Bài giảng Truyền nhiệt: Chương 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

MÔN HỌC:

TRUYỀN NHIỆT

CBGD: ThS. PHAN THÀNH NHÂN

Bộ môn: Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Khoa: Cơ Khí – Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

TRUYỀN NHIỆT

2 lôùp vöõa

Tt ,α

t ,α

gaïch oáng

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Sơ lược về môn học

• Tên môn học: Truyền nhiệt • Mã môn học: 210015 • Số tiết: 42 tiết • Số tín chỉ: 2 • Hình thức đánh giá:

 Kiểm tra giữa kỳ: 20%  Bài tập lớn: 30%  Kiểm tra cuối kỳ: 50%

• Tài liệu tham khảo:

 Hoàng Đình Tín, truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2001  Hoàng Đình Tín, Bùi Hải, Bài tập nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt, NXB…  J.P.Holman, Heat transfer, ninth edition, Mc Graw Hill

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

NỘI DUNG MÔN HỌC

• Chương 1: Tổng quan về truyền nhiệt

• Chương 2: Khái niệm cơ bản về dẫn nhiệt và phương trình vi phân dẫn nhiệt của vật rắn

• Chương 3: Dẫn nhiệt ổn định

• Chương 4: Dẫn nhiệt không ổn định (tham khảo)

• Chương 5: Khái niệm cơ bản về trao đổi nhiệt đối lưu

• Chương 6: To ả nhiệt đối lưu tự nhiên

• Chương 7: To ả nhiệt đối lưu cưỡng bức

• Chương 8: Cơ sở lý thuyết về bức xạ

• Chương 9: Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn đặt trong môi trường trong suốt

• Chương 10: Thiết bị trao đổi nhiệt

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN NHIỆT

1. Tổng quan truyền nhiệt

2. Tổng quan Dẫn nhiệt

3. Tổng quan Đối lưu

3. Tổng quan Bức xạ

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

1. Tổng quan về truyền nhiệt

 Truyeàn nhieät laø quaù trình trao ñoåi nhieät giöõa caùc vaät theå, caùc löu chaát khaùc nhau coù nhieät ñoä cheânh leäch nhau

 Quaù trình truyeàn nhieät laø moät quaù trình khaù phöùc taïp, noù dieãn ra theo nhieàu daïng khaùc nhau

 Caùc daïng truyeàn nhieät naøy dieãn ra ñoàng thôøi, vaø cuøng taùc ñoäng ñeán giaù trò nhieät ñoä, giaù trò doøng nhieät cuûa vaät theå, cuûa löu chaát vaø cuûa moâi tröôøng khaûo saùt.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt

– Nhieät löôïng truyeàn giöõa hai vaät tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi

nhau coù cheânh leäch nhieät ñoä

– hoaëc giöõa caùc vuøng coù nhieät ñoä khaùc nhau trong moät

vaät.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Truyền nhiệt bằng đối lưu

– Nhieät löôïng trao ñoåi giöõa löu chaát vaø beà maët raén khi coù

cheânh leäch nhieät ñoä.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Truyền nhiệt bằng bức xạ

– Nhieät löôïng trao ñoåi giöõa hai vaät coù nhieät ñoä cheânh leäch khoâng tieáp xuùc nhau trong moâi tröôøng chaát khí hoaëc chaân khoâng.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

2. Tổng quan dẫn nhiệt

 Daãn nhieät laø quaù trình truyeàn naêng löôïng do söï töông taùc,

va chaïm cuûa caùc haït nguyeân töû hay phaân töû

 Quaù trình truyeàn nhieät naêng seõ dieãn ra töø nôi coù nhieät ñoä

cao ñeán nôi coù nhieät ñoä thaáp.

λ−=

)W(,

∂ ∂

T x

Q F

T x

Q : doøng nhieät truyeàn qua dieän tích F vuoâng goùc vôùi phöông truyeàn (W)

: heä soá daãn nhieät cuûa vaät lieäu (W/m ñoä)

∂ : gradient nhieät ñoä theo phöông truyeàn T ∂ x λ Daáu “ – “ theå hieän doøng nhieät luoân ñi töø nhieät ñoä cao ñeán nhieät ñoä thaáp. 12

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

q : mật độ doøng nhiệt

λ−=

2 )m/W(,

Q F

∂ T ∂ x

2.1 Phaùt bieåu ñònh luaät Fourier: Maät ñoä doøng nhieät truyeàn qua baèng phöông thöùc daãn nhieät theo phöông quy ñònh tyû leä vôùi dieän tích vuoâng goùc vôùi phöông truyeàn vaø gradient nhieät ñoä theo phöông aáy.

T(x)

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

2.2 Heä soá daãn nhieät cuûa vaät lieäu: (W/m ñoä)

 Heä soá daãn nhieät cuûa chất khí:

– Giaù trò cuûa heä soá daãn nhieät cho ta bieát toác ñoä truyeàn nhieät cuûa moät chaát khí naøo ñoù nhanh hay chaäm.

– Muoán truyeàn nhieät nhanh thì caùc phaân töû khí seõ chuyeån ñoäng nhanh vaø va chaïm maïnh vôùi nhau, ñeå xaûy ra hieän töôïng ñoù thì phaûi gia taêng nhieät ñoä cuûa caùc phaân töû khí.

Heä soá daãn nhieät cuûa chaát khí phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Heä soá daãn nhieät cuûa chất lỏng:

trong chaát loûng gaàn

− Baûn chaát cuûa heä soá daãn nhieät gioáng nhö trong chaát khí.

− tuy nhieân trong chaát loûng thì phöùc taïp hôn vì caùc phaân töû chaát loûng ôû trong moät khoâng gian kín vaø do caùc tröôøng löïc phaân töû taùc ñoäng laøm aûnh höôûng maïnh ñeán söï trao ñoåi naêng löôïng trong quaù trình va chaïm.

− Có thể xem cơ cấu truyền nhiệt trong chất lỏng là sự truyền năng lượng của dao động đàn hồi hỗn loạn.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Quan heä giöõa heä soá daãn nhieät vaø nhieät ñoä cuûa chaát loûng vaø chaát khí.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Heä soá daãn nhieät cuûa chất rắn:

Naêng löôïng nhieät truyeàn qua vaät lieäu raén baèng 2 caùch:

–

do quaù trình chaán ñoäng maïng tinh theå

–

do söï truyeàn daãn cuûa caùc e töï do.

Caùc vaät lieäu daãn ñieän toát seõ coù tính daãn nhieät toát, nhö ñoàng, baïc, nhoâm laø caùc chaát daãn nhieät toát.

Ngöôïc laïi vaät lieäu caùch ñieän toát cuõng seõ caùch nhieät raát toát.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Moái quan heä giöõa heä soá daãn nhieät vaø nhieät ñoä cuûa moät soá vaät lieäu raén.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

Bảng tra: Heä soá daãn nhieät cuûa moät soá vaät lieäu ôû 0oC:

Vaät lieäu

Heä soá daãn nhieät

Btu/h.ft.oF

W/ m oC

Kim loaïi

Baïc Ñoàng Nhoâm Niken Saét Theùp 1%C Chì Theùp Croâm Niken (18%Cr,8%Ni)

410 385 202 93 73 43 35 16,3

237 223 117 54 42 25 20,3 9,4

Vaät lieäu phi kim loaïi

Thaïch anh MgCO2 Caåm thaïch Sa thaïch Kính cöûa soå Goã thích, goã soài Muøn cöa Boâng thuûy tinh

41,6 4,15 2,08 – 2,94 1,83 0,78 0,17 0,059 0,038

24 2,4 1,2 – 1,7 1,06 0,45 0,096 0,034 0,022

Chaát loûng

Thuûy ngaân Nöôùc Ammoniac Daàu boâi trôn, SAE 50 Freon 12, CCl2F2

8,21 0,556 0,54 0,147 0,073

4,74 0,327 0,312 0,085 0,042

Chaát khí

Hydro Heli Khoâng khí Hôi nöôùc (baûo hoøa) Cacbonic

0,175 0,141 0,024 0,0206 0,0146

0,101 0,081 0,0139 0,0119 0,00844

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

3. Tổng quan đối lưu

doøng chaát loûng

uf u

Vaän toác doøng chaûy seõ giaûm daàn ñeán 0 treân beà maët taám phaúng,

– Taïi beà maët taám phaúng: v = 0 thì quaù trình truyeàn nhieät giöõa taám phaúng vaø chaát loûng chæ coøn laø quaù trình daãn nhieät.

– Phía treân beà maët taám phaúng: v taêng daàn vaø coù söï cheânh leäch nhieät ñoä giöõa taám phaúng vaø doøng chaát loûng ñi qua neân söï trao ñoåi nhieät xaûy ra laø trao ñoåi nhieät ñoái löu.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Theo ñònh luaät Newton: xaùc ñònh giaù trò doøng nhieät trong quaù trình trao ñoåi nhieät ñoái löu naøy nhö sau:

α=

t(F

w −

)t f

Trong ñoù:

Q – doøng nhieät, W

F – dieän tích beà maët trao ñoåi nhieät, m2 α

– heä soá toûa nhieät ñoái löu, W/m2oC

tw – nhieät ñoä beà maët taám phaúng, oC hoaëc K tf – nhieät ñoä trung bình cuûa chaát loûng, oC hoaëc K

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

– Quaù trình ñoái löu cöôõng böùc:

– Quaù trình ñoái löu töï nhieân:

– Caùc daïng truyeàn nhieät ngöng tuï vaø truyeàn nhieät bay hôi cuõng laø moät quaù trình truyeàn nhieät ñoái löu.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Phöông thöùc ñoái löu Heä soá toûa nhieät

=∆ t

o C30

W/m2oC Btu/h.ft2.oF

Ñoái löu töï nhieân,

Taám phaúng ñöùng 0,3m (1ft) ñaët trong khoâng khí 4,5 0,79

Thanh truï ngang, ñk 5cm ñaët trong khoâng khí 6,5 1,14

Thanh truï ngang, ñk 2cm ñaët trong moâi tröôøng nöôùc 890 157

Ñoái löu cöôõng böùc

Moät taám vuoâng caïnh 0,2m ñaët trong doøng khí 2m/s 12 2,1

Moät taám vuoâng caïnh 0,75m ñaët trong doøng khí 35m/s 75 13,2

Doøng khí taïi 2atm ñi trong oáng, ñk 2,5cm coù vaän toác 10m/s 65 11,4

Nöôùc chaûy trong oáng, ñk 2,5cm vôùi löu löôïng 0,5kg/s 3500 616

Doøng khí thoåi ngang qua oáng, ñk 5cm vôùi vaän toác 50m/s 180 32

Nöôùc bay hôi

Trong beå chöùa hoaëc trong thuøng 2500 – 35.000 440 – 6200

5000 – 100.000 880 – 17.600

Chaûy trong oáng Ngöng tuï hôi nöôùc, 1atm

Caùc beà maët ñöùng 4000 – 11.300 700 – 2000

Qua daøn oáng naèm ngang 9500 – 25.000 1700 – 4400

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

4. Tổng quan bức xạ

 Vôùi quaù trình truyeàn nhieät baèng daãn nhieät vaø ñoái löu thì

hai moâi tröôøng truyeàn nhieät tröïc tieáp cho nhau,

 coøn ñoái vôùi quaù trình truyeàn nhieät baèng böùc xaï thì quaù

trình truyeàn giöõa 2 vaät, 2 beà maët ñaët caùch xa nhau.

 Nhieät löôïng trao ñoåi giöõa hai vaät coù nhieät ñoä cheânh leäch khoâng tieáp xuùc nhau trong moâi tröôøng chaát khí hoaëc chaân khoâng.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Ñònh luaät Stefan – Boltzman: veà böùc xaï nhieät cuûa vaät ñen tuyeät ñoái

– Naêng löôïng böùc xaï cuûa vaät ñen tuyeät ñoái seõ tyû leä thuaän vôùi nhieät ñoä tuyeät ñoái baäc 4 vaø dieän tích beà maët böùc xaï cuûa vaät theå

σ=

haèng soá tæ leä, haèng soá Stefan – Boltzman

−

=σ

6697

Km/W10.

– Trao ñoåi nhieät böùc xaï giöõa hai beà maët tyû leä vôùi hieäu baäc 4 nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa hai beà maët böùc xaï vaø dieän tích beà maët böùc xaï ( σ= TFQ