Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh phần 1 gồm các nội dung chính sau: Nhiệt động kỹ thuật; hơi và các thông số trạng thái của hơi; chu trình nhiệt động của máy lạnh; đối lưu và bức xạ nhiệt. Mời các bạn cùng tham khảo!
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG GIÁO TRÌNH CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH NGHỀ KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ Trình độ trung cấp/cao đẳng (Ban hành theo Quyết định số: 568/QĐ-CĐN ngày 21 tháng năm 2018 Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang) LÊ VĨNH TRIỀU Tháng năm 2018 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình giảng dạy môn Cơ Sở Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh Điều Hịa Khơng Khí tài liệu biên soạn theo chương trình chi tiết Nghề: Kỹ Thuật Máy Lạnh Điều Hịa Khơng Khí Đây mơn sở kỹ thuật chuyên ngành nhằm trang bị kiến thức cần thiết cho môn họn chuyên môn Môn trang bị cho học sinh kiến thức Kỹ thuật Nhiệt Lạnh Điều hòa Khơng khí, làm sáng tỏ vấn đề lý thuyết, nguyên lý bản, nguyên lý hoạt động hệ thống lạnh, tính tốn nhiệt lượng Giáo trình giảng dạy nhằm giúp cho học sinh sinh viên hiểu rõ kiến thức vận dụng kiến thức để giải vấn đề chưa rõ Ở chương, kiến thức cịn có số ví dụ, tập câu hỏi ôn tập nhằm cô đọng lại phần kiến thức học Giáo trình giảng dạy kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy để biên soạn trích dẫn từ số giáo trình như: PGS.TS Võ Chí Chính Giáo trình điều hịa khơng khí NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2005 Nguyễn Đức Lợi- Phạm Văn Tùy Kỹ thuật lạnh sở NXB Giáo dục 1996 Nguyễn Đức Lợi Gas, dầu chất tải lạnh NXB Giáo dục 2007 Lê Chí Hiệp Kỹ thuật điều hịa khơng khí NXB Khoa học kỹ thuật 2007 Hồng Đình Tín- Lê Chí Hiệp Nhiệt động lực học kỹ thuật NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh 2007 GS.TSKH Trần Văn Phú Giáo trình nhiệt kỹ thuật NXB Giáo dục 2007 Giáo trình hồn thành q trình soạn khơng tránh khỏi khiếm khuyết mong nhận đóng góp Lãnh đạo nhà trường, đồng nghiệp em học sinh Xin trân trọng cảm ơn An Giang, ngày 20 tháng 03 năm 2018 Chủ Biên Lê Vĩnh Triều MỤC LỤC I LỜI GIỚI THIỆU II MỤC LỤC III CHƯƠNG TRÌNH CHI TIẾT IV NỘI DUNG Chương I CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG §1 NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT I ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY NHIỆT 13 Đơn vị đo công, nhiệt lượng công suất 13 Dấu công nhiệt lượng 13 Định luật nhiệt động II nguyên lý làm việc máy nhiệt 14 II THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT 15 Định nghĩa 15 Các thông số trạng thái 15 III NHIỆT DUNG RIÊNG 17 Định nghĩa 17 Phân loại nhiệt dung riêng 17 Cách tính nhiệt lượng 17 §2 HƠI VÀ CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA HƠI I CÁC PHA CỦA VẬT CHẤT 20 Đồ thị pha 20 Các trình chuyển pha 21 II QUÁ TRÌNH HÓA HƠI ĐẲNG ÁP CỦA CÁC CHẤT LỎNG 22 Quá trình bay 22 Q trình sơi 22 III QUÁ TRÌNH HÓA HƠI ĐẲNG ÁP CỦA NƯỚC 23 Nhiệt 24 Nhiệt ẩn 24 IV ĐỒ THỊ MOLLIER CỦA MÔI CHẤT LẠNH 24 Giới thiệu đồ thị Mollier 24 Cấu tạo đồ thị Mollier 25 §3 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MÁY LẠNH I CHU TRÌNH MÁY LẠNH SỬ DỤNG MÁY NÉN 29 Chu trình carnot thuận chiều hiệu suất chu trình 29 Chu trình carnot ngược chiều, hệ số làm lạnh hệ số bơm nhiệt 29 II CHU TRÌNH MÁY LẠNH HẤP THỤ 31 III CHU TRÌNH MÁY LẠNH BÁN DẪN 32 Chương II TRUYỀN NHIỆT §1 DẪN NHIỆT I HỆ SỐ DẪN NHIỆT 34 Dòng nhiệt mật độ dòng nhiệt 34 Định luật Fourier dẫn nhiệt 34 II DẪN NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG 35 Dẫn nhiệt qua vách phẳng lớp 35 Dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp 36 III DẪN NHIỆT QUA VÁCH TRỤ 38 Dẫn nhiệt qua vách trụ lớp 38 Dẫn nhiệt qua vách trụ nhiều lớp 39 §2 ĐỐI LƯU VÀ BỨC XẠ NHIỆT I ĐỐI LƯU NHIỆT 42 II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỐI LƯU NHIỆT 42 III BỨC XẠ NHIỆT 43 IV CÁC HỆ SỐ BỨC XẠ 44 §3 TRAO ĐỔI NHIỆT HỖN HỢP I TRAO ĐỔI NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG 46 Truyền nhiệt qua vách phẳng lớp 46 Truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp 47 II TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH TRỤ 49 Truyền nhiệt qua vách trụ lớp 49 Truyền nhiệt qua vách trụ nhiều lớp 50 Chương III CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH §1 CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH VÀ MÔI CHẤT LẠNH I Ý NGHĨA CỦA KỸ THUẬT LẠNH 53 Tác dụng nhiệt độ thấp thực phẩm 53 Ứng dụng sản xuất bia, nước 55 Ứng dụng cơng nghiệp hố chất 56 Ứng dụng điều hồ khơng khí 56 Ứng dụng siêu dẫn 56 Ứng dụng y tế sinh học Cryô 56 Ứng dụng thể thao 57 Ứng dụng xây dựng 57 Ứng dụng khác 58 II CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH 58 Tủ lạnh nước đá đơn giản 58 Làm lạnh bay chất lỏng 59 Tủ lạnh R12 sôi áp suất khí 59 Tủ lạnh khống chế áp suất sôi 59 Tủ lạnh với vịng tuần hồn kín gas lạnh 60 III MÔI CHẤT LẠNH, CHẤT TẢI LẠNH 61 Khái niệm yêu cầu môi chất lạnh 61 Các môi chất lạnh thông dụng 62 Chất tải lạnh 63 §2 CÁC HỆ THỐNG LẠNH THÔNG DỤNG I HỆ THỐNG LẠNH MỘT CẤP NÉN 64 Chu trình carnot ngược chiều 64 Chu trình khơ 65 Chu trình lạnh, nhiệt 68 Chu trình hồi nhiệt 70 Sự phụ thuộc qo vào nhiệt độ bay to nhiệt độ ngưng tụ tk 73 II HỆ THỐNG LẠNH HAI CẤP NÉN 74 Chu trình cấp, tiết lưu, làm mát trung gian phần 75 Chu trình cấp, tiết lưu, làm mát trung gian phần 76 Chu trình cấp, tiết lưu, làm mát trung gian toàn phần 79 Chu trình cấp, tiết lưu, bình trung gian có ống xoắn 80 §3 CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG LẠNH I MÁY NÉN LẠNH 83 Nhiệm vụ 83 Phân loại 83 Máy nén pittong 86 Máy nén trục vít 91 Máy nén roto 92 II THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 95 Vai trò phân loại thiết bị ngưng tụ 95 Thiết bị ngưng tụ làm mát nước 96 Thiết bị ngưng tụ làm mát nước khơng khí 102 Thiết bị ngưng tụ làm mát khơng khí 107 III THIẾT BỊ BAY HƠI 110 Vai trò, phân loại thiết bị bay 110 Thiết bị bay làm lạnh chất lỏng 110 Thiết bị bay làm lạnh khơng khí 116 IV THIẾT BỊ TIẾT LƯU Van tiết lưu tự động 119 Búp phân phối lỏng 121 IV THIẾT BỊ PHỤ 122 Vai trị, vị trí thiết bị phụ hệ thống lạnh .122 Thiết bị trung gian 122 Bình tách dầu 125 Bình tách lỏng 127 Bình giữ mức - tách lỏng 131 Bình thu hồi dầu 132 Bình tách khí khơng ngưng 133 Bình chứa cao áp hạ áp .135 Tháp giải nhiệt 137 10 Bộ lọc ẩm lọc khí .137 11 Van chặn 138 12 Van chiều 139 13 Kính xem gas 140 14 Ong tiêu âm 141 15 Van nạp gas 141 17 Van xả gas (relief valve) .141 Chương IV CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU HÒA KHƠNG KHÍ §1 KHƠNG KHÍ ẨM I KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI KHƠNG KHÍ ẨM 143 Khái niệm khơng khí ẩm 143 Phân loại không khí ẩm 143 III ĐỒ THỊ I-D VÀ T-D CỦA KHƠNG KHÍ ẨM 144 Các thơng số đặc trưng khơng khí ẩm 144 Đồ thị khơng khí ẩm 145 Các trình nhiệt động khơng khí ẩm 146 §2 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ I KHÁI NIỆM 151 Khái niệm, mục đích hệ thống thơng gió .151 Phân loại hệ thống thơng gió 153 Khái niệm điều hịa khơng khí 153 II CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ .153 Hệ thống điều hịa khơng khí dùng trực tiếp môi chất lạnh làm chất tải lạnh 153 Hệ thống điều hịa khơng khí với chất tải lạnh khơng khí 156 Hệ thống điều hòa với chất tải lạnh nước 157 Hệ thống điều hòa với chất tải lạnh nước kết hợp với khơng khí 157 Tài liệu tham khảo 158 CHƯƠNG TRÌNH CHI TIẾT MƠN HỌC: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ Mã mơn học: MH14 Thời gian môn học: 60h( Lý thuyết: 60h ) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC: - Là môn học sở kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị kiến thức cần thiết cho phần học kỹ thuật chuyên môn - Là Môđun thiên lý thuyết: tra bảng biểu làm sáng tỏ vấn đề lý thuyết II MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC: - Trang bị cho học sinh kiến thức kỹ thuật Nhiệt-Lạnh Điều hịa khơng khí, cụ thể là: Mơi chất lạnh, cấu tạo nguyên lý hoạt động Máy lạnh, cấu trúc hệ thống lạnh hệ thống ĐHKK - Học sinh cần đạt kỹ tra bảng thông số trạng thái môi chất, sử dụng đồ thị, chuyển đổi đơn vị đo tính tốn toán đơn giản Nhiệt-Lạnh III NỘI DUNG MÔN HỌC: Nội dung tổng quát: Thời gian (giờ) TT Tên chương, mục Thực hành, Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm số thuyết thảo luận, tra tập Chương : CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG I Bài : Nhiệt động kỹ thuật 4 II Bài : Hơi thông số trạng thái 1 III Bài : Chu trình nhiệt động máy lạnh 6 IV Chương : TRUYỀN NHIỆT Bài : Dẫn nhiệt V Bài : Đối lưu xạ nhiệt 3 VI Bài :Trao đổi nhiệt hỗn hợp 2 Chương : CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH VII Bài :Cơ sở kỹ thuật lạnh môi chất lạnh 4 VIII Bài :Các hệ thống lạnh thông dụng Bài :Các thiết bị hệ thống lạnh IX Chương : CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ X Bài :Khơng khí ẩm XI Bài :Khái niệm điều hịa khơng khí 3 60 46 Tổng cộng : 10 Nội dung chi tiết: Thời gian (giờ) TT Tên chương, mục Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiểm tra Chương : CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG I II Bài : Nhiệt động kỹ thuật 4 I.Định luật nhiệt động II nguyên lý làm việc máy nhiệt II.Thông số trạng thái môi chất III.Nhiệt dung riêng Bài : Hơi thông số trạng thái I.Các pha vật chất II.Q trình hóa đẳng áp chất lỏng III.Q trình hóa đẳng áp nước IV.Đồ thị Mollier môi chất lạnh Kiểm tra lần III Bài : Chu trình nhiệt động máy lạnh 1 1 6 I.Chu trình máy lạnh sử dụng máy nén II.Chu trình máy lạnh hấp thụ III.Chu trình máy lạnh bán dẫn Bảng 1.1 Hệ số dẫn nhiệt số vật liệu Kim loại Vật liệu xây dựng Vật liệu khác Vật liệu Nhôm Đồng Hợp kim đồng Thép carbon Thép hợp kim Gang Bê tông Gạch chịu lửa Gỗ dọc thớ Gỗ ngang thớ Kính Tường gạch Đá sỏi Bấc Amiăng Mùn cưa Bông thủy tinh Bọt xốp PolyStyrol Bọt PolyUrethan Khơng khí đứng im (W/mK) 200÷230 360 100 45÷55 17÷45 56÷64 1,3 0,8÷1,7 0,35÷0,70 0,14÷0,20 0,75 0,70÷0,75 1,6÷2,09 0,05÷0,10 0,15÷0,20 0,07 0,04 0,033 0,026 0,023 Qua bảng phân biệt vật liệu dẫn nhiệt tốt vật liệu dẫn nhiệt Vật liệu dẫn nhiệt tốt kim loại, tốt đồng nguyên chất So với thép hợp kim đồng dẫn nhiệt tốt khoảng 10 đến 20 lần Thường chất dẫn nhiệt tốt chất dẫn điện tốt Đồng nhôm hai vật liệu dẫn điện tốt Những vật liệu dẫn nhiệt bấc, mùn cưa, amiăng, thủy tinh đặc biệt bọt xốp PolyStyrol PolyUrethan Chính dẫn nhiệt nên chúng sử dụng làm chất cách nhiệt kỹ thuật nhiệt kỹ thuật lạnh III DẪN NHIỆT QUA VÁCH TRỤ Dẫn nhiệt qua vách trụ lớp 38 Hình 1.3 Dẫn nhiệt qua vách trụ lớp Vách trụ hiểu hình trụ trịn có đường kính r 1,r2 bé so với chiều dài Giả sử ta có vách trụ lớp có hệ số dẫn nhiệt khơng đổi Mặt có bán kính r1 có nhiệt độ tw1 mặt ngồi bán kính r2 nhiệt độ tw2 khơng đổi q trình dẫn nhiệt Ta có cơng thức tính nhiệt lượng truyền qua vách trụ sau: - Mật độ dòng nhiệt 1m2 bề mặt đẳng nhiệt bằng: q t w1 t w d ln 2 d1 Trong đó: q: Mật độ dòng nhiệt dẫn qua vách trụ tw1 : Nhiệt độ thành vách (K) tw2 : Nhiệt độ thành vách (K) d1: Đường kính vách(m) d2: Đường kính ngồi vách(m) : Hệ số dẫn nhiệt vách (W/mK) - Dòng nhiệt Q truyền qua vách hình trụ có chiều dài l bằng: Q=l.q Q: Nhiệt lượng dẫn qua vách trụ(W) l: Chiều dài vách trụ(m) Dẫn nhiệt qua vách trụ nhiều lớp 39 Hình 1.4 Dẫn nhiệt qua vách trụ nhiều lớp Nếu vách trụ gồm lớp dễ thấy trường nhiệt độ đường logarit gẫy khúc bề mặt tiếp xúc lớp Khi mật độ dịng nhiệt 1m chiều dài bằng: q t w1 t d d 1 d ln ln ln 21 d1 22 d 23 d Trong đó: q : Mật độ dịng nhiệt dẫn qua vách trụ tw1 : Nhiệt độ thành vách 1(K) tw4 : Nhiệt độ thành vách 4(K) d1: Đường kính vách 1(m) d2: Đường kính vách 2(m) d3: Đường kính vách 3(m) d4: Đường kính vách 4(m) 1 : Hệ số dẫn nhiệt vách thứ (W/mK) : Hệ số dẫn nhiệt vách thứ (W/mK) : Hệ số dẫn nhiệt vách thứ (W/mK) Như vách trụ có n lớp mật độ dịng nhiệt bằng: 40 q t w1 t w ( n 1) d ln i 1 di i 1 2i n Trong đó: q: Mật độ dịng nhiệt dẫn qua vách trụ tw1 : Nhiệt độ thành vách 1(K) twn : Nhiệt độ thành vách n(K) d1: Đường kính vách(m) dn: Đường kính ngồi vách (m) i : Hệ số dẫn nhiệt vách thứ i (W/mK) - Dòng nhiệt Q truyền qua vách hình trụ có chiều dài l bằng: Q=l.q Q: Nhiệt lượng dẫn qua vách trụ(W) l: Chiều dài vách trụ(m) Bài tập: Hãy tính nhiệt lượng dẫn qua vách phẳng lớp biết vách có cấu tạo thép hợp kim, vách có độ dày 3mm, nhiệt độ bên trái vách 30oC nhiệt độ bên phải vách 120oC, vách có chiều dài 6m, chiều rộng 2,5m? Hãy tính nhiệt lượng dẫn qua vách trụ biết nhiệt độ bên vách 26oC nhiệt độ vách cịn lại 2oC, biết vách có cấu tạo đồng, có độ dày 2mm, đường kính trong60mm, vách trụ có chiều dài 20m? Câu hỏi ơn tập: Hãy vẽ trình bày biểu thức tính toán nhiệt lượng dẫn qua vách phẳng nhiều lớp? Hãy vẽ trình bày biểu thức tính tốn nhiệt lượng dẫn qua vách trụ nhiều lớp? 41 §2 ĐỐI LƯU VÀ BỨC XẠ NHIỆT Mục tiêu: - Trình bày trình đối lưu nhiệt, xạ nhiệt; - Lập cơng thức tính tốn nhiệt lượng trình đối lưu; - Trình bày hệ số xạ nhiệt; - Chú ý cẩn thận tỉ mỉ q trình tính tốn I ĐỐI LƯU NHIỆT Sự lan truyền nhiệt chất lỏng chất khí chuyển động gọi đối lưu nhiệt Ở phần tử nhỏ tiếp xúc với nguồn nhiệt, nhận nhiệt qua dẫn nhiệt, sau chuyển vị trí khác( tự nhiên hay cưỡng bức) để phần tử khác lạnh tiếp xúc với nguồn nhiệt II CÁC PHƯƠNG ĐỐI LƯU NHIỆT Đối lưu tự nhiên lan truyền nhiệt thành dịng khí chất lỏng tự nhiên mật độ thay đổi nhiệt độ dịng khí chất lỏng thay đổi Hình mơ tả đối lưu nhiệt tự nhiên phịng có lị sưởi Khơng khí lạnh vào phía lị sưởi Khi qua lị sưởi đốt nóng lên, khối lượng riêng giảm, khối khí chuyển động lên lên trần nhà Ở thải nhiệt cho trần tường, khối lượng giảm lại lắng dần xuống lại hút vào lị sưởi Cứ khơng khí tạo vịng tuần hồn phịng Đối lưu cưỡng truyền nhiệt cho dịng khơng khí chất lỏng chảy cưỡng qua bề mặt mang nhiệt ( quạt gió bơm khuấy) Hình 2.1 Đối lưu tự nhiên phịng 42 Hình 2.2 Đối lưu cưỡng phịng Nhờ có quạt, khơng khí thổi cưỡng qua thiết bị trao đổi nhiệt, dàn ngưng tụ tỏa nhiệt, dàn bay thu nhiệt để trao đổi nhiệt với bề mặt dàn Nhờ có quạt, hiệu trao đổi nhiệt tăng lên rõ rệt Thực nghiệm xác định dịng nhiệt Q q trình trao đổi nhiệt đối lưu tỉ lệ thuận với bề mặt F, hiệu nhiệt độ môi trường với bề mặt vách phụ thuộc vào hệ số tỏa nhiệt đặc trưng cho môi trường lỏng khí * Nếu vách vách phẳng ta có cơng thức: q (tf1 tw1 ) Trong đó: q: Mật độ dịng nhiệt trao đổi đối lưu tf : Nhiệt độ môi trường (K) tw : Nhiệt độ vách (K) : Hệ số tỏa nhiệt môi trường (W/m2K) * Nếu vách vách trụ ta có cơng thức: q d(tf tw ) Trong đó: q: Mật độ dòng nhiệt trao đổi đối lưu tf : Nhiệt độ môi trường (K) tw : Nhiệt độ vách (K) d: đường kính vách trụ (m) : Hệ số tỏa nhiệt môi trường (W/m2K) III BỨC XẠ NHIỆT Trao đổi nhiệt xạ trao đổi nhiệt vật thực tia nhiệt 43 Khác với trao đổi nhiệt đối lưu, cường độ xạ nhiệt không phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ mà phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối vật Nhiệt độ cao cường độ trao đổi nhiệt xạ lớn Ngoài trao đổi nhiệt xạ cịn thực môi trường chân không IV CÁC HỆ SỐ BỨC XẠ Giả sử bề mặt vật có dịng xạ tới Et Trong trường hợp tổng quát phần lượng xạ tới bị bề mặt hấp thụ E A, phần bị bề mặt phản xạ ER phần xuyên qua ED Theo định luật bảo tồn lượng ta có: Et= EA+ ER +ED Khi ta có định nghĩa: - Hệ số hấp thụ A vật tỷ số phần lượng bị hấp thụ với toàn lượng xạ tới, A= EA Et - Hệ số phản xạ R vật tỷ số phần lượng bị phản xạ với tồn lượng xạ tới, R= ER Et - Hệ số xuyên qua D vật tỷ số phần lượng xuyên qua vật với tồn lượng xạ tới, D= ED Et Dưới số vật đặc biệt: - Vật đen tuyệt đối vật có A=1, R=D=0 Như vật đen tuyệt đối hấp thụ toàn lượng xạ tới - Vật trắng tuyệt đối vật có R=1, A=D=0 Như vật trắng tuyệt đối vật phản xạ hoàn toàn lượng xạ tới - Vật suốt tuyệt đối vật có D=1, A=R=0 Như vật suốt tuyệt đối vật cho toàn lượng xạ tới xuyên qua Những bề mặt đen, xám, nhám có khả xạ nhiệt tốt có khả hấp thụ xạ nhiệt tốt hơn, khả phản xạ Những bề mặt sáng, trắng, nhẵn có khả xạ nhiệt yếu hấp thụ xạ nhiệt yếu hơn, chúng có khả phản xạ tốt Kính loại vật liệu hầu hết tia xạ mặt trời qua (bước sóng ngắn), lại phản xạ hầu hết xạ nhiệt có bước sóng dài khơng nhìn thấy tia hồng ngoại Chính lẽ đó, nhà kính, tơ có nhiều cửa kính vv… cung có nhiệt độ nóng mơi trường bên ngồi chúng có khả hấp thụ lượng mặt trời tia xạ từ vào phản xạ tia xạ hồng 44 ngoại từ nên giữ nhiệt Đây hiệu ứng lồng kính Ứng dụng tính chất kính người ta thiết kế thu lượng mặt trời với hai lớp kính Bài tập: Hãy tính nhiệt lượng đối lưu khơng khí phịng vách phịng biết nhiệt độ khơng khí 30oC, hệ số trao đổi nhiệt 10 W/m2K, nhiệt độ vách 12oC? Hãy tính nhiệt lượng đối lưu nước chảy ống nhựa PVC biết nhiệt độ nước 5oC, hệ số trao đổi nhiệt nước 30 W/m2K, nhiệt độ thành ống nhựa 12oC? Câu hỏi ôn tập: Hãy lập biểu thức tính tốn nhiệt lượng đối lưu qua vách phẳng? Hãy lập biểu thức tính toán nhiệt lượng đối lưu qua vách trụ? Hãy trình bày hình thức truyền nhiệt mơi trường? Hãy trình bày hệ số trao đổi nhiệt xạ? 45 §3 TRAO ĐỔI NHIỆT HỖN HỢP Mục tiêu: - Trình bày nhiệt lượng truyền qua vách phẳng, vách trụ lớp nhiều lớp; - Tính tốn nhiệt lượng truyền qua vách phẳng , vách trụ lớp nhiều lớp; - Chú ý cẩn thận tỉ mỉ q trình tính tốn I TRAO ĐỔI NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG Truyền nhiệt qua vách phẳng lớp Trao đổi nhiệt hỗn hợp trình trao đổi nhiệt bao gồm hai nhiều hình thức trao đổi nhiệt dẫn nhiệt, đối lưu xạ Nếu hai chất lỏng chất khí ngăn cách vách ngăn, trao đổi nhiệt cho trình truyền nhiệt thực qua ba bước: đối lưu- dẫn nhiệtđối lưu Người ta xác định rằng, dịng nhiệt q trình trao đổi nhiệt hỗn hợp tỉ lệ thuận với diện tích truyền nhiệt, hiệu nhiệt độ nguồn nóng nguồn lạnh phụ thuộc vào hệ số truyền nhiệt k Cho phẳng có chiều dày hệ số dẫn nhiệt Một mặt phẳng tiếp xúc với dịch thể nóng có nhiệt độ khơng đổi tf1 Mặt phẳng tiếp xúc với dịch thể lạnh có nhiệt độ tf2 khơng đổi Hệ số trao đổi nhiệt dịch thể nóng với mặt phẳng , mặt phẳng với dịch thể lạnh Hình 3.1 Truyền nhiệt qua vách phẳng lớp 46 Nhiệt lượng truyền qua vách phẳng lớp: Q k.F.(tf tf ) (W) Q: Nhiệt lượng truyền qua (W) F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m2) tf : Nhiệt độ nguồn nóng (K) tf : Nhiệt độ nguồn lạnh (K) k : hệ số truyền nhiệt (W/m2K) - Hệ số truyền nhiệt k xác định sau: k 1 1 Trong đó: : hệ số tỏa nhiệt mơi trường có nhiệt độ cao (W/m2K) : hệ số tỏa nhiệt mơi trường có nhiệt độ thấp (W/m2K) : bề dày lớp vách (m) : hệ số dẫn nhiệt lớp vách (W/mK) Hệ số truyền nhiệt k tỉ lệ thuận với hệ số tỏa nhiệt dẫn nhiệt Nếu lớn k lớn Hệ số tỏa nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ, tốc độ chuyển động, khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt dung riêng hệ số dẫn nhiệt chất hình dạng cấu tạo bề mặt diện tích truyền nhiệt Người ta nâng cao hệ số truyền nhiệt cách cho dịng mơi chất trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bề mặt chuyển động, tạo cánh cho bề mặt phía có hệ số tỏa nhiệt nhỏ Truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp Cho phẳng lớp có chiều dày 1 , 3 hệ số dẫn nhiệt , Một mặt phẳng tiếp xúc với dịch thể nóng có nhiệt độ khơng đổi tf1 Mặt phẳng tiếp xúc với dịch thể lạnh có nhiệt độ tf không đổi Hệ số trao đổi nhiệt dịch thể nóng với mặt phẳng , mặt phẳng với dịch thể lạnh 47 Hình 3.2 Truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp - Nhiệt lượng truyền qua vách phẳng lớp: Q k.F.(tf tf ) (W) Q: Nhiệt lượng truyền qua (W) F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m2) tf : Nhiệt độ nguồn nóng (K) tf : Nhiệt độ nguồn lạnh (K) k : hệ số truyền nhiệt (W/m2K) - Hệ số truyền nhiệt k xác định sau: k 1 1 3 1 Trong đó: : hệ số tỏa nhiệt mơi trường có nhiệt độ cao (W/m2K) : hệ số tỏa nhiệt mơi trường có nhiệt độ thấp (W/m2K) 1 : bề dày lớp vách thứ 1(m) : bề dày lớp vách thứ 2(m) 3 : bề dày lớp vách thứ 3(m) 1 : hệ số dẫn nhiệt lớp vách thứ 1(W/mK) : hệ số dẫn nhiệt lớp vách thứ 2(W/mK) 48 : hệ số dẫn nhiệt lớp vách thứ 3(W/mK) * Đối với vách phẳng n lớp nhiệt lượng truyền qua vách phẳng nhiều lớp: Q k.F.(tf tf ) (W) Q: Nhiệt lượng truyền qua (W) F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m2) tf : Nhiệt độ nguồn nóng (K) tf : Nhiệt độ nguồn lạnh (K) k : hệ số truyền nhiệt (W/m2K) - Hệ số truyền nhiệt k xác định sau: k 1 1 n i 1 i i Trong đó: : hệ số tỏa nhiệt mơi trường có nhiệt độ cao (W/m2K) : hệ số tỏa nhiệt mơi trường có nhiệt độ thấp (W/m2K) i : bề dày lớp vách thứ i(m) i : hệ số dẫn nhiệt lớp vách thứ i(W/mK) II TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH TRỤ Truyền nhiệt qua vách trụ lớp Hình 3.3 Truyền nhiệt qua vách trụ lớp Giả sử ta có vách trụ lớp có hệ số dẫn nhiệt khơng đổi Mặt có bán kính r1 có nhiệt độ tf1 mặt ngồi bán kính r2 nhiệt độ tf2 khơng đổi Một mặt vách trụ tiếp xúc với dịch thể nóng có nhiệt độ khơng đổi tf1 Mặt vách trụ tiếp xúc với dịch thể lạnh có nhiệt độ tf2 khơng đổi q trình truyền nhiệt Hệ số trao đổi nhiệt dịch thể nóng với mặt vách trụ , mặt vách trụ 49 với dịch thể lạnh Ta có cơng thức tính mật độ dòng nhiệt truyền qua vách trụ sau: q tf tf d 1 ln d1 2 d1 d Trong đó: q: Mật độ dịng nhiệt truyền qua vách trụ tf : Nhiệt độ nguồn nóng (K) tf : Nhiệt độ nguồn lạnh (K) d1: đường kính trong(m) d2: đường kính ngồi(n) : hệ số tỏa nhiệt mơi trường có nhiệt độ cao (W/m2K) : hệ số tỏa nhiệt môi trường có nhiệt độ thấp (W/m2K) : hệ số dẫn nhiệt lớp vách (W/mK) - Nhiệt lượng truyền qua vách trụ: Q=q.l (W) Q: Nhiệt lượng truyền qua vách trụ(W) l: Chiều dài vách trụ (m) Truyền nhiệt qua vách trụ nhiều lớp Hình 3.4 Truyền nhiệt qua vách trụ nhiều lớp Giả sử ta có vách trụ lớp có hệ số dẫn nhiệt , , không đổi Mặt có bán kính r1 có nhiệt độ tf1 mặt ngồi có bán kính r4 nhiệt độ tf2 không đổi Một mặt vách trụ tiếp xúc với dịch thể nóng có nhiệt độ khơng đổi tf Mặt vách trụ tiếp xúc với dịch thể lạnh có nhiệt độ tf khơng đổi trình truyền nhiệt Hệ số trao đổi nhiệt dịch thể nóng với mặt vách trụ 50 , mặt vách trụ với dịch thể lạnh Ta có cơng thức tính mật độ dịng nhiệt truyền qua vách trụ lớp sau: q tf tf d 1 d 1 d ln ln ln d11 21 d1 22 d 23 d d Trong đó: q: Mật độ dịng nhiệt truyền qua vách trụ tf : Nhiệt độ môi trường có nhiệt độ cao (K) tf : Nhiệt độ mơi trường có nhiệt độ thấp (K) : hệ số tỏa nhiệt mơi trường có nhiệt độ cao (W/m2K) : hệ số tỏa nhiệt mơi trường có nhiệt độ thấp (W/m2K) d1: Đường kích vách thứ (m) d2: Đường kích vách thứ (m) d3: Đường kích vách thứ (m) d4: Đường kích vách thứ (m) 1 : hệ số dẫn nhiệt lớp vách thứ (W/mK) : hệ số dẫn nhiệt lớp vách thứ (W/mK) : hệ số dẫn nhiệt lớp vách thứ (W/mK) * Đối với vách trụ n lớp mật độ dịng nhiệt truyền qua vách trụ bằng: q d1 i 1 n tf tf d 1 ln i 1 2 i di d n1 Trong đó: q: Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách trụ tf : Nhiệt độ nguồn nóng (K) tf : Nhiệt độ nguồn lạnh (K) : hệ số tỏa nhiệt mơi trường có nhiệt độ cao (W/m2K) : hệ số tỏa nhiệt mơi trường có nhiệt độ thấp (W/m2K) di: Đường kích vách thứ i (m) i : hệ số dẫn nhiệt lớp vách thứ i (W/mK) 51 - Nhiệt lượng truyền qua vách trụ n lớp: Q=q.l (W) Q: Nhiệt lượng truyền qua vách trụ(W) l: Chiều dài vách trụ (m) Bài tập: Tính nhiệt lượng truyền từ mơi trường bên ngồi có nhiệt độ 32oC hệ số trao đổi nhiệt 20 W/m2K vào phịng lạnh có nhiệt độ 22oC hệ số trao đổi nhiệt 10 W/m2K, biết vách phịng có cấu tạo gồm lớp, lớp lớp vữa trát có độ dày 2mm, lớp lớp gạch có độ dày 100mm, lớp lớp vữa trát có độ dày 2mm, phịng có chiều dài 5m, chiều rộng 3m, chiều cao 3m, giả sử vách phịng tiếp xúc với mơi trường khơng khí bên ngồi? Tính nhiệt lượng tổn thất bên ống dẫn nóng từ nồi đến thiết bị trao đổi nhiệt biết ống dẫn có chiều dài 45m, nhiệt độ mơi trường bên ngồi 32oC hệ số trao đổi nhiệt 20 W/m2K, vách lớp nhơm có độ dày 1mm, lớp cách nhiệt PU có độ dày 80mm, bên ống thép có độ dày 3mm, đường kính ống thép 110mm, nóng bên có nhiệt độ 250oC, hệ số trao đổi nhiệt 80 W/m2K? Câu hỏi ôn tập: Hãy vẽ lập biểu thức tính tốn nhiệt lượng truyền qua vách phẳng nhiều lớp? Hãy vẽ lập biểu thức tính tốn nhiệt lượng truyền qua vách trụ nhiều lớp? 52 ... Chương I CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG ? ?1 NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT I ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY NHIỆT 13 Đơn vị đo công, nhiệt lượng công suất 13 Dấu công nhiệt lượng... hịa khơng khí-Nguyễn Đức Lợi Phạm Văn Tùy -NXB Khoa học kỹ thuật 12 Chương I CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG ? ?1 NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT Mục tiêu: - Trình bày nguyên lý hoạt động máy nhiệt; - Trình bày thơng... Trong nhiệt động kỹ thuật, người ta quy ước: 13 - Công môi chất sinh công dương công môi chất nhận từ môi trường cơng âm Do cơng sinh động nhiệt công dương công tiêu tốn máy lạnh bơm nhiệt công