Bài giảng Cơ sở nhiệt kỹ thuật: Chương 6 - TS. Nguyễn Trọng Hiếu

Trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt, việc hiểu rõ các cơ chế truyền nhiệt là nền tảng cho thiết kế và vận hành hiệu quả các hệ thống. Trong số các phương thức truyền nhiệt cơ bản, trao đổi nhiệt đối lưu đóng vai trò đặc biệt quan trọng, chi phối hiệu suất của hàng loạt ứng dụng từ công nghiệp đến dân dụng. Chương này sẽ tập trung làm rõ bản chất của quá trình đối lưu, nhấn mạnh tầm quan trọng của nó trong phân tích nhiệt và cung cấp cơ sở lý thuyết cũng như phương pháp luận để xác định các yếu tố ảnh hưởng, đặc biệt là hệ số tỏa nhiệt đối lưu, qua đó trang bị kiến thức thiết yếu cho sinh viên và các nhà nghiên cứu về kỹ thuật nhiệt.

Sinh viên ngành Kỹ thuật, đặc biệt là Kỹ thuật Nhiệt, Cơ khí, Năng lượng, và các nhà nghiên cứu, kỹ sư quan tâm đến nguyên lý và ứng dụng của truyền nhiệt.

Tài liệu này là Chương 6 thuộc Phần 2 của môn học “Cơ Sở Nhiệt Kỹ Thuật”, tập trung chuyên sâu vào chủ đề trao đổi nhiệt đối lưu – một trong ba dạng trao đổi nhiệt cơ bản cùng với dẫn nhiệt và bức xạ. Chương trình bắt đầu bằng việc định nghĩa đối lưu là quá trình truyền nhiệt nhờ sự chuyển động vĩ mô của chất lỏng hoặc chất khí, sau đó phân loại chi tiết thành đối lưu tự nhiên (do chênh lệch mật độ) và đối lưu cưỡng bức (do tác động ngoại lực như bơm, quạt). Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đối lưu như tính chất vật lý của lưu chất, chế độ chuyển động (chảy tầng, chảy rối) và hình dáng bề mặt trao đổi nhiệt cũng được trình bày rõ ràng. Một phần trọng tâm của chương là giới thiệu Công thức Newton về tỏa nhiệt và khái niệm hệ số tỏa nhiệt đối lưu (h), một đại lượng đặc trưng cho cường độ trao đổi nhiệt đối lưu. Tài liệu đi sâu vào các phương pháp xác định hệ số h, bao gồm phương pháp giải tích, thực nghiệm và đặc biệt là phương pháp đồng dạng. Lý thuyết đồng dạng được giải thích cặn kẽ, cho phép chuyển bài toán tìm hệ số h phức tạp sang việc tìm số Nusselt (Nu) thông qua các số không thứ nguyên khác như số Reynolds, Grashof và Prandtl, từ đó mang lại công cụ mạnh mẽ để giải quyết các vấn đề kỹ thuật nhiệt trong thực tế. Các ví dụ về giá trị hệ số h cho các loại lưu chất phổ biến như không khí và nước dưới các chế độ đối lưu khác nhau cũng được cung cấp, giúp người đọc có cái nhìn định lượng về hiệu quả truyền nhiệt.