Quá trình và thiết bị truyền nhiệt - chương 1

Chia sẻ: Nguyễn Văn Quân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

188
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trường nhiệt độ: tập hợp tất cả các giá trị nhiệt độ khác nhau trong không gian tại cùng một thời điểm.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Quá trình và thiết bị truyền nhiệt - chương 1

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG --- QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT CHƯƠNG 1 DẪN NHIỆT 1
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ DẪN NHIỆT 1. Trường nhiệt độ t = f(x,y,z,τ) 2. Mặt đẳng nhiệt: t+t t t-t t t 0 3. Gradient nhiệt độ Grad ( t )  n  0 lim  [ C / m] n n 4. Dòng nhiệt: (Q [W]) dQ q 5. Mật độ dòng nhiệt: (q [W/m2]) dF t 6. Định luật Fourier dQ   dF n 2
• Trường nhiệt độ: tập hợp tất cả các giá trị nhiệt độ khác nhau trong không gian tại cùng một thời điểm. – Pt tổng quát t= t(x,y,z,t) • TNĐ ổn định • TNĐ không ổn định – Trường hợp đơn giản: t = t(x). • Mặt đẳng nhiệt: tập hợp các giá trị nhiệt độ giống nhau tại cùng thời điểm. • Gradient nhiệt độ. 3
q [W/m.K]  II- HỆ SỐ DẪN NHIỆT:  [W/m.K] grad (t ) 1. Hệ số dẫn nhiệt của chất khí  = f (p,T)  = f (T)  = 0,005 – 0,5 [W/m.K] 2. Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng - Thöïc nghieäm cho thaáy haàu heát caùc chaát loûng gioït coù:   khi T  (tröø nước & gliceryl)   khi p   = 0,08 – 0,7 [W/m.K] 3. Hệ số dẫn nhiệt của chất rắn Kim loại:   khi T   = 20 – 400 W/m.độ Thoâng thöôøng   khi T . Phi kim loai gaïch khoâ :  = 0,35 nöôùc :  = 0,6 gaïch aåm :=1 4
Hệ số dẫn nhiệt của kim lọai nguyên chất 5
Hệ số dẫn nhiệt của hơp kim 6
Hệ số dẫn nhiệt của một số lọai khí 1. Hôi nöôùc; 2. Khí CO2; 3. Khoâng khí; 4. Acgon; 5. Oxy. 6. Nitô 7
Hệ số dẫn nhiệt của một số lọai khí và hơi nước 8
Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng • 1-Dầu vazolin; 2-Benzon; 3-Axeton; 4-Dầu ; • 5-Rượu etilic; 6-Rượu metilic; 7-Glixerin; 8-Nước 9
• Ñoái vôùi chaát loûng,  < 0 (ñoái vôùi nöôùc vaø glyxerin thì  > 0 ), do vaäy khi nhieät ñoä taêng, heä soá daãn nhieät giaûm (tröø nöôùc vaø glyxerin). Heä soá daãn nhieät cuûa moät soá chaát loûng naèm trong khoaûng töø 0.07 - 0.7 W/mK. • Heä soá daãn nhieät cuûa moät soá chaát loûng: • 1-Daàu vazolin; 2-Benzon; 3-Axeton; 4-Daàu thaàu daàu; • 5-Röôïu etilic; 6-Röôïu metilic; 7-Glixerin; 8-Nöôùc 10
III. Phöông trình vi phaân daãn nhieät Q zdz - Caùc giaû thieát khi laäp phöông trình: Qy + Vaät ñoàng chaát, ñaúng höôùng Qx + Thoâng soá vaät lyù laø haèng soá Q x dx + Vaät cöùng hoaøn toaøn + Caùc phaàn vó moâ cuûa vaät khoâng coù Q y dy Q söï chuyeån ñoäng töông ñoái vôùi nhau z + Nguoàn nhieät beân trong phaân boá ñeàu vôùi naêng suaát phaùt nhieät qv = f (x, y, z, ) [W/m.ñoä] Theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có: Tổng nhiệt lượng do dẫn nhiệt đưa vào phân tố + Tổng năng lượng phát ra do nguồn nhiệt bên trong = Tổng nhiệt lượng đưa ra khỏi phân tố bằng dẫn nhiệt + Độ biến thiên nội năng của phân tố 11
Nhiệt lượng do dẫn nhiệt đưa vào phân tố theo ba phương: t t t Q y   dxdzd Q z   dydxd Q x   dydzd y z x Nhiệt lượng phát ra do nguồn nhiệt bên trong: Q v  q v dxdydzd Nhiệt lượng do dẫn nhiệt ra khỏi phân tố:  t  Q x  dx    t  dx dydzd x  x   t  Q y  dy    t  dy dxdzd y  y      t  Q z  dz    t  dz dxdyd z  z  Độ biến thiên nội năng U  Gcdt  (dxdydz)cdt 12
Theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có Q x  Q y  Q z  Q v  Q x  dx  Q y  dy  Q z  dz  U  2t 2t 2t  Hay .c.dv.dt   2  2  2 dv.d  q v .dv.d  x y z    qv t  2 Hệ số khuếch tán nhiệt, đặc Đặt a  . t   c.  c. c. trưng cho khả năng dẫn nhiệt qv t 2  a. t  Phương trình vi phân dẫn nhiệt c.  Đối với tọa độ trụ, phương trình vi phân được viết như sau:   2 t 1 t 1  2 t  2 t  q v t  a 2   2 2  2    z  c r r r     Đối với tọa độ cầu, phương trình vi phân được viết như sau:  1  2 ( rt )  2t  qv t 1 t  1   a   r 2  r 2 sin    sin     r 2 sin 2  2   c      13
•Điều kiện đơn trị Điều kiện đơn trị gồm có: Điều kiện hình học Điều kiện vật lý Điều kiện thời gian: DNKOĐ •Điều kiện biên Điều kiện biên loại 1: Điều kiện này cho biết nhiệt độ bề mặt, là hàm của nhiệt độ và thời gian, nhưng chưa biết gradt. TNKOĐ Điều kiện biên loại 2: Điều kiện này cho biết gradt nhưng chưa biết nhiệt độ bề mặt Điều kiện biên loại 3: Cho biết nhiệt độ môi trường xq và hệ số toả nhiệt từ môi trường tới bề mặt vật. Điều kiện biên loại 4: bề mặt vât tiếp xúc lý tưởng với bềmặt khác 14
BÀI TOÁN DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH, MỘT CHIỀU, KHÔNG CÓ NGUỒN TRONG • Gỉa thiết: – Trường nhiệt độ ổn định, một chiều – Không có nguồn nhiệt bên trong • Điều kiện hình học – Vách phẳng – Vách trụ – Vách cầu 15
 1. Dẫn nhiệt qua vách phẳng a. Dẫn nhiệt qua vách phẳng 1 lớp Giả thiết vách đồng chất, đẳng hướng Hệ số dẫn nhiệt  = const    so với các chiều còn lại qv t 2t 2t 0 0 0 0 Như vậy c. 2 2 z y  2t  2t 2t 2t  qv t a. 2  0 Do đó:  a 2  2  2    x y z  c. x    2t Do a ≠ 0, do vậy: 0 2 x 16
DẪN NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG 1 LỚP T1 T2 d 17
x  0  t  t w1 Điều kiện biên:  x    t  t w 2 t w1  t w 2 Giải phương trình với điều kiện biên trên, ta có t  t w1  x  Xác định mật độ dòng nhiệt, chúng ta dựa vào định luật Fourier: dt q   dx Như vậy mật độ dòng nhiệt truyền qua vách được xác định như sau: t w  [W/m2] q  ( t w1  t w 2 )   R  R  Nhiệt trở dẫn nhiệt của vách một lớp  Sơ đồ mạng nhiệt: R   /  18
Nhiệt lượng truyền qua diện tích F trong một khoảng thời gian  được xác định như sau:  Q  qF  F ( t w1  t w 2 )J   q Độ biến thiên nhiệt độ trong vách t  t w1  x  Thực nghiệm cho thấy rằng hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ:    0 (1  bt ) Trên cơ sở định luật Fourier ta có: q  t  dt   0 1  bt  dt dx dx t w1  t w2   t w1  t w2  q   0  1  b 2   t w1  t w2  t w2     t dt  tb   0 1  b Lúc này: 2   t w1  tb t w1  t w2  q  [W/m2] Như vậy: 19
2. Dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp Giả thuyết Hệ số dẫn nhiệt của các lớp là hằng số Các lớp tiếp xúc với nhau tốt Nhiệt độ tại các bề mặt ngoài cùng không đổi Chế độ nhiệt ổn định: dòng nhiệt qua các bề mặt đẳng nhiệt bất kỳ của vách bằng nhau, nghĩa là: q  0 x Xét vách phẳng 3 lớp: Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách 3 1 2 3 lớp được xác định như sau: q t w1  t w 4  t1 t2 q [W/m2] 1  2  3  t3 t4 1 2 3 x 20 0 1 2 3