Bài giảng Truyền nhiệt: Trao đổi nhiệt bức xạ - Ngô Quang Nguyên và Trần Nam Dương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Truyền nhiệt: Trao đổi nhiệt bức xạ, cung cấp cho người học những kiến thức như Khái niệm; trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật; bức xạ chất khí; bức xạ mặt trời. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Truyền nhiệt: Trao đổi nhiệt bức xạ - Ngô Quang Nguyên và Trần Nam Dương

TRUYỀN NHIỆT Ngô Quang Nguyên – Trần Nam Dương
TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ 1, Khái niệm 2, Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật a, Bức xạ giữa 2 tấm phẳng đặt song song b, Bức xạ giữa hai tấm phẳng song song có màn chắn c, Bức xạ giữa hai vật bọc nhau 3, Bức xạ chất khí 4, Bức xạ mặt trời
1, CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Q ET
1, CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ❖ Khái niệm + Thường xảy ra ở nơi có nhiệt độ cao (>700 oC) + Có thể tiến hanh trong môi trường chân không, rắn, lỏng, khí + Ứng dụng trong lĩnh vực có nhiệt độ cao: lò công nghiệp, kỹ thuật tên lửa, năng lượng hạt nhân… ❖Dòng bức xạ Q [kW] - Có thể hiểu là lượng nhiệt trao đổi trong quá trình bức xạ hay dòng nhiệt bức xạ
1, CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN QW ❖Năng suất bức xạ E E= F  m2    Theo Định luật Stefan-Boltzmann: 4  T  E 0 = 0 .T 4 = C0 .   + Với vật đen tuyệt đối  100  4  T  + Với vật xám: E = .0 .T = .C0 .  4   100  Trong đó: + T là nhiệt độ [K] + C0=5,67 [W/m2K4] là hệ số bức xạ + σ0 =5,67.10-8 [W/m2K4] là hằng số bức xạ + C=ε.C0 là hệ số bức xạ của vật xám
1, CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ❖Năng suất bức xạ hiệu dụng - Giả sử 1 vật có nhiệt độ T, hệ số hấp thụ A - Năng suất bức xạ riêng của vật là E - Năng lượng bức xạ vật khác đập tới là ET - Khi đó vật sẽ phản xạ lại một phần ER =(1-A).ET → Năng suất bức xạ hiệu dụng là tổng năng suất bức xạ và năng suất bức xạ riêng E hd = E + E R = E + (1 − A).E T
VÍ DỤ 1 Một bề mặt có độ đen 0,8. Năng suất bức xạ của bề mặt đo được là 4000 W/m2 Năng suất bức xạ đập tới bề mặt là 5800 W/m2. Nhiệt độ bề mặt vật là bao nhiêu? a, 598K b, 500,2 K c, 1233,6 K
C1. −5 ĐỊNH LUẬT ÍT SỬ DỤNG I0 = C2 e  .T −1 ❖Định luật Planck - Định luật Planck thiết lập mối quan hệ giữa cường độ bức xạ của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ và chiều dài bước sóng. ❖Định luật Wien - Định luật Wien phát biểu rằng tích số giữa bước sóng cực đại với với nhiệt độ T là hằng số  max .T = 2,988.10−3 Trong đó: −15 + I: Cường độ bức xạ của vật đen tuyệt đối [W/m3] C1 = 0,374.10 + λ: Chiều dài bước sóng [m] C2 = 1, 4388.10−12 + T: Nhiệt độ tuyệt đối [K]
2, TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ GIỮA CÁC VẬT a, Hai tấm phẳng song song - Lượng nhiệt trao đổi: q [ W/m2] q12 = qd .0 .(T14 − T2 4 ) Trong đó: + T là nhiệt độ tuyệt đối [K] + σ0 =5,67.10-8 là hằng số bức xạ 1 qd = εqd là độ đen quy dẫn [W/m2K4] 1 1 + + −1 1  2
2, TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ GIỮA CÁC VẬT b, Khi có màn chắn - Lượng nhiệt trao đổi q [ W/m2] q12 = qd .0 .(T14 − T2 4 ) 1 qd = 1 1  2  + − 1 + n.  − 1 1  2  m 
VÍ DỤ 2 Hai tấm phẳng đặt song song, tấm phẳng thứ nhất có nhiệt độ t1=527 oC, độ đen là 0,8. Tấm thứ 2 có nhiệt độ t2= 27oC, độ đen bằng 0,6. Tính khả năng bức xạ của mỗi tấm và lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ giữa hai tấm phẳng. Nếu giữa 2 tấm phẳng có đặt một màn chắn độ đen là 0,05 thì lượng nhiệt trao đổi giữa hai tấm phẳng là bao nhiêu. Tính nhiệt độ màn chắn.
2, TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ GIỮA CÁC VẬT c, Hai vật bọc nhau - Lượng nhiệt trao đổi giữa vật (1) và vật (2) Q12 = qd .0 .F1 (T14 − T2 4 )[W] 1  qd = 1 F  1  + 1  − 1 1 F2   2 
CHÚ Ý - Trường hợp mà vật đặt trong phòng rất rộng hay F2>>F1 thì coi F2/F1=0 hay qd = 1 - Diện tích ống hình trụ( bỏ qua diện tích 2 đầu): F = dl - Điện tích ống hình hộp chữ nhật: F = 2.(a + b).l Trong đó: + (axb) là kích thước hình chữ nhật + l là chiều dài ống + d là đường kính ống
VÍ DỤ 3 Xác định tổn thất nhiệt do bức xạ từ bề mặt ống thép có đường kinh d=70 mm, dài 3m, nhiệt độ bề mặt ống t1=227 oC trong hai trường hợp: a, Ống đặt trong phòng rộng có nhiệt độ tường bao bọc t2= 27oC b, Ống đặt trong cống có kích thước (0,3x0,3)m và nhiệt độ vách cống t2=27 oC Biết độ đen của ống thép bằng 0,95 và của vách ống bằng 0,3
3, BỨC XẠ CHẤT KHÍ ❖Khái niệm - Khí 2 nguyên tử, khí khô, khí sạch có khả năng hấp thụ và bức xạ thấp → Coi như không bức xạ - Chỉ xét đến bức xạ của khí 3 nguyên tử (CO2, H2O,…) - Đặc điểm chung là các chất khí không có khả năng phản xạ với mọi loại bức xạ giáng xuống chúng - Chỉ bức xạ trên từng khoảng chiều dài bước sóng
3, BỨC XẠ CHẤT KHÍ ❖Năng suất bức xạ của chất khí E k =  k .0 .Tk 4 + Tk là nhiệt độ của chất khí [K] + σ0 =5,67.10-8 là hằng số bức xạ + εk =f(Tk, p.l) là độ đen của chất khí [W/m2K4]
3, BỨC XẠ CHẤT KHÍ ❖Đơn chất - εH2O Độ đen của khí H2O – tra đồ thị dựa vào nhiệt độ T, tích số pH2O.L - εCO2 Độ đen của khí CO2 – tra đồ thị dựa vào nhiệt độ T, tích số pCO2.L Trong đó: + L là chiều dài trung bình của tia bức xạ [m] – tra bảng dựa vào kích thước vật (d hoặc chiều dài cạnh) + p là phân áp suất [ft.atm] – 1m.atm = 3.28 ft.atm p CO2 = p.(%CO2) p H 2O = p.(%H2O)
Đồ thị tra độ đen của H20 và CO2 ở áp suất p=1atm
Bảng tra chiều dài tia bức xạ L Hình dạng L 1, Hình cầu có đường kính D tỏa ra bề mặt của nó 0,65D 2, Trụ dài vô hạn có đường kính D tỏa ra mặt cong 0,95D 3, Trụ tròn bán nguyệt đường kính D tỏa ra mặt đáy (nửa hình trụ) 0,65D 4, Trụ tròn bán nguyệt đường kính D tỏa ra tâm (nửa hình trụ) 0,9D 5, Trụ dài vô hạn bán nguyệt bán kính R tỏa ra tâm (nửa hình trụ) 1,26R 6, Trụ tròn có chiều cao H bằng đường kính D tỏa ra toàn bộ bề mặt 0,6D 7, Trụ tròn có chiều cao H bằng đường kính tỏa vào tâm 0,71D 8, Hình lập phương cạnh L tỏa ra bất kỳ mặt nào 0,66L 9, Hình dạng bất kỳ khi biết thể tích khối khí V [m3] và diện tích bề mặt 3,6.V/F bao quanh F [m2]