Quá trình và thiết bị truyền nhiệt - chương 1 ppsx

• Trường nhiệt độ: tập hợp tất cả các giá trị nhiệtđộ khác nhau trong không gian tại cùng một thời điểm.. • Mặt đẳng nhiệt: tập hợp các giá trị nhiệt độ giống nhau tại cùng thời điểm...

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG

-QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT

CHƯƠNG 1

DẪN NHIỆT

I KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ DẪN NHIỆT

1 Trường nhiệt độ t = f(x,y,z,τ)

2 Mặt đẳng nhiệt:

tt-tt+t

n

t n

t lim )

t (







 

• Trường nhiệt độ: tập hợp tất cả các giá trị nhiệt

độ khác nhau trong không gian tại cùng một thời điểm

– Pt tổng quát t= t(x,y,z,t)

• TNĐ ổn định

• TNĐ không ổn định – Trường hợp đơn giản: t = t(x).

• Mặt đẳng nhiệt: tập hợp các giá trị nhiệt độ

giống nhau tại cùng thời điểm.

• Gradient nhiệt độ.

- Thực nghiệm cho thấy hầu hết các chất lỏng giọt có:

  khi T  (trừ nước & gliceryl)

  khi p 

Kim loại:   khi T 

Phi kim loai Thông thường   khi T 

gạch khô :  = 0,35 nước :  = 0,6 gạch ẩm :  = 1

Hệ số dẫn nhiệt của kim lọai nguyên chất

Hệ số dẫn nhiệt của hơp kim

Hệ số dẫn nhiệt của một số lọai khí

1 Hơi nước; 2 Khí CO2; 3 Không khí; 4 Acgon; 5 Oxy 6 Nitơ

Hệ số dẫn nhiệt của một số lọai khí và hơi nước

Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng

• 1-Dầu vazolin; 2-Benzon; 3-Axeton; 4-Dầu ;

• 5-Rượu etilic; 6-Rượu metilic; 7-Glixerin; 8-Nước

• Đối với chất lỏng,  < 0 (đối với nước và glyxerin thì  > 0 ), do vậy khi nhiệt độ tăng, hệ số dẫn nhiệt giảm (trừ nước và glyxerin) Hệ số dẫn nhiệt của một số chất lỏng nằm trong khoảng từ 0.07 -0.7 W/mK

• Hệ số dẫn nhiệt của một số chất lỏng:

• 1-Dầu vazolin; 2-Benzon; 3-Axeton; 4-Dầu thầu dầu;

• 5-Rượu etilic; 6-Rượu metilic; 7-Glixerin; 8-Nước

III Phương trình vi phân dẫn nhiệt

dx x

Q 

y

Q

dy y

Q 

+ Nguồn nhiệt bên trong phân bố

đều với năng suất phát nhiệt

qv = f (x, y, z, ) [W/m.độ]

- Các giả thiết khi lập phương trình:

+ Vật đồng chất, đẳng hướng

+ Thông số vật lý là hằng số

+ Vật cứng hoàn toàn

+ Các phần vĩ mô của vật không có

sự chuyển động tương đối với nhau

Theo định luật bảo tồn năng lượng, ta cĩ:

Tổng nhiệt lượng do dẫn nhiệt đưa vào phân tố + Tổng năng lượngphát ra do nguồn nhiệt bên trong = Tổng nhiệt lượng đưa ra khỏiphân tố bằng dẫn nhiệt + Độ biến thiên nội năng của phân tố

Nhiệt lượng do dẫn nhiệt ra khỏi phân tố:

tt

zQ

dxdzd

dyy

tt

yQ

dydzd

dxx

tt

xQ

dz z

dy y

dx x

Gcdt



Theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có

U Q

Q Q

Q Q

t x

t dt

dv c

2 2

2 2

qt

c





.c

q t

a

t t

r

1 r

t r

1

t a

2

2 2

2 2 2

•Điều kiện đơn trị

Điều kiện đơn trị gồm có:

Điều kiện hình họcĐiều kiện vật lýĐiều kiện thời gian: DNKOĐ

•Điều kiện biên

Điều kiện biên loại 1:

Điều kiện biên loại 2:

Điều kiện này cho biết nhiệt độ bề mặt, là hàm của nhiệt độ và thời gian, nhưng chưa biết gradt TNKOĐ

Điều kiện này cho biết gradt nhưng chưa biết nhiệt độ bề mặt

Điều kiện biên loại 3:

Cho biết nhiệt độ môi trường xq và hệ số toả nhiệt từ môi trường tới bề mặt vật.

Điều kiện biên loại 4: bề mặt vât tiếp xúc lý tưởng với bềmặt khác

• Gỉa thiết:

– Trường nhiệt độ ổn định, một chiều

– Không có nguồn nhiệt bên trong

• Điều kiện hình học

– Vách phẳng

– Vách trụ

– Vách cầu

BÀI TOÁN DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH, MỘT CHIỀU,

KHÔNG CÓ NGUỒN TRONG

ty

tx

ta

2

2 2

2 2

2

0 x

t

DẪN NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG 1 LỚP

T1

T2

1 w

t t x

t t 0

x

x

t

t t

t w 1 w 2

1 w









Giải phương trình với điều kiện biên trên, ta có

Xác định mật độ dòng nhiệt, chúng ta dựa vào định luật Fourier:

tt

(

2 w 1

Thực nghiệm cho thấy rằng hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ:

) bt 1

1dx

dtt

q    0 

 w1 w2 

2 w 1

t

1 w t

2 w 1

w 0

( F

2 Dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp

Giả thuyết

Hệ số dẫn nhiệt của các lớp là hằng số

Các lớp tiếp xúc với nhau tốt

Nhiệt độ tại các bề mặt ngoài cùng không đổi

Chế độ nhiệt ổn định: dòng nhiệt qua các bề mặt đẳng nhiệt bất

kỳ của vách bằng nhau, nghĩa là: 0

Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách 3

lớp được xác định như sau:

3

3 2

2 1

1

4 1

Mật độ dòng nhiệt dẫn qua các lớp và độ chênh lệch nhiệt độ đượcxác định như sau:

i i

) 1 n ( w 1

Dẫn nhiệt qua vách trụ

HÌNH ẢNH NỒI HƠI ỐNG LÒ, ỐNG LỬA NẰM NGANG

Hình ảnh vách trụ nhiều lớp

Dẫn nhiệt qua vách trụ 1 lớp

Xét đoạn vách trụ 1 lớp, chiều dài L, đường kínhtrong d1, đường kínhngoài dn+1 , vật liệu chếtạo vách có hệ số dẫnnhiệt là i Quá trình dẫnnhiệt ổn định, nên nhiệt

độ mặt trong vách tw1 vàmặt ngoài vách tw(n+1) không đổi theo thời gian

Đối với tọa độ trụ, phương trình vi phân được

viết như sau:

Lượng nhiệt truyền qua vách trụ một lớp

21

(W) 1

ln 2

w w

Q

d d





(W) 1

ln 2

w w n n

• Ở đây:

• q: mật độ dòng nhiệt (J/s);

• F: diện tích bề mặt rao đổi nhiệt (m2);

• L: chiều dài ống trụ (m);

• t: thời gian trao đổi nhiệt (s)

• Hệ số dẫn nhiệt, đvới thep: k = 14 W/mK

How much energy is

= 5.32 x 104 J