- Khi một vật nóng tiếp xúc với một vật lạnh thì vật nóng sẽ truyền nhiệt nhiệt năng cho vật lạnh bằng dẫn nhiệt. Như vậy hiện tượng truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt sẽ xẩy ra khi có hai điều kiện sau:
+ Phải có sự tiếp xúc trực tiếp
HV: TRẦN XUÂN AN_12824802 55 + Có sự chênh lệch nhiệt độ
- Quá trình truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt có thể xẩy ra trong vật rắn, chất lỏng giọt và chất khí khi thỏa mãn hai điều kiện trên nhưng đơn thuần về dẫn nhiệt thì chỉ xẩy ra trong vật rắn
Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách phẳng:
[3.14]
q: Mật độ dòng nhiệt, W/m2
t1: Nhiệt độ trong cùng của lớp thức nhất, 0C tn+1: Nhiệt độ trong cùng của lớp thức n, 0C 𝛿i: Chiều dày lớp thứ I, m
Hệ số dẫn nhiệt lớp thức i: W/m0C [3]
3.4.2 Trao đổi nhiệt đối lưu
Trao đổi nhiệt đối lưu xẩy ra khi giữa bề mặt vật rắn tiếp xúc với môi trường chất lỏng có nhiệt độ khác nhau, đây là quá trình trao đổi nhiệt rất thường xuyên trong các thiết bị kỹ thuật.
Theo công thức Newton nhiệt lượng truyền trong quá trình tỏa nhiệt đối lưu có dạng:
Q = h*a*(tw – tf), W [3.15]
Q: Nhiệt lượng truyền qua bề mặt trong một đơn vị thời gian, W h: Hệ số tỏa nhiệt trên bề mặt, W/m2 0C
A: Diện tích bề mặt tỏa nhiệt, m2
tw: Nhiệt độ trung bình trên bề mặt vật rắn, 0C tf: Nhiệt độ trung bình của chất lỏng, 0C
Vấn đề phức tạp trên thực tế đối với quá trình tỏa nhiệt đối lưu là việc tìm hệ số tỏa nhiệt h thực chất nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: Nhiệt độ bề mặt, tốc độ dòng lưu chất, hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêng…
n
i i
i
tn
q t
1 1 1
HV: TRẦN XUÂN AN_12824802 56 Trong kỹ thuật các số liệu tính toán h cho đến nay đều phải dựa vào công thức thực nghiệm. [4]
3.4.2.1 Tỏa nhiệt đối lưu khi không khí chuyển động ngang trên bề mặt tấm phẳng.
Trong thiết bị chưng cất nước có bề mặt ngưng tụ phẳng, chúng ta cần tính tổn thất nhiệt đối lưu trên bề mặt kính phủ với môi trường xung quanh, có thể dùng công thức:
Q = hc *A*(t1 – t2), W [3.16]
hc = 5.7 + 3.8𝜔 : Cường độ tỏa nhiệt, W/m20C
t1, t2: Nhiệt độ bề mặt kính phủ và môi trường không khí, 0C 𝜔: Tốc độ dòng không khí chảy qua bề mặt, m/s [4]
3.4.2.2 Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên trong không gian hẹp
Nếu trong không gian hẹp giữa hai tấm phẳng đặt gần nhau có sự chênh lệch nhiệt độ, thì trên hai bề mặt vách đối diện có dòng chuyển động tự nhiên lên và xuống, chất lỏng trên bề vách lạnh bị làm nguội sẽ chuyển động đi xuống, còn chất lỏng trên bề mặt vách nóng được gia nhiệt sẽ chuyển động đi lên. Như vậy, quá trình trao đổi nhiệt trong không gian hẹp là do sự tuần hoàn lưu động tự nhiên giữa vách nóng và vách lạnh.
Hình 3.4: Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên trong không gian hẹp
HV: TRẦN XUÂN AN_12824802 57 Khi tính toán trao đổi nhiệt đối lưu trong không gian hẹp, thường sử dụng công thức:
Q= A*h*∆t, W [3.17]
∆t:Chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt vật nóng và lạnh, 0C h: Hệ số tỏa nhiệt tương đương, W/m20C
3.4.3 Trao đổi nhiệt bức xạ
Các vật đều có nhiệt năng, một phần nhiệt năng này biến thành năng lượng sóng điện từ đi trong không gian, nếu các vật khác hấp thụ nó sẽ biến lại thành nhiệt năng.
Nghiên cứu ứng dụng năng lượng bức xạ mặt trời liên quan mật thiết với quá trình trao đổi nhiệt bức xạ. Mọi vật xung quanh ta luôn phát ra năng lượng bức xạ đồng thời nhận năng lượng bức xạ từ các vật xung quanh chiếu đến. Nếu nhiệt năng nhận lớn hơn nhiệt năng mất đi, vật sẽ nóng lên và ngược lại.
Trao đổi nhiệt bức xạ có đặc điểm khác với tao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt và đối lưu ở chỗ là nó có quá trình biến dổi dạng năng lượng từ Nhiệt năng -> Năng lượng sóng điện từ -> Nhiệt năng, mặt khác nó không tiếp xúc trực tiếp và có thể truyền đi trong môi trường chân không.
Năng lượng bức xạ phát ra tuân theo quy luật:
E = C0*T4 [3.18]
E: Khả năng bức xạ bán cầu của vật đen tuyệt đối, W/m2 C0 = 5.67*10-8 W/m2K4 hằng số Stefan-Bolztmann T: Nhiệt độ bề mặt vật, K [4]