TRUYỀN NHIỆT TỔNG HỢP
1.3. TĐN PHỨC HỢP, TRUYỀN NHIỆT
1.4. GIỚI THIỆU THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
C
Ầ
N XÁC
ĐỊ
NH:

N
ă
ng su

ấ
t nhi
ệ
t Q

Nhi
ệ
t
độ
vào/ra c
ủ
a ch
ấ
t nóng, l
ạ
nh

L
ư
u l
ượ
ng dòng nóng, l
ạ
nh

Di
ệ
n tích b
ề
m

ặ
t trao
đổ
i nhi
ệ
t

H
ệ
s
ố
truy
ề
n nhi
ệ
t k

Giá thành thi
ế
t b
ị
1.4. GIỚI THIỆU THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
KỸ THUẬT LẠNH
CƠ S
CƠ SCƠ S
CƠ SỞ
ỞỞ
Ở LÝ THUY
LÝ THUYLÝ THUY
LÝ THUYẾ

ẾẾ
ẾT
T T
T
V
VV
VỀ
ỀỀ
Ề D
DD
DẪ
ẪẪ
ẪN NHI
N NHIN NHI
N NHIỆ
ỆỆ
ỆT
TT
T
CHỦ ĐỀ 2
VẤN ĐỀ 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DẪN NHIỆT
2.1. Trường nhiệt độ; Mặt đẳng nhiệt; Gradient nhiệt
độ; Vectơ dòng nhiệt; Công suất phát nhiệt.
2.2. Định luật Fourier về dẫn nhiệt
2.3. Phương trình vi phân dẫn nhiệt
2.4. Các điều kiện đơn trị
2.5. Mô hình bài toán dẫn nhiệt
2.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
2.1.1. TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ
a, Định nghĩa: tập hợp tất cả các giá trị nhiệt độ tức thời tại mọi điểm

trong vật khảo sát trong khoảng thời gian đang xét.
b,Ý nghĩa: là trường vô hướng, đơn trị, được mô tả: t = t(M(x,y,z,τ),τ) ∈
∆τ, ∀M(x,y,z) ∈V và ∀τ ∈ ∆τ đang xét.
c, Phân loại:
- Theo thời gian:
+ Trường ổn định: không thay đổi theo thời gian: t = f(x,y,z)
+ Trường không ổn định: thay đổi theo thời gian: t = f(x,y,z,τ)
0, ( , , ) ; ét
t
M x y z V x
n
τ τ
∂
≠ ∀ ∈ ∀ ∈∆
∂
-Theo không gian: TNĐ 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều
VD: TĐN ổn định 1 chiều: t = f(x)
2.1.2. M
Ặ
T
ĐẲ
NG NHI
Ệ
T
a, Định nghĩa: là tập hợp tất cả các điểm có cùng một giá trị nhiệt độ, tại
một thời điểm cho trước.
b, Biểu thức: t = f(x,y,z) = const; hay f(x,y,z) = const.
C, Tính chất
-Nhiệt độ trong vật chỉ thay đổi theo phương cắt các
MĐN

- Hai MĐN khác nhau thì không giao (cắt) nhau
- Mặt đẳng nhiệt có thể là mặt cong kín hoặc hở
2.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN