phần 2 xây dựng phương trình vi phân dẫn nhiệt

Vũ Quang Hưng –k48MTA

Câu 1 : xây dựng PT vi phân dẫn nhiệt :
Giả thiết:
- Các tính chất vật lý (khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt) không đổi
theo không gian và thời gian.

- Lượng nhiệt dẫn qua các mặt đi vào hình hộp trong khoảng thời gian dt được xác định
theo pt Fourrier

Qx = −λ

∂t
dydzdτ
∂x

Qy = −λ

∂t
dxdzdτ
∂y

Qz = −λ

- Lượng nhiệt dẫn qua các mặt đi ra khỏi hình hộp:

Qx + dx = −λ

∂t
∂  ∂t 
dydzdτ − λ  ÷dxdydzdτ

∂x
∂x  ∂x 

Qz + dz = −λ

∂t
∂  ∂t 
dydxdτ − λ
 ÷dxdydzdτ
∂z
∂z  ∂z 

- Hiệu số lượng nhiệt đi vào và đi ra khỏi các mặt hình hộp:

dQx = Qx + dx − Qx = λ

∂ 2t
dxdydzdτ
∂x 2

1

∂t
dxdydτ
∂z


Vũ Quang Hưng –k48MTA

dQy = Qy + dy

∂ 2t
− Qy = λ
dxdydzdτ
∂y 2

dQz = Qz + dz

∂ 2t
− Qz = λ
dxdydzdτ
∂z 2

- Hiệu số lượng nhiệt đi vào và đi ra khỏi các mặt hình hộp:

dQ = dQx + dQy + dQz

 ∂ 2 t ∂ 2t ∂ 2 t
dQ = λ  2 + 2 + 2
∂y
∂z
 ∂x



dQ = λ∇ 2t ×dV ×dτ


÷dxdydzdτ


(1)

- Theo định luật bảo toàn năng lượng, lượng nhiệt tăng thêm phải bằng lượng nhiệt tiêu
hao để làm biến đổi nhiệt lượng riêng trong hình hộp:

∂t
dQ = C ρ ×dV × dτ
∂τ

(2)

C: Nhiệt dung riêng của vật thể, J/kg.độ
ρ: Khối lượng riêng của vật thể, kg/m3
∂t
dτ
∂τ

Biến thiên nhiệt độ theo thời gian

Đây là Pt vi phân dẫn nhiệt trong môi trường đồng nhất tĩnh hay PT vi phân dẫn nhiệt
Fourrier .

Cρ
Cân bằng pt 1 và 2 đc :

Hay

∂t
= λ∇ 2t

∂τ

∂t
= a∇ 2t
∂τ

a=
với
2

λ
Cρ


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Ý nghĩa của λ chính là lượng nhiệt tính bằng Jun dẫn qua 1m2 bề mặt vuông góc
với phương dẫn nhiệt trong đơn vị thời gian là 1s khi chênh lệch nhiệt độ trên một
đơn vị chiều dài theo phương pháp tuyến với bề mặt đẳng nhiệt là 10C/m

•

Câu 2 : Thiết lập ptrinh dẫn nhiệt qua tường phẳng một lớp và nhiều lớp
Tường phẳng một lớp

a)

∂t
= 0 Tích phân đc
2

∂x
2

t

∂t
= C1
∂x

tT1

t =C2 +C1 x
Điều kiện biên:

x =0

x =δ
C1 =

hay
t=

t = tT1 = C2

t = tT2 = C1δ + tT1

tT2 −tT1

δ

tT2 − tT1

∂t tT2 − tT1
=
∂x
δ
dQ = −λ



tT2
x

x + tT1
δ
=>
Tường phẳng một lớp



δ

tT2 − tT1

δ

dFdτ , J

3

Vũ Quang Hưng –k48MTA

Q=λ

tT1 − tT2

Với quá trình ổn định :

b)

•
•

δ

F ,W
y
tT1

Tường phẳng nhiều lớp :

tT 1 − t1
δ
F ⇔ Q 1 = ( tT 1 − t1 ) F
Lớp 1 Q = λ1
δ1
λ1
Lớp 2 Q = λ t1 − t2 F ⇔ Q δ2 = ( t − t ) F

δ2

2

Q = λn

λ2

1

2

tn − tT 2
δ
F ⇔ Q n = ( tn − tT 2 ) F
δn
λn

t1

t2
tT2

y
y
tT1
tT1 δ1 δ2t1 δ3 x
t1 t2
t2
tT2

tT2

Lớp n
Cộng các phương trình trên lại ta được

……………….t
•

− tT 2
δ
F ⇔ Q n = ( tn − tT 2 ) F
λn
Lớp n  δ
δ δ δ nδ 
Q  1 + 2 + 3 ... n ÷ = ( tT 1 − tT 2 ) F
 λ1 λ2 λ3 λn 
Q = λn

n

δ1 δ2
δ1 δ2

Cộng các phương trình trên lại ta được :

δ
δ δ 
δ
Q  1 + (2t +− t3 ...) Fn ÷= ( tT 1 −tT 2 ) F
 λ1Q =λ2 T 1 λ3T 2 λn 

⇔
i=n

δi

i =1

( tiT 1 −tT 2 ) F

∑λ

⇔Q =

( 5.10 )

δi
∑
i =1 λi
i =n

4

δ3
δ3

x
x


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Câu 3 : Thiết lập phương trình dẫn nhiệt qua tường ống một lớp và nhiều lớp:
a)

Tường ống 1 lớp :

Theo định luật Fourier lượng nhiệt dẫn qua lớp tường này sẽ là :
Q = −λ

dt
2π rL,
dr

( 5.11)

W

Ta có thể biến đổi như rsau :
dr
2π L
dr
2π L t
= −λ
dt ⇔ ∫
= −λ
∫ dt
2

r

Q

r1

T2

r

Q

tT 1

ri ro

r
πL
⇔ ln 2 = 2λ
( tT 1 − tT 2 )
r1
Q

ri ro

2π L ( tT 1 − tT 2 )
Q=
,W
r2
1
2,3lg
λ

r1
Kết quả thu đc là :
b)

Tường ống nhiều lớp :

Kết quả ta

Q=

2π L ( tT 1 − tT 2 )
,W
r2
1
2, 3lg
λ
r1

( 5.12 )

Đối với tường hình ống nhiều lớp cách chứng minh để rút ra phương trình
cũng giống như trong tường phẳng nhiều lớp cuối cùng ta cũng có

(

)

phương trình dẫn nhiệt cho tường hình ống nhiều
2π L lớp
t như

− t sau:

Q=

T1

n

T2

ri +1
1
2,3lg
∑
ri
i =1 λi

Trong đó : i là số thứ tự lớp tường
n là số lớp tường
5

Đây là phương trình dẫn nhiệt ổn định qua tường ống nhiều lớp

,W

( 5.13)


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Câu 4: Định luậtt cấp nhiệt Newton, thứ nguyên và ý nghĩa hệ số cấp nhiệt

α

Lượng nhiệt dQ do một phân tố bề mặt của vật thể rắn dF cấp cho môi trường xung
quanh ( hay ngược lại) thì tỷ lệ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ bề mặt vật thể rắn tiếp
xúc với môi trường và nhiệt độ của môi trường (hay ngược lại) với diện tích bề mặt trao
đổi nhiệt dF thời gian dt:

Trong đó

tT

:nhiệt độ của vật thể rắn tiếp xúc với môi trường. 0 độ c

t nhiệt độ của môi trường
α

hệ số tỷ lệ, gọi là hệ số cấp nhiệt

Nếu quá trình cấp nhiệt là ổn định thì phương trình trên co dạng

Q = α ( tT − t ) F , W

Nếu F=1

m 2 tT − t

,

=

10 C

thì Q =

α

α

Vậy hệ số cấp nhiết là một đại lượng do một đơn vị bề mặt cảu tường cấp cho môi
trường xung quanh( hay ngược lại, nhận từ môi trường xung quanh) trong khoảng thời
gian là 1 giây khi hiệu số nhiệt độ giữa tường và môi trường là 1 độ. Từ đây ta có thứ
nguyên của

α

là:

α

hệ số cấp nhiệt là một đại lượng rất phức tạp, nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Cụ
thể nó phụ thuộc vào một số yếu tố chủ yếu sau đây:
. Loại chất tải nhiệt ( khí, lỏng hơi)
. chế độ chyển động của chất tải nhiệt. Nếu vận tốc của chất tải nhiệt tang thì chiều dày
δ

của lớp màng chảy dòng ở sát thành thiết bị sẽ giảm, do nhiệt trở cũng giảm nên hệ
số cấp nhiệt tăng
. Tính chất vật lý của chất tải nhiệt( độ nhớt, độ dẫn nhiệt , khối lượng riêng, nhiệt dung

riêng, áp suất..) nếu độ nhớt giảm: độ dẫn nhiệt tăng, khối lượng riêng tang thì hệ số cấp
6


Vũ Quang Hưng –k48MTA

nhiệt cũng tang. Vì vậy tính chất vật lý biến đổi theo nhiệt độ, do đó hệ số cấp nhiệt
cũng phụ thuộc vaò nhiệt độ của chất tải nhiệt.
. Kích thước, hình dạng, vị trí và trạng thái của bề mặt trao đổi nhiệt…vv
Vì vậy , hệ số cấp nhiệt đc xác định bằng các yếu tố thủy động lực học và hình học.
Quan hệ giữa hệ số cấp nhiệt với các yếu tố này rất phức tạp, do đó ko thể thành lập một
công thức lý tuyết chung để xác định hệ số cấp nhiệt anpha đc mà chỉ có công thức thực
nghiệm cho từng trường hợp riêng.

7


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Câu 5 Các đinh luật bức xạ nhiệt, định luật Plank
A, Định luât Plank

Trong đó : E0λ là khả năng bức xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đốii

C1 = 0,374.10 −15 W/m 2
C2 = 1, 4388.10−12 W/m 2
Từ (5.24) dễ dàng tìm được khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối E0 là
∞

( 5.25 )

E 0 = ∫ E 0λ d λ
0

∂Eoλ
∂λ

C2

= e λmaxT +
λ = λmax

C1
−1 = 0
5λmaxT

λmaxT = 2,898.10 −3 m° K
Phương trình là biểu thức của định luật dịch chuyển Wien.Ở những nhiệt độ thường gặp
trong kĩ thuật thì từ phương trình wien ta sẽ dễ dàng thẩy rằng năng lượng bức xạ
thường tập trung trong khoảng chiều dài bước sóng 0,8-100 µm
B. Định luật Stefan- Boltzemana
∞

E 0 = ∫ E 0λ d λ
0

Lấy tích phân phân phương trình Planck
8

Vũ Quang Hưng –k48MTA

( 5.27 )

E0 = K 0 .T 4
Suy ra

K 0 = 5, 7.10−8 ,
Với K0 là hằng số bức xạ của vật đen tuyệt đối

W
m 2 .0 K 4

Trong tính toán kĩ thuật thì phương trình (5.27) được viết dưới dạng
4

 T 
E0 = C0 .  ÷
 100 

( 5.27a )

Trong đó C0 = K0.108 =5,7
Định luật Stefan – Boltzemanna cũng đúng với vật xám.Trong thực tế có thể áp dụng
gần đúng với tất cả mọi vật rắn trừ kim loại, đối với vật sám phương trình có dạng :
4

4

T 

T 
E = ε E0 = ε C0 .  ÷ = C.  ÷
 100 
 100 

( 5.28 )

c. Định luật kirchhofk
“Tỉ số giữa khả năng bức xạ và khả năng hấp thụ năng lượng của vật xám chỉ phụ
thuộc vào nhiệt độ và luôn bằng khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối ở cùng một nhiệt
độ

E(T )
AλT

= E0T

đối với bức xạ đơn sắc

Eλ (T )
Aλ (T )

= Eλ 0(T )

9


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Câu 6 phương trình truyền nhiệt chung do đối lưu và bức xạ

Lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ được tính theo công thức
  TT  4  TK  4 
Qbx = C1− 2 .F  
−
ϕ,
W
 100  100  ÷
÷


4
4
 T   T  
C1− 2 .   T  −  K  ÷
 100  100  ÷

 ϕF t − t
⇔ Qbx =
( T k) W
( tT − tk )

tt , tk nhiệt độ của tường và khí, 0C
  TT  4  TK  4 
C1− 2 .  
−
 100  100  ÷
÷

ϕ
α bx =

( tT − tk )

Qbx = α bx F ( tT − tk )

10


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Câu 7: truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng 1 lớp và nhiều lớp
k/n : truyền nhiệt là quá trình vận chuyển nhiệt lượng từ 1 lưu thể này sang lưu thể khác.
do đó truyền nhiệt bao gồm cả cấp nhiệt và bức xạ nhiệt. dựa vào nhiệt độ làm việc của
lưu thể người ta chia ra truyền nhiệt đẳng nhiệt và truyền nhiệt biến nhiệt.
truyền nhiệt đẳng nhiệt xảy ra trong trường hợp nhiệt độ của 2 lưu thể đều không thay
đổi cả vij trí và thời gian, ví dụ trong thiết bị cô đặc, một phía là hơi bão hòa ngưng tụ để
đốt nóng, 1 phía là chất lỏng sôi. Nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước bão hòa và nhiệt độ sôi
của chất lỏng nguyên chất không thay đổi trong suốt quá trình.
-truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng 1 lớp và nhiều lớp
Quá trình truyền nhiệt từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội gồm ba giai đoạn:
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)
Giả thiết: Quá trình nhiệt ổn đinh, lượng nhiệt chuyển qua mỗi giai đoạn cùng một
khoảng thời gian thì bằng nhau

11


Vũ Quang Hưng –k48MTA

•

Cấp nhiệt từ lưu thể nóng đến tường

Q = α1F ( t1 − tT ) ⇔

•

Q=

•

Q
= F ( t1 − tT )
α1

( a)

Dẫn nhiệt qua tường
λ
δ
F ( tT 1 − tT 2 ) ⇔ Q = F ( tT 1 − tT )
δ
λ

( b)

Cấp nhiệt từ tường đến lưu thể nguội

Q = α 2 F ( tT 2 − t2 ) ⇔

Q
= F ( tT 2 − t2 )
α2

( c)

Cộng cả ba phương trình (a),(b),(c) lại ta được

12


Vũ Quang Hưng –k48MTA

 1 δ 1 
1
Q  + + ÷ = F ( t1 − t 2 ) ⇔ Q =
F ( t1 − t2 )
1 δ 1 
 α1 λ α 2 
 + + ÷
 α1 λ α 2 
K=

Đặt
•

1
 1 δ 1 
 + + ÷

 α1 λ α 2 

thì ta có

Q = KF ( t1 − t2 ) ⇔ Q = KF ∆t

Đối với tường nhiều lớp ta cũng chứng minh tương tự và nhưng khi đó hệ số
K=

truyền nhiệt được tính theo công thức sau:

1
 1
δi 1 
 +∑ + ÷
 α1 i =1 λi α 2 
n

δi, λi là chiều dày và độ dẫn nhiệt của lớp tường thứ i tương ứng

[ K ] = 

Q   w 
=
2
 F ∆t   m dô 

Đại lượng K gọi là hệ số truyền nhiệt thứ nguyên của nó là

Hệ số truyền nhiệt K là đại lượng truyền đi trong 1s từ lưu thể nóng đến lưu thể

nguội qua 1m2 bề mặt tường phân cách khi hiệu số nhiệt độ giữa 2 lưu thể là 1 độ

câu 8: truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống 1 lớp và nhiều lớp
ta xét 1 tường hình ống bán kính trong là r1, bán kính ngoài là r2, có chiều dày
nhiệt

λ

δ

độ dẫn

, chiều dày L. lưu thể nóng đi bên trong ống có nhiệt độ t1, lưu thể nguội đi bên

ngoài ống có nhiệt độ t2. Hệ số cấp nhiệt của lưu thể nóng là
thể nguội
đoạn

α

α

1, hệ số cấp nhiệt của lưu

2. Lượng truyền nhiệt đi từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội phải qua 3 giai

13


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Từ chất lỏng đến mặt trong của tường ống
Xuyên qua trường ống
Từ mặt ngoài của tường đến chất lỏng nguội
Vì quá trình là ổn định nên trong khoảng thời gian t,
lượng nhiệt truyền di qua 3 giai đoạn phải bằng nhau.
Ta cũng thành lập phương trình qua từng giai đoạn
như trong tường phẳng
•

Từ lưu thể nóng tới mặt trong của tường

Q = α1 ( t1 − tT 1 ) 2π r1 L ⇔

•

Q=

•

Q
= ( t1 − tT 1 ) 2π L
α1r1

( a)

Dẫn qua thành ống
2π L
1
r

2,3lg 2
λ
r1

( t T1 − tT 2 ) ⇔ Q

r
1
2,3lg 2 =2π L ( t T1 − tT 2 )
λ
r1

( b)

Từ mặt ngoài của ống đến lưu thể nguội

Q = α 2 ( tT 2 − t2 ) 2π r2 L ⇔

Q
= ( tT 2 − t2 ) 2π L
α 2 r2

( c)

Cộng 3 phương trình (a), (b), (c) lại ta được
Q=

2π L
 1
1

r
1 
+ 2, 3lg 2 +

÷
r1 α 2 r2 
 α1r1 λ

Nếu đặt

( t1 − t2 )

 1
r
1
1 
KT = 
+ 2, 3lg 2 +
÷
r1 α 2 r2 
 α1r1 λ

thì ta có

Q = K 2π L ( t1 − t2 ) , W

Hệ số Kt gọi là hệ số truyền nhiệt trong tường ống. thứ nguyên của nó là

[ Kt ] = 

Q   w 
=
 2π L∆t   mdo 

Hệ số truyền nhiệt Kt là đại lượng tính bằng jun truyền đi trong 1s từ lưu thể nóng đến
lưu thể nguội qua 1m chiều dài tường ống khi hiệu số nhiệt độ giữa 2 lưu thể là 1 độ
14


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Câu 9: Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định ? Hiệu số nhiệt độ trung bình cho 2 lưu thể
chuyển động xuôi chiều và ngược chiều ?

15


Vũ Quang Hưng –k48MTA

- 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
Lưu thể nóng giảm nhiệt độ từ t1đ đến
nhiệt độ cuối t1c.
Lưu thể nguội tăng nhiệt độ từ t2đ đến
nhiệt độ cuối t2C.
Hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể thay đổi từ trị số đầu ∆tđ đến trị số cuối ∆tC.

Hiệu số nhiệt độ trung bình

⇒ ∆ttb =

∆td − ∆tc
∆t
ln d
∆tc

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.
lấy hiệu số nhiệt độ nào lớn hơn làm hiệu số nhiệt độ
đầu ∆td và hiệu số nhiệt độ nào nhỏ hơn làm hiệu số
nhiệt độ cuối ∆tc.
t1,t2, nhiệt độ của chất lỏng nóng và nguội ở vị trí bất
kỳ
t1đ,t2đ là nhiệt độ đầu của chất lỏng nóng và nguội
t1c, t2c là nhiệt độ cuối của chất lỏng nóng và nguội

16


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Câu 10: Cấu tạo nguyên tắc hoạt
động thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp
loại khô baromet
17

Vũ Quang Hưng –k48MTA

Cấu tạo: thiết bị gồm thân hình trụ 1 có gắn những tấm ngăn hình bán nguyệt hoặc
hình vành khăn 4 có lỗ nhỏ và ống baromet 3 để tháo nước và chất lỏng đã ngưng tụ ra
ngoài. Hơi vào thiết bị ngưng tụ đi từ dưới lên, nước chảy từ trên xuống, chảy tràn qua
cạnh tấm ngăn và đồng thời 1 phần chui qua các lỗ của tấm ngăn. Hỗn hợp nước làm
nguội và chất lỏng ngưng tụ chảy xuống ống baromet, khí không ngưng đi lên qua ống 5
sang thiết bị thu hồi bọt 2 và tập trung chảy xuống ống baromet. Khí không ngưng (hoặc
không khí) được hút ra từ phía trên bằng bơm chân không. Các tấm ngăn trong thiết bị
ngưng tụ baromet có thể là hình vành khăn hoặc hình viên phân. Nhưng thường là hình
viên phân được dùng nhiều hơn vì nắp đơn giản, không cần ống trung tâm. ống baromet
thường cao 11m khi độ chân không trong thiết bị có tăng thì nước vẫn không ngập lên
thiết bị.
Ưu điểm: nước tự chảy mà không cần bơm tốn ít năng lượng, năng suất lớn.

Câu 11: Cấu tạo nguyên tắc hoạt động thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp loại ướt

18


Vũ Quang Hưng –k48MTA

nguyên lí làm việc thiết bị ngưng
tụ loại ướt làm việc xuôi chiều.
hơi đi từ trên xuống, nước được
phun ra từ vòi hoa sen từ trên
xuống cùng chiều với hơi chảy
qua các ngăn. Chất lỏng đã
ngưng tụ, được hút ra từ phía

dưới thiết bị bằng bơm không khí
ướt. loại này chỉ dùng trong
trường hợp không đặt ống
baromet.

Câu 12: Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp loại
ống chùm
- Cấu tạo: gồm có vỏ hình trụ 1 hai đầu hàn hai lưới ống 2, các ống truyền nhiệt 3 được
ghép chắc, kín vào lưới ống. Đáy và nắp nối với vỏ bằng mặt bích có bulông ghép chắc.
19


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Trên vỏ, nắp và đáy có cửa ( ống nối ) để dẫn chất tải nhiệt. Thiết bị được cài đặt trên
giá đỡ bằng tai treo hàn vào vỏ.
-

Các ống lắp trên lưới ống cần phải kín bằng cách nong hoặc hàn, đôi khi người ta
còn dùng đệm để ghép kín

-

Ưu điểm:

+ kết cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn
Nguyên lí làm việc:
Chất tải nhiệt 1 đi vào đáy dưới qua các
ống lên trên và ra khỏi thiết bị, còn chất tải
nhiệt 2 đi từ cửa trên của vỏ vào khoảng

trống giữa ống và vỏ rồi đi ra từ phía dưới.
các ống lắp trên lưới ống cần phải kín bắng
cách nong hoặc hàn, đôi khi người ta còn
dùng đệm để ghép kín. Trong trường hợp
này có thể di chuyển dọc theo chiều dọc
khi giản nỡ, nhưng lắp như vậy rất phức
tạp.

Câu 13: Cấu
trao đổi nhiệt

tạo và nguyên tắc hoạt động thiết bị
gián tiếp loại ống lồng ống

20


Vũ Quang Hưng –k48MTA

- Cấu tạo: gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau
-

-

Chất tải nhiệt l đi trong ống từ dưới lên còn chất tải nhiệt II đi trong ống ngoài từ
trên xuống
Khi năng suất lớn, đặt nhiều dãy làm việc song song.
Ưu điểm:

+ Hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể tạo ra tốc độ lớn cho cả hai chất tải nhiệt

+ Cấu tạo độ đơn giản
nhược điểm: cồng kềnh, giá thành cao, khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống
-

Nguyên lí làm việc:
Chất tải nhiệt 2 đi trong ống trong từ dưới lên còn chất tải nhiệt 1 đi trong ống
ngoài từ trên xuống, khi năng suất lớn ta đặt nhiều dãy làm việc song song.

14. Đung nóng trực tiếp bằng hơi nước bão hòa ? Cân bằng nhiệt lượng.

21


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Là phương pháp cho hơi nước sục thẳng vào trong lòng chất lỏng cần đun nóng. Hơi
nước ngưng tụ và cấp ẩn nhiệt cho chất lỏng, nước ngưng tạo thành lại trộn lẫn với
chất lỏng.
Thiết bị dơn giản nhất để đun nóng bằng hơi nước trực tiếp là thiết bị loại sục gồm có
một bể chứa chất lỏng cần đun sôi và một ống hơi (hình 1). Trên ống dẫn hơi có đặt
các van để tạo cho quá trình làm việc tốt. Van một chiều 5 dùng để ngăn không cho
chất lỏng đi ngược trở lại trong trường hợp áp suất trong ống hơi thấp hơn áp suất khí
quyển. trước khi bắt đầu đun nóng, người ta mở van phụ 4 để tháo hết nước ngưng
đang tích tụ trong ống dẫn hơi.

Khi cần thiết vừa đun nóng vừa khuấy trộn chất lỏng thì dùng thiết bị đung nóng loại sủi
bọt (hình 2). Trong thiết bị này hơi từ ống hơi vào được đi qua những ống phun hình
xoắn ốc vòng tròn hoặc một số ống thẳng song song có những lỗ nhỏ đặt nằm dưới đáy
bể chứa lỏng. Nhờ có sự bố trí như thế nên hơi nước được phun đều trong bể có tác dụng
khuấy trộn.

22


Vũ Quang Hưng –k48MTA

Loại thiết bị sủi bọt và loại thiết bị sục làm việc có nhiều tiếng động. để tránh tiếng
động, người ta dùng thiết bị có lắp thêm một cái loa 2 ở đầu ống dẫn hơi (hình 3). Khi
làm việc, hơi phun ra khỏi đầu ống dẫn hơi có vận tốc rất lớn, do đó áp suất tĩnh học
trong loa giảm xuống, chất lỏng bên ngoài loa ập vào đáy của loa vừa pha trộn với luồng
hơi phun ra vừa làm tắt tiếng động.
Phương pháp đun nóng bằng hơi nưóc trực tiếp nói chung là đơn giản
nhưng nó có nhược điểm là đưa thêm một lượng nước ngưng tụ vào trong
chât lỏng cần đun nóng. Do dó phương pháp này chỉ dùng trong các trường
hợp cho phép pha loãng chất lỏng và không có phản ứng xảy ra giữa chất
lỏng và nưóc.
Để xác định hơi nước tiêu hao trong quá trình đun nóng, người ta đưa vào
phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Dλ + G 2 C 2 t 2đ = CDt 2c + G 2 C2 t 2c + Qm
Từ đó rút ra lượng hơi cần thiết

D=

G 2 C2 (t 2c − t 2đ ) + CQ m
λ − C.t 2c

trong đó:
C - nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ, J/kg.°C
G 2 — lượng chất lỏng cần đun nóng, kg/s;

C2 — nhiệt dung riêng của chất lỏng, J/kg.°C;
23


Vũ Quang Hưng –k48MTA

t 2 đ , t 2 c - nhiệt độ đầu và cuối của chất lỏng, °C;
D — lượng hơi nước cần thiết, kg;
λ — nhiệt lượng riêng của hơi nước, J/kg;
Q m - tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh, W.

24


Vũ Quang Hưng –k48MTA

15. Nguyên tắc và sơ đồ đun nóng bằng khói lò ?

Khói lò được tạo ra bằng cách đốt nhiên liệu trong lò đốt 1, sau đó đi vào phòng 2. Ở
phòng này cho thêm không khí lạnh vào để điều chỉnh nhiệt độ của khói lò. Lượng
không khí cho vào phụ thuộc nhiệt độ cần điều chỉnh để đun nóng.
Để giảm lượng oxy trong khói lò người ta có thể dùng khí thải (khói lò sau khi đã đun
nóng) để trộn.

25