Các quá trình truyền nhiệt - Phần 2 ppt

Phần 2 Các quá trình truyền nhiệt GV: TS. Nguyễn Minh Tân Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2 Các phương thức truyền nhiệt • Dẫn nhiệt/Conduction: Quá trình truyền nhiệt từ phần tử này đến phần tử khác của vật chất khi chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau • Đối lưu/Convection: Quá trình truyền nhiệt do các phần tử chất lỏng hoặc chất khí đổi chỗ cho nhau, do chúng có nhiệt độ khác nhau hoặc là do bơm, quạt, khuấy trộn,… • Bức xạ/Radiation: Qua trình truyền nhiệt dưới dạng các sóng điện từ. Nhiệt năng biến thành các tia bức xạ rồi truyền đi, khi gặp vật thể nào đó thì một phần năng lượng bức xạ đố được biến thành nhiệt năng, một phần phản xạ lại, và một phần xuyên qua vật thể QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 3 Đối lưu Dòng đối lưu được hình thành khi trong nồi có nước được đun nóng Dòng không khí đối lưu hình thành do chênh lệch nhiệt độ giữa đại dương và lục địa QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4 Tại sao bộ phận sưởi được đặt dưới sàn, còn giàn lạnh của tủ lạnh được đặt phía trên? Dòng đối lưu Giàn lạnh Bộ phận sưởi QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5 1.2. Nhiệt đối lưu Quá trình cấp nhiệt rất phức tạp, để đơn giản hóa, người ta dùng định luật cấp nhiệt của NEWTON    dFdttdQ T  Với quá trình ổn định: 1.2.1. ĐỊNH LUẬT CẤP NHIỆT NEWTON Lượng nhiệt dQ do một phân tố bề mặt dF của vật rắn cấp cho môi trường xung quanh (hoặc ngược lại) trong khoảng thời gian d thì tỉ lệ với hiệu số nhiệt độ giữa vật thể và môi trường, với dF và d   WFttQ T ,  QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6 Hệ số cấp nhiệt : là lượng nhiệt do một đơn vị bề mặt của tường cấp cho môi trường xung quanh(hoặc ngược lại) trong khoảng thời gian một giây khi hiệu số nhiệt độ giữa tường và môi trường (hoặc ngược lại) là 1 độ. Hệ số cấp nhiệt là một đại lượng rất phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố: •Loại chất tải nhiệt (khí, lỏng, hơi) •Chế độ chuyển động của chất tải nhiệt •Tính chất vật lý của chất tải nhiệt •Kích thước, hình dạng, trạng thái của bề mặt trao đổi nhiệt,… 1.2. Nhiệt đối lưu                     Cm W Ftt Q T 2   QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 7 1.2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA NHIỆT ĐỐI LƯU - Cơ sở Định luật cân bằng nhiệt - Tách phân tố thể tích dV=dxdydz từ dòng chảy - Chỉ xét trường hợp trao đổi nhiệt ổn định 1.2. Nhiệt đối lưu Lượng nhiệt đi vào và đi ra khỏi phân tố dV do các phần tử của môi trường chuyển động mang vào và mang ra Lượng nhiệt mang vào tính trên trục ox trong một đơn vị thời gian: dydzWtCQ xpx   Trong cùng thời gian đó, lượng nhiệt mang ra khổi mặt đối diện là:   dxdydz x WtC dydzWtCdQQQ xp xpxxdxx       QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8 1.2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA NHIỆT ĐỐI LƯU 1.2. Nhiệt đối lưu   dxdydz x t W x W tCdydzWtCdQQQ x x pxpxxdxx                 Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Ox tích lại trong phân tố dV:   dxdydz x t W x W tCQQdQ x x pxdxxx                Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Oy tích lại trong phân tố dV:   dxdydz y t W y W tCQQdQ y y pydyyy                  Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Ox tích lại trong phân tố dV:   dxdydz z t W z W tCQQdQ z z pzdzzz                QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9 1.2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA NHIỆT ĐỐI LƯU 1.2. Nhiệt đối lưu Lượng nhiệt toàn phần:       Vd z t W y t W x t W z W y W x W tCdQ zyx z y x p                                      zyx dQdQdQdQ  Với dòng liên tục có:       0                 z W y W x W z y x    Nên: Vd z t W y t W x t WCdQ zyxp                QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 10 1.2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA NHIỆT ĐỐI LƯU 1.2. Nhiệt đối lưu Với quá trình truyền nhiệt ổn định, lượng nhiệt ở trong nguyên tố dV là không đổi. Lượng nhiệt này phải bằng lượng nhiệt dẫn qua các mặt của dV là dQ:   dVtVd z t W y t W x t WCdQ zyxp 2                  Phương trình vi phân cấp nhiệt đối lưu Fourier- Kirchhoff:       tat C t z t W y t W x t WC p zyxp 222                   . Phần 2 Các quá trình truyền nhiệt GV: TS. Nguyễn Minh Tân Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2 Các phương thức truyền nhiệt • Dẫn nhiệt/ Conduction: Quá trình truyền. Tân 12 Chuẩn số Nuxen 1 .2. Nhiệt đối lưu Trong quá trình truyền nhiệt ổn định, lượng nhiệt truyền do dẫn nhiệt phải bằng lượng nhiệt truyền do cấp nhiệt: Chuẩn số Nuxen đặc trưng cho quá trình.  tat C t z t W y t W x t WC p zyxp 22 2                   QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11 1 .2. 3. ĐỒNG DẠNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT 1 .2. Nhiệt đối lưu Quá trình đối lưu nhiệt được mô tả