Đại cương về các quá trình truyền nhiệt

Chương 8/ 23/ 2017 Nội dung chương 1.1 Các khái niệm KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 1.2 Các thông số điều khiển trình: Hệ đơn vị, Bảng đơn vị đo chính, Chương 1: Đại cương trình truyền nhiệt 9t Bảng chuyển đổi đơn vị 1.3 Các trình truyền nhiệt: Dẫn nhiệt, Đối lưu nhiệt, Bức xạ nhiệt, Truyền nhiệt TS BÙI TẤN NGHĨA btnghia109@gmail.com hỗn hợp Bài tập chương 1 Các khái niệm thông số Các khái niệm thông số  Nhiệt độ (temperature): đặc trưng cho mức độ nóng nhiệt, thông số làm sở để so sánh, đánh giá mức độ nóng vật vật khác  Đơn vị nhiệt độ: - Độ Celcius, ký kiệu – t (oC); VD: 37 oC - Độ Kelvin, ký hiệu – T(K); 310 K - Độ Fahrenheit, ký kiệu – TF(oF); VD: 98,6 oF  Mối liên hệ: T = t + 273 => ΔT = Δt TF = t*1.8 + 32 • Nhiệt kế: thermometer  Nhiệt dung riêng: C(J/kg.độ) (cal/kg.độ): nhiệt lượng tỏa hay thu vào để kg vật chất biến thiên độ + 1cal = 4,186 J + 1J = 0,24 cal Đơn vị khác C (j/mol.độ) (cal/mol.độ) Cp,mol (j/mol.độ) = M.Cp, mass (j/g.độ)  Khối lượng riêng: khối lượng đơn vị thể tích, ρ (kg/m3) Chương 8/ 23/ 2017 Các khái niệm thông số  Áp suất (pressure): biểu thị cho lực tác dụng vng góc lên đơn vị diện tích + Pa = N/m2 = kg/m.s2 + 1atm = 760 mmHg – áp suất khí + 1at = 735 mmHg =10mH2O – áp suất kỹ thuật  Áp suất dư: Cho biết áp suất hệ thống cao áp suất khí quyển: Pdư = Ptd − Pkq >  Áp suất chân không: Cho biết áp suất hệ thống thấp áp suất khí + Pdu = Ptd − Pkq < + Pck = -Pdư = Pkq − Ptd > Áp kế: gauge Các khái niệm thông số  Một số đơn vị đo theo hệ tiêu chuẩn SI - Kích thước hình học (chiều dài, chiều rộng, chiều cao, đường kính….): Mét (m) - Thời gian: Giây (s) - Khối lượng: Kilogam (kg) - Nhiệt lượng: J = N.m = kg.m2/s2 - Công suất: W = J/s Các trình truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt Truyền nhiệt ổn định Nhiệt độ Thay đổi theo không gian Không thay đổi theo thời gian  Quá trình bất thuận nghịch  Nhiệt truyền từ nơi nhiệt độ cao → nhiệt độ thấp Nhiệt truyền từ vật sang vật khác, từ không gian sang không gian khác Truyền nhiệt khơng ổn định Q trình truyền nhiệt Nhiệt độ thay đổi Không gian Thời gian Dẫn nhiệt Đối lưu nhiệt Bức xạ nhiệt Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Dẫn nhiệt Dẫn nhiệt Mặt đẳng nhiệt: tập hợp điểm có nhiệt độ thời điểm τ xác định Dẫn nhiệt: trình truyền nhiệt từ phần tử đến phần tử khác chúng tiếp xúc với có t + Δt nhiệt độ khác t n Khép kín Trường nhiệt độ: tập hợp tất giá trị nhiệt độ vật thể môi trường thời điểm τ Chiều dịng nhiệt Phân loại: Mặt đẳng nhiệt Không cắt Không dẫn nhiệt mặt đẳng nhiệt Trường nhiệt độ ổn định, t = f(x,y,z) Trường nhiệt độ không ổn định, t = f(x,y,z,τ) Các trình truyền nhiệt Dẫn nhiệt t + Δt 10 Các trình truyền nhiệt Định luật dẫn nhiệt Fourier t n Theo Fourier, nhiệt lượng truyền qua mặt đẳng nhiệt tỷ lệ gradt, diện tích bề mặt đẳng nhiệt thời gian Vi phân: dQ  gradt dF d Chiều dòng nhiệt Gradient nhiệt độ: mức đo độ biến thiên nhiệt độ điểm cho trước vật thể, độ biến thiên nhiệt độ đơn vị chiều dài theo phương pháp tuyến mặt đẳng nhiệt t dt lim   gradt n 0 n dn dQ   dt dF d dn hay Q’ = - λ.gradt.F.τ (J) dQ.dn      dF.d   dt   Khi gradt ≠ 0: Có tượng dẫn nhiệt xảy 11  J m W  o o m s C m C 12 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Độ dẫn nhiệt Định luật dẫn nhiệt Fourier Truyền nhiệt ổn định nên không phụ thuộc thời gian Khi đó: Q = Q’/ τ = - λ.gradt.F (W) Trong đó: Q: nhiệt lượng (W = J/s) gradt: Gradient nhiệt độ (độ/m) F: Diện tích mặt đẳng nhiệt (m2) λ: hệ số dẫn nhiệt hay độ dẫn nhiệt (w/m.độ) Đặt q = Q/F (W/m2): mật độ dòng nhiệt Độ dẫn nhiệt (hệ số dẫn nhiệt) lượng nhiệt tính J truyền dẫn nhiệt qua 1m2 bề mặt thời gian giây chênh lệch nhiệt độ 1m chiều dài theo phương pháp tuyến mặt đẳng nhiệt độ Ký hiệu: λ – đơn vị đo: (W/m.độ) Hệ số dẫn nhiệt đại lượng đặc trưng cho khả dẫn nhiệt vật, phụ thuộc vào: + Cấu tạo vật chất + Khối lượng riêng + Áp suất, nhiệt độ vật… 13 Các trình truyền nhiệt 14 Các trình truyền nhiệt Độ dẫn nhiệt  λrắn > λlỏng > λkhí  Đối với vật rắn đồng chất, cách gần hệ số dẫn nhiệt xác định sau: λ = λ0 (1+βt) Trong đó: λ – độ dẫn nhiệt t oC λ0 – độ dẫn nhiệt oC β – hệ số nhiệt độ xác định thực nghiệm t – nhiệt độ làm việc ( oC) 15 Độ dẫn nhiệt Đối với chất rắn nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt tăng Đối với chất lỏng có độ dẫn nhiệt giảm nhiệt độ tăng, trừ nước glycerin độ dẫn nhiệt tăng nhiệt độ tăng Độ dẫn nhiệt chất lỏng chất khí nhỏ so với chất rắn 16 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Đối với chất lỏng, độ dẫn nhiệt tính theo cơng thức gần sau:     C  p M Cp: nhiệt dung riêng chất lỏng, J/kg.K : khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 M: phân tử lượng chất lỏng, g/mol kg/kmol : hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất chất lỏng, có giá trị cụ thể sau: + Đối với chất lỏng không kết hợp (benzen, toluen hydrocacbon khác) =4,22.10-8 + Đối với chất kết hợp (như rượu, nước) =3,58.10-8 Đối với chất khí, độ dẫn nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ, phụ thuộc áp suất, độ dẫn nhiệt tăng nhiệt độ tăng Trong kỹ thuật, để tính tốn gần dùng cơng thức:  273  C  T    0     T  C  273  C, o: số, phụ thuộc vào loại khí 17 Các q trình truyền nhiệt Các q trình truyền nhiệt Phương trình vi phân dẫn nhiệt Độ dẫn nhiệt số loại vật liệu ,  TT Tên chất 0,279 07 Nhôm 211 Amiăng sợi 0,1115 08 Đồng 64 03 Gạch xây dựng 0,23250,28 09 Đồng thau 93 04 Gạch chịu lửa 1,005 10 Đồng đỏ 384 05 Gạch cách nhiệt 0,1395 11 Thép 46,5 06 Bông thủy tinh 0,0372 12 Thép không rỉ 17,5 TT Tên chất 01 Amiăng vải 02 W/m.độ 18 W/m.độ 19 Phương trình vi phân dẫn nhiệt thiết lập theo định luật bảo tồn lượng biểu diễn q trình nhiệt dẫn vật thể với giả thiết: + Vật đồng chất, đẳng hướng + Thông số vật lý số + Vật cứng hoàn toàn + Các phần vĩ mơ vật khơng có chuyển động tương + Vật khơng có nguồn nhiệt bên (qv=0) 20 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Phương trình vi phân dẫn nhiệt Phương trình vi phân dẫn nhiệt  Lượng nhiệt dẫn qua mặt vào hình hộp khoảng thời gian d theo phương trình dẫn nhiệt Fourier: Theo trục x: nhiệt dẫn qua bề mặt dy.dz: Xét phân tố hình hộp có cạnh dx, dy, dz tách từ vật thể Theo định luật bảo tồn lượng lượng nhiệt tăng lên hình hộp lượng nhiệt tiêu hao làm biến đổi nhiệt lượng riêng hình hộp Q x   Theo trục y: nhiệt dẫn qua bề mặt dx.dz: Q y   Qz   Các trình truyền nhiệt Lượng nhiệt tăng lên hình hộp sau khoảng thời gian d hiệu số lượng nhiệt vào khỏi hình hộp:   t  Q   t dy.dz.d      t dx.dy dz.d     t  dx  xdx x x  x    x  x  Theo trục y: nhiệt dẫn qua mặt dx.dz:  t    t   t   t  dy  Q y dy   dx.dz.d     dy dx.dz.d  y y  y     y  Theo trục z: nhiệt dẫn qua mặt dx.dy: Qz dz   dx.dy.d   t  dz  t  z  z  Q z dz   22 Phương trình vi phân dẫn nhiệt Lượng nhiệt dẫn qua mặt hình hộp khoảng thời gian d theo phương trình dẫn nhiệt Fourier: Theo trục x: nhiệt dẫn qua mặt dy.dz:  y t dx.dy.d  z Các trình truyền nhiệt Phương trình vi phân dẫn nhiệt Qy dy  dx.dz.d  t dx.dz.d y Theo trục z: nhiệt dẫn qua bề mặt dx.dy: 21 Qx  dx  dy.dz.d t dy.dz.d x t    t   dx.dy.d     dz.dx.dy d  z z   z    23  2t 2t 2t dQ      y z  x  dx.dy dz.d   2t  2t dQ   t.dV d (*)  2t Trong đó:  t  x  y  z toán tử Laplace Mặt khác lượng nhiệt tiêu hao làm biến đổi nhiệt lượng riêng hình hộp: dQ  C dV t d (**)  24 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Phương trình vi phân dẫn nhiệt Phương trình vi phân dẫn nhiệt Phương trình (***) gọi phương trình vi phân dẫn nhiệt Fourier môi trường tĩnh đồng Đối với trình dẫn nhiệt ổn định, nghĩa nhiệt độ không phụ thuộc vào yếu tố thời gian, t ta có: 0  Khi phương trình vi phân Fourier có dạng: C: nhiệt dung riêng vật thể, J/kg.K : khối lượng riêng vật thể, kg/m3 t d : biến thiên nhiệt độ vật thể khoảng thời gian d  Từ (*) (**) ta có cân nhiệt lượng: t t d   2t  C   t   a. 2t (* * *)  dQ   t dV d  C dV Trong đó:  a C  2t  t  2t a. t  hay  t     (* * **) x y z : hệ số dẫn nhiệt độ 25 Các trình truyền nhiệt 26 Các trình truyền nhiệt Điều kiện đơn trị Điều kiện đơn trị Điều kiện thời gian: Cho biết phân bố nhiệt độ thời điểm ban đầu 0=0, t=f(x,y,z,0), gọi điều kiện ban đầu Điều kiện hình học: Cho biết hình dạng, kích thước vật xảy trình trao đổi nhiệt Điều kiện vật lý: Cho biết thông số vật lý khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt… 27 Điều kiện biên, Gồm loại: Điều kiện biên loại 1: Cho biết phân bố nhiệt độ bề mặt vật thời điểm Điều kiện biên loại 2: Cho biết mật độ dòng nhiệt qua bề mặt vật thời điểm 28 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Dẫn nhiệt qua tường phẳng lớp Điều kiện đơn trị Điều kiện biên, Gồm loại: Điều kiện loại 3: cho biết quy luật trao đổi nhiệt bề mặt vật với môi trường xung quanh nhiệt độ môi trường xung quanh.Điều kiện biên loại miêu tả phương trình sau:  dt   tT  t       dx  x 0 Điều kiện biên loại 4: bề mặt vật tiếp xúc lý tưởng với bề mặt khác gradt  t tT  tT  x  dQ   t T  tT dF d  tT1 ℓ δ 30 Dẫn nhiệt qua tường phẳng lớp Tích phân lần ta được: t = C1x+C2 Nếu x = t = tT1: C2 = tT1 t T  tT Nếu x =  t = tT2: tT  tT x  tT  tT2 Các trình truyền nhiệt Dẫn nhiệt qua tường phẳng lớp t h  t 0 x 29 Các trình truyền nhiệt C1  Giả sử tường có chiều dài chiều rộng lớn nhiều so với chiều dày Phương trình vi phân dẫn nhiệt Fourier (****) có dạng: dQ   tT  tT dF d  h  tT1 dt dF d dQ   dn dt   dF d dx tT2 Q 31  (tT  tT ).F   ℓ δ 32 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Dẫn nhiệt qua tường phẳng lớp Tường phẳng lớp gạch thường dày 200mm, kích thước 2000×3000 mm Nhiệt độ bên tường 600 oC 50 oC Biết hệ số dẫn nhiệt tường 20 W/m.K Tính nhiệt lượng truyền qua tường Ví dụ: Dẫn nhiệt qua tường phẳng nhiều lớp Q n t  t .F ; (W ) i ℓ  i 1 i t1 Hướng dẫn: δ = 200mm = 0,2m; ℓ×h = 2000×3000mm = 2×3m t1 = 600 oC; t2 = 50 oC; λ = 20W/m.độ Diện tích: F = ℓ×h = 2×3 = m2 Nhiệt lượng Q = (λ / δ).(t1 – t2).F = (20/0,2).(600 – 50).6 = 330000 (J/s) = 330000 (W) = 330 (kW) t23 t34 t2 δ1 δ2 δ3 33 Các trình truyền nhiệt ℓ r1 δ4 34 Các trình truyền nhiệt Dẫn nhiệt qua tường ống lớp r2 h t12 Dẫn nhiệt qua tường ống lớp Ta xét lớp tường mỏng có bán kính r chiều dày dr, theo định luật Fourier, lượng nhiệt dẫn qua lớp tường sau: t1 dQ   t2 dt dt dF d  dQ     2r L .d dn dr Q trình dẫn nhiệt ổn định, ta có: Q   r L dt dr  ln 35  2L dr   dt r Q r2 L  2 tT  tT  r1 Q 36 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Dẫn nhiệt qua tường ống lớp Dẫn nhiệt qua tường ống lớp r2 ℓ r1 Q t1 t2 2 l.t1  t2  ; (W ) r2 ln  r1 Trường hợp r2/r1 < ta tính theo tường phẳng Với: δ = r2 – r1 F = 2πrℓ r = (r1 + r2)/2 Ví dụ: Một ống truyền nhiệt có đường kính 50 mm, 57 mm Hệ số dẫn nhiệt thành ống λ = 50 (W/m.độ) Tính nhiệt lượng truyền qua ống, ống có chiều dài 10m, nhiệt độ vách 50 oC nhiệt độ vách 10 oC Hướng dẫn: (phương pháp xác) d1 = 50 mm = 0,05 m; d2 = 57 mm = 0,057 m t1 = 50 oC; t2 = 10 oC; λ = 50W/m.độ; ℓ = 10m Nhiệt lượng: 37 Các trình truyền nhiệt 38 Các trình truyền nhiệt Dẫn nhiệt qua tường ống nhiều lớp Dẫn nhiệt qua tường ống lớp Phương pháp gần đúng: Vì d2/d1 = 57/50 = 1,14 < 2: TƯỜNG PHẲNG Bề dày: δ = (d2 – d1)/2 = (57 – 50)/2 = 3,5mm = 0,0035m Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = πdtbℓ , Với dtb = (d1 + d2)/2 = (57 + 50)/2 = 53,5mm Nhiệt lượng: r3 ℓ r2 t2 t4 r4 Q 39 t3 2 l.t1  tn 1  ; (W ) n ri 1 ln  ri i 1 i r1 t1 40 10 Chương 8/ 23/ 2017 Các q trình truyền nhiệt Ví dụ: Cho tường phẳng có kích thước 4×6m, nhiệt độ bề mặt tường 100 oC, khơng khí nóng xung quanh có hệ số cấp nhiệt α = 20 (W/m2.độ) nhiệt độ 120 oC Tính nhiệt lượng truyền được: Hướng dẫn: Tường 4×6 m → F = 24 m2 Nhiệt độ tường tT = 100 oC Nhiệt độ lưu chất txq = 120 oC Hệ số cấp nhiệt α = 20 (W/m2.độ) Nhiệt lượng:Q = α.F.(txq – tT)=20.24.(120 – 100) Các trình truyền nhiệt Các phương pháp xác định hệ số cấp nhiệt  Phương pháp giải tích  Phương pháp thực nghiệm  Phương pháp đồng dạng 49 Các trình truyền nhiệt 50 Các trình truyền nhiệt Lý thuyết đồng dạng  Trong trình truyền nhiệt đối lưu đặc trưng hệ phương trình:  Phương trình dịng liên tục  Phương trình vi phân cấp nhiệt Fourie-Kirchoff  phức tạp ==> Giải phương trình phải dựa vào thuyết đồng dạng  Dựa vào phương trình vi phân cấp nhiệt thuyết đồng dạng ta rút chuẩn số đồng dạng  rút phương trình chuẩn số cho trình cấp nhiệt 51 Lý thuyết đồng dạng  tượng vật lý đồng dạng với khi:  Cùng chất vật lý  Cùng mô tả phương trình hay hệ phương trình vi phân (kể điều kiện đơn trị)  Đồng dạng tượng vật lý đồng dạng đại lượng mơ tả cho tượng 52 13 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Lý thuyết đồng dạng  Nếu tượng vật lý biểu diễn phương trình f(, , , , l…) tượng thứ đồng dạng với khi: 1  C 2 1  C 2 1  C 2 l1  Cl l2 1  C 2 = > Các chuẩn số đồng dạng Lý thuyết đồng dạng  Khi tượng vật lý đồng dạng chuẩn số đồng dạng  Chuẩn số đồng dạng đại lượng khơng có thứ ngun 54 53 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Lý thuyết đồng dạng Lý thuyết đồng dạng  Giả sử tượng đồng dạng với nhau, từ phương trình vi phân trao đổi nhiệt ta tìm chuẩn số đồng dạng sau:  Giả sử tượng đồng dạng với nhau, từ phương trình vi phân trao đổi nhiệt ta tìm chuẩn số đồng dạng sau:  t  1    1t1  n 1 1 t t  C  ;   Ct t t 2  t  2     t  n   n1 l1   Cl ;  Ct 2 n2 l C C1  t  C Ct  t  2    C Ct t 2  n   C  t2  2  C1  n  55  1l1 C C1  l  1l1  2l l 1 2    const 1 C 1 2  2 56 14 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Lý thuyết đồng dạng Lý thuyết đồng dạng  Chuẩn số Nusselt  Chuẩn số Nusselt đặc trưng cho trình cấp nhiệt bề mặt phân giới  Trong trình truyền nhiệt ổn định lượng nhiệt truyền dẫn nhiệt phải lượng nhiệt truyền cấp nhiệt  l Nu    Chuẩn số Reynolds  Đặc trưng cho truyền nhiệt đối lưu cưỡng (tương quan lực ỳ lực ma sát phân tử dòng) .l  .l Re     l: Đặc trưng hình học : hệ số cấp nhiệt : hệ số dẫn nhiệt l: Đặc trưng hình học : vận tốc dòng lưu chất : độ nhớt động học : độ nhớt động lực học : khối lượng riêng lưu chất 57 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Lý thuyết đồng dạng Lý thuyết đồng dạng  Chuẩn số Prandtl  Đặc trưng cho t ính chất vật lý mơi trường C  Pr  58  Chuẩn số Galile  Đặc trưng cho lực ma sát phân tử trọng lực dòng  p  a  g.l Ga   Cp: nhiệt dung riêng môi trường : độ nhớt động lực học môi trường : hệ số dẫn nhiệt a: hệ số dẫn nhiệt độ : độ nhớt động học l: đặc trưng hình học g: gia tốc trọng trường : độ nhớt động học 59 60 15 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Lý thuyết đồng dạng CÁC SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT  Chuẩn số Grasshoff  Đặc trưng cho truyền nhiệt đối lưu tự nhiên Gr  Ga. t  g l  t 2 l: đặc trưng hình học g: gia tốc trọng trường : độ nhớt động học : hệ số dãn nở thể tích t: hiệu nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt dòng  Trong trao đổi nhiệt đối lưu người ta thường viết phương trình tiêu chuẩn dạng: Nu  C Re m Pr n Gr p 61 Các trình truyền nhiệt 62 Sóng điện từ Bức xạ nhiệt Khái niệm: trao đổi nhiệt xạ E= electric field H= magnetic field = wavelength (12.2 cm for 2450 MHz) c= speed of light (300,000 km/s) trình trao đổi nhiệt thực sóng điện từ Tất vật thể nhiệt độ cao 0(K) phát tia lượng dạng tia xạ lan truyền không gian xung quanh vật thể 63 64 16 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Bức xạ nhiệt Bức xạ nhiệt Theo định luật bảo tồn lượng thì: Q = Q A + QD + QR Chia vế phương trình cho Q ta được: Khả hấp thụ vật thể Khả khúc xạ vật thể Q QR QA Q Khả phản xạ vật thể QD QR A+ R + D = Nếu A=1 D=R=0, vật gọi vật đen tuyệt đối Nếu R=1 D=A=0, vật gọi vật trắng tuyệt đối Nếu D=1 A=R=0, vật gọi vật suốt QA QD 65 Các trình truyền nhiệt 66 Các trình truyền nhiệt Truyền nhiệt hỗn hợp Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng lớp Khái niệm: trình truyền nhiệt từ lưu thể sang lưu thể khác qua tường ngăn gọi truyền nhiệt hỗn hợp α1 Truyền nhiệt hỗn hợp α2 Đẳng nhiệt Quá trình truyền nhiệt từ lưu thể nóng (t1;α1) tới lưu thể nguội (t1;α1) qua tường gồm giai đoạn: Biến nhiệt 67 68 17 Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng lớp Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng lớp α1 α2 Giai đoạn 1: trình cấp nhiệt từ lưu thể nóng đến tường Q = Q1 = α1(t1 – tT1)F Giai đoạn 2: dẫn nhiệt qua tường phẳng α1 α2 Giai đoạn 3: trình cấp nhiệt từ tường đến lưu thể nguội Q = Q3 = α2(tT2 – t2)F 69 Các trình truyền nhiệt 70 Các trình truyền nhiệt Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng lớp Từ phương trình ta được: Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng nhiều lớp Tương tự ta được: Q = K.F.Δt Trong đó: Ta đặt: Δt = t1 – t2 Hệ số truyền nhiệt Đơn vị: W/(m2.độ) Δt = t1 – t2 Q = K.F.Δt 71 72 18 Chương 8/ 23/ 2017 Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống Tường ống lớp: Nhiệt lượng truyền từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội qua tường ống Q = K.2π.ℓ.Δt K Tường ống nhiều lớp: Q = K.2π.ℓ.Δt K W ,[ o ] 1 r2 C m  ln  r1 1  r1 r2  1 r   ln i 1  ri rn 1  r1 1 i 1 i n ,[ W ] m.o C Δt = t1 – t2 Δt = t1 – t2 73 74 Chọn chất tải nhiệt Nguồn nhiệt - Nhiệt độ đun nóng khả điều chỉnh nhiệt độ Khói lị - Độ độc tính hoạt động hố học Trực tiếp Dịng điện Nguồn nhiệt Gián tiếp - Độ an tồn đun nóng - Rẻ tiền dễ kiếm Chất tải nhiệt 75 76 19 Chương 8/ 23/ 2017 Một số chất tải nhiệt thường dùng Một số chất tải nhiệt thường dùng Hơi nước bão hòa Ưu điểm: Lượng nhiệt cung cấp lớn Đun nóng đồng Hệ số cấp nhiệt lớn (10.000 – 15.000 w/m2.độ )  Dễ điều chỉnh nhiệt độ đun nóng  Vận chuyển xa Hơi nước bão hòa  Nhược điểm:      Nhiệt độ đun nóng hạn chế (to tăng → r giảm), thường sử dụng để đun nóng ≤ 180 oC  Phải có lị tạo nước bão hòa 77 Một số chất tải nhiệt thường dùng 78 Một số chất tải nhiệt thường dùng Hơi nước bão hòa  Lò hơi: Khói lị  Ưu điểm: Đun nóng khói lị tạo nhiệt độ cao 1000 oC  Nhược điểm: Hệ số cấp nhiệt nhỏ không 100 w/m2.độ Nhiệt dung thể tích nhỏ 79 80 20 Chương 8/ 23/ 2017 Một số chất tải nhiệt thường dùng Một số chất tải nhiệt thường dùng Khói lị  Nhược điểm:  Hệ số cấp nhiệt nhỏ khơng q 100 w/m2.độ Dịng điện  Ưu điểm: Đun nóng dịng điện tạo nhiệt độ cao, 3200 oC  Nhiệt dung thể tích nhỏ Dễ điều chỉnh xác nhiệt độ  Đun nóng khơng đồng Hiệu suất truyền nhiệt cao, 95%  Khó điều chỉnh nhiệt độ  Nhược điểm:  Thường có bụi khí độc nhiên liệu Thiết bị phức tạp  Lượng oxy dư hiệu suất thấp ≤ 30% Giá thành cao → chưa sử dụng rộng rãi 81 Một số chất tải nhiệt thường dùng Chất tải nhiệt đặc biệt Khi cần đun nóng nhiệt độ cao (> 180 oC), nên sử dụng chất tải nhiệt đặc biệt:  Hơi q nhiệt  Chất lỏng có nhiệt độ sơi cao mà không bị phân hủy  Các dung môi hữu cơ: glycerin, diphenyl, etherdiphenyl  Hỗn hợp muối kim loại nóng chảy Khí thải chất lỏng thải 83 82 Các phương pháp đun nóng Đun nóng nước trực tiếp Thiết bị loại sục khí Thiết bị loại sủi bọt Thiết bị đun nóng giảm 84 21 Chương 8/ 23/ 2017 Các phương pháp đun nóng Các phương pháp đun nóng Đun nóng nước gián tiếp Chất lỏng cần đun không phép pha loãng, thường thiết bị ống xoắn, ống chùm, vỏ áo… Đun nóng nước trực tiếp Đơn giản, cho phép pha lỗng khơng có phản ứng xảy → thường đun nóng nước Lượng nước cần dùng: Nhiệt lượng nước tỏa = Nhiệt lượng dung dịch nhận + nhiệt lượng tổn thất => D.i  G C t  D.C t  G C t  Q  2 2đ n 2c 2 2c Lượng nước cần dùng: tt D.i  D.Cn t2 c  G2 C2 t2 c  G2 C t2 đ  Qtt  D G2 C2 (t2 c  t2 đ )  Qtt  (i  Cn t 2c ) 85 86 Các phương pháp đun nóng Các phương pháp đun nóng Đun nóng nước gián tiếp Đun nóng nước gián tiếp Lưu thể lạnh nước lạnh Hơi bão hịa khơng gian ống Hơi nước bão hòa Nước ngưng nước lạnh vào 87 88 22 Chương 8/ 23/ 2017 Các phương pháp đun nóng Các phương pháp đun nóng Đun nóng nước gián tiếp Đun nóng nước gián tiếp  Để thiết bị trao đổi nhiệt làm việc hiệu quả, ta phải tháo nước ngưng liên tục  Tháo nước ngưng, phải đảm bảo nước nước bão hịa khơng bị thất bên ngồi Hơi Nước ngưng 89 90 Thiết bị tháo nước ngưng – phao hở Thiết bị tháo nước ngưng – phao kín 1.Ống dẫn nước ngưng 2.Tấm chắn Phao Đòn bẩy Van Cửa tháo nước ngưng Tay quay Van 91 Vỏ Phao hở (cốc) Cán phao Ống dẫn nước ngưng Van Van chiều Van tháo khí 92 23 Chương 8/ 23/ 2017 Các phương pháp đun nóng Thiết bị tháo nước ngưng – phao hở Đun nóng khói lị Thiết bị trao đổi nhiệt Van Thiết bị tháo nước ngưng Đoạn ống phụ Lò đốt Phòng trộn Thiết bị truyền nhiệt Quạt 93 Các phương pháp đun nóng 94 Các phương pháp đun nóng Đun nóng khói lị Đun nóng khói lị Nồi phản ứng Lò đốt Lò ống 1.Lò đốt 2.Phòng trộn 3.Quạt 4.Cửa khí vào 5.Phịng truyền nhiệt 6.Ống truyền nhiệt 7.Cửa khí 95 Kiểu nồi phản ứng đun nóng khói lị 96 24 Chương 8/ 23/ 2017 Các phương pháp đun nóng Các phương pháp đun nóng Đun nóng khói lị Thiết bị đun nóng Thiết bị đun nóng sơ Quạt Ống dẫn khí Ống thải khí Khóa điều chỉnh Sơ đồ đun nóng có tuần hồn khí thải Đun nóng dịng điện Lị điện cảm ứng (induction furnace) 1.Thiết bị đun nóng 2.Dây dẫn điện 3.Lớp cách nhiệt How an Induction Cooktop Works mp4.mp4 More induction heating madness.mp4 97 Induction Cooking Overview.mp4 98 Các phương pháp đun nóng Các phương pháp đun nóng Đun nóng dòng điện  Lò điện trở (resistance furnace)  Lò điện trở trực tiếp  Lò điện trở gián tiếp Đun nóng dịng điện  Lị hồ quang điện (Arc Furnace):  Nhiệt độ cao 1500 – 2500 oC,  Khó điều chỉnh 1.Thiết bị đun nóng 2.Lớp lót 3.Lớp cánh nhiệt 4.Dây điện trở 5.Dây dẫn điện  Nhiệt độ khơng đồng đều,  Làm nóng chảy kim loại How To Make An Electrical Arc Furnace.mp4 Siemens VAI EAF Quantum N1 1280x720.mp4 99 How the electric elements on an electric furnace work Part 2.mp4 100 25 Chương 8/ 23/ 2017 Các phương pháp đun nóng Các phương pháp đun nóng Đun nóng dịng điện  Lị vi sóng (microwave oven): Đun nóng chất tải nhiệt đặc biệt Đun nóng đồng nhiệt độ cao (360 – 500 oC) Đun nóng đồng Điều chỉnh dễ dàng An toàn microwaves_en.jar Animation Microwave.wmv 101 Các phương pháp đun nóng 102 Các phương pháp đun nóng Ống trao đổi nhiệt Lò đốt 3,5 Ống dẫn Ống xoắn đun nóng Sơ đồ hệ thống đun nóng dầu Thiết bị đun nóng Vỏ bọc ngồi Bình giãn Thùng chứa Bơm 6, 7, Ống dẫn 103 Sơ đồ đun nóng nước nhiệt tuần hoàn tự nhiên 104 26 Chương 8/ 23/ 2017 Các phương pháp đun nóng Đun nóng nhiệt Thiết bị đun nóng Lị đốt 3, Van hút 4, Van đẩy 7, Bình hỗn xung Bơm piston 10 Thiết bi làm lạnh 11 Van xả Đun nóng nước nhiệt tuần hoàn cưỡng 105 27 ... Khối lượng: Kilogam (kg) - Nhiệt lượng: J = N.m = kg.m2/s2 - Công suất: W = J/s Các trình truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt Truyền nhiệt ổn định Nhiệt độ Thay đổi theo không... truyền nhiệt Nhiệt độ thay đổi Khơng gian Thời gian Dẫn nhiệt Đối lưu nhiệt Bức xạ nhiệt Chương 8/ 23/ 2017 Các trình truyền nhiệt Các trình truyền nhiệt Dẫn nhiệt Dẫn nhiệt Mặt đẳng nhiệt: tập... vật gọi vật suốt QA QD 65 Các trình truyền nhiệt 66 Các trình truyền nhiệt Truyền nhiệt hỗn hợp Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng lớp Khái niệm: trình truyền nhiệt từ lưu thể sang lưu thể