3.2.3. Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt theo thời gian.
Thường phân ra hai loại: Thiết bị liên tục (ví dụ bình ngưng, calorife) và thiết bị làm việc theo chu kỳ ( nồi nấu, thiết bị sấy theo mẻ)
3.2.4. Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt theo công dụng.
Thiết bị gia nhiệt dung để gia nhiệt cho sản phẩm (ví dụ nồi nấu, lò hơi).
Thiết bị làm mát để làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ môi trường ( ví dụ tháp giải nhiệt nước, bình làm mát dầu)
Thiết bị lạnh để hạ nhiệt độ nhỏ hơn môi trường (ví dụ tủ cấp đông, tủ lạnh)
3.3 Các phương thức truyền nhiệt 3.3.1 Truyền nhiêt dẫn điện. 3.3.1 Truyền nhiêt dẫn điện.
Mọi vật thể đều được tạo ra từ những tiểu phân.Tùy thuộc vào trạng thái tồn tại của vật thể mà những tiểu phân tạo ra nó liên kết với nhau, ở một mức độ nào đó, ở trạng thái khí các tiểu phân tương đối tự do, các phân tử chuyển động hỗn loạn, xác xuất mà các phân tử chuyển động về mọi hướng luôn bằng nhau. Do sự chuyển động tự do của mỗi phân tử mà các phân tử khí phải va chạm vào nhau trên lộ trình của chúng. Đó là những va chạm trực diện hoặc không trực diện, dưới một góc độ nào đó, nên quỹ đạo của một phân tử là những đường dích dắc vô tận. Quãng đường trung bình mà phân tử đi được giữa hai lần va chạm liên tiếp được gọi là quãng đường tự do trung bình. Đó là hiện tượng chuyển động nhiệt. Nhờ có sự va chạm giữa các phân tử mà phân tử có thể trực tiếp trao đổi năng lượng với nhau, phân tử có năng lượng lớn truyền một phần đến phân tử có năng lượng bé. Nếu tồn tại một gradien nhiệt độ theo một hướng nào đó nghĩa là một hướng nào đó mà có sự khác biệt giữa các phân tử, thì các phân tử ở phần có nhiệt độ lớn sẽ truyền một phần
năng lượng cho các phân tử ở vùng có nhiệt độ thấp hơn. Đó chính là hiện tượng truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt, nhờ hiện tượng chuyển động tự do của các phân tử, nhờ sự chuyển động nhiệt trong thể khí.
Vật thể rắn không dẫn nhiệt gồm từ những nguyên tử hoặc phân tử, ion liên kết chặt chẽ với nhau theo những quy luật hóa học và hình học xác định. Những tiểu phân đó hầu như không thể chuyển động tự do từ vị trí này tới vị trí khác, trừ một vài trường hợp đặc biệt, mà chỉ có thể dao động quanh vị trí cân bằng của mình mà thôi. Sự dao động đó càng mạnh ở nhiệt độ càng cao và khi liên kết giữa các tiểu phân càng yếu. Khi giao động (dao động về mặt hình học của các tiểu phân đó, biến động của các đám mây điện từ) làm cho chúng có điều kiện tiếp xúc với nhau nào đó và truyền cho nhau nếu tồn tại một gradient nhiệt độ nào đó.
Vật thể lỏng có thể coi là ở trạng thái chuyển tiếp giữa trạng thái khí và trạng thái rắn. Tùy thuộc vào nhiệt độ, vào bản chất của chất lỏng mà cơ chế dẫn nhiệt của nó gần với cơ chế dẫn nhiệt của chất rắn hay cơ chế dẫn nhiệt của chất lỏng. Nhiệt độ càng cao, độ nhớt càng bé, phân tử lượng càng nhỏ là những tác nhân làm chất lỏng có cơ chế dẫn nhiệt càng thiên về cơ chế dẫn nhiệt của thể khí.
Trong vật thể ở bất kì trạng thái nào có thể có mặt những điện tử tự do (tức những điện tử không thuộc những nguyên tử, 1 ion hay một phân tử nào). Đó là trượng hợp kim loại đơn chất ở thể rắn, ở thể lỏng. Những điện tử đó rất linh động, luôn chuyển động khá tự do với tốc độ lớn hơn nhiều so với phân tử. Chúng là những tiểu phân đóng vai trò dẫn nhiệt chủ yếu trong các vật thể rắn đó.
Như vậy khả năng dẫn nhiệt của một vật thể phụ thuộc vào bản chất vào trạng thái tồn tại, tức là cơ chế dẫn nhiệt, vào nhiệt độ, vào áp suất.
Chất khí có khả năng dẫn nhiệt càng lớn khi phân tử lượng càng bé, khi nhiệt độ càng cao, khi áp suất càng lớn.
Để đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của vật thể người ta dung khái niệm hệ số (độ) dẫn nhiệtλvà chất dẫn nhiệt càng tốt có λ càng lớn.
Vì mật độ phân tử bé nên chất khí có khả năng dẫn nhiệt kém hơn rất nhiều so với chất lỏng và rắn. Điều này càng thể hiện rõ khi ấp suất bé.
3.3.2. Truyền nhiệt bằng đối lưu.
Trao đổi nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt nhờ sự chuyển động của các mảng chất lỏng hoặc chất khí, khi chúng chuyển động dòng.
Như vậy truyền nhiệt đối lưu chỉ xảy ra trong môi trường lỏng hay khí. Chuyển động đối lưu xảy ra một cách tự nhiên hoặc cưỡng bức, (khuấy trộn…).
Để đặc trưng cho khả năng truyền nhiệt từ vị trí này đến vị trí khác của một vật thể, người ta dùng khái niệm hệ số cấp nhiệt α .
Hệ số cấp nhiệt có giá trị phụ thuộc khả năng dẫn nhiệt của vật thể (biểu hiện qua hệ số λ), cách chảy của vật thể ( lỏng – hơi). Có nhiều công thức để tính α .
+) Cấp nhiệt khi chất lỏng sôi.
Khi cấp nhiệt cho một chất lỏng bất kì đến nhiệt độ sôi thì chất lỏng sẽ bắt đầu sôi, nếu ta tiếp tục cung cấp nhiệt thì nhiệt này chỉ chủ yếu được dùng để bốc hơi chất lỏng.
Quá trình cấp nhiệt khi chất lỏng sôi rất phức tạp. Đặc điểm của quá trình sôi là sự tạo thành bọt hơi từ các tâm sinh hơi. Tâm sinh hơi là những chỗ mà bọt hơi được hình thành đầu tiên, chúng có thể là hạt bụi, các cặn hoặc bề mặt lồi lõm.
Như vậy tâm sinh hơi được hình thành ở những điểm khác nhau trên bề măt đun nóng, đến một lúc nào đó các bột hơi sinh ra sẽ tách ra khỏi bề mặt đun nóng, chuyển động lên phía trên đến bề mặt thoáng chất lỏng rồi vỡ tung ra thành hơi thoát ra ngoài. Trong quá trình chuyển động đó thì thể tích của bọt hơi tăng lên rất nhanh. Điều này chứng tỏ các bọt hơi đã thu thêm một lượng hơi khá lớn trong quá trình chuyển động hay quá trình sôi phải xảy ra trong toàn bộ khối chất lỏng chứ không phải trên bề mặt đun nóng.
Tùy theo từng điều kiện cụ thể mà có hai chế độ sôi, đó là sôi sủi bọt và sôi thành màng.
Qua nghiên cứu người ta thấy rằng đặc tính và cường độ của quá trình sôi phụ thuộc vào hệ số nhiệt độ ∆t giữa bề mặt đun nóng và chất lỏng sôi.
∆t = tT – tS
Trong đó: