- Chuyển chế độ thí nghiệm: (nếu có).
3. Các quá trình truyền nhiệt.
Trong thực tế quá trình truyền nhiệt diễn ra theo 3 phương thức truyền nhiệt cơ bản như sau:
1. Dẫn nhiệt.
Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt năng từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Do sự truyền động năng hoặc dao động va chạm vào nhau, nhưng khơng có sự chuyển rời vị trí giữa các phân tử vật chất. Dẫn nhiệt chỉ xảy ra khi truyền nhiệt của các chất rắn hoặc truyền nhiệt của chất lỏng, chất khí đứng n hay chuyển động dịng.
1. Định luật Fourien.
Xét trên một mặt phẳng có diện tích F có dịng nhiệt dẫn qua thep phương vng góc với mặt phẳng, định luật Fourien phát biểu như sau: Mật độ dòng nhiệt truyền qua bằng phương thức dẫn nhiệt theo phương qui định tỉ lệ thuận với diện tích vng góc với phương truyền và gradien nhiệt độ theo phương ấy.
(W/m2)
Qx: dòng nhiệt truyền qua diện tích F (j/s) qx: mật độ dịng nhiệt (W/m2)
F: diện tích bề mặt truyền nhiệt vng góc với phương x (m2) : hệ số dẫn nhiệt (W/m.độ)
Thực nghiệm chứng tỏ là một thông số vật lý biểu diễn khả năng dẫn nhiệt của vật liệu.
Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, vật liệu, cấu trúc vật liệu.
Hệ số dẫn nhiệt của chất khí trong khoảng 0,006÷0,6 (W/m.độ) Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng trong khoảng 0,07÷0,7 (W/m.độ)
Hệ số dẫn nhiệt của chất rắn phụ thuộc vào kết cấu, độ xốp và độ ẩm của vật liệu.
Từ định luật Fourien cơ bản người ta đưa ra các dạng phương trình truyền nhiệt cho các trường hợp cụ thể.
2. Dẫn nhiệt của dòng nhiệt ổn định qua tường phẳng
Ở trong phần này, ta chỉ xét quá trình dẫn nhiệt ổn định – nhiệt độ của vật không biến đổi theo thời gian.
1. Một lớp:
Nhiệt lượng truyền qua trong khoảng thời gian T (giây)
Nếu ta muốn tìm nhiệt độ tại một vị trí cách mặt nhiệt độ một khoảng x:
: nhiệt độ bề mặt tường trái (oC) : nhiệt độ bề mặt tường phải (oC)
F : diện tích bề mặt tường trái nơi tiếp xúc với dịng nhiệt nóng (m2)
: chiều dày của tường (m)
: hệ số dẫn nhiệt, độ dẫn nhiệt (W/m.oC) 2. Nhiều lớp:
Nhiệt lượng truyền qua trong khoảng thời gian T (giây)
n: số lớp vật liệu
: nhiệt trở của tường (m2.s.oC/j)
Mật độ dòng nhiệt qua các lớp (3 lớp theo hình vẽ):
Vậy tổng quát cho tường n lớp:
Và nhiệt độ cho vách thứ k là:
k: vách thứ k theo chiều truyền nhiệt
k-1: số lớp trước vách k theo chiều truyền nhiệt n: số lớp
3. Dẫn nhiệt ổn định qua ống 1. Một lớp:
Nghiên cứu quá trình dẫn nhiệt qua vách trụ (ống) nhiệt độ vách trong t1, nhiệt độ vách ngồi t2 khơng thay đổi. Vật liệu có hệ số dẫn nhiệt khơng đổi.
d1, d2: đường kính trong và ngồi của ống (m)
F: diện tích bề mặt trung bình (m2)
Nếu tỉ số thì F được tính bằng cơng thức sau:
Để thuận lợi cho việc tính tốn, ta tính:
2. Nhiều lớp:
Với tường hình ống có nhiều lớp vật liệu khác nhau:
n: số lớp
t1: nhiệt độ vách trong (oC)
tn+1: nhiệt độ vách ngoài cùng (oC)
2. Đối lưu nhiệt:
Nhiệt đối lưu là sự truyền nhiệt mà các phần tử lỏng hoặc khí nhận nhiệt rồi đổi chổ cho nhau; sự đổi chổ do chênh lệch khối lượng riêng hay do các tác động cơ học như: bơm, khuấy …
Quá trình toả nhiệt đối lưu xảy ra khi có sự trao đổi nhiệt giữa chất lỏng, chất khí với bề mặt rắn
1. Định luật Newton
: hệ số toả nhiệt (W/m2.độ) phụ thuộc vào rất nhiều thông số
tf: nhiệt độ lưu chất tv: nhiệt độ vách
tốc độ chuyển động của chất lỏng
Để tính tốn được phương trình trên, ta cần phải xác định được 2. Các chuẩn số
Vì quá trình toả nhiệt đối lưu phụ thuộc vào nhiều chuẩn sơ do đó, muốn xác định ta cần xác định các chuẩn số:
Chuẩn số Nusselt: Chuẩn số Reynolds: Chuẩn số Prandtl: Chuẩn số Grasshof:
tốc độ chuyển động của dòng lưu chất (m/s) a: hệ số dẫn nhiệt độ;
cp: nhiệt dung riêng đẳng áp (j/kg.oC) g: gia tốc trọng trường (m/s2)
: hiệu nhiệt độ vách và nhiệt độ lưu chất (oC) hệ số giãn nở thể tích (1/oK;1/oC) với chất khí
3. Các phương trình thực nghiệm cho các loại lưu chất chuyển động
Để tính người ta thường dùng chuẩn số Nu và trong từng trường hợp cụ thể thì Nu có biểu thức tính riêng
Ngồi ra, người ta đã tính trước một số trường hợp cụ thể, ta có thể tra bảng cho từng trường hợp ấy.