Bài giảng nhiệt động kỹ thuật chương 4 và 5

PH PH Ầ Ầ N II. N II. CƠ S CƠ S Ở Ở TRUY TRUY Ề Ề N NH N NH Ệ Ệ T T CHƯƠNG IV: TRAO ĐỔI NHIỆT DẪN NHIỆT CHƯƠNG V : TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU CHƯƠNG VI : TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ CHƯƠNG VII: TRAO ĐỔI NHIỆT HỖN HỢP NỘI DUNG PH PH Ầ Ầ N II. N II. CƠ S CƠ S Ở Ở TRUY TRUY Ề Ề N NH N NH Ệ Ệ T T CHƯƠNG IV CHƯƠNG IV : D : D Ẫ Ẫ N NHI N NHI Ệ Ệ T T 1. Khái niệm dẫn nhiệt - Dẫn nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt giữa các phần của vật hay giữa các vật có nhiệt độ khác nhau khi chúng tiếp xúc với nhau. Ví dụ: Cầm một thanh sắt một đầu được đốt nóng, sau một thời gian thì đầu thanh sắt ta cầm cũng thấy nóng. - Quá trình dẫn nhiệt có thể xảy ra trong vật rắn (dẫn nhiệt thuần túy), chất lỏng hoặc chất khí. I.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2. Trường nhiệt độ  Định nghĩa: Là tập hợp các giá trị nhiệt độ của các điểm khác nhau trong không gian khảo sát tại một thời điểm nào đó.  PT tổng quát của trường nhiệt độ: t = f(x, y, z, ) 2.1 Phân loại trường nhiệt độ - Ổn định: Không thay đổi theo thời gian  Dẫn nhiệt ổn định + t = f(x, y, z): Trường nhiệt độ ổn định ba chiều. + t = f(x, y): Trường nhiệt độ ổn định hai chiều. + t = f(x): Trường nhiệt độ ổn định một chiều. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2. Trường nhiệt độ 2.1 Phân loại trường nhiệt độ - Không ổn định: Nhiệt độ phụ thuộc thời gian  Dẫn nhiệt không ổn định + t = f(x, y,z, ): Trường nhiệt độ không ổn định ba chiều. + t = f(x, y, ): Trường nhiệt độ không ổn định hai chiều. + t = f(x, ): Trường nhiệt độ không ổn định một chiều. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 3. Mặt đẳng nhiệt - Là mặt chứa tất cả các điểm có cùng giá trị nhệt độ tại một thời điểm. - Đặc điểm: + Các mặt đẳng nhiệt không cắt nhau. + Chúng chỉ có thể là các mặt cong khép kín hay kết thúc trên biên của vật. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN t t + t 4. Gradien nhiệt độ - Gradien nhiệt độ là một đại lượng vectơ có phương vuông góc với các mặt đẳng nhiệt, có chiều dương là chiều tăng nhiệt độ và có độ lớn bằng đạo hàm riêng của nhiệt độ theo phương pháp tuyến của các mặt đẳng nhiệt. - Đặc điểm: + Gradient nhiệt độ đặc trưng cho độ tăng nhiệt độ. + Theo phương pháp tuyến tốc độ thay đổi nhiệt độ là lớn nhất. 0 n 0 t t Gradt lim , K / m n n         CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN t t + t n x n x 5. Mật độ dòng nhiệt và dòng nhiệt 5.1 Mật độ dòng nhiệt - Là lượng nhiệt truyền qua một đơn vị điện tích bề mặt đẳng nhiệt vuông góc với hướng truyền nhiệt trong một đơn vị thời gian. - Ký hiệu là: q (W/m 2 ). - Đặc diểm: Mật độ dòng nhiệt cũng là một đại lượng vectơ có hướng trùng với hướng của gradient nhiệt độ, chiều dương là chiều giảm nhiệt độ. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 5. Mật độ dòng nhiệt và dòng nhiệt 5.2 Dòng nhiệt - Là lượng nhiệt truyền qua toàn bộ điện tích bề mặt đẳng nhiệt trong một đơn vị thời gian. - Ký hiệu là: Q (W).  Mối quan hệ giữa Q và q: - Dòng nhiệt ứng với một đơn vị diện tích dF : dQ = qdF - Dòng nhiệt ứng với toàn bộ diện tích F : Q = ∫qdF - Khi q = const : Q = qF CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN [...]... đẳng hướng + Có hệ số dẫn nhiệt là: 1, 2, 3 + Có chiều dày là: 1, 2, 3 3 2 tw4 0 1 2 3 x + Nhiệt độ tw1 và tw4 không đổi và biết trước + Giả thiết các lớp ép sát nhau, nhiệt độ bề mặt tiếp xúc tương ứng là tw2 và tw3 chưa biết DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA VÁCH PHẲNG 2 Dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp - Vì quá trình dẫn nhiệt là ổn định và một chiều nên mật độ dòng nhiệt qua các lớp phải bằng... chuyển động: Có 2 dạng + Chuyển động tự nhiên: - Chuyển động gây ra bởi độ chênh mật độ (khối lượng riêng) giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau - Gây ra trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên - Chuyển động tự nhiên phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ, độ nhớt và không gian + Chuyển động cưỡng bức: - Chuyển động gây ra bởi ngoại lực, như dùng quạt để đẩy chất khí chuyển động hay dùng bơm để đẩy chất lỏng chuyển động. .. là r1 và r2 dr r 0 + Nhiệt độ bề mặt trong và bề mặt ngoài r1 r r2 vách không đổi là tw1 và tw2 (với tw1 > tw2) - Nhận thấy: Các mặt đẳng nhiệt sẽ là các mặt trụ đồng tâm và nhiệt độ chỉ thay đổi theo phương bán kính DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA VÁCH TRỤ 1 Dẫn nhiệt qua vách trụ một lớp 1.1 Phân bố nhiệt độ trong vách: - Áp dụng định luật Fourier → dòng nhiệt truyền qua bề mặt vách trụ bán kính r và chiều... q  ;(W / m) R w1 w2 l l DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA VÁCH TRỤ 2 Dẫn nhiệt qua vách trụ nhiều lớp Giả thiết: t + Vách trụ gồm 3 lớp + Các lớp làm bằng vật liệu đồng chất 1 và đẳng hướng tw + Có bán kính các lớp là: r1, r2, r3, r4 + Nhiệt độ bề mặt trong và ngoài cùng của vách trụ là tw1 và tw4 không đổi tw 1 + Có hệ số dẫn nhiệt là: 1, 2, 3 2 2 3 tw 3 tw 4 0 r1 r r2 r3 r4 + Các lớp được ép rất sát với... q    1 w2 1 w1 1 1 2 w2 w3   2 w2 2 3 w3 w2 w4  w3 2 3 w3 3 w4 3 Cộng hai vế của hệ phương trình này, ta được: t t t t q  , (W / m )    R R R      w1 w4 w1 1 2 3 1 2 3 1 2 w4 2 3 DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA VÁCH PHẲNG 2 Dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp - Rút ra các nhiệt độ tiếp xúc giữa các lớp:  2 3 và t  t q tw3  tw2  q  tw4  q  2 3 1 w2 w1 1 - Tổng quát: t t  q  ... vật liệu xây dựng, cách nhiệt)  = 0, 05  0 ,5 W/mK +  < 0 thì  giảm (hầu hết các kim loại, trừ Al)  = 20  40 0 W/mK CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 7 Định luật Fourier về dẫn nhiệt - Mật độ dòng nhiệt là một đại lượng vectơ có phương trùng với phương gradt, ngược với chiều gradt (giảm nhiệt độ) và có trị số bằng: t  , W/m n 2 Biểu thức: q    g rad t; q    t , W /m n 2 - Dòng nhiệt Q được xác định:... (0C) đã biết và không đổi (tw1 > tw2) dx 0  x - Nhận thấy: + Trường nhiệt độ chỉ thay đổi theo hướng x : t = f(x) + Các mặt đẳng nhiệt song song và vuông góc với trục x + Từ khoảng cách x lấy 2 mặt đẳng nhiệt cách nhau khoảng dx DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA VÁCH PHẲNG 1 Dẫn nhiệt qua vách phẳng một lớp 1.1 Phân bố nhiệt độ trong vách: - Áp dụng định luật Fourier: q    g rad t    q - Biến đổi và lấy tích... cùng nhiệt độ là tw2 và tw3 chưa biết DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA VÁCH TRỤ 2 Dẫn nhiệt qua vách trụ nhiều lớp - Vì quá trình dẫn nhiệt là ổn định và một chiều   t t q  1 d  ln  2 d  t t  q   d 1  ln 2 d   t t q  1 d  ln  2 d  w1 w2  1 d t t q ln  2 d   d 1 t t q ln  2 d   1 d t t q ln  2 d  l 1 w2 2 w1 1  w3 w3 w2 3 w3 w3 w4 w4 1 3 l 2 2 2 l 1 l 2 w2 2 4 l... 2 2 2 l 1 l 2 w2 2 4 l 3 3 l 3 4 3 - Cộng hai vế của hệ phương trình và biến đổi:  1 d d 1 1 d  t t q  ln  ln  ln  d 2 d   2 d 2 3 2 w1 w4 4 l 1 1 2 2 3 3 DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA VÁCH TRỤ 2 Dẫn nhiệt qua vách trụ nhiều lớp  Mật độ dòng nhiệt dài: t t q  1 d 1 d 1 d ln  ln  ln 2 d 2 d 2 d w1 w4 3 2 1 1 2 2 3 t t ,(W / m) hay q  R R R w1 l 4 l1 l2 1 d t  t q ln ; C 2... KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6 Hệ số dẫn nhiệt  - Là đại lượng đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của vật hoặc chất - Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố: + Vật liệu + Độ ẩm + Áp suất + Trạng thái của vật chất rắn > lỏng > khí + Nhiệt độ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6 Hệ số dẫn nhiệt  - Thông thường  phụ thuộc vào nhiệt độ theo biểu thức sau: t = o (1 + t) Trong đó: o: Hệ số dẫn nhiệt ở 0C : Là hằng số xác . S Ở Ở TRUY TRUY Ề Ề N NH N NH Ệ Ệ T T CHƯƠNG IV: TRAO ĐỔI NHIỆT DẪN NHIỆT CHƯƠNG V : TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU CHƯƠNG VI : TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ CHƯƠNG VII: TRAO ĐỔI NHIỆT HỖN HỢP NỘI DUNG PH PH Ầ Ầ N. BẢN t t + t n x n x 5. Mật độ dòng nhiệt và dòng nhiệt 5. 1 Mật độ dòng nhiệt - Là lượng nhiệt truyền qua một đơn vị điện tích bề mặt đẳng nhiệt vuông góc với hướng truyền nhiệt trong một đơn. dòng nhiệt cũng là một đại lượng vectơ có hướng trùng với hướng của gradient nhiệt độ, chiều dương là chiều giảm nhiệt độ. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 5. Mật độ dòng nhiệt và dòng nhiệt 5. 2 Dòng nhiệt