Thiết bị nhiệt - Chương 2 pps

28 Chơng 2 Trao Đổi Nhiệt Trao đổi nhiệt là hiện tợng chuyển vận nhiệt tự nhiên từ vật thể có nhiệt độ cao đến vật thể có nhiệt độ thấp hơn. Sự xuất hiện trao đổi nhiệt gắn liền với sự chuyển động nhiệt phân tử, do vậy trao đổi nhiệt còn xảy ra ngay bên trong một vật thể do sự phân bố nhiệt độ trong vật thể đó không đồng đều. Trao đổi nhiệt giữa hai vật thể tiếp xúc với nhau là do sự biến đổi tơng hổ của năng lơng nhiệt và năng lợng bức xạ. Quá trình nung vật liệu trong các lò nung đều xãy ra 3 phơng thức trao đổi nhiệt: dẫn nhiệt, đối lu và bức xạ. Tùy vào điều kiện cụ thể của các giai đoạn trong quá trình nung mà phơng thức này là chủ yếu, phơng thức kia là thứ yếu. Nung ở nhiệt độ (500 600) o C trao đổi nhiệt chủ yếu là đối lu, khi tăng quá 1000 o C thì bức xạ chiếm vai trò chủ yếu. Còn trao đổi nhiệt dẫn nhiệt thờng xãy ra trong vật thể rắn khi các vật thể có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau hoặc xãy ra tại các miền khác nhau đợc tích lũy những phần năng lợng không giống nhau trong nội tại của vật thể. Đối với vật thể lỏng hoặc khí trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt xãy ra yếu hơn. ý nghĩa trao đổi nhiệt trong lò công nghiệp rất lớn, cả về phơng diện kỹ thuật lẫn kinh tế. Vì vậy việc vận dụng những định luật cơ bản về trao đổi nhiệt là vô cùng cần thiết khi nghiên cứu, tính toán lò công nghiệp. 29 2.1 Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt. 2.1.1 Khái niệm chung. Khi tiếp xúc hai vật thể rắn có nhiệt độ khác nhau, hoặc bên trong một vật thể có những phần tử có dự trữ năng lợng khác nhau, thì giữa chúng có sự phân bố lại năng lợng tức là nhiệt. Đó là nguyên nhân dẫn nhiệt từ chỗ nhiệt độ cao tới chỗ nhiệt độ thấp. Sự dẫn nhiệt cũng xãy ra trong môi trờng khí và lỏng nếu chất khí và chất lỏng đó ở trạng thái đứng yên hay chuyển động dòng ( chuyển động lớp). Trờng nhiệt độ ( nhiệt trờng ). Nhiệt độ là một thông số trạng thái của vật thể. Tập hợp tất cả các trị số nhiệt độ tức thời của vật thể hoặc của môi trờng gọi là trờng nhiệt độ. Nhiệt độ tại một điểm bất kỳ của vật thể phụ thuộc vào vị trí của điểm đó trong không gian nhng đồng thời nó cũng nhận những giá trị khác nhau tại những thời điểm khác nhau ( phụ thuộc vào thời gian ). Nh vậy, trờng nhiệt độ là một hàm số của không gian và thời gian: .t = f ( x,y, z, ) Nếu trờng nhiệt độ chỉ biến đổi theo không gian và không thay đổi theo thời gian gọi là trờng nhiệt độ ổn định. .t = f ( x,y, z ) Nếu trờng nhiệt độ biến đổi theo không gian, thời gian gọi là trờng nhiệt độ không ổn định. .t = f ( x,y, z, ) Mặt đẳng nhiệt. Trờng nhiệt độ bao gồm tất cả những điểm của vật thể có nhiệt độ khác nhau, nhng trong đó cũng có những điểm có nhiệt độ giống nhau. Tập hợp tất cả những điểm có nhiệt độ giống nhau trong trờng nhiệt độ sẽ tạo thành một mặt gọi là mặt đẳng nhiệt. Đối với một vật, các mặt đẳng nhiệt đợc khép kín và không bao giờ cắt nhau. Dòng nhiệt sẽ đi từ mặt đẳng nhiệt có nhiệt độ cao tới mặt đẳng nhiệt có nhiệt độ thấp hơn. Građian nhiệt độ (grad t). Gọi khoảng cách giữa mặt đẳng nhiệt thứ nhất tới mặt đẳng nhiệt thứ hai là n, chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt này là t thì Građian nhiệt độ của nó sẽ là: grad t = lim dn dt n t = (2-1) n 0 Vậy građian nhiệt độ thể hiện nhiệt độ biến thiên ở một điểm cho trớc trên vật thể có trị số bằng độ biến thiên nhiệt độ trên một đơn vị chiều dài theo phơng pháp tuyến với mặt đẳng nhiệt. Khi grad t = 0 trờng nhiệt trong vật thể là đẳng nhiệt ( không xãy ra dẫn nhiệt trong vật thể). Khi grad t 0 có dòng nhiệt xuất hiện trong vật thể, sự dẫn nhiệt xãy ra. Chiều dòng nhiệt trùng với chiều giảm nhiệt độ trong vật thể. 30 Grad t là một đại lợng vectơ, cùng phơng với phơng pháp tuyến của mặt đẳng nhiệt nhng ngợc chiều với chiều dòng nhiệt. Việc thêm dấu trừ trong công thức Fourier dới đây nói lên rằng dòng nhiệt sẽ truyền theo hớng nhiệt độ giảm. 2.1.2 Định luật Fourier. Nhiệt lợng nguyên tố dQ dẫn qua một nguyên tố bề mặt dF trong thời gian d tỉ lệ thuận với građian nhiệt độ, với đại lợng bề mặt và thời gian. dQ = - dn dt dF.d , [j] (2-2) - Hệ số dẫn nhiệt đợc coi nh một trong những đặc tính vật lí của vật thể. [W/m o C] hoặc [kcal/m.h. o C] n khoảng cách [m] F bề mặt vuông góc với chiều dòng nhiệt truyền qua. [m 2 ] Thời gian dòng nhiệt dẫn qua [h hay s] Dấu ( - ) dòng nhiệt biến đổi theo chiều giảm nhiệt độ. Q nhiệt lợng dẫn đi trong vật thể. [j] Đối với tờng có chiều dày và nhiệt độ bề mặt trong là t 1 và mặt ngoài là t 2 và t 1 > t 2 . Sau khi lấy tích phân và đổi dấu ta sẽ có phơng trình truyền nhiệt sau: Q = .)( 21 Ftt (2-3) Nếu = 1m, t 1 - t 2 = 1 o C, F = 1m 2 thì Q = Từ đây ta có độ dẫn nhiệt chính là cờng độ của dòng nhiệt đi qua 1m 2 bề mặt khi chênh lệch nhiệt độ là 1 o C trên đờng đi của nó. Đại lợng độ dẫn nhiệt phụ thuộc vào bản chất của vật thể, nhiệt độ và thờng xác định bằng thực nghiệm. Độ dẫn nhiệt của một số vật liệu cho trong bảng 2-1. Bảng 2-1 - Độ dẫn nhiệt của một số vật liệu rắn Tên vật liệu Khối lợng thể tích , Kg/m 3 Nhiệt dung riêng Kj/Kg.độ Độ dẫn nhiệt W/m.độ Samốt 1800-2200 0.84+0.264.10 -3 0.7+0.64.10 -3 t Dinas 1700-2000 0.80+0.336.10 -3 0.84+0.76.10 -3 t Cao Alumin 3000 0.84+0.252.10 -3 1.69-0.23.10 -3 t Mulit 2160-2900 1.10+0.252.10 -3 2.29+1.70.10 -3 t Zircon - 0.55+0.125.10 -3 1.3+0.64.10 -3 t Manhedi 2600-2700 0.95+0.252.10 -3 6.17-2.68.10 -3 t Crôm-Manhêđi 2900-3000 0.755+0.151.10 -3 t 2.0-0.35.10 -3 t Carborun 2100-2500 0.96+0.146.10 -5 t 9.3+1.75.10 -3 t Gạch đỏ 1750-2100 0.837+0.264.10 -5 t 0.47+051.10 -3 t Beton 2400 0,605 0.92 Samốt nhẹ 1000 - 0.28+23.10 -3 t Dinas nhẹ 1100 - 0.58+43.10 -5 t 31 Gạch diatomit 500-700 0.837-0.92 0.17+35.10 -5 t Carton amiăng 900-1200 - 0.157+0.14.10 -3 t Bột amiăng 800 0.31 0.106+0.18.10 -3 t 2.1.3 Truyền nhiệt qua tờng phẳng 1 lớp và nhiều lớp. Trong công nghiệp lò chúng ta thờng gặp tờng 1 lớp vật liệu và tờng gồm nhiều lớp vật liệu khác nhau. Việc lựa chọn loại vật liệu để xây lò có ý nghĩa lớn nhằm bảo vệ lò đồng thời giảm tổn thất nhiệt ra môi trờng xung quanh. Tờng lò nung hay các thiết bị nhiệt khác làm việc ở nhiệt độ cao thờng có 3 lớp: Lớp trong cùng là gạch chịu lửa, lớp giữa là vật liệu cách nhiệt, lớp ngoài cùng xây bằng gạch đỏ. Đối với tờng 1 lớp ta có thể áp dụng Fourier. Nếu coi mặt đẳng nhiệt bên trong có nhiệt độ t 1 , bên ngoài có nhiệt độ t 2 , chiều dày của tờng , bề mặt F (m 2 ) tacó công thức dòng nhiệt: Q = (t 1 - t 2 ) F , [W] Cờng độ dòng nhiệt q = F Q = (t 1 -t 2 ) , [W/m 2 ] (2-4) Đối với tờng gồm 3 lớp vật liệu khác nhau có nhiều dày 1 , 2 , 3 , với độ dẫn nhiệt tơng ứng 1 , 2 , 3 , nh trong hình 2-1, dòng nhiệt q có chiều đi từ mặt có nhiệt độ t 1 tới mặt có nhiệt độ t 4 khi t 1 > t 4 . Với chế độ nhiệt ổn định, lợng nhiệt đi qua 3 lớp đều bằng nhau tức là: q = 1 1 (t 1 -t 2 ) [W/m 2 ] (2-5) q = 2 2 (t 2 -t 3 ) [W/m 2 ] (2-6) q = 3 3 (t 3 -t 4 ) [W/m 2 ] (2-7) Suy ra phơng trình xác định sự biến đổi nhiệt độ của các lớp: t 1 - t 2 = q 1 1 (2-8) t 2 - t 3 = q 2 2 (2-9) t 3 - t 4 = q 3 3 (2-10) Cộng vế với vế ta thu đợc: t 1 - t 4 = q ( 3 3 2 2 1 1 + + ) (2-11) Từ đây ta có cờng độ dòng nhiệt: 32 q = 3 3 2 2 1 1 41 tt + + , [W/m 2 ] (2-12) Tổng quát đối với tờng có n lớp cờng độ dòng nhiệt sẽ có dạng: q = i i n tt +11 , [W/m 2 ] (2-13) t 1 nhiệt độ lớp tờng trong cùng , [ o C] t 1+ n - nhiệt độ lớp tờng ngoài cùng , [ o C] i Số thứ tự của lớp tờng n Số lớp tờng 2.1.4 Truyền nhiệt qua tờng hình trụ 1 lớp và nhiều lớp. Nguyên tắc truyền nhiệt qua tờng hình trụ cũng giống nh tờng phẳng. Điểm khác cơ bản là cờng độ dòng nhiệt giảm từ trung tâm ống trụ tới mặt ngoài, do dòng nhiệt liên tiếp đi qua bề mặt mở rộng của ống. Nếu trong tờng hình trụ bán kính trong là r 1 và bán kính ngoài r 2 (hình 2-2), ta chia chiều dày nó ra thành những đoạn dr với chênh lệch nhiệt độ dt, theo định luật Fourier cờng độ dòng nhiệt qua lớp dr biểu thị bằng phơng trình: q = - d r dt [W/m 2 ] (2-14) Q = - dr dt F [W] (2-15) Dấu âm trong phơng trình thể hiện sự giảm nhiệt độ theo chiều của dòng nhiệt. Với ống có chiều dài 1m thì F = 2 r , m 2 do đó: Q = - 2 r d r dt (2-16) Từ đây - dt = r2 Qdr (2-17) Dòng nhiệt đi qua từ r 1 đến r 2 trong khoảng nhiệt độ từ t 1 đến t 2 đợc xác định bằng phơng trình tích phân: = 2 1 2 1 r r t t r2 drQ dt (2-18) Rút ra: t 1 - t 2 = 1 2 r r n1 2 Q (2-19) Thay bán kính bằng đờng kính ống ta có: t 1 - t 2 = 1 2 1 2 d d n Q (2-20) 33 Suy ra: .1 2 1 1 2 21 d d n tt Q = , [W] (2-21) Đại lợng: 2 1 . 1 2 d d n1 gọi là nhiệt trở của 1m chiều dày ống trụ. Đối với tờng trụ có n lớp với nhiệt độ bề mặt là t 1 và t n+1 , số đờng kính tơng ứng của các lớp d n thì phơng trình sẽ có dạng: Q = n 1n n2 3 21 2 1 1n1 d d n1 2 1 d d n1 2 1 d d n1 2 1 tt + + + + (2-22) Tổng quát: Q = = = + + ni i i i i n d d n tt 1 1 11 1 2 1 2.2 Truyền nhiệt bằng đối lu. 2.2.1 Dòng nhiệt đối lu. Trong môi trờng chất lỏng và khí vận chuyển nhiệt chủ yếu bằng phơng thức đối lu. Quá trình vận chuyển nhiệt từ chất lỏng (khí) đến bề mặt chất rắn khi tiếp xúc với nhau và có nhiệt độ khác nhau hay ngợc lại từ vật rắn tới chất lỏng ( khí) gọi là quá trình cấp nhiệt. Nguyên nhân trao đổi nhiệt bằng đối lu là chuyển động nhiệt phân tử. Lực liên kết giữa các phân tử của khí và lỏng kém hơn nhiều so với vật thể rắn, nên các phân tử của chúng chuyển động một cách tự do. Những phân tử nào có năng lợng lớn sẽ chuyển động nhanh hơn khi chúng va chạm vào phân tử có năng lợng nhỏ hơn, chuyển động chậm hơn sẽ truyền năng lợng cho những phân tử này. Có hai dạng đối lu: đối lu tự nhiên và đối lu cỡng bức. Đối lu tự nhiên là sự chuyển động của chất lỏng (khí) do sự chênh lệch khối lợng riêng của các phân tử vật chất ở các vị trí nhiệt độ khác nhau. Ngoài dạng đối lu tự nhiên ta còn có dạng đối lu cỡng bức, nhờ bơm, quạt gió hay máy nén khí mà chất lỏng hay khí chuyển động. Hiệu quả trao đổi nhiệt bằng đối lu cỡng bức cao hơn nhiều so với đối lu tự nhiên. Vì vậy nó thờng đợc sử dụng trong các thiết bị nhiệt, lò công nghiệp. Nếu dòng khí bị giới hạn bởi tờng lò, tốc độ của nó càng gần tờng càng giảm. ở ranh giới giữa khí và bề mặt tờng có một lớp khí mỏng gọi là lớp giới hạn. ở đây khí chuyển động với tốc độ rất nhỏ hoặc ở trạng thái tĩnh. Nên chiều dày của lớp này và độ dẫn nhiệt của nó có ý nghĩa rất lớn đến truyền nhiệt bằng đối lu. Lợng nhiệt cấp đi từ vật thể nóng tới vật thể lạnh bằng đối lu xác định công thức bằng công thức của Newton: Q = đ1 (t 1 - t 2 ) F , W (2-23) 34 Hay q = F Q = đ1 (t 1 - t 2 ) , W/m 2 (2-24) đ1 - hệ số cấp nhiệt bằng đối lu W/m 2 .độ. t 1 - nhiệt độ vật thể cho nhiệt, o C. t 2 - nhiệt độ vật thể nhận nhiệt, o C. F - bề mặt truyền nhiệt, m 2 . Phơng trình 2-24 có thể viết: Q = 1d 21 1 tt F , [W] (2-25) Tơng tự nh phơng trình truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt, ở đây 1d 1 gọi là nhiệt cản khi truyền nhiệt bằng đối lu. Hệ số cấp nhiệt bằng đối lu là công suất của dòng nhiệt đi qua 1m 2 tờng khi chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng (hoặc khí) với bề mặt tờng là 1 o C, trong thời gian 1 giây. Đại lợng này phụ thuộc vào trạng thái bề mặt, hình dạng của nó, kích thớc, nhiệt độ, các thông số lý học của chất lỏng hay khí và chế độ chuyển động. Kích thớc hình học có thể biểu thị bằng đờng kính của kênh d (m), theo kênh này của khí chuyển động. Các thông số vật lý của khí (hoặc lỏng) là độ dẫn nhiệt . [W/m.độ], mật độ [Kg/m 3 ], độ nhớt động học à [Ns.m 2 ], và tỷ nhiệt C [j/Kg.độ], tốc độ chuyển động của nó là W [m/s]. Nh vậy: d1 = f (d, W, , à, , C) , [W/m 2 .độ] (2-27) Trong kỹ thuật đôi khi ngời ta còn dùng độ nhớt động: = à [m 2 /s] Chế độ chuyển động đợc quyết định bởi kích thớc ống dẫn khí, tốc độ chuyển động và thông số vật lý của nó và đặc trng bằng chuẩn số Reynolds: Re = Wd (2-28) Re < 2300 ta có chế độ chảy dòng Re > 2300 ta có chế độ chảy xoáy. Re = 2300 ta có dòng quá độ. Chế độ chuyển động của khí (hoặc lỏng) có ảnh hởng nhiều đến cờng độ trao đổi nhiệt. Tốc độ khí càng lớn, bề mặt tờng càng nhẵn thì chiều dày lớp giới hạn càng mỏng và cờng độ trao đổi nhiệt càng lớn. Vì vậy ở các thiết bị nhiệt muốn cờng độ trao đổi nhiệt lớn cần phải có chế độ chuyển động xoáy. 2.2.2 Phơng trình đồng dạng và hệ số d1 . 35 Vấn đề cơ bản là làm sao xác định đợc hệ số cấp nhiệt đối lu d1 , trong khi nó phụ thuộc vào rất nhiều các nhân tố khác. Việc sử dụng lý thuyết đồng dạng cho phép ta rút gọn số thông số và sự phụ thuộc của d1 vào các biến số khác nhau sẽ đa vào dạng phơng trình chuẩn số. Nhằm mục đích đó, các biến số của phơng trình (2-27) gộp thành nhóm để ta có những chuẩn số. Khi nghiên cứu thiết bị nhiệt ta thờng gặp hai loại đồng dạng: Đồng dạng thủy động và đồng dạng nhiệt. Điều kiện đồng dạng thủy động là đồng dạng trờng tốc độ và áp suất. Điều đó có nghĩa là hai hiện tợng chuyển vận chất lỏng ví dụ nớc hoặc khí chẳng hạn, trong mô hình và thiết bị nghiên cứu sẽ đồng dạng chỉ trong trờng hợp nếu chúng chảy trong khoảng đồng dạng hình học và có cùng một tỷ lệ tốc độ và chênh lệch áp suất ở những điểm tơng ứng. Ngoài ra ở mô hình và thiết bị cùng có những chuẩn số nh nhau, đó là tỷ lệ lực tác dụng lên dòng chất lỏng chuyển động hoặc lực gây nên trao đổi nhiệt. Ví dụ tỷ lệ lực gây chuyển động là lực nhớt, điều kiện đồng dạng nhiệt là đồng dạng trờng nhiệt độ, nghĩa là nhiệt độ ở các điểm tơng ứng của mô hình và thiết bị cần phải có tỷ lệ nh nhau. Mặt khác các chuẩn số đồng dạng nhiệt phải bằng nhau. Những chuẩn số đồng dạng thủy động. Chuẩn số Reynolds là tỷ lệ giữa lực chuyển động khí và lực ma sát nội Re = Wd (2-29) Chuẩn số Grascop là tích số giữa chuẩn số Re với tỷ lệ lực nâng và lực ma sát nội Gr = 2 3 gd t (2-30) d - đờng kính ống dẫn, m g - gia tốc trọng trờng, m/s 2 - hệ số giản nở thể tích ( = 1/273) t - chênh lệch nhiệt độ, o C. - độ nhớt động, m 2 /s Chuẩn số Euler là tỷ lệ giữa lực áp suất và lực chuyển động Eu = 2 W p (2-31) p - chênh lệch áp suất Các chuẩn số đồng dạng nhiệt. Chuẩn số Pekle là tỷ lệ giữa dòng nhiệt đối lu và dòng nhiệt truyền đi bằng dẫn nhiệt của chất lỏng, biểu thị bằng thông số vật lý ta có Pe = a Wd (2-32) W - tốc độ của dòng, m/s d - đờng kính của ống, m a - độ dẫn nhiệt độ, m 2 /s 36 Chuẩn số Prandtl là tỷ lệ giữa chuẩn số Pekle và Reynolds, tức là tỷ lệ giữa những đại lợng xác định đồng dạng trờng tốc độ và nhiệt độ. Pr= a Wd a Wd = (2-33) Chuẩn số Nusselt là tỷ lệ giữa dòng nhiệt truyền đến tờng bằng đối lu q d1 và dòng nhiệt truyển qua lớp giới hạn bằng dẫn nhiệt q dn : q dn = d (t 1 - t 2 ) , [W/m 2 ] (2-34) q đl = đ1 (t 1 - t 2 ) , [W/m 2 ] (2-35) Nu = d q q d dn d . 11 = (2-36) Tức tỷ số nhiệt cản nội d/ và nhiệt cản ngoại 1/ d1 . Dùng chuẩn số này để xác định hệ số cấp nhiệt bằng đối lu. Nếu mô hình và thiết bị đồng dạng ta sẽ có: Nu mô hình = Nu thiết bị lò (2-37) Ta ký hiệu mô hình là m và thiết bị lò chẳng hạn là 1 ta sẽ có: 1 11 m nm dd = (2-38) Rút ra hệ số cấp nhiệt đối lu của lò 1 : 1 = m 1 1 m m d d (2-39) Phơng trình cấp nhiệt bằng đối lu thờng nằm trong dạng chuẩn số. Vì dụ: Nu = f (Re, Gr, Pr) (2-40) Với chất lỏng chuyển động xoáy có thể đơn giản chuẩn số Gr và ta có: Nu = f (Re, Pr) (2-41) Một số trờng hợp hay vận dụng trong lò silicát. Với chế độ chuyển động xoáy. Khi chuyển động xoáy khí và lỏng theo ống dài, cấp nhiệt bằng đối lu biểu thị bằng phơng trình chuẩn số (khi Re 10.000 và 1/d 50). Nu = 0,021 Re 0,8 Pr k 0.,43 ( t k Pr Pr ) 0,25 (2-42) Pr k - Giá trị chuẩn số Prandtl ở nhiệt độ khí trung bình và bằng nửa hiệu số nhiệt độ khí lúc vào và ra. Pr t - Chuẩn số Prandtl ứng với nhiệt độ khí bằng nhiệt độ tờng. Đối với không khí và khói lò chuẩn số Pr có thể lấy bằng 0,72. Vì vậy phơng trình (2- 42) có thể có dạng đơn giản hơn: 37 Nu = 0,018 . Re 0,8 (2-43) Hoặc : d 1d = 0,018 ( Wd ) 0,8 (2-44) Từ phơng trình trình rút ra: đ1 = A 2,0 8,0 d W (2-45) Trong đó A - hệ số bằng 0,018 8,0 , : hệ số độ nhớt động [m 2 /s] Nh vậy không những chỉ tốc độ khí mà đờng kính ống dẫn cũng ảnh hởng đến hệ số cấp nhiệt đối lu. Nếu giảm đờng kính ống dẫn trong khi tốc độ khí vẫn giữ nguyên, trị số d1 tăng lên. Theo số liệu lực nghiệm hệ số cấp nhiệt đối lu: khi đốt nóng khí hệ số cấp nhiệt đối lu nhỏ hơn khi làm nguội khí. Ví dụ khi làm nguội không khí (hoặc khói lò) đ1 lớn hơn khoảng 1,3 lần khi đốt nóng, chẳng hạn khí đốt nóng không khí có nhiệt độ trung bình 0 o C. đ1 = 0,018 . 8,0 . 2,0 8,0 2,0 8,0 d W .489,3 d W = , [W/m 2 . độ] (2-46) Khi làm lạnh không khí có nhiệt độ trung bình 0 o : đ1 = 4,535 2,0 8,0 d W , [W/m 2 .độ] (2-47) Khi nhiệt độ trung bình của không khí 600 o . Khi đốt nóng đ1 = 1,8146 2,0 8,0 d W , [W/m 2 . độ] (2-48) Khi làm lạnh đ1 = 2,36 2,0 8,0 d W , [W/m 2 .độ] (2-49) Giá trị và của không khí và khói lò tùy theo nhiệt độ cho trong bảng 2-2. Hệ số cấp nhiệt đối lu khi làm lạnh không khí và khói lò trong điều kiện chuyển động xoáy xác định: Nu = 0,0235 Re 0,8 (2-50) Bảng 2-2 Giá trị độ nhớt, độ dẫn nhiệt của không khí và khói lò. Nhiệt độ ( o C) Độ nhớt không khí ở (760mmHg) .10 6 [m 2 /s] Độ dẫn nhiệt W/m.độ Không khí Khói lò Không khí Khói lò 0 13,3 12,2 0,0248 0,0228 100 23,2 21,5 0,0319 0,0343 200 34,9 32,8 0,0383 0,0401 300 48,3 45,8 0,0455 0,0484 400 63,1 60,4 0,0505 0,0570 500 79,2 76,3 0,0563 0,0656 600 96,8 93,6 0,0619 0,0742 [...]... 1 S2 ( 2- 1 51) So sánh với phơng trình ( 2- 1 49) ta có thể viết: 62 (t1 - t2) - (t2 - t3) = 2 ( t1 + t 3 t 3 ) = 2 t 2 Từ phơng trình 2- 1 51, độ tăng nhiệt độ trong lớp sẽ bằng: 2 a t 1 + t 3 ( t2) 2 S 2 t = ( 2- 1 52) Nếu chọn sau cho thỏa mãn điều kiện: = Thì : t = Vì trị số : S 2 2a ( 2- 1 53) t1 + t3 t2 2 2 a S 2 =1 Khi đó ta đợc một nhiệt độ mới t 2 (hình 2- 1 9) t '2 = t 2 + t = t1 + t 3 2 ( 2- 1 54)... bằng nhiệt, cũng cân bằng dòng bức xạ và không phụ thuộc vào hình dạng hay vị trí của chúng Q 12 = Q21 , 12 F1 = 21 F2 ; F 12 = F21 , Nếu 12 = 1 21 thì 21 = ( 2- 8 5) F1 F2 Tính phân tán của dòng Nếu hai mặt chia thành 1a, 1b 2a, 2b thì: Q 12 = Q1a2a + Q1a2b + Q1b2a + Q1b2b ( 2- 8 6) F 12 = F1a2a + F1a2b + F1b2a + F1b2b Tính chất trùng hay phối hợp của dòng Nếu vật thể 1 bức xạ nhiệt cho 2 vật thể 2 và 3 Q 12. .. E1hq = E1 + E 2 A1 E 2 A1 + A2 A1 A2 E2hq = E1 + E 2 A2 E1 A1 + A2 A1 A2 Q 12 = A2 E1 A1 E 2 A1 + A2 A1 A2 Từ đây ta có: Căn cứ theo định luật Kirchoff ta thay A1 = ( 2- 9 3) C C1 , A2 = 2 và từ định luật Stefan - Bolzman Co Co thay T1 100 E1 = C1 4 T1 100 và E1 = C2 4 vào ( 2- 9 3 ) ta có: 45 4 4 T C T C C1 1 2 C 2 2 1 100 C 0 100 C 0 Q 12 = C1 C 2 C1 C 2 + 2 C0 C0 C0 4 Rút... 1000 1100 120 0 1400 115,1 134,7 155 ,2 176,7 199 ,2 222 ,7 27 3,0 1 12, 1 131,8 1 52, 5 174,3 197,1 22 1,0 27 2,0 0,06 72 0,0 723 0,07 72 0,0 820 0,0864 0,0908 0,998 0,0 827 0,0915 0,1001 0,1090 0,1175 0, 126 2 0,14 42 Hệ số cấp nhiệt đối lu đ1 trong ống ngắn (1/d < 50) có trị số lớn hơn so với ống dài Ta có thể dùng công thức chung nhng có thêm hệ số hiệu chỉnh bảng 2- 3 Bảng 2- 3 Trị số Tỷ lệ 1/d Re 2 5 10 20 40 50 1,104... T1 T2 100 100 C Q 12 = 0 C0 C0 + 1 C1 C 2 Chia tử và mẫu số cho C0 ta có: 4 T1 T2 100 100 Q 12 = 1 1 1 + C1 C 2 C 0 Q 12 = C q [ ( 4 T T1 4 ) ( 2 ) 4 ] , [W/m2] 100 100 ( 2- 9 7) Cq - hệ số bức xạ quy định và Cq Cq = 1 1 1 1 + C1 C 2 C o [W/m2.oK4] ( 2- 9 8) C1, C2 - hệ số bức xạ của mặt 1 và 2 Căn cứ theo ( 2- 7 9) và ( 2- 8 0) ta có thể viết: Cq = 5,67 1 1 + 1 1 2 [W/m2.oK4 ] ( 2- 9 9) Nếu... đối diện (hình 2- 4 ) Quá trình này cứ lặp đi lặp lại đến vô tận Hình 2- 4 : Sơ đồ trao đổi nhiệt giữa hai mặt (Xem trang sau) Gọi bức xạ hiệu quả của mặt 1 là E1hq với hệ số hấp thụ A1 và của mặt 2 là E2hq và hệ số hấp thụ A2 ta có: E1hq = E1 + (1-A1) E2hq ( 2- 9 0) E2hq = E2 + (1-A2) E1hq ( 2- 9 1) E1 và E2 : năng lợng tự bức xạ của mặt 1 và 2 Dòng bức xạ tế từ mặt 1 sang 2 Q 12 = E1hq - E2hq ( 2- 9 2) Từ hệ phơng... 2 + + + n 1 Tỷ nhiệt Cđl = Mật độ đl = 2 ( 2- 1 37) n C1 S1 + C 2 S 2 + + C n S n S1 + S 2 + + S n 1 S1 + 2 S 2 + + n S n S1 + S 2 + + S n ( 2- 1 38) ( 2- 1 39) 1, C1, 1, S 1- độ dẫn nhiệt, tỷ nhiệt, mật độ, chiều dày đốt nóng lớp vật liệu thứ nhất 2, C2, 2, S 2- nh trên - của lớp vật liệu thứ hai Đốt nóng và làm nguội vật thể trong trạng thái nhiệt không ổn định đợc giải bằng phơng trình vi phân dẫn nhiệt. .. 1 + + 1 2 [W] ( 2- 1 27 ) [KW] ( 2- 1 28 ) tk, tKK - Nhiệt độ của khí trong lò và không khí, oC F - bề mặt truyền nhiệt của tờng hay vòm lò, m2 1 - hệ số cấp nhiệt từ khi tới mặt tờng trong lò, W/m2.độ 2 - hệ số cấp nhiệt từ mặt tờng ngoài tới không khí bao quanh W/m2.độ - tổng nhiệt cản nội của tờng lò - chiều dày của lớp gạch hay vật liệu - độ dẫn nhiệt tơng ứng của gạch, W/m2.độ Hệ số cấp nhiệt trong... [W] ( 2- 1 03) So sánh ( 2- 1 03) với ( 2- 1 02) ta thấy bằng khi có 1 tấm chắn, trao đổi nhiệt giữa hai mặt giảm đi 2 lần Nếu có n tấm chắn ở giữa và nếu độ đen của tấm chắn 1 = 2 = c1 = = cn thì lợng nhiệt trao đổi sẽ giảm đi (n + 1) lần: Q12nC = 1 n +1 Q 12 ( 2- 1 04) Nếu độ đen của tấm chắn thay đổi thì: Q12nC = 1 C q 1C Q 12 n + 1 C q 12 ( 2- 1 05) Cq 1C - hệ số bức xạ khi có mặt tấm chắn, [W/m2.oK4] Cq 12 - hệ... s, lớn hơn d 2t dt 2 t t =a =a 2 d dx S 2 ( 2- 1 49) t - độ tăng nhiệt độ của lớp S sau thời gian a - độ dẫn nhiệt độ a= 3 ,6 .C , [m2/h] ( 2- 1 50) - độ dẫn nhiệt W/m.độ, - mật độ Kg/m3, C- tỷ nhiệt Kj/Kg.độ Sự thay thế nh vậy sẽ đơn giản bài toán nhiều, đờng phân bố nhiệt độ sẽ là những đờng gãy khúc, chứ không phải là đờng cong đều nh ở phơng trình vi phân truyền nhiệt hình 2- 1 9 Lợng nhiệt đi qua . 1.6 9-0 .23 .10 -3 t Mulit 21 6 0 -2 900 1.10+0 .25 2.10 -3 2. 29+1.70.10 -3 t Zircon - 0.55+0. 125 .10 -3 1.3+0.64.10 -3 t Manhedi 26 0 0 -2 700 0.95+0 .25 2.10 -3 6.1 7 -2 .68.10 -3 t Crôm-Manhêđi 29 0 0-3 000. 1 sang 2. Q 12 = E 1hq - E 2hq ( 2- 9 2) Từ hệ phơng trình trên ta rút ra: E 1hq = 21 21 21 21 AAAA EAEE + + E 2hq = 21 21 122 1 AAAA EAEE + + Từ đây ta có: Q 12 = 21 21 21 12 AAAA EAEA + . 0.755+0.151.10 -3 t 2. 0-0 .35.10 -3 t Carborun 21 0 0 -2 500 0.96+0.146.10 -5 t 9.3+1.75.10 -3 t Gạch đỏ 175 0 -2 100 0.837+0 .26 4.10 -5 t 0.47+051.10 -3 t Beton 24 00 0,605 0. 92 Samốt nhẹ 1000 - 0 .28 +23 .10 -3 t