Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm tập 2 các quá trình và thiết bị truyền nhiệt nguyễn tấn dũng

Bộ GIÁO DỰC VÀ ĐÀO TẠO TRƯ0NG BẠI HỌC sư PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ Hồ CHÍ MINH ISO 9001:2000 NGUYỄN TÁN DŨNG GIÁO TRÌNH QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHÀM TẬP CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIÉT BỊ TRUYÈN NHIỆT PHÀN 1: Cơ sở lý thuyết truyền nhiệt https://tieulun.hopto.org Bộ GIÁO DỤC VẢ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH J’ls jic 5ỈC 5^c NGUYỄN TẤN DŨNG QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ• HĨA HỌ• C VÀ THỤ< C PHẨM ỉạpi CẤC QUẤ trình Và thiết bị truyền nhiệt PHÀN1 Cơ Sở LÝ THUYẾT VÈ TRUYÈN NHIỆT NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH https://tieulun.hopto.org QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ• HĨA HỌ• C VÀ THự• C PHẤM Tập 2: CẮC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT PHẰN1: sở LÝTHUY Ế .T.V .Ề .T.H.U .Y.Ề.N .N .H.IỆ■ T , _ , X Ị © Nhà xuât ban ĐHQG-HCM tác gia đôi tác lien kêt giữ ban quycn _ © x^TTT TT > Copyright by VNƯ-HCM Publishing House anh author/co-partnership All rights reserved TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM KỸ THUẬT TP HỔ CHÍ MINH Xuât ban năm 2013 https://tieulun.hopto.org LỜI NĨI ĐÀU Cuốn sách Q trình Thiết bị Cơng nghệ hóa học Thực phârn, Táp 2, Các Quá trình vá Thief bị truyền nhiệt (Kỳ thuật thực phẩm 2) biên soạn không mục đich làm giảo trinh giang dạy cho sinh viên, học viên Trường Dại học Sư phạm Kỳ thuật TP.HCM cỏ thê trường đại học thuộc khối kỳ thuật khác lình vực Cơng nghệ hóa học, Cơng nghệ thực phẩm, Cơng nghe nhiệt, Công nghệ môi trường so ngành kỳ thuật khác có liên quan Cuốn sách Tập 2, Quá trình Thiết bị truyền nhiệt gom phần: Phan - Cơ sờ lý thuyết vê truyền nhiệt (5 chương); Phan - Các trình vả thiết bị truyền nhiệt (3 chương); Phẩn - Các trình thiết bị làm lạnh, làm lạnh đơng (5 chương) Cuốn sách mang lại lợi ích cho độc gia đông thời phục vụ sinh viên, học viên trường đại học có thẻ tham khảo, tỉm hiêu, tra cửu nghiên cứu Lý thuyết truyền nhiệt Các trình thiết bị truyền nhiệt Qua đây, tác giả xin chân thành cám ơn đến thầy PGS.TS NguyễnVãn Sức (Khoa CNHH&TP), PGS.TS Thái Bá cần, PGS.TS Đỗ Văn Dũng (BGH trường ĐHSPKT TP.HCM), đặc biệt Bộ Môn: Công nghệ Thực phẩm, Khoa CNHH&TP, Trưởng Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khuyến khích, ủng hộ tác gia cho đời sách Vì khối lượng kiến thức nội dung cúa sách lớn nên q trình biên soạn khơng tránh khỏi sai sót Tác giả mong độc gia chân thành góp ý đê sách ngày hồn thiện để lan tái Mọi phán hồi xin gửi địa chi Email: tandzung072@yahoo.com,vn Tác giả xin chân thành cám ơn Tác giá https://tieulun.hopto.org https://tieulun.hopto.org MỤC LỤC LỜI NÓI ĐÀU MỤC LỤC DANH MỰC BANG 14 DANH MỤC HÌNH 15 CHƯƠNG 23 MỘT SỐ KIÊN THỨC TOÁN HỌC ỨNG DỤNG GIẢI BÀĨ TOÁN TRUYỀN NHIỆT ’ .’ 23 0.1 PHƯƠNG TRINH BESSEL 23 0.1.1 Phương trình Bessel tồng quát 23 0.1.2 Phương trình Bessel dạng đặc biệt .24 0.2 MỘT SỐ TÍNH CHẤT CUA HÀM BESSEL 25 0.2.1 Tính chất 25 0.2.2 Tính chất 25 0.3 PHƯƠNG TRÌNH BESSEL BIẾN DẠNG 26 0.4 MỘT SÓ HÀM ĐẶC BIỆT KHÁC 28 0.5 MỘT SỒ CÔNG THỨC KHÁC 28 0.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÁI BÀI TỐN TRUYỀN NHIỆT KHƠNG ỎN ĐỊNH TRONG VẬT RẮN 32 0.6.1 Phương pháp trung bình hóa, phương pháp biến đỏi Laplace phương pháp đồ thị 32 0.6.2 Phương pháp phân ly biến số cua Fourier 32 0.6.3 Phương pháp số 32 PHAN 1: Cơ SỞ LÝ THUYET VẺ TRUYỀN NHIỆT 33 MỘT SÓ KHÁI NIỆM Cơ BẢN TRUYỀN NHIỆT 33 1.1 Truyền nhiệt theo phương thức dẫn nhiệt 34 1.2 Truyền nhiệt theo phương thức đối lưu 34 1.3 Truyền nhiệt theo phương thức xạ 35 1.4 Truyền nhiệt phức tạp .35 NẢNG LƯỢNG TRAO DOI NHIỆT 35 https://tieulun.hopto.org MẶT ĐƠ DỊNG NHIỆT 35 TÓM TÁT CÁC PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỎI NHIỆT 35 CHƯƠNG I: ĐẦN NHIỆT 37 1.1 DĂN NHIỆT 37 1.1.1 MỘT SỎ KHẢI NIỆM Cơ BÁN 37 1.1.1.1 Trường nhiệt độ 37 1.1.1.2 Mặt đãng nhiệt gradien nhiệt độ .38 1.1.1.3 Dần nhiệt ôn định không ôn định 39 1.1.1.4 Đaịnh luaật dẫn nhi♦ệt Fourier 39 1.1.1.5 Hệ số dẫn nhiệt 41 1.1.2 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẢN NHIỆT 43 1.1.2.1 Xét vật tọa độ vng góc (đối vời vật thê hình hộp) 43 1.1.2.2 xẻt vật thề tọa độ trụ (đối với vật thề dạng hình trụ) 45 1.1.2.3 Xét vật thè tọa độ cầu (đối với vặt thê dạng hình cầu) 46 1.1.2.4 Hệ số dẫn nhiệt độ 49 1.1.2.5 Hệ số tỏa nhiệt 49 1.2 DẢN NHIỆT ÔN ĐỊNH .49 1.2,1 DẨN NHIỆT ON ĐỊNH MỌT CHIÊU (1D) 49 1.2.1.1 Dần nhiệt qua vách phẩng khơng có nguồn nhiệt bên 49 1.2.1.2 Dần nhiệt qua vách phang có nguồn nhiệt bên 52 1.2.1.3 Dan nhiệt qua vách trụ khơng có nguồn nhiệt bên 53 1.2.1.4 Dần nhiệt qua vách trụ có nguồn nhiệt bên 56 1.2.1.5 Dần nhiệt qua vách cầu rồng khơng có nguồn nhiệt bên 58 1.2.1.6 Dần nhiệt qua vách cầu rồng có nguồn nhiệt bên 59 1.2.2 DẦN NHIỆT ƠN ĐỊNH ĐA CHIÊU 61 1.2.3 DẢN NHIỆT ỎN ĐỊNH QUA THANH HAY CÁNH TÀN NHIỆT CÓ T1ÉT DIỆN KHONG ĐỔI 64 https://tieulun.hopto.org 1.3 DẰN NHIỆT KHÔNG ỒN ĐỊNH 67 1.3.1 VẬT THẾ HÌNH HỘP 67 1.3.1.1 Đần nhiệt không ồn định qua tam phảng “vô hạn” (ID) 67 1.3.1.2 Dần nhiệt không ổn định qua phẳng “hừu hạn” (3D) I 76 1.3.2 VẶT THẾ HÌNH TRỤ 80 1.3.2.1 Đan nhiệt không ôn định qua vật hình trụ “vơ hạn” (1D) 80 1.3.2.2 Dần nhiệt không ồn định qua vật thề hình trụ “hữu hạn” (2D) ’ * 88 1.3.3 VẬT THẺ HÌNH CẦU 92 1.4 CÁCH XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ TẦM VÀ NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT CỦA VẬT THẺ DÀN NHIỆT KHƠNG ĨN ĐỊNH 99 1.5 MỌT SĨ BÀI TỐN DÃN NHIỆT KHỔNG ƠN ĐỊNH KHÁC .100 1.5.1 BÀI TỐN TRONG Q TRÌNH LÀM LẠNH 100 1.5.2 BÀI TOÁN TRONG QUÁ TRÌNH DOT NĨNG 112 1.5.3 KHÁI QT HĨA BÀI TOÁN (1.302) 115 1.6 GIAI BÀI TỐN DÀN NHIỆT KHƠNG ỎN ĐỊNH BÀNG PHƯONG pháp số 119 1.6.1 PHUONG PHÁP SAI PHÂN HŨU HẠN 119 1.6.2 PHƯONG PHÁP PHẦN TỪ HỮU HẠN 121 1.7 CÁC CÂU HĨI ƠN TẬP 128 1.8 BÀI TẠP ÁP DỤNG 129 1.8.1 BÀI TẬP DẦN NHIỆT ÔN ĐỊNH 129 1.8.1.1 Bài tập dẫn nhiệt qua vách phăng 129 1.8.1.2 Bài tập dẫn nhiệt qua vách trụ .131 1.8.1.3 Bài tập dẫn nhiệt qua vách cầu 133 1.8.2 BÀI TẬP DÀN NHIỆT KHỐNG ỎN ĐỊNH 134 1.8.2.1 Bài tập dẫn nhiệt qua vách phang không ôn định 134 1.8.2.2 Bài tập dẫn nhiệt qua vật thê hình trụ khơng ồn định 136 1.8.2.3 Bài tập dẫn nhiệt qua vật cầu thê không ồn định 137 https://tieulun.hopto.org 1.9 BÀ1TẶP ĐÈ NGHỊ 138 1.9.1 DẦN NHIỆT ỎN ĐỊNH 138 1.9.1.1 Dần nhiệt qua vách phảng 138 1.9.1.2 Dần nhiệt qua vách trụ 139 1.9.1.3 Dần nhiệt qua vách cầu 140 1.9.2 DÁN NHIỆT KHƠNG ỊN ĐỊNH 140 NHŨNG PHÁT MINH vĩ ĐẠI VÈ LÝ THUYẾT DẢN NHIỆT 142 TÀI LIỆU THAM KHAO 143 CHƯƠNG 2: DÒI Lưu nhiệt 145 2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM BÁN 145 2.1.1 HỆ só TOA NHIỆT CÙA MƠI TRƯỜNG ĐĨI LUƯ NHIỆT 145 2.1.2 CÁC YÊU TĨ ẢNH HƯƠNG ĐẾN HỆ SƠ TOA NHIỆT CỦA MÔI TRƯỜNG ĐỚI Lưu NHIỆT 146 2.1.3 Sự CHUYÊN ĐỘNG CUA LƯU CHẤT 147 2.1.3,1, Chuyến động tự nhiên * ♦ 147 2.1.3.2 Chuyền động cường .147 2.1.4 CHẺ Độ CHUYẾN ĐỘNG CỦA Lưu CHAT 147 2.1.4.1 Chày tầng 148 2.1.4.2 Chảy rối 148 2.1.4.3 Chây độ 148 2.1.5 LỚP BIÊN VẬN TỐC (lớp biên thủy lực) 148 2.1.6 LỚP BIÊN NHIỆT 149 2.2 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÀN CÙA ĐỎI Lưu NHIỆT 151 2.2.1 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÀN NÂNG LƯỢNG 151 2.2.2 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN ĐỘNG LƯỢNG 153 2.2.3 PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC 155 2.3 LÝ THUYẾT ĐÔNG DẠNG 156 2.3.1 Sự ĐƠNG DẠNG HÌNH HỌC 156 2.3.2 Sự ĐÒNG DẠNG VÈ CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ .157 https://tieulun.hopto.org 2.3.3 Sự ĐÓNG DẠNG VẺ THỜI GIAN 158 2.3.3.1 Phương pháp thứ 159 2.3.3.2 Phương pháp thứ hai 160 2.3.4 XÂY DỰNG CÁC CHUẨN SƠ ĐỊNG DẠNG CƯA ĐỐILƯUNHIẸT 164 2.3.4.1 Xây dựng chuẩn so Fourier 165 2.3.4.2 Xây dựng chuẩn số Reynolds 165 2.3.4.3 Xây dựng Peclet chuẩn số Frandtl 166 2.3.4.4 Xây dựng chuân so Froudc, Galilei Grashof 166 2.3.4.5 Xây dựng chuẩn số Nusselt 167 2.4 LÝ THUYẾT TƯƠNG Tự 167 2.4.1 TƯƠNG Tự REYNOLDS 167 2.4.2 TƯƠNG Tự PRANDTL - TAYLOR 168 2.4.3 TƯƠNG Tự CHILTON - COLBURN 168 2.4.4 TƯƠNG Tự KARMAN TODOR 168 2.4.5 ỨNG DỤNG LÝ THUYÉT TƯƠNG Tự ĐẺ XÁC ĐỊNH MƠ HÌNH VẬT LÝ 168 2.4.5.1 Quá trình vân chuyền electron dây dẫn mơ tà theo đinh luật Ohm 169 2.4.5.2 Quá trinh vận chuyên động lượng mò tả bới định luật Newton 169 2.4.5.3 Quá trinh vật chuyên lượng mô tả bời định luật Fourier 169 2.4.5.4 Quá trình vận chuyển vật chất mô tá bời định luật Fickl .’ ' ’ .’ 169 2.5 ĐỐI LƯU NHIỆT ỎN ĐỊNH 170 2.5.1 TRAO ĐÓI NHIỆT ĐÓI LƯƯ TỤ NHIÊN 172 2.5.1.1 Trong không gỉan vò hạn 172 2.5.1.2 Trong không gian hữu hạn 175 2.5.2 TRAO ĐÔI NHIỆT ĐOI Lưu CƯỠNG BỬC 176 2.5.2.1 Lưu chất chảy ống 176 2.5.2.2 Luu chất chay ống uốn cong .181 https://tieulun.hopto.org