Bài giảng kỹ thuật nhiệt chương 4 lê anh sơn

NỘI DUNG CƠ BẢN
Phần nhiệt động: nghiên cứu các quá
trình biến đổi năng lượng liên quan đến
năng lượng nhiệt (chủ yếu giữa CƠ
NĂNG và NHIỆT NĂNG)
 Phần truyền nhiệt: nghiên cứu quá
trình trao đổi nhiệt giữa các vật
 Đối tượng nghiên cứu: chủ yếu là
MÁY NHIỆT và THIẾT BỊ TRAO ĐỔI
NHIỆT


Le Anh Son, Power engineering department, Hua


PHẦN THỨ HAI

TRUYỀN NHIỆT


CÁC DẠNG TRAO ĐỔI NHIỆT CƠ BẢN
Dẫn nhiệt: là quá trình trao đổi nhiệt
giữa các phần của vật hay giữa các vật
có nhiệt độ khác nhau khi chúng tiếp
xúc với nhau.
 Đối lưu: là quá trình trao đổi nhiệt nhờ
sự chuyển động của chất lỏng hoặc chất
khí giữa những vùng có nhiệt độ khác
nhau.
 Bức xạ: Là quá trình trao đổi nhiệt
được thực hiện bằng sóng điện từ



Le Anh Son, Power engineering department, Hua


DẪN NHIỆT


NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Trường nhiệt độ: là tập hợp các giá trị
nhiệt độ của các điểm khác nhau trong
không gian khảo sát tại một thời điểm
nào đó.
Trường nhiệt độ không ổn định 3 chiều:
t = f (x, y, z, )
Trường nhiệt độ ổn định 3, 2, 1 chiều:
t = f (x, y, z); t = f (x, y); t = f (x)
Le Anh Son, Power engineering department, Hua


NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Mặt đẳng nhiệt: là bề mặt chứa tất cả
các điểm có cùng giá trị nhiệt độ tại một
thời điểm. Các mặt đẳng nhiệt không
cắt nhau.

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

 Građian nhiệt độ: là tốc độ thay đổi nhiệt độ
theo hướng pháp tuyến với mặt đẳng nhiệt.

t t

grad (t )  lim

K / m
n 0 n
n

n
x

∆n

∆x

t + ∆t
t
t - ∆t

Grad(t) là một đại lượng véctơ có phương
vuông góc với mặt đẳng nhiệt và chiều + là
chiều tăng nhiệt độ.
Le Anh Son, Power engineering department, Hua


NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Mật độ dòng nhiệt: là lượng nhiệt

truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt
đẳng nhiệt vuông góc với hướng truyền
nhiệt trong một đơn vị thời gian – q
(W/m2)
Dòng nhiệt: là lượng nhiệt truyền qua
toàn bộ diện tích bề mặt đẳng nhiệt
trong một đơn vị thời gian – Q (W)

dQ  qdF ; Q   qdF

F
Le Anh Son, Power engineering department,
Hua


NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Định luật Fourier về dẫn nhiệt:



t
q    grad (t )   ; W/m 2
n



Véc tơ mật độ dòng nhiệt có phương
trùng với phương của grad(t), chiều
dương là chiều giảm nhiệt độ (ngược
chiều với grad(t)).

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Hệ số dẫn nhiệt: là nhiệt lượng truyền
qua một đơn vị diện tích bề mặt đẳng
nhiệt trong một đơn vị thời gian khi
grad(t) = 1

q


W/m K 
t
Hệ số dẫn nhiệt  đặc trưng cho khả
n
năng dẫn nhiệt của vật.

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


HỆ SỐ DẪN NHIỆT
Phụ thuộc vào bản chất của các chất
rắn > lỏng > khí
Phụ thuộc vào nhiệt độ
 = o(1 + bt)
o - hệ số dẫn nhiệt ở 0oC
b - hệ số thực nghiệm (+/-)
Le Anh Son, Power engineering department, Hua

HỆ SỐ DẪN NHIỆT
 của kim loại nguyên chất và hầu hết
chất lỏng (trừ nước và Glyxerin) giảm
khi t tăng
Chất cách nhiệt và chất khí có  tăng
khi t tăng
 của vật liệu xây dựng còn phụ thuộc
vào độ xốp và độ ẩm.
 ≤ 0,2 W/mK có thể làm chất cách
nhiệt
Le Anh Son, Power engineering department, Hua


PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT
Xét dòng nhiệt truyền qua bề mặt dxdy:
dQz  dxdy

t
z

dQz  dz  dxdy

z
dQz+dz
dQy

  t 
 t  dz 

z  z 

dz

t
 2t
 dxdy  dxdydz 2
z
z

dQx

dQx+dx

qv
dy

dQz  dQz  dz

t
 dxdydz 2
z
2

dQy+dy

dx

dQz

y

Lượng nhiệt tích lại theo phương z
Le Anh Son, Power engineering department, Hua

x


PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT

Lượng nhiệt tích lại theo 3 phương:
 2t
dQx  dQx  dx  dxdydz 2
x
 2t
dQy  dQy  dy  dxdydz 2
y
dQz  dQz  dz

 2t
 dxdydz 2
z

z
dQz+dz
dQy
dz
dQx

dQx+dx

qv
dy

dQy+dy

dx

dQz

y

Le Anh Son, Power engineering department, Hua

x


PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT

Tổng lượng nhiệt tích lại theo cả 3
z
phương:
dQ
z+dz

dQy
dz
dQx

  t  t  t dQ

dQ  dxdydz  2  2  2 y
z 
 x y
2

2

2

y+dy

dQx+dx

qv
dy
dx

dQz

Le Anh Son, Power engineering department, Hua

x


PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT
 Theo định luật bảo toàn năng lượng:
  2t  2t  2t 
dQ  dxdydz  2  2  2 
y
z 

 x
t
dQ  Cdxdydz
 dxdydz .qv

t
   2 t  2 t  2 t  qv
 2  2  2  

 C  x
y
z  C
  2 t  2 t  2 t  qv
t
 a 2  2  2  

y
z  C
 x

z
dQz+dz
dQy
dz
dQx

dQx+dx

qv
dy

dQy+dy

dx

dQz

y

a - hệ số dẫn nhiệt độ [m2/s]
Le Anh Son, Power engineering department, Hua

x


ĐIỀU KIỆN ĐƠN TRỊ
Điều kiện thời gian: cho sự phân bố
nhiệt độ tại thời điểm ban đầu.
Điều kiện hình học: cho biết hình
dạng, kích thước của vật đang khảo
sát.
Điều kiện vật lý: thông số vật lý của vật
đang khảo sát.
Le Anh Son, Power engineering department, Hua


ĐIỀU KIỆN ĐƠN TRỊ
 Điều kiện biên:
- Loại 1: phân bố nhiệt độ trên bề mặt của
vật ở thời điểm bất kỳ.

- Loại 2: mật độ dòng nhiệt qua bề mặt vật
ở thời điểm bất kỳ.
- Loại 3: quy luật trao đổi nhiệt giữa bề mặt
của vật với môi trường xung quanh.

 dt 
 t w  t f     
 dx  x 0

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


GIẢI BÀI TOÁN DẪN NHIỆT
Tìm phân bố nhiệt độ (trường nhiệt độ)
Tìm mật độ dòng nhiệt

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH KHI
KHÔNG CÓ NGUỒN NHIỆT BÊN
TRONG


DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH, KHÔNG NGUỒN
TRONG
2
2
2


t
 t  t  t  qv
 a 2  2  2  

y
z  C
 x
t
 0; qv  0

  2t  2t  2t 
  2  2  2   0
y
z 
 x

z
dQz+dz
dQy
dz
dQx

dQx+dx

qv
dy

dQy+dy

dx

dQz

y

Le Anh Son, Power engineering department, Hua

x


QUA VÁCH PHẲNG MỘT LỚP
  2t  2t  2t 
d 2t
 2  2  2   0 
0
2
y
z 
dx
 x
dt

A 
q

dx

A




dt 

q  
dx 
q

t  Ax  C   x  C
q


t


x  t w1



x  0, t  t w1  C  t w1 
t  t  t

x   , t  t w 2  q  t w1  t w 2   w1 w 2 


R



t

 = const

tw1

tw2
dx



Le Anh Son, Power engineering department, Hua

x


QUA VÁCH PHẲNG NHIỀU LỚP

t w1  t w 2  t w1  t w 2 
1
q  t w1  t w 2  


1
R1
1
1
t w1  t w 2  qR1 

t w 2  t w3  qR2   t w1  t w 4  qR1  R2  R3 
t w3  t w 4  qR3 
q

t w1  t w4 

R1  R2  R3

t
q

w1  t w  n 1 

R

i



t

tw1

1

2

3

tw2
tw3

t w1  t w4 

1  2  3
 
1 2 3

t


w1  t w  n 1 

i

i

tw4
1

2

Le Anh Son, Power engineering department, Hua

3

x


QUA VÁCH TRỤ MỘT LỚP
Q    (2rl ) 
t

Q
2 l

dt
dr

 dt  

Q dr
2 l r

t, z

 = const

ln r  C

r  r1 ; t  t w1  C  t w1 

Q
2 l

tw1

ln r1
tw2

r
 t  t w1 
ln  

2 l  r1 
Q

dr

r 
ln  2 
2 l  r1 
t t
t t
Q
 ql   w1 w 2  w1 w 2 W
m
l
Rl
 r2 
1
ln  
2  r1 
r  r2 ; t  t w 2

 t w 2  t w1 

Q

 

r

r1

r
r2

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


QUA VÁCH TRỤ NHIỀU LỚP
t w1  t w2 

ql 

t  t 
 w1 w 2

t

Rl1
 d2 


ln
21  d1 
t w1  t w 2  ql Rl1 

t w 2  t w3  ql Rl 2   t w1  t w 4  ql Rl1  Rl 2  Rl 3 
t w3  t w 4  ql Rl 3 
ql 
ql 

1

tw1

1

2
tw2

tw3

t w1  t w4 

Rl1  Rl 2  Rl 3

t

w1

 t wn 1 

R

li



3

tw4

t

w1

 t wn 1 

 d i 1 
ln
 2  d 
i
 i 
1

r

r1
r2
r3
r4

Le Anh Son, Power engineering department, Hua