GIAO AN NHIỆT font trắng

BÀI GIẢNG QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ NHIỆT PHẦN I: TRUYỀN NHIỆT 08/09/19 PHẦN 1: CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT CHƯƠNG I : TRUYỀN NHIỆT I Khái niệm chung I.1 Quá trình nhiệt? Những trình mà cường độ, vận tốc trình phụ thuộc vào cấp nhiệt lấy bớt nhiệt gọi trình nhiệt VD: q trình đun nóng, làm nguội, ngưng tụ… Quá trình truyền nhiệt trình chiều, Nghĩa nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao đến vật có nhiệt độ thấp 08/09/19 Quá trình truyền nhiệt chia thành trình: + Truyền nhiệt ổn định: Là trình mà nhiệt độ thay đổi theo khơng gian mà khơng thay đổi theo thời gian, thực thiết bị làm việc liên tục + Truyền nhệt khơng ổn định: Là q trình mà nhiệt độ thay đổi theo không gian thời gian, thực thiết bị làm việc gián đoạn hay đoạn đầu cuối thiết bị liên tục 08/09/19 I Các phương thức truyền nhiệt: 08/09/19 + Dẫn nhiệt (conduction): Là truyền nhiệt lượng từ phần đến phần khác hai vật trực tiếp tiếp xúc với có độ chênh nhiệt độ Thường trình xảy vật rắn 08/09/19 + Nhiệt đối lưu (convection): Là tượng truyền nhiệt phần tử chất lỏng hay khí đổi chỗ cho (chuyển động tự nhiên) Nguyên nhân gây chuyển động tự chênh mật độ chất lỏng hay khí vùng có nhiệt độ khác 08/09/19 + Bức xạ nhiệt (radiation): Là trình truyền nhiệt dạng sóng điện từ, nghĩa nhiệt chuyển thành sóng nhiệt gặp vật thể khác có nhiệt độ thấp sóng nhiệt Một phần lượng xạ bị vật thể hấp thụ, phần phản chiếu lại phần xuyên qua vật thể Điều kiện để xảy truyền nhiệt: có chênh lệch nhiệt độ 08/09/19 II Dẫn nhiệt II.1 Nhiệt trường gradien nhiệt + Nhiệt trường: tập hợp điểm có nhiệt độ khác khơng gian vật thể thời điểm τ + Mặt đẳng nhiệt: tập hợp điểm có nhiệt độ khơng gian thời điểm τ Nhiệt độ thay đổi từ mặt đẳng nhiệt sang mặt đẳng nhiệt khác 08/09/19 + Gradient nhiệt độ: Là thay đổi nhiệt độ đơn vị chiều dài theo phương pháp tuyến với mặt đẳng nhiệt * Gradient có: - Phương pháp tuyến với mặt đẳng nhiệt - Chiều từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao, ngược với chiều dòng nhiệt 08/09/19 - Độ lớn khoảng thay đổi nhiệt theo đơn vị chiều dài phương pháp tuyến hay đạo hàm nhiệt độ theo phương pháp tuyến t lim  gradien n �0 n 08/09/19 10 Cộng (1) (2) (3) lại với ta có:  Q(   ) F (t1  tT1  tT1  tT2  tT21  t2 ) 1   => Q F (t1  t )    1   Đặt : => Q = K.(t1 – t2).F K  => Q = K.Δt.F   1   K : hệ số truyền nhiệt Vậy: trình truyền nhiệt phụ thuộc vào môi trường mà không phụ thuộc vào nhiệt độ thành thiết bị 08/09/19 45 b) Nhiều lớp K n   i  1 i 1 i  - δi λi: chiều dày độ dẫn nhiệt lớp thứ i tương ứng 08/09/19 46 V.1.3 Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống + Xét tường ống có: -Bán kính r1 -Bán kính r2 -Chiều -Độ t, C t tT dày δ, Chiều dài L r r dẫn nhiệt λ -t1, t2, α1, α2 : nhiệt độ hệ số cấp nhiệt lưu thể nóng, nguội 08/09/19  tT L a) Tường ống lớp: t x  47 + Tương tự tường phẳng, lượng nhiệt truyền từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội phải qua giai đoạn: - Từ lưu thể nóng đến mặt tường: Q 1.2 r1.L.(t1  tT1 )  Q - Dẫn nhiệt qua thành ống: Q  - 2 L(t1  tT1 ) 1r1 2L r (tT1  tT2 )  Q ln 2L(tT1  tT2 ) r2  r1 ln  r1 (4) (5) Từ tường mặt ngoài: Q  2 r2 L.(tT2  t2 )  Q 2 L.(tT2  t2 )  r2 08/09/19 (6) 48 + Cộng (4) (5) (6) vào với ta có: 1 r2 Q(  ln  ) 2L(t1  t ) 1r1  r1  r2 K  Đặt : 1 r2  ln  1r1  r1  r2 => Q = K.2πL.Δt 08/09/19 [K] = Q/ 2πL.Δt = W/m.°C 49 b) Tường ống nhiều lớp K 08/09/19 n 1 ri 1   ln   r1 i 1 i ri  r2 50 V.2 Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định V.2.1 Chiều chuyển động lưu thể Chiều chuyển động lưu thể ảnh hưởng lớn đến trình truyền nhiệt -Chảy xi chiều : -Chảy ngược chiều: -Chảy chéo nhau: -Chảy hỗn hợp: 2 08/09/19 51 V.2.2 Hiệu nhiệt độ trung bình a Xi chiều Δtđ = t1đ – t2đ Δtc = t1c – t2c Nếu: t d 2 t c t đ  tc ttb  t đ ln t c 08/09/19 t, C t d t t c c t d F 52 Nếu: t d 2 tc Δttb = (Δtđ + Δc)/2 Q = K.F.Δtb, W Đây phương trình truyền nhiệt biến nhiệt ổn định trường hợp hai lưu thể chảy xuôi chiều 08/09/19 53 b Ngược chiều t, C t t, C 1d t 1d t 2c t t 2c 1c t t 1c t1đ – t2c < t1c – t2đ 08/09/19 t 2d 2d F F t1đ – t2c > t1c – t2đ 54 V.2.3 Chọn chiều lưu thể: Cần chọn chiều lưu thể để trình truyền nhiệt xảy tốt nhất, tốn nguyên liệu, lượng để giảm giá thành sản xuất chọn cấu tạo thiết bị cho phù hợp t t t1d t1d t2c t1c t2c t2d 08/09/19 t1c t2d F F 55 Xét chiều lưu thể ảnh hưởng đến lượng chất tải nhiệt hiệu số nhiệt độ trung bình (chỉ xét chảy xuôi chiều ngược chiều): Gọi: -G1, G2 : lượng chất lỏng nóng nguội, kg -C1, C2: nhiệt dung riêng chất tải nhiệt nóng nguội -t1đ, t1c : nhiệt độ đầu cuối chất tải nhiệt nóng, độ -t2đ, t2c : nhiệt độ đầu cuối chất tải nhiệt nguội, độ 08/09/19 56 Bỏ qua tổn thất, lập phương trình cân nhiệt lượng: Q = G1 C1( t1đ – t1c) = G2 C2( t2c – t2đ) => G2 C (t c  t đ ) G1  C1 (t1đ  t1c ) G1C1 (t1đ  t1c ) G2  C2 (t c  t đ ) 08/09/19 57 Xét trường hợp làm nguội: - Lượng chất lỏng nóng G1 cho trước - t1đ t1c : cần làm nguội từ nhiệt độ t1đ xuống t1c coi biết - t2đ: nhiệt độ đầu vào lưu thể nguội biết ( VD làm mát nước t2đ = 25°C) Như vậy: lượng chất lỏng nguội G2 phụ thuộc vào nhiệt độ t2c: 08/09/19 G1C1 (t1đ  t1c ) G2  C2 (t c  t đ ) 58 Nếu t2C tăng => G2 giảm Nếu t2C giảm => G2 tăng Đối với truyền nhiệt ổn định t2c ngược > t2c xi nên G2 chảy ngược chiều đỡ tốn => giảm giá thành * Nếu xét hiệu nhiệt độ trung bình thì: Δttb xi chiều > Δttb ngược chiều Mà: Q = K.F.Δttb ( F = Q/K Δttb) nên khi: Q = const thì: Δt giảm => F tăng Vậy: F xuôi chiều < F ngược chiều 08/09/19 59 ... xảy truyền nhiệt: có chênh lệch nhiệt độ 08/09/19 II Dẫn nhiệt II.1 Nhiệt trường gradien nhiệt + Nhiệt trường: tập hợp điểm có nhiệt độ khác không gian vật thể thời điểm τ + Mặt đẳng nhiệt: tập... đẳng nhiệt: tập hợp điểm có nhiệt độ không gian thời điểm τ Nhiệt độ thay đổi từ mặt đẳng nhiệt sang mặt đẳng nhiệt khác 08/09/19 + Gradient nhiệt độ: Là thay đổi nhiệt độ đơn vị chiều dài theo... trình truyền nhiệt trình chiều, Nghĩa nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao đến vật có nhiệt độ thấp 08/09/19 Q trình truyền nhiệt chia thành trình: + Truyền nhiệt ổn định: Là q trình mà nhiệt độ thay