Bài giảng Truyền nhiệt

Nội dung bài giảng gồm có các đề cương bài giảng chi tiết về truyền nhiệt, đun nóng – làm nguội – ngưng tụ, quá trình cô đặc và kỹ thuật lạnh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Truyền nhiệtBÀI GIẢNG SỐ 1I.SỐ TIẾT: 05TÊN BÀI GIẢNG: Chương 1. Truyền nhiệtII. MỤC TIÊU:Sinh viên Nắm vững các khái niệm về truyền nhiệt, các quá trình truyền nhiệt cụthể: truyền nhiệt ổn định và không ổn định, dẫn nhiệt, cấp nhiệt, bức xạ nhiệt,đối lưu,…III. ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY: Giáo trình Quá trình và thiết bị Truyền nhiệt. Tài liệu tham khảo: Các QT&TB trong CNHH&TP – Tập 3 – Phạm Xuân Toản. Máy chiếu overhead hoặc projectorIV. NỘI DUNG BÀI GIẢNGGiới thiệu môn học. (15 phút)Tổng quan và các khái niệm.(15 phút) Khái niệm và ý nghĩa của truyền nhiệt trong cong nghiệp và đời sống. Phân biệt truyền nhiệt ổn định và không ổn định Các phương thức của truyền nhiệt: dẫn nhiệt, cấp nhiệt, đối lưu nhiệt, bức xạnhiệt.A. Dẫn nhiệt.1. Trường nhiệt độ và Gradien nhiệt độ (15 phút) Trường nhiệt độ: Tập hợp tất cả các giá trị của nhiệt độ trong vật thể, trong môitrường tại một thời điểm nào đó. Mặt đẳng nhiệt: Tập hợp tất cả các điểm có cùng một giá trị nhiệt độ tại một thờiđiểm. Gradien nhiệt độ: Sự thay đổi nhiệt độ trên một đơn vị chiều dài theo phươngpháp tuyến với bề mặt đẳng nhiệt là lớn nhất, kí hiệu Gradt.t dtlim Gradtn0 n dn Gradt là một vectơ có phương trùng với phương pháp tuyến của bề mặt đẳngnhiệt, có chiều là chiều tăng nhiệt độ - ngược với chiều của dòng nhiệt, có độ lớnbằng đạo hàm của nhiệt độ theo phương pháp tuyến2. Định luật dẫn nhiệt Furier (15 phút)1 Định luật: Một nguyên tố nhiệt lượng dQ dẫn qua một đơn vị bề mặt dF trongmột đơn vị thời gian d thì tỉ lệ với Gradt, với bề mặt dF và thời gian ddQ  .dt.dF .ddn Đối với quá trình truyền nhiệt ổn định:Q   .dt.Fdn - Gọi là hệ số tỷ lệ hay còn gọi là hệ số dẫn nhiệt.J .m dQ.dn  2 o dF .dt.d  m .s. C. [ ]   Độ dẫn nhiệt biểu thị khả năng dẫn nhiệt của vật chất nên nó là đại lượng đặctrưng cho tính chất vật lý của vật chất3. Dẫn nhiệt qua tường phẳng3.1. Tường phẳng một lớp (20 phút) Xét một tường phẳng có chiều dày  được làmbằng một vật liệu đồng chất có hệ số dẫn nhiệt .Giả sử tường có chiều dài và chiều rộng rất lớn sovới chiều dày.tT1, tT2 - nhiệt độ của 2 bề mặt tường, tT1 > tT2 Theo phương trình vi phân dẫn nhiệt của Furier:t a. 2 t 2t  2 t  2 t  2tlà toán tử Laplacex 2 y 2 z 2 Quá trình dẫn nhiệt là ổn định thìt 0 . Do a  0 nên 2t = 0d 2t0dx 2 Lấy tích phân hai lần phương trình ta được:t = C1x + C2 sự dẫn nhiệt qua tường phẳng một lớp thì sự biến thiên nhiệt độ theo chiều dày(trục ox) là đường thẳng.o Nếu x = 0 thì t = tT1, từ phương trình suy ra C2 = tT12oNếu x =  thì t = tT2, từ phương trình (1.5) suy ra C1 t tt  T1 T 2 x  tT2Mặt khác:Gradt Vậy:Qdt tT 2  tT 1dxt t.F T1 T 23.2. Tường phẳng nhiều lớp (20 phút) Giả sử các lớp tường có chiều dày theo thứthự lần lược là 1, …n. Độ dẫn nhiệt tươngứng là 1, 2, 3…n. Nhiệt độ hai bề mặttường lần lược là tT1 và tT2 (tT1>tT2) và nhiệtđộ các lớp trong theo thứ tự ta, t1, t2,…tn.  Lớp thứ 1 : Q1  1  t T  t1  F1  1Q1. 1  tT 1  t1 F1 Lớp thứ 2: Q2 . 2  t  t F1 22 Lớp thứ n: Qn . n  t  tFn T2n Vậy:t t.FQ  T1 T 2n ii 1 i4. Dẫn nhiệt qua tường ống4.1. Tường ống một lớp (20 phút) Ta xét tường hình ống một lớp có chiều dài L, bán kínhtrong r1, bán kính ngoài r2 độ dẫn nhiệt . Bên trong tườngcó nguồn nhiệt. Vì dẫn nhiệt ổn định nên nhiệt độ mặttrong tường tT1 và tT2 là không đổi theo thời gian. Do tườngống nên bề mặt dẫn nhiệt của nó thay đổi từ trong ra ngoài.3tt  tt21 Ta xét một lớp tường mỏng có bán kính r và chiều dày dr theo định luật Furierlượng nhiệt dẫn qua lớp tường này như sau”dtF, wdrQ = -Trong đó: F = 2..r.Ldr2L= -dtrQLấy tích phân giới hạn từ r1 đến r2 và từ tT1 đến tT2 ta có:Q =2L(t 1  t 2 )1 r2ln r14.1. Tường ống nhiều lớp (15 phút)Q2L (t1  t 2 )1 ri  i ln ri1i 1i n5. Bài tập (45 phút)Bài 6, 13. (Giáo trình QT&TB TN trang 68, 71)B. Nhiệt đối lưu1. Khái niệm (15 phút) Quá trình truyền nhiệt trong môi trường lỏng và khí chủ yếu bằng dòng đối lưu.Quá trình vận chuyển nhiệt từ chất lỏng hay chất khí tới tường hoặc ngược lạigọi là quá trình cấp nhiệt. Dòng đối lưu được phân ra hai dạng đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức Đối lưu tự nhiên là sự chuyển động của chất lỏng hoặc chất khí do sự chênh lệchkhối lượng riêng của các phần tử chất lỏng hoặc chất khí ở các điểm có nhiệt độkhác nhau. Đối lưu cưỡng bức là sự chuyển động của chất lỏng hoặc khí do có tác dụng cơhọc bên ngoài như khuấy hoặc bơm. Trong đối lưu cưỡng bức, quá trình trao đổi nhiệt mãnh liệt hơn đối lưu tự nhiên.2. Định luật cấp nhiệt Newton (15 phút) Định luật: lượng nhiệt dQ do một nguyên tố bề mặt dF của vật thể có nhiệt độ tTcấp cho môi trường xu ...