Giáo trình Nhiệt kỹ thuật: Phần 2

Phần 2 giáo trình sau đây là nội dung phần “Truyền nhiệt”. Nội dung phần này gồm có 4 chương, nghiên cứu về các quy luật phân bố nhiệt độ và trao đổi nhiệt trong không gian và theo thời gian giữa các vật có nhiệt độ khác nhau. Phần “Bài tập” có nhiều mức độ khác nhau, có thể dùng cho các trường trung cấp, cao đẳng, đại học và cũng có thể dùng để kiểm tra kiến thức đầu vào cho các học viên cao học. Cuối cuốn sách có phần phụ lục cung cấp đủ số liệu cần thiết để giải các bài tập. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Nhiệt kỹ thuật: Phần 2 Phần 2 TRUYỀN N IỆT Truyền nhiệt là môn khoa h c nghiên cứu các quy luật phân bố nhiệt độ vàtrao đổi nhiệt trong không gian và theo thời gian giữa các vật có nhiệt độ khácnhau. Nó là phần lí thuyết cơ sở để tính toán các quá trình và các thiết bị traođổi nhiệt trong tự nhiên và kĩ thuật. Truyền nhiệt nghiên cứu các định luật cơ bản của các phương thức trao đổinhiệt và ứng dụng nó để khảo sát các quá trình trao đổi nhiệt phức tạp trong cácthiết bị năng lượng nhiệt. ể nghiên cứu truyền nhiệt, người ta thường dùng hai phương pháp chủyếu: phương pháp giải tích và phương pháp thực nghiệm. Phương pháp giảitích dựa vào các định luật cơ bản của vật lý, sử dụng các ph p tính giải tích đểdẫn ra luật phân bố nhiệt độ và công thức tính nhiệt. Phương pháp thực nghiệmdựa trên lí thuyết đồng dạng hoặc phân tích thứ nguyên, lập mô hình thínghiệm đo giá trị các thông số, xử lí số liệu để đưa ra công thức thực nghiệm. Nhiệt lượng là năng lượng trao đổi giữa các phần tử thuộc hai vật có nhiệtđộ khác nhau, tức có động năng trung bình phân tử khác nhau. Hiện tượng traođổi nhiệt ch xảy ra giữa hai điểm, hai hệ vật có nhiệt độ khác nhau, tức có độchênh nhiệt độ ∆t khác không. iữa hai vật cân b ng nhiệt, có ∆t = 0, nhiệtlượng trao đổi luôn b ng không. Trong tự nhiên, nhiệt lượng ch truyền từ vật có nhiệt độ cao đến vật cónhiệt độ thấp. o đó, trao đổi nhiệt là một quá trình không thuận nghịch. Các phương thức trao đổi nhiệt: Dẫn nhiệt là hiện tượng các phân tử vật 1 va chạm trực tiếp hoặc thôngqua các điện tử tự do trong vật vào các phân tử vật 2 để truyền một phần độngnăng. ẫn nhiệt xảy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các phần của một vậthoặc giữa hai vật tiếp x c nhau. ẫn nhiệt thuần t y xảy ra trong hệ gồm cácvật rắn có sự tiếp x c trực tiếp. Tỏa nhiệt là hiện tượng các phần tử vĩ mô trên bề mặt vật rắn va chạm vàocác phần tử chuyển động có hướng của một chất lỏng tiếp x c với nó để trao 87đổi động năng. Tỏa nhiệt xảy ra tại vùng chất lỏng hoặc khí tiếp x c với mặtvật rắn, là sự kết hợp giữa dẫn nhiệt và đối lưu trong lớp chất lỏng gần bề mặttiếp x c. Chuyển động có hướng đối lưu của chất lỏng có thể được sinh ramột cách tự nhiên, khi nó chịu tác động của tr ng lực và độ chênh nhiệt độ,hoặc do các lực cưỡng bức khác, khi ta dùng bơm, quạt... Cường độ tỏa nhiệt q [W/m2], sẽ được khảo sát trong chương 5, tỷ lệ thuậnvới hệ số tỏa nhiệt  [W/m2K], và được tính theo công thức Newton: q  (tw  t f )   .t Trong đó ∆t là hiệu số nhiệt độ bề mặt vật và chất lỏng. Trao đ i nhiệt bức xạ là hiện tượng các phân tử vật 1 bức xạ ra các hạt,truyền đi trong không gian dưới dạng sóng điện từ, mang năng lượng đếntruyền cho các phân tử vật 2. Khác với hai phương thức trên, trao đổi nhiệt bức xạ có thể xảy ra giữahai vật ở cách nhau rất xa, không cần sự tiếp x c trực tiếp hoặc thông qua môitrường chất lỏng hoặc khí, luôn xảy ra với sự chuyển hóa giữa năng lượngnhiệt và năng lượng điện từ. ây là phương thức trao đổi nhiệt giữa các thiênthể trong vũ trụ, chẳng hạn giữa mặt trời và các hành tinh. Quá trình trao đổi nhiệt thực tế có thể bao gồm 2 hoặc cả 3 phương thứctrao đổi nhiệt nói trên, được g i là quá trình trao đổi nhiệt phức hợp. í dụ, bềmặt vật rắn có thể trao đổi nhiệt với chất khí tiếp x c nó theo phương thức tỏanhiệt và trao đổi nhiệt bức xạ.88 Chương 4: DẪN N IỆT4.1. N NG I NIỆM CƠ ẢN 4.1.1. Khái niệm dẫn nhiệt - Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt năng khi các vật hoặc các phần của vậtcó nhiệt độ khác nhau tiếp xúc trực tiếp với nhau. * Hiện tượng dẫn nhiệt luôn liên quan tới sự chuyển động vi mô của vậtchất. Dẫn nhiệt trong chất khí là do khuyếch tán của các phân tử và nguyên tử.Dẫn nhiệt trong chất lỏng và chất cách điện là do tác dụng của sóng đàn hồi.Dẫn nhiệt trong kim loại là do sự khuyếch tán của các điện tử tự do là chủ yếu. - Trong k thuật ch tính toán dẫn nhiệt trong điều kiện vật đồng chất vàđẳng hướng. Quá trình dẫn nhiệt quan hệ chặt chẽ với sự phân bố nhiệt độ. 4.1.2. Trường nhiệt độ ể mô ta phân bố nhiệt độ trong không gian theo thời gian, ta dùng kháiniệm trường nhiệt độ. Trường nhiệt độ là tập hợp tất cả các giá trị nhiệt độ tại thời điểm đang xétcủa m i điểm trong hệ vật khảo sát. iá trị nhiệt độ tức thời tại mỗi điểm trong không gian được xác định duynhất như một đại lượng vô hướng, do đó trường nhiệt độ là trường vô hướng. iểu thức trường nhiệt độ mô tả luật phân bố nhiệt độ, cho ph p xác địnhgiá trị nhiệt độ tức thời tại thời điểm τ theo t a độ x,y,z của một điểm bất kỳtrong hệ: t = t x,y,z,τ . Theo thời gian, trường nhiệt độ được phân ra hai loại: Không ổn định và ổnđịnh. Nếu giá trị ...