Hình 3.3 Truyền nhiệt qua vách trụ 1 lớp
Giả sử ta có một vách trụ 1 lớp có hệ số dẫn nhiệt không đổi. Mặt trong có bán kính r1 có nhiệt độ tf1 và mặt ngoài bán kính r2 nhiệt độ tf2 không đổi Một mặt của vách trụ tiếp xúc với dịch thể nóng có nhiệt độ không đổi tf1. Mặt kia của vách trụ tiếp xúc với dịch thể lạnh có nhiệt độ tf2 không đổi trong quá trình truyền nhiệt. Hệ số trao đổi nhiệt giữa dịch thể nóng với một mặt của vách trụ là 1, và mặt kia của vách trụ
50 với dịch thể lạnh là 2. Ta có công thức tính mật độ dòng nhiệt truyền qua vách trụ như sau:
2 2 1
2 1
1
2 1
d 1 d
lnd 2
1 d
1
tf q tf
Trong đó:
q: Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách trụ tf1: Nhiệt độ nguồn nóng (K)
tf2: Nhiệt độ nguồn lạnh (K) d1: đường kính trong(m) d2: đường kính ngoài(n)
1: hệ số tỏa nhiệt của môi trường có nhiệt độ cao (W/m2K)
2: hệ số tỏa nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp (W/m2K)
: hệ số dẫn nhiệt của lớp vách (W/mK) - Nhiệt lượng truyền qua vách trụ:
Q=q.l (W) Q: Nhiệt lượng truyền qua vách trụ(W)
l: Chiều dài vách trụ (m)
2. Truyền nhiệt qua vách trụ nhiều lớp
Hình 3.4 Truyền nhiệt qua vách trụ nhiều lớp
Giả sử ta có một vách trụ 3 lớp có hệ số dẫn nhiệt 1, 2, 3 không đổi. Mặt trong cùng có bán kính r1 có nhiệt độ tf1 và mặt ngoài cùng có bán kính r4 nhiệt độ tf2
không đổi Một mặt của vách trụ tiếp xúc với dịch thể nóng có nhiệt độ không đổi tf1. Mặt kia của vách trụ tiếp xúc với dịch thể lạnh có nhiệt độ tf2 không đổi trong quá trình truyền nhiệt. Hệ số trao đổi nhiệt giữa dịch thể nóng với một mặt của vách trụ là
51
1, và mặt kia của vách trụ với dịch thể lạnh là 2. Ta có công thức tính mật độ dòng nhiệt truyền qua vách trụ 3 lớp như sau:
2 4 3 4 3 2
3 2 1
2 1 1
1
2 1
d 1 d
ln d 2
1 d ln d 2
1 d ln d 2
1 d
1
tf q tf
Trong đó:
q: Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách trụ tf1: Nhiệt độ môi trường có nhiệt độ cao (K) tf2: Nhiệt độ môi trường có nhiệt độ thấp (K)
1: hệ số tỏa nhiệt của môi trường có nhiệt độ cao (W/m2K)
2: hệ số tỏa nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp (W/m2K) d1: Đường kích vách thứ 1 (m)
d2: Đường kích vách thứ 2 (m) d3: Đường kích vách thứ 3 (m) d4: Đường kích vách thứ 4 (m)
1: hệ số dẫn nhiệt của lớp vách thứ 1 (W/mK)
2: hệ số dẫn nhiệt của lớp vách thứ 2 (W/mK)
3: hệ số dẫn nhiệt của lớp vách thứ 3 (W/mK)
* Đối với vách trụ n lớp thì mật độ dòng nhiệt truyền qua vách trụ bằng:
2 1 n i
1 i i n
1 1 i 1
2 1
d 1 d
lnd 2
1 d
1
tf q tf
Trong đó:
q: Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách trụ tf1: Nhiệt độ nguồn nóng (K)
tf2: Nhiệt độ nguồn lạnh (K)
1: hệ số tỏa nhiệt của môi trường có nhiệt độ cao (W/m2K)
2: hệ số tỏa nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp (W/m2K) di: Đường kích vách thứ i (m)
i: hệ số dẫn nhiệt của lớp vách thứ i (W/mK)
52 - Nhiệt lượng truyền qua vách trụ n lớp:
Q=q.l (W) Q: Nhiệt lượng truyền qua vách trụ(W)
l: Chiều dài vách trụ (m)
Bài tập:
1. Tính nhiệt lượng truyền từ môi trường bên ngoài có nhiệt độ 32oC hệ số trao đổi nhiệt 20 W/m2K vào trong phòng lạnh có nhiệt độ 22oC hệ số trao đổi nhiệt 10 W/m2K, biết vách phòng có cấu tạo gồm 3 lớp, lớp ngoài cùng là lớp vữa trát có độ dày 2mm, lớp giữa là lớp gạch có độ dày 100mm, và lớp trong cùng là lớp vữa trát có độ dày 2mm, phòng có chiều dài 5m, chiều rộng 3m, chiều cao 3m, giả sử cả 5 vách phòng đều tiếp xúc với môi trường không khí bên ngoài?
2. Tính nhiệt lượng tổn thất bên trong ống dẫn hơi nóng từ nồi hơi đến thiết bị trao đổi nhiệt biết ống dẫn hơi có chiều dài 45m, nhiệt độ môi trường bên ngoài là 32oC hệ số trao đổi nhiệt 20 W/m2K, vách ngoài là lớp nhôm có độ dày 1mm, giữa là lớp cách nhiệt PU có độ dày 80mm, bên trong là ống thép có độ dày 3mm, đường kính ống thép là 110mm, hơi nóng bên trong có nhiệt độ 250oC, hệ số trao đổi nhiệt 80 W/m2K?
Câu hỏi ôn tập:
1. Hãy vẽ và lập biểu thức tính toán nhiệt lượng truyền qua vách phẳng nhiều lớp?
2. Hãy vẽ và lập biểu thức tính toán nhiệt lượng truyền qua vách trụ nhiều lớp?
53 Chương III
CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH
§1. CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH VÀ MÔI CHẤT LẠNH
Mục tiêu:
- Trình bày được ý nghĩa của kỹ thuật lạnh trong đời sống và trong kỹ thuật;
- Trình bày được ứng dụng của kỹ thuật lạnh trong đời sống và trong kỹ thuật;
- Trình bày được các yêu cầu cơ bản đối với môi chất lạnh;
- Vẽ và trình bày được các phương pháp làm lạnh cơ bản;
- Chú ý cẩn thận tỉ mỉ trong quá trình vẽ hình.