II. DẪN NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG
1. Dẫn nhiệt qua vách phẳng 1 lớp
Mục tiêu:
- Trình bày được định luật về dẫn nhiệt;
- Trình bày và lập được biểu thức tính tốn nhiệt lượng dẫn qua vách phẳng và vách trụ;
- Tính tốn được nhiệt lượng dẫn qua vách phẳng và qua vách trụ; - Chú ý cẩn thận tỉ mỉ trong q trình tính tốn.
I. HỆ SỐ DẪN NHIỆT
1. Dòng nhiệt và mật độ dòng nhiệt
Dòng nhiệt dQ(W) là nhiệt lượng truyền qua một bề mặt đẳng nhiệt dF(m2) nào đó trong một đơn vị thời gian. Mật độ dịng nhiệt q(W/m2) là dòng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt đẳng nhiệt.
Q=q.F (W)
2. Định luật Fourier về dẫn nhiệt
Theo Fourier thì mật độ dịng nhiệt là một vectơ có modul tỷ lệ thuận với gradt nhưng có chiều ngược với chiều gradt. Do đó:
q=-gradt
- Hệ số dẫn nhiệt là nhiệt lượng truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt đẳng nhiệt trong một đơn vị thời gian khi gradt bằng 1. Hệ số dẫn nhiệt của hầu hết các chất đều phụ thuộc vào nhiệt độ
) t 1 ( 0
Trong đó 0là hệ số dẫn nhiệt của vật ở 0oC vàlà hệ số thực nghiệm. Hệ số này có thể dương hoặc âm. Chẳng hạn đối với kim loại nguyên chất hoặc các chất lỏng(trừ nước và glyxerin) hệ số <0. Hay nói cách khác, kim loại và phần lớn chất lỏng có hệ số dẫn nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng. Ngược lại, với hầu hết các chất khí và các chất cách nhiệt có hệ số >0 hay hệ số dẫn nhiệt của chúng tăng khi nhiệt độ tăng.
35
II. DẪN NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG
Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt ở trong nội bộ của vật chất từ phân tử này cho phân tử khác khơng có sự chuyển động của các phân tử.
Dẫn nhiệt có thể xảy ra đối với chất rắn, chất lỏng đứng im hoặc chất khí đứng im, nhưng dẫn nhiệt thuần túy chỉ xảy ra trong chất rắn.
Trong kỹ thuật lạnh, sự truyền nhiệt dọc theo thanh kim loại giống như sự truyền nhiệt của cánh tản nhiệt. Nhưng đối với các thiết bị trao đổi nhiệt, sự dẫn nhiệt qua vách 1 lớp hoặc nhiều lớp là phổ biến nhất.
1. Dẫn nhiệt qua vách phẳng 1 lớp
Giả sử ta có vách phẳng 1 lớp có hệ số dẫn nhiệt và chiều dày, nhiệt độ tw1 trên bề mặt trái của vách lớn hơn nhiệt độ tw2 trên bề mặt phải của vách, thì dịng nhiệt sẽ hướng từ trái sang phải. Giả thiết nhiệt độ tw1 và tw2 ln ln khơng đổi, dịng nhiệt q cũng ổn định, nghĩa là quá trình này là quá trình truyền nhiệt ổn định thì nhiệt lượng truyền qua vách ổn định theo thời gian tỉ lệ thuận với hiệu nhiệt độ (tw1 – tw2) và bề mặt truyền nhiệt F, tỉ lệ nghịch với chiều dày vách và phụ thuộc vào tính chất vật liệu đặc trưng bằng hệ số dẫn nhiệt
Hình 1.1 Dẫn nhiệt qua vách phẳng 1 lớp - Mật độ dòng nhiệt dẫn qua vách phẳng: ) tw tw ( q 1 2 (W/m2) Trong đó: q: Mật độ dòng nhiệt dẫn qua vách phẳng (W/m2) tw1 : Nhiệt độ thành vách 1 (K) tw2 : Nhiệt độ thành vách 2 (K) : Chiều dày của vách (m)
36 - Nhiệt lượng dẫn qua vách phẳng 1 lớp:
Q=q.F (W) Q: Nhiệt lượng dẫn qua vách phẳng(W)
F: Diện tích bề mặt vách (m2)
q: Mật độ dòng nhiệt dẫn qua vách phẳng