cơ sở truyền nhiệt - pgs.ts. trịnh văn quang

PGS.TS. Trịnh Văn Quang<br /> <br /> Cơ sở Truyền nhiệt<br /> <br /> -0-<br /> <br /> Tp Hồ Chí Minh - 2016<br /> <br /> LỜI NÓI ĐẦU<br /> <br /> Qua nhiều năm giảng dạy môn học Kỹ thuật nhiệt , Lý thuyết Truyền nhiệt cho các lớp<br /> Cơ khí, chuyên ngành Nhiệt - lạnh , chương trình Cao học Cơ khí tại các trường ĐH Giao<br /> thông HN, ĐH Công nghiệp TpHCM cũng như tham gia thực hiện và hướng dẫn các đề tài<br /> khoa học, chúng tôi nhận thấy một tài liệu chuyên sâu về Truyền nhiệt là hết sức cần thiết.<br /> Tài liệu đó không chỉ có kiến thức cơ sở về truyền nhiệt để giảng dạy cho chương trình đại<br /> hoc, mà cần có một số kiến thức chuyên sâu để sử dụng trong tính toán nghiên cứu. Cuốn<br /> sách “Cơ sở Truyên nhiệt” được biên soạn nhằm đáp ứng phần nào yêu cầu trên.<br /> Cuốn sách bao gồm 5 chương như sau:<br /> Chương 1 - Dẫn nhiệt, trình bày các bài toán dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng, vách trụ,<br /> vách cầu, dẫn nhiệt ổn định hai chiều và các bài toán dẫn nhiệt không ổn định một chiều.<br /> Chương 2 - Phương pháp số giải bài toán dẫn nhiệt, gồm phương pháp Sai phân hữu hạn và<br /> phương pháp Phần tử hữu hạn (PTHH). Trong đó các PTHH cơ bản như phần tử một chiều,<br /> phần tử tam giác và phần tử chữ nhật được khảo sát. Từ đó xây dựng các phương trình<br /> PTHH đặc trưng để giải các bài toán dẫn nhiệt ổn định qua các PTHH.<br /> Chương 3 - Tỏa nhiệt đối lưu, ngoài các kiến thức cơ bản như Lý thuyết đồng dạng, các<br /> phương trình tiêu chuẩn tỏa nhiệt đối lưu trong các trường hợp khác nhau, các Quá trình tỏa<br /> nhiệt khi sôi và ngưng tụ cũng được đề cập.<br /> Chương 4 - Bức xạ nhiệt bao gồm các khái niệm cơ bản vè bức xạ, các định luật về bức xạ,<br /> bức xạ của vật đen. Bên cạnh đó, bức xạ của vật xám, bức xạ trong môi trường có hấp thụ ,<br /> bức xạ của vật có phản xạ gương là những vấn đề mới cũng được đề cập.<br /> Chương 5 – Truyền chất, nêu các khái niệm về truyền chất và đề cập chất cụ thể là nước và<br /> hơi ẩm trong vật liệu<br /> Cuốn sách có thể được tham khảo làm tài liệu giảng dạy cho chương trình đại học,<br /> chương trình cao học ngành cơ khí, động lực, năng lượng, chuyên ngành nhiệt – lạnh, và<br /> cũng có thể phục vụ cho công tác nghiên cứu về truyền nhiệt trong các lĩnh vực xây dựng<br /> công trình, luyện kim... Hy vọng rằng cuốn sách sẽ hữu ích và thiết thực với bạn đọc.<br /> Mặc dù rất cẩn trọng trong quá trình biên soạn, nhưng chắc rằng cuốn sách vẫn còn có<br /> những khiếm khuyết, chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý của bạn đọc và đồng nghiệp.<br /> Mọi đóng góp xin gửi về Bộ môn Kỹ thuật nhiệt, Khoa Cơ khí, Trường Đại học GTVT Hà<br /> nội hoặc địa chỉ quangnhiet@yahoo.com.vn , chúng tôi xin chân thành cám ơn.<br /> <br /> Tác giả<br /> PGS.TS Trịnh Văn Quang<br /> <br /> -1-<br /> <br /> Mục lục<br /> Chương 1. Dẫn nhiệt<br /> §1.1. Khái niệm<br /> §1.2. Phương trình vi phân dẫn nhiệt và điều kiện đơn trị<br /> §1.3. Dẫn nhiệt ổn định điều kiện biên loại 1 qua vách phẳng<br /> §1.4. Dẫn nhiệt ổn định điều kiện biên loại 1 qua vách trụ<br /> §1.5. Dẫn nhiệt ổn định điều kiện biên loại 3 qua vách phẳng<br /> §1.6. Dẫn nhiệt ổn định điều kiện biên loại 3 qua vách trụ<br /> §1.7. Dẫn nhiệt qua vách cầu<br /> §1.8. Dẫn nhiệt ổn định qua thanh và cánh<br /> §1.9. Dẫn nhiệt ổn định qua vách có vật liệu hỗn hợp<br /> §1.10. Dẫn nhiệt ổn định hai chiều<br /> §1.11. Dẫn nhiệt ổn định của vật có nguồn nhiệt bên trong<br /> §1.12. Dẫn nhiệt không ổn định với phương pháp quy tụ<br /> §1.13. Dẫn nhiệt không ổn định của tấm phẳng rộng<br /> §1.14. Dẫn nhiệt không ổn định của vật dày vô hạn một phía<br /> $1.15. Dẫn nhiệt của vật dày vô hạn có nhiệt độ bề mặt thay đổi tuần hoàn<br /> <br /> Trang<br /> <br /> 1<br /> 8<br /> 11<br /> 14<br /> 18<br /> 20<br /> 21<br /> 23<br /> 26<br /> 27<br /> 31<br /> 37<br /> 45<br /> 51<br /> 55<br /> <br /> Chương 2. Phương pháp số giải bài toán dẫn nhiệt<br /> A. Phương pháp sai phân hữu hạn<br /> $2.1. Bài toán ổn định hai chiều<br /> $2.2. Bài toán dẫn nhiệt không ổn định một chiều<br /> $2.3. Bài toán dẫn nhiệt không ổn định hai chiều<br /> $2.4. Phương pháp giải hệ phương trình tuyến tính của nhiệt độ<br /> <br /> 57<br /> 58<br /> 61<br /> 65<br /> <br /> B. Phương pháp phần tử hữu hạn<br /> $2.5. Nội dung cơ bản, trình tự giải bài toán nhiệt bằng phương pháp pthh<br /> $2.6. Các phần tử cơ bản và hàm nội suy<br /> 2.6.1. Phần tử một chiều bậc nhất<br /> 2.6.2. Phần tử một chiều bậc hai<br /> 2.6.3. Phần tử hai chiều tam giác bậc nhất<br /> 2.6.4. Phần tử chữ nhật bậc nhất<br /> 2.6.5. Các phần tử đẳng tham số<br /> $2.7. Thiết lập phương trình đặc trưng phần tử đối với ph trình vi phân dẫn nhiệt<br /> 2.7.1. Phương pháp biến phân<br /> 2.7.2. Phương pháp galerkin<br /> $2.8. Giải bài toán dẫn nhiệt một chiều bằng phương pháp pthh<br /> 2.8.1. Vách phẳng một lớp<br /> 2.8.2. Vách phẳng nhiều lớp<br /> $2.9. Dẫn nhiệt qua vách phẳng có nguồn nhiệt bên trong<br /> 1. Giải bằng phần tử bậc nhất<br /> 2. Giải bằng phần tử bậc hai<br /> $2.10. Dẫn nhiệt qua vách trụ<br /> $2.11. Dẫn nhiệt qua thanh trụ có nguồn trong<br /> <br /> 74<br /> 76<br /> 76<br /> 79<br /> 83<br /> 91<br /> 93<br /> 191<br /> 103<br /> 109<br /> 110<br /> 110<br /> 113<br /> 116<br /> 116<br /> 119<br /> 123<br /> 127<br /> <br /> -2-<br /> <br /> $2.12. Dẫn nhiệt qua cánh tiết diện thay đổi<br /> $2.13. Dân nhiệt ổn định hai chiều dùng phần tử tam giác<br /> $2.14. Dẫn nhiệt hai chiều qua phần tử chữ nhật<br /> <br /> 132<br /> 137<br /> 158<br /> <br /> Chương 3. Toả nhiệt đối lưu<br /> §3.1. Khái niệm<br /> §3.2. Hệ phương trình vi phân trao đổi nhiệt đối lưu - điều kiện đơn trị<br /> §3.3. Lý thuyết đồng dạng<br /> $3.4. Phương trình tiêu chuẩn toả nhiệt đối lưu<br /> $3.5. Trao đổi nhiệt đối lưu khi có biến đổi pha<br /> $3.6. Toả nhiệt khi ngưng màng<br /> $3.7. Ngưng màng trong ống nằm ngang<br /> $3.8. Các nhân tố ảnh hưởng đến toả nhiệt khi ngưng<br /> $3.9. Trao đổi nhiệt khi sôi<br /> $3.10. Các nhân tố ảnh hưởng dện toả nhiệt khi sôi<br /> $3.11. Một số công thức tính toán toả nhiệt khi sôi<br /> <br /> 163<br /> 165<br /> 168<br /> 175<br /> 177<br /> 178<br /> 182<br /> 184<br /> 185<br /> 189<br /> 190<br /> <br /> Chương 4. Bức xạ nhiệt<br /> $4.1. Những khái niệm cơ bản<br /> $4.2. Các định luật bức xạ cơ bản<br /> $4.4. Bức xạ giữa các vật đen<br /> 4.4.1. Hệ số góc bức xạ<br /> 4.4.2. Một số đặc điểm chung của các hệ số góc bức xạ<br /> 4.4.3. Xác định hệ số góc bức xạ trong một số trường hợp<br /> $4.5. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật xám<br /> 4.5.1. Trạng thái bề mặt vật thực<br /> 4.5.2. Các đại lượng đặc trưng<br /> $4.6. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các mặt xám<br /> 4.6.1. Bức xạ giữa hai mặt<br /> 4.6.2. Hệ thống bức xạ có 3 mặt<br /> 4.6.3. Các bề mặt cách nhiệt và bề mặt có diện tích lớn<br /> 4.6.4. Bức xạ giữa hai mặt song song nhau rộng vô hạn<br /> $4.7. Bức xạ trong môi trường có hấp thụ và xuyên qua<br /> 4.7.1. Thành phần bức xạ xuyên qua môi trường<br /> 4.7.2. Thành phần trao đổi giữa bề mặt 1 và môi trường.<br /> 4.7.3. Trao đổi nhiệt của hệ thống<br /> 4.7.4. Môi trường hấp thụ và xuyên qua có nhiều lớp<br /> $4.8. Trao đổi nhiệt bức xạ của các mặt phản xạ gương<br /> 4.8.1. Bức xạ giữa 2 bề mặt phản xạ gương<br /> 4.8.2. Bức xạ tại bề mặt có phản xạ gương<br /> 4.8.3. Bức xạ của hệ thống kín có phản xạ gương<br /> <br /> 194<br /> 196<br /> 199<br /> 199<br /> 204<br /> 206<br /> 209<br /> 209<br /> 210<br /> 212<br /> 212<br /> 213<br /> 215<br /> 218<br /> 219<br /> 219<br /> 219<br /> 220<br /> 222<br /> 225<br /> 225<br /> 226<br /> 227<br /> <br /> Chương 5. Truyền chất<br /> $5.1. Khái niệm<br /> $5.2. Phương trình vi phân khuếch tán và điều kiện đơn trị<br /> $5.3. Truyền chất ổn định điều kiện biên loại 1 qua vách phẳng<br /> <br /> 230<br /> 236<br /> 240<br /> <br /> -3-<br /> <br /> $5.4. Truyền chất ổn định qua vách nhiều lớp, trở lực khuếch tán<br /> $5.5. Truyền chất giữa hai pha, quá trình toả chất<br /> 5.5.1. Khái niệm<br /> 5.5.2. Mật độ dòng toả chất, hệ số toả chất<br /> 5.5.3. Sự tương tự truyền nhiệt - truyền chất<br /> 5.5.4. Tiêu chuẩn đồng dạng và phương trình tiêu chuẩn toả chất<br /> $5.6. Trao đổi ẩm của vật liệu với không khí<br /> 5.6.1. quá trình dẫn ẩm trong vật liệu<br /> 5.6.2. quá trình toả ẩm từ bề mặt kết cấu tới môi trường không khí<br /> <br /> 241<br /> 243<br /> 243<br /> 244<br /> 245<br /> 246<br /> 248<br /> 248<br /> 252<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> <br /> 261<br /> <br /> -4-<br /> <br />