Bài giảng Truyền nhiệt VP - Bài 1: Dẫn nhiệt ổn định - Hà Anh Tùng

Nội dung text: Bài giảng Truyền nhiệt VP - Bài 1: Dẫn nhiệt ổn định - Hà Anh Tùng

1. I: Những khái niệm cơ bản 1.1 Khái niệm chung về Truyền nhiệt -Dẫn nhiệt 1.2 3 dạng Truyền nhiệt - Đối lưu -Bức xạ 1.3 Bài tốn Truyền nhiệt tổng hợp p.5
2. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 8/2009 ĐHBK tp HCM 1 Khái niệm chung về Truyền nhiệt ™ Là dạng truyền năng lượng khi cĩ sự chênh lệch về nhiệt độ Joule: J = N.m NHIỆT LƯỢNG Q : đơn vị Watt : W = J/s VD: - Xác định nhiệt độ tại1 vị trí nào đĩ trong vật Bài tốn truyền nhiệt : - Xác định Nhiệt lượng Q truyền qua vật p.6
3. 2 3 dạng truyền nhiệt cơ bản a. Dẫn nhiệt -Xảy ra do chênh lệch nhiệt độ giữa các vùng trong vật rắn hoặc giữa 2 vật rắn tiếp xúc nhau. b. Đối lưu -Xảy ra do chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt vật rắn với mơi trường chất lỏng xung quanh nĩ. c. Bức xạ -Xảy ra do chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vật đặt cách xa nhau p.7
4. 1.3 Bài tốn Truyền nhiệt tổng hợp ¾ Bài tốn truyền nhiệt trong thực tế bao gồm: Dẫn nhiệt + Đối lưu + Bức xạ p.8
5. II:Trao đổi nhiệt bằng DẪN NHIỆT 1 trường nhiệt độ 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 p.9
6. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 8/2009 ĐHBK tp HCM 1 trường nhiệt độ 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: TNĐ ổn định: khơng biến thiên theo thời gian + Theo thời gian: t = f (x, y, z) TNĐ khơng ổn định: biến thiên theo thời gian t = f (x, y, z,τ ) + Theo tọa độ: TNĐ 1 chiều, 2 chiều hay 3 chiều. VD: TNĐ ổn định 1 chiều: t = f (x) p.10
7. ¾ Định luật FOURIER (ĐL cơ bản về dẫn nhiệt) ∂t dQ = −λ dFdτ (J) dF τ ∂n Với: λ là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu (W/m.độ) dQ ∂t Mật độ dịng nhiệt: q = τ = − λ (W/m2) dFdτ ∂n 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. p.11
8. 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: ∂t λ ⎛ ∂ 2t ∂ 2t ∂2t ⎞ q = ⎜ + + ⎟ + v (2.1) ⎜ 2 2 2 ⎟ ∂τ cρ ⎝ ∂x ∂y ∂z ⎠ cρ c là nhiệt dung riêng của vật (J/kg.độ) ρ là khối lượng riêng của vật (kg/m3) trong đĩ: λ là hệ số dẫn nhiệt của vật (W/m.độ) 3 qv là năng suất phát nhiệt của nguồn nhiệt bên trong vật (W/m ) p.12
9. 2.2 Dẫn nhiệt ổn định: ∂t t = f (x, y, z) = 0 ∂τ λ ⎛ ∂2t ∂ 2t ∂ 2t ⎞ q Từ (2.1) ⎜ + + ⎟ + v = 0 (2.2) ⎜ 2 2 2 ⎟ cρ ⎝ ∂x ∂y ∂z ⎠ cρ Nếu khơng tồn tại nguồn nhiệt bên trong: qv = 0 suy ra: ∂ 2t ∂2t ∂ 2t + + = 0 (2.3) ∂x2 ∂y 2 ∂z 2 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 p.13
10. A. Dẫn nhiệt qua vách phẳng Xét 1 vách phẳng: - Đồng chất và đẳng hướng -Dày δ, chiều rộng rất lớn so với chiều dày -Cĩhệ 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 ? p.14
11. = q o t = t1 − x ( C) Giải Nhiệt độ t tại vị trí x là: λ t −t Δt ĐL Q = λ 1 2 Fτ (J) hay q = (W/m2) Fourier δ δ / λ Dịng nhiệt Mật độ dịng nhiệt δ U ( R = được gọi là nhiệt trở dẫn ĐL Ohm I = λ λ R nhiệt của vật liệu) p.15
12. VD: Dẫn nhiệt qua vách phẳng 3 lớp t − t q = 1 4 Rλ1 + Rλ 2 + Rλ3 t −t q = 1 4 δ δ δ 1 + 2 + 3 λ1 λ2 λ3 p.16
13. o  VD 2.1: Vách lò 3 lớp: gạch chịu lửa dày δ1 = 230 mm, λ1 = 1,10 W/m. C; o amiăng δ2 = 50 mm, λ2 = 0,10 W/m C; gạch xây dựng δ3 = 240 mm, λ3 = 0,58 o o o W/m C. Nhiệt độ bề mặt trong cùng t1 = 500 C và ngoài cùng t4 = 50 C. Xác định q dẫn qua vách, nhiệt độ lớp tiếp xúc t3. Giải ™ Nhiệt trở dẫn nhiệt qua các lớp: δ δ1 0,23 2 o 2 0,05 2 o R = = = 0,21 m ⋅ C W R 2 = = = 0,50 m ⋅ C W 1 1,10 λ λ1 2 0,10 δ3 0,24 2 o R 3 = = = 0,41 m ⋅ C W λ 3 0,58 Q Δt 500 − 50 q = = = = 401,78 W m 2 MĐDN: F 3 0,21 + 0,50 + 0,41 ∑ R i i=1 ™ Nhiệt độ lớp tiếp xúc: o t 3 = t1 − q(R 1 + R 2 ) = 500 − 401,78()0,21+ 0,5 = 214,7 C p.17