Chương 2: Truyền nhiệt ổn định

Chia sẻ: Pham Dang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

366
lượt xem 107
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Truyền nhiệt đối lưu là phương thức truyền nhiệt chủ yếu của chất lỏng và chất khí. Trong truyền nhiệt đối lưu tồn tại hai trạng thái vận động: chuyển động chảy tầng và chuyển động chảy rối. Trong lớp chảy tầng các phần tử chất khí chuyển động song song với mặt kết cấu, song với nhau theo phương vuông góc phương truyền nhiệt.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 2: Truyền nhiệt ổn định

- GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh Ch−¬ng Ii TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh - t.kÕ c¸ch nhiÖt kÕt cÊu mïa l¹nh I. kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ truyÒn nhiÖt: * §Æc ®iÓm: NhiÖt n¨ng (q) truyÒn tõ n¬i cã t0 cao => t0 thÊp * Cã 3 c¸ch truyÒn nhiÖt: dÉn nhiÖt, ®èi l−u, bøc x¹ 1. TruyÒn nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt: - DÉn nhiÖt lµ qu¸ tr×nh truyÒn ®éng n¨ng cña c¸c ph©n tö, nguyªn tö, ®iÖn tö tù do khi chóng tiÕp xóc nhau. - NhiÖt l−îng truyÒn b»ng dÉn nhiÖt tÝnh theo ®Þnh luËt Furiª: ‘’NhiÖt l−îng truyÒn qua 1 ®.vÞ diÖn tÝch trong 1 ®.vÞ thêi gian tû lÖ thuËn víi gradian nhiÖt ®é’’ ∂t q = −λ (Kcal/m2.h) ∂x Trong ®ã: ∂t - : Gradian nhiÖt ®é theo ph−¬ng x ∂x - λ :Kcal/m.h.0C - lµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu (xem phô lôc ) k phô thuéc: • TÝnh chÊt vËt liÖu (Bª t«ng cèt thÐp λb = 1,33; n−íc λn−íc = 0,5; kh«ng khÝ tù do λkk = 0,025…) • Tû träng cña vËt liÖu: γ nhá th× λ nhá; cïng γ nÕu lç rçng to th× λ lín ( q ®èi l−u). • §é Èm vËt liÖu W lín th× λ lín. • CÊu tróc vËt liÖu. Víi vËt liÖu cã cÊu tróc ®¼ng h−íng (tre, gç) kdäc thí kngang thí. DÉn nhiÖt qua v¸ch ph¼ng mét líp : DÉn nhiÖt æn ®Þnh mét chiÒu qua v¸ch th¼ng mét líp d(m) chiÒu réng lín, b»ng vËt liÖu cã hÖ sè dÉn nhiÖt λ, nhiÖt ®é 2 bÒ mÆt τt vµ τn æn ®Þnh. Trang 1/7
- GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh λ (τ t − τ n ) q= (Kcal/m2.h hay W/m2) d λ (Kcal/m2.h.C0) : - nhiÖt dÉn cña v¸ch d d (m2.h.C0/Kcal) : nhiÖt trë cña v¸ch - R= λ 2. TruyÒn nhiÖt b»ng ®èi l−u: - TruyÒn nhiÖt ®èi l−u lµ ph−¬ng thøc truyÒn nhiÖt chñ yÕu cña chÊt láng vµ chÊt khÝ. - Trong truyÒn nhiÖt ®èi l−u tån t¹i hai tr¹ng th¸i vËn ®éng: chuyÓn ®éng ch¶y tÇng vµ chuyÓn ®éng ch¶y rèi. + Trong líp ch¶y tÇng c¸c phÇn tö chÊt khÝ chuyÓn ®éng song song víi mÆt kÕt cÊu, song song víi nhau theo ph−¬ng vu«ng gãc ph−¬ng truyÒn nhiÖt. NhiÖt ®−îc truyÒn ®i chñ yÕu b»ng dÉn nhiÖt. NhiÖt trë lín, biÓu diÔn b»ng ®−êng cong (d¹ng Hypecb«n dèc). Líp ch¶y tÇng rÊt máng. + Trong líp ch¶y rèi c¸c phÇn tö chuyÓn ®éng tù do. NhiÖt ®−îc truyÒn ®i b»ng sù dÞch chuyÓn vÞ trÝ cña c¸c phÇ tö në nhiÖt. - TÝnh nhiÖt truyÒn ®èi l−u: Theo ®Þnh luËt Niut¬n - Risman qd = α® (τ - tt) , Kcal/m2.h - α® : lµ hÖ sè trao ®æi nhiÖt ®èi l−u phô thuéc: - Tèc ®é dÞch chuyÓn cña khÝ thÓ. - HiÖu nhiÖt ®é bÒ mÆt vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ ( τ - t). - TÝnh chÊt vËt lý thÓ khÝ. - VÞ trÝ, tr¹ng th¸i bÒ mÆt kÕt cÊu. Phô thuéc vÞ trÝ α® mÆt b»ng> α® t−êng > α® d−íi trÇn Phô thuéc tr¹ng th¸i: α ® (nh½n) > α ® (sï s×) α® th−êng x¸c ®Þnh theo thùc nghiÖm 3. TruyÒn nhiÖt b»ng bøc x¹: Mäi vËt thÓ khi ë nhiÖt ®é lín h¬n ®é kh«ng tuyÖt ®èi ®Òu kh«ng ngõng bøc x¹ n¨ng l−îng vµo kh«ng gian d−íi d¹ng sãng ®iÖn tõ. - TÝnh nhiÖt truyÒn b»ng bøc x¹ theo ®Þnh luËt Stªfan - B«nzman: Trang 2/7
- GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh T4 qb = C ( ) , Kcal/m2.h 100 Trong ®ã: - T : nhiÖt ®é bÒ mÆt cña vËt, 0K - C : hÖ sè bøc x¹ nhÖt (Kcal/ m2.h. 0K4) (Bªt«ng: C = 3,10 ; G¹ch nung mµu ®á: 4,6 -4,7 ; G¹ch x©y tr¸t v÷a: 4,66) - NÕu hai vËt gÇn nhau th× còng x¶y ra hiÖn t−îng trao ®æi nhiÖt víi nhau vµ phô thuéc vµo: + NhiÖt ®é trªn bÒ mÆt hai vËt. + DiÖn tÝch vµ vÞ trÝ t−¬ng hç gi÷a c¸c bÒ mÆt. Tr−êng hîp hai bÒ mÆt song song víi nhau: qb =αb (τ1 -τ2) , Kcal/ m2.h Trong ®ã: + τ1 ,τ2 : nhiÖt ®é trªn hai bÒ mÆt, 0C + αb : hÖ sè troa ®æi nhiÖt hai bÒ mÆt, Kcal/m2.h.0C II. truyÒn nhiÖt æn ®Þnh vμ TÝnh c¸ch nhiÖt trong mïa l¹nh 1. §iÒu kiÖn: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh qua kÕt cÊu diÔn ra trong 2 ®iÒu kiÖn: - tt = const; tn = const. - q1 = q2 = q3 = q0 = const 2. Qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt: 3 giai ®o¹n : • Giai ®o¹n 1: Thu nhiÖt NhiÖt truyÒn tõ kh«ng khÝ trong nhµ cã nhiÖt ®é tt ®Õn mÆt trong kÕt cÊu cã nhiÖt ®é τt , theo h×nh thøc ®èi l−u vµ bøc x¹ nhiÖt. Trang 3/7
- GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh q1 = α d(tt - τt) + α b(tb - τt) , Kcal/m2.h Trong ®ã: - tb - nhiÖt ®é bøc x¹ trong phßng kh«ng kÓ nhiÖt ®é bÒ mÆt kÕt cÊu, nÕu coi tb= tt . th× ta cã: = α t(tt - τt) víi α t = α d + α b: hÖ sè trao ®æi nhiÖt bªn trong - q1 • Giai ®o¹n 2: NhiÖt truyÒn tõ mÆt trong cã nhiÖt ®é τt ®Õn mÆt ngoµi kÕt cÊu cã nhiÖt ®é τn , theo h×nh thøc dÉn nhiÖt: τ t −τ n λ (τ1 - τn) = , Kcal/m2.h q2 = R d Trong ®ã: - R : nhiÖt trë cña kÕt cÊu. • Giai ®o¹n 3: NhiÖt truyÒn tõ mÆt ngoµi kÕt cÊu ra kh«ng khÝ ngoµi nhµ (t−¬ng tù nh− giai ®o¹n 1): q3 = α n(τt - tn) Trong ®ã: - α n = α d + α b: hÖ sè trao ®æi nhiÖt bªn ngoµi Trong ®iÒu kiÖn truyÒn nhiÖt æn ®Þnh : q1 = q2 = q3 = q Gi¶i hÖ 4 ph−¬ng tr×nh trªn b»ng ph−¬ng ph¸p thay thÕ, chuyÓn vÕ vµ céng l¹i ta ®−îc : 1 (t t − t n ) , Kcal/m2.h q= 1 d 1 + + αt λ αn 1 d 1 + + = R + R + Rn (m2.h.0C/Kcal) : lµ tæng nhiÖt trë cña kÕt cÊu. §Æt : R0 = αt λ αn 1 - Rt = : nhiÖt trë mÆt trong kÕt cÊu. αt d - R= : nhiÖt trë kÕt cÊu. λ 1 - Rn = : nhiÖt trë mÆt ngoµi kÕt cÊu. αn Trang 4/7
- GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh Ta cã nhiÖt l−îng truyÒn tõ trong ra ngoµi nhµ tÝnh theo c«ng thøc sau: 1 q0 = (tt − t n ) , Kcal/m2.h R0 NÕu tÝnh truyÒn nhiÖt qua mét bÒ mÆt cã diÖn tÝch F(m2) vµ trong kho¶ng thêi gian t(h-giê) : Q = q0 .F .t , Kcal 1 Gäi : U = tæng hÖ sè truyÒn nhiÖt qua kÕt cÊu (U - value) R0 • Chó thÝch : α t = 6,5 – 7,5 - Khi phßng ®ãng kÝn cöa : - Khi phßng më cöa th«ng tho¸ng : α t = 4,3 – 3,8 vt0,8 (v : vËn tèc giã trong phßng m/s) - MÆt ngoµi t−êng: α n = 5 + 10 v n - MÆt ngoµi m¸i: α n = 7,5 + 2,2 v n - Trong tÇng hÇm m¸i: α n = 10 • Cã thÓ lÊy gÇn ®óng: - Mïa ®«ng: α n = 20 Kcal/m2.h.0C - Mïa hÌ: α n = 16 Kcal/m2.h.0C Chóng ta cã thÓ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é bÒ mÆt trong vµ mÆt ngoµi cña kÕt cÊu: tt − t n τ t = tt − Rt R0 tt − t n τ n = tt − ( R + Rt ) R0 • Chó ý : Khi x¸c ®Þnh trë nhiÖt cña kÕt cÊu nhiÒu líp ta cã thÓ gÆp 3 tr−êng hîp sau ®©y : 1. KÕt cÊu cã nhiÒu líp ®ång chÊt ®Æt song song víi nhau theo chiÒu dµy khi ®ã nhiÖt trë R lµ: Trang 5/7
- GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh di R = R1 + R2 + R3 + ... + Rn = Σ λi 2. KÕt cÊu cã nhiÒu líp vµ cã líp kh«ng khÝ kÝn: NhiÖt trë ®−îc x¸c ®Þnh nh− trªn, nÕu líp cã kh«ng khÝ kÝn th× x¸c ®Þnh theo b¶ng d−íi ®©y: 3. KÕt cÊu 1 líp cã nhiÒu mµng vËt liÖu kh¸c th× nhiÖt trë lµ: d R= λtb λtb = ∑ λi .Fi ∑F i Trong ®ã: • Fi : diÖn tÝch tiÕp nhiÖt cña bÒ mÆt c¸c m¶ng kÕt cÊu. Thay trÞ sè λtb vµo c«ng thøc tÝnh R vµ biÕn ®æi sÏ ®−îc c«ng thøc thø hai tÝnh R cña lo¹i kÕt cÊu nµy: Trang 6/7
- GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh ∑F i R= F ∑R i i 3. Yªu cÇu thiÕt kÕ c¸ch nhiÖt cho kÕt cÊu ng¨n che theo yªu cÇu chèng l¹nh : • Môc ®Ých nh»m x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ nhiÖt trë yªu cÇu (R0yc) • NhiÖt trë yªu cÇu x¸c ®Þnh theo hai ®iÒu kiÖn sau: a. §iÒu kiÖn tiÖn nghi nhiÖt: Dùa theo nhiÖt ®é cho phÐp cña mÆt trong kÕt cÊu ng¨n che lín h¬n mét gi¸ trÞ: τt ≥ τtcf , ta cã nhiÖt trë yªu cÇu tÝnh theo c«ng thøc sau: tt − t n yc ≥ R0 Rt tt − τ t cf b. §iÒu kiÖn chèng ®äng s−¬ng bÒ mÆt trong kÕt cÊu : §Ó tr¸nh hiÖn t−îng ®äng s−¬ng hay ®æ må h«i bªn trong kÕt cÊu th× nhiÖt ®é bÒ mÆt trong kÕt τt ≥ ts , khi ®ã nhiÖt trë yªu cÇu cÊu l¬n h¬n nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng cña kh«ng khÝ trong nhµ : tÝnh theo c«ng thøc sau: tt − t n yc R0 ≥ Rt tt − t s KÕt luËn : Khi ®¸nh gi¸ tÝnh hîp lý cña kÕt cÊu m¸i vµ t−êng nhµ theo yªu cÇu chèng l¹nh, ta cã thÓ dùa vµo hai tiªu chÝ sau ®©y : • NhiÖt ®é mÆt trong kÕt cÊu kh«ng qu¸ thÊp, do ®ã kh«ng qu¸ chªnh lÖch víi nhiÖt ®é - τ1) ≤ 50C. phßng : (tt Tr−êng hîp ng−îc l¹i sÏ dÉn ®Õn : o T¨ng sù mÊt nhiÖt cña c¬ thÓ, lµm gi¶m ®iÒu kiÖn tiÖn nghi VKH. o T¨ng tèn hao nhiÖt khi dïng c¸c thiÕt bÞ s−ëi Êm. o Cã thÓ g©y ®äng s−¬ng trªn bÒ mÆt kÕt cÊu. • Dßng nhiÖt truyÒn ra ngoµi nhá nhÊt: NÕu dßng nhiÖt lín sÏ lµm gi¶m chÊt l−îng vÖ sinh trong phßng cã chÕ ®é tù nhiªn vµ lµm t¨ng kinh phÝ thiÕt bÞ trong phßng cã ®iÒu hoµ nh©n t¹o. --- HÕt Ch−¬ng II --- Trang 7/7