Phần 2 các quá trình truyền nhiệt truyền nhiệt

Phần Các trình truyền nhiệt GV: TS Nguyễn Minh Tân Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm Các phương thức truyền nhiệt •  Dẫn nhiệt/Conduction: Quá trình truyền nhiệt từ phần tử đến phần tử khác vật chất chúng tiếp xúc trực tiếp với •  Đối lưu/Convection: Quá trình truyền nhiệt phần tử chất lỏng chất khí đổi chỗ cho nhau, chúng có nhiệt độ khác bơm, quạt, khuấy trộn,… •  Bức xạ/Radiation: Qua trình truyền nhiệt dạng sóng điện từ Nhiệt biến thành tia xạ truyền đi, gặp vật thể phần lượng xạ đố biến thành nhiệt năng, phần phản xạ lại, phần xuyên qua vật thể QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 1.4 Truyền nhiệt 1.4.1 TRAO ĐỔI NHIỆT PHỨC TẠP Việc vận chuyển nhiệt lượng xảy đồng thời theo ba phương thức: dẫn nhiệt, xạ nhiệt đối lưu Quá trình trao đổi nhiệt gọi trao đổi nhiệt phức tạp Ví dụ: trao đổi nhiệt vật thể rắn môi trường khí -> Quá trình gồm đối lưu xạ Lượng nhiệt trao đổi xạ: ⎡⎛ T ⎞ ⎛ T ⎞ ⎤ Qbx = C1− F ⎢⎜ T ⎟ − ⎜ K ⎟ ⎥ ⋅ ϕ , W ⎣⎢⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠ ⎦⎥ αbx QTTB II 01 TTvà TK - nhiệt độ tường khí, oK ⎡⎛ T ⎞ ⎛ T ⎞ ⎤ C1−2 ⎢⎜ T ⎟ − ⎜ K ⎟ ⎥ ⎣⎢⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠ ⎦⎥ ⋅ ϕ ⋅ F ⋅ (t − t ), W Qbx = T K (tT − t K ) TS Nguyễn Minh Tân 1.4 Truyền nhiệt 1.4.1 TRAO ĐỔI NHIỆT PHỨC TẠP Qbx = α bx ⋅ ϕ ⋅ (tT − t K ), W Hệ số αThebximage cannot hệ số cấp nhiệt xạ, có thứ nguyên là: be displayed Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted Restart your computer, and then open the file again If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again ⎤ ⎡ W ⎤ ⎥ = ⎢ ⎥ m ⎣ s.đô ⎦ ⎣ m đô ⎦ [α bx ] = ⎡⎢ Toàn lượng nhiệt tường cấp xạ đối lưu: Q = Qbx + Qdl = α bx F ⋅τ (tT − t K ) + α dl F ⋅τ (tT − t K ) Q = (α bx + α dl )F ⋅τ (tT − t K ) αdl - hệ số cấp nhiệt đối lưu αbx - hệ số cấp nhiệt xạ QTTB II 01 α TS Nguyễn Minh Tân 1.4 Truyền nhiệt 1.4.2 TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG VÀ TƯỜNG ỐNG Truyền nhiệt: Quá trình vận chuyển nhiệt lượng từ lưu thể sang lưu thể khác (cấp nhiệt, dẫn nhiêt xạ nhiệt Truyền nhiệt đẳng nhiệt xẩy trường hợp nhiệt độ hai lưu thể không thay đổi theo vị trí thời gian, tức hiệu số nhiệt độ hai lưu thể số vị trí thời gian The image cannot be displayed Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted Restart your computer, and then open the file again If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again Truyền nhiệt biến nhiệt xẩy trường hợp nhiệt độ lưu thể có thay đổi thời gian làm việc, hiệu số nhiệt độ hai lưu thể có thay đổi: -Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định: hiệu số nhiệt độ hai lưu thể biến đổi theo vị trí không biến đổi không gian Chỉ xảy với trình làm việc liên tục - Truyền nhiệt biến nhiệt không ổn định hiệu số nhiệt độ hai lưu thể có biến đôỉ theo vị trí thời gian Chỉ xảy trình làm việc gián đoạn QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 1.4 Truyền nhiệt 1.4.2 TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG VÀ TƯỜNG ỐNG Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng Quá trình truyền nhiệt từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội gồm ba giai đoạn: (I) (II) (III) Nhiệt truyền từ lưu thể nóng đến bề mặt tường (cấp nhiệt); Nhiệt dẫn qua tường (dẫn nhiệt ); Nhiệt truyền từ mặt tường đến lưu thể nguội (cấp nhiệt) Giả thiết: Quá trình nhiệt ổn đinh, lượng nhiệt chuyển qua mỗi giai đoạn một khoảng thời gian bằng QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng Vùng III: Cấp nhiệt đối lưu từ tường đến lưu thể lạnh Định luật NEWTON Q = α F.(tT − t2 ) t1 tT1 tT2 t2 Vùng I : Cấp nhiệt đối lưu từ lưu thể nóng đến tường Q nóng Q lạnh Định luật NEWTON Q = α1.F.(t1 − tT1 ) Vùng II : dẫn nhiệt qua tường Định luật FOURIER Q= λ (tT − tT )⋅ F δ 1.4 Truyền nhiệt 1.4.2 TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG VÀ TƯỜNG ỐNG Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng ⎛ δ ⎞ Q⎜⎜ + + ⎟⎟ = F (t1 − t ) ⎝ α1 λ α ⎠ Q= K: hệ số truyền nhiệt QTTB II 01 ⎛ δ ⎞ ⎜⎜ + + ⎟⎟ ⎝ α1 λ α ⎠ ⋅ F (t1 − t ) Hệ số truyền nhiệt K lượng nhiệt truyền giây từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội qua 1m2 bề mặt tường phân cách hiệu số nhiệt độ hai lưu thể độ TS Nguyễn Minh Tân 1.4 Truyền nhiệt 1.4.2 TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG VÀ TƯỜNG ỐNG Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng ⎛ λ ⎞ Q⎜⎜ + + ⎟⎟ = F (t1 − t ) ⎝ α1 δ α ⎠ Nhiệt trở tường Q= K: hệ số truyền nhiệt QTTB II 01 ⎛ λ ⎞ ⎜⎜ + + ⎟⎟ ⎝ α1 δ α ⎠ ⋅ F (t1 − t ) Nhiệt trở hai lưu thể Hệ số truyền nhiệt K lượng nhiệt truyền giây từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội qua 1m2 bề mặt tường phân cách TS Nguyễn Minhhai Tânlưu thể độ hiệu số nhiệt độ 1.4 Truyền nhiệt 1.4.2 TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG VÀ TƯỜNG ỐNG Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng nhiều lớp K= 1 α1 QTTB II 01 n λi + δ α2 i =1 i +∑ TS Nguyễn Minh Tân , W m đô 10 Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống Vùng I : Cấp nhiệt đối Q = α1 t1 − tT1 lưu từ lưu thể nóng đến tường ( Q= Vùng II : dẫn nhiệt qua tường 2πL λ Vùng III: Cấp nhiệt đối lưu từ tường đến lưu thể lạnh 2,3 ⋅ lg r2 r1 )2π r1L t1 − tT = ⎛ r ⎞ Q 2,3 ⋅ ln⎜⎜ ⎟⎟ λ ⎝ r1 ⎠ tT − tT = 2πL (tT − tT ) tT − t = Q = α2 (tT − t2 )2π r2 Q t1 − t = R1 + R2 + R3 K= 2πL.ΣR + 1 α1r1 QTTB II 01 Q α L 2π r2 ⎡ ⎛ r ⎞ 1 ⎤ Q ⎢ + 2,3 lg⎜⎜ ⎟⎟ + ⎥ α r λ r α 1 ⎝ ⎠ r2 ⎦ t1 − t2 = ⎣ 2πL Q = KT (t1 − t2 )2πL KT = Q α1 2π r1.L + λ 2,3 lg r2 + r1 α r2 r1 r2 TS Nguyễn Minh Tân 11 1.4 Truyền nhiệt 1.4.3 TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH - Hiệu số nhiệt độ hai lưu thể biến đổi theo vị trí không biến đổi theo thời gian (tương ứng vị trí bề mặt trao đổi nhiệt, hiệu số nhiệt độ hai lưu thể có giá trị khác nhau) - Không thể tính lượng nhiệt truyền với Δt = t1-t2 truyền nhiệt đẳng nhiệt mà phải tính theo nhiệt độ trung bình Δttb Chiều chuyển động lưu thể 1 2 QTTB II 01 2 TS Nguyễn Minh Tân Lưu thể nóng giảm nhiệt độ từ t1đ đến nhiệt độ cuối t1c Lưu thể nguội tăng nhiệt độ từ t2đ đến nhiệt độ cuối t2C Hiệu số nhiệt độ hai lưu thể thay đổi từ trị số đầu Δtđ đến trị số cuối ΔtC 12 1.4 Truyền nhiệt 1.4.3 TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH Hiệu số nhiệt độ trung bình Vì hiệu số nhiệt độ hai lưu thể thay đổi theo vị trí nên ta phải nghiên cứu tượng truyền nhiệt qua nguyên tố bề mặt nhỏ dF để hiệu số nhiệt độ hai bề mặt lưu thể thay đổi không đáng kể Xuôi chiều Lượng nhiệt truyền qua nguyên tố bề mặt dF dQ = K (t1 − t2 )dF, W QTTB II 01 Đối với lưu thể nóng Đối với lưu thể nguội dQ = −G1C1dt1 dQ = G2C2dt2 TS Nguyễn Minh Tân 13 1.4 Truyền nhiệt 1.4.3 TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH Hiệu số nhiệt độ trung bình Xuôi chiều ⎛ 1 ⎞ ⎟⎟ d (t1 − t2 ) = −dQ⎜⎜ + ⎝ G1C1 G2C2 ⎠ d (t1 − t ) dQ = − ⎛ 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ + G C G C 2 ⎠ ⎝ 1 K (t1 − t )dF = − QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân d (t1 − t ) ⎛ 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ + ⎝ G1C1 G2C2 ⎠ 14 1.4 Truyền nhiệt 1.4.3 TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH Hiệu số nhiệt độ trung bình t1 − t2 = Δt ⎛ d (Δt ) ⎞ ⎟⎟ = − KdF ⎜⎜ + t1d − t2 d = Δtd Xuôi chiều t1c − t 2c = Δtc Δtc ∫ Δt d Δt ⎝ G1C1 G2C2 ⎠ F ⎛ d (Δt ) ⎞ ⎟⎟ ∫ dF = − K ⎜⎜ + Δt ⎝ G1C1 G2C2 ⎠ ⎛ 1 ⎞ ⎟⎟ F − K ⎜⎜ + ⎛ Δt ⎞ ⎟⎟ F ⇒ Δtc = Δtd e ⎝ G1C1 G2C2 ⎠ ln c = − K ⎜⎜ + Δtd ⎝ G1C1 G2C2 ⎠ QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 15 1.4 Truyền nhiệt 1.4.3 TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH Hiệu số nhiệt độ trung bình Theo qui luật cân nhiệt lượng Q1 = G1C1 (t1d − t1c ) = G2C2 (t2c − t2 d ) (t − t ) − (t1c − t2c ) 1 + = 1d d G1C1 G2C2 Q Δt − Δtc 1 + = d G1C1 G2C2 Q QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 16 1.4 Truyền nhiệt 1.4.3 TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH Hiệu số nhiệt độ trung bình ⇒ ln Δt d Δt − Δtc = KF d Δtc Q ⇒ Q = KF Δt d − Δtc Δt ln d Δtc Δttb Q = KFΔttb QTTB II 01 Δt d Δt + Δtc ≤ Δttb = d Δtc TS Nguyễn Minh Tân 17 1.4 Truyền nhiệt 1.4.3 TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH Hiệu số nhiệt độ trung bình Chảy ngược chiều Δt − Δtc ⇒ Δttb = d Δt ln d Δtc Chảy chéo dòng ⇒ Δttb = ε Δt lấy hiệu số nhiệt độ lớn làm hiệu số nhiệt độ đầu Δtd hiệu số nhiệt độ nhỏ làm hiệu số nhiệt độ cuối Δtc Δt d − Δtc Δt ln d Δtc Hệ số εΔt phụ thuộc vào tỷ số nhiệt độ chất thải nhiệt QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 18 1.4 Truyền nhiệt 1.4.4 CHỌN CHIỀU LƯU THỂ Khi truyền nhiệt ổn định, có trường hợp: - Cả hai lưu thể không biến đổi nhiệt độ theo vị trí thời gian - Một hai lưu thể không biến đổi nhiệt độ suốt trình trao đổi nhiệt lưu thể biến đổi nhiệt độ theo vị trí từ tđ đến tc không biến đổi theo thời gian - Cả hai lưu thể biến đổi nhiệt độ theo vị trí, không biến đổi theo thời gian QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 19 1.4 Truyền nhiệt 1.4.4 CHỌN CHIỀU LƯU THỂ Q = G1C1 (t1d − t1c ) = G2C2 (t2c − t2 d ) Q = G1C1 (t1d − t1c ) = G2C2 (t2c − t2 d ) G C (t − t ) G1C1 (t1d − t1c ) G1 = 2 c d G = C1 (t1d − t1c ) C2 (t 2c − t d ) QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 20 10 Bài tập QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 21 11 [...]...Bài tập QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 21 11 ... 1.4 Truyền nhiệt 1.4 .2 TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG VÀ TƯỜNG ỐNG Truyền nhiệt: Quá trình vận chuyển nhiệt lượng từ lưu thể sang lưu thể khác (cấp nhiệt, dẫn nhiêt xạ nhiệt Truyền nhiệt. .. G2C2 (t2c − t2 d ) (t − t ) − (t1c − t2c ) 1 + = 1d d G1C1 G2C2 Q Δt − Δtc 1 + = d G1C1 G2C2 Q QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 16 1.4 Truyền nhiệt 1.4.3 TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH Hiệu số nhiệt. .. K= 2 L.ΣR + 1 α1r1 QTTB II 01 Q α L 2 r2 ⎡ ⎛ r ⎞ 1 ⎤ Q ⎢ + 2, 3 lg⎜⎜ ⎟⎟ + ⎥ α r λ r α 1 ⎝ ⎠ r2 ⎦ t1 − t2 = ⎣ 2 L Q = KT (t1 − t2 )2 L KT = Q α1 2 r1.L + λ 2, 3 lg r2 + r1 α r2 r1