Bài giảng Truyền nhiệt VP (phần 1)

1.1 Khái niệm chung về Truyền nhiệt 1.2 3 dạng Truyền nhiệt 1.3 Bài tốn Truyền nhiệt tổng hợp p.5 - Dẫn nhiệt - Đối lưu - Bức xạ I : Những khái niệm cơ bản 1 Khái niệm chung về Truyền nhiệt ™ Là dạng truyền năng lượng khi cĩ sự chênh lệch về nhiệt độ Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.6 NHIỆT LƯỢNG VD: Bài tốn truyền nhiệt : - Xác định nhiệt độ tại 1 vị trí nào đĩ trong vật - Xác định Nhiệt lượng Q truyền qua vật Joule: J = N.m Watt : W = J/s Q : đơn vị 2 3 dạng truyền nhiệt cơ bản p.7 b. Đối lưu c. Bức xạ a. Dẫn nhiệt - Xảy ra do chênh lệch nhiệt độ giữa các vùng trong vật rắn hoặc giữa 2 vật rắn tiếp xúc nhau. - Xảy ra do chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vật đặt cách xa nhau - Xảy ra do chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt vật rắn với mơi trường chất lỏng xung quanh nĩ. 1.3 Bài tốn Truyền nhiệt tổng hợp p.8 ¾ Bài tốn truyền nhiệt trong thực tế bao gồm: Dẫn nhiệt + Đối lưu + Bức xạ II :Trao đổi nhiệt bằng DẪN NHIỆT p.9 2 Dẫn nhiệt ổn định A. Dẫn nhiệt qua vách phẳng B. Dẫn nhiệt qua vách trụ C. Dẫn nhiệt qua thanh và cánh 3 Dẫn nhiệt khơng ổn định 1 tr ườ ng nhiệt độ 1Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.10 ¾ Trường nhiệt độ (TNĐ): tập hợp giá trị nhiệt độ của tất cả các điểm trong vật tại một thời điểm nào đĩ - Phân loại TNĐ: + Theo thời gian: TNĐ ổn định: khơng biến thiên theo thời gian ),,( zyxft = TNĐ khơng ổn định: biến thiên theo thời gian ),,,( τzyxft = + Theo tọa độ: TNĐ 1 chiều, 2 chiều hay 3 chiều. VD: TNĐ ổn định 1 chiều: )(xft = tr ườ ng nhiệt độ ¾ Định luật FOURIER (ĐL cơ bản về dẫn nhiệt) p.11 τλτ dFdn tdQ ∂ ∂−= (J) Với : λ là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu (W/m.độ) n t dFd dQq ∂ ∂−== λτ τMật độ dịng nhiệt: (W/m2) Muốn tính được Q truyền qua cần phải biết phân bố nhiệt bên trong vật tìm PT trường nhiệt độ là nhiệm vụ cơ bản của dẫn nhiệt. dF p.12 ¾ Phương trình vi phân dẫn nhiệt: - Áp dụng ĐL Bảo tồn năng lượng cho một phần tử thể tích dv = dx.dy.dz trong vật trong khoảng thời gian dτ, chứng minh được: ρρ λ τ c q z t y t x t c t v+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂=∂ ∂ 2 2 2 2 2 2 trong đĩ: c là nhiệt dung riêng của vật (J/kg.độ) ρ là khối lượng riêng của vật (kg/m3) λ là hệ số dẫn nhiệt của vật (W/m.độ) qv là năng suất phát nhiệt của nguồn nhiệt bên trong vật (W/m3) (2.1) 2.2 Dẫn nhiệt ổn định: p.13 ),,( zyxft = 0=∂ ∂ τ t Nếu khơng tồn tại nguồn nhiệt bên trong: 0=vq suy ra: Từ (2.1) 02 2 2 2 2 2 =+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂ ρρ λ c q z t y t x t c v (2.2) 02 2 2 2 2 2 =∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂ z t y t x t (2.3) Ví dụ: một số trường hợp dẫn nhiệt ổn định, trường nhiệt độ chỉ biến thiên theo 1 chiều như: -Vách phịng lạnh - Đường ống dẫn hơi ở chế độ ổn định A. Dẫn nhiệt qua vách phẳng p.14 Xét 1 vách phẳng: - Đồng chất và đẳng hướng - Dày δ, chiều rộng rất lớn so với chiều dày - Cĩ hệ số dẫn nhiệt λ - Nhiệt độ 2 bề mặt t1 và t2 khơng đổi Cần tìm: - Phân bố nhiệt độ trong vách ? - Q truyền qua vách ? τδλ F ttQ 21 −= (J) hay λδ / tq Δ= (W/m2) p.15 = Dịng nhiệt Mật độ dịng nhiệt ĐL Ohm R UI =λ δ λ =R( được gọi là nhiệt trở dẫn nhiệt của vật liệu) Giải Nhiệt độ t tại vị trí x là: x qtt λ−= 1 (oC) ĐL Fourier VD: Dẫn nhiệt qua vách phẳng 3 lớp p.16 3 3 2 2 1 1 41 321 41 λ δ λ δ λ δ λλλ ++ −= ++ −= ttq RRR ttq  VD 2.1: Vách lò 3 lớp: gạch chịu lửa dày δ1 = 230 mm, λ1 = 1,10 W/m.oC; amiăng δ2 = 50 mm, λ2 = 0,10 W/moC; gạch xây dựng δ3 = 240 mm, λ3 = 0,58 W/moC. Nhiệt độ bề mặt trong cùng t1 = 500 oC và ngoài cùng t4 = 50 oC. Xác định q dẫn qua vách, nhiệt độ lớp tiếp xúc t3. Giải ™ Nhiệt trở dẫn nhiệt qua các lớp: 1 1 1R λ δ= WCm 21,010,1 23,0 o2 ⋅== 2 2 2R λ δ= WCm 50,0 10,0 05,0 o2 ⋅== 3 3 3R λ δ= WCm 41,0 58,0 24,0 o2 ⋅== ™ Nhiệt độ lớp tiếp xúc: ( )2113 RRqtt +−= ( ) Co7,2145,021,078,401500 =+−= ∑ = Δ== 3 1i iR t F Q q 2m 78,401 41,050,021,0 50500 W=++ −=MĐDN: p.17