Khái niệm cơ bản và quá trình trao đổi nhiệt của cơ thể con người với môi trường

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CÁC QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT ¡ 2.1. Những khái niệm cơ bản về nhiệt ¡ 2.2. Trao đổi nhiệt bằng phương thức dẫn nhiệt ¡ 2.3. Trao đổi nhiệt bằng phương thức đối lưu ¡ 2.4. Trao đổi nhiệt bằng phương thức bức xạ ¡ 2.5. Quá trình sinh nhiệt và trao đổi nhiệt của cơ thể con người với môi trường

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ

CÁC QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT

CHƯƠNG II

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CÁC QUÁ

TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT

¡ 2.1 Những khái niệm cơ bản về nhiệt

¡ 2.2 Trao đổi nhiệt bằng phương thức dẫn nhiệt

¡ 2.3 Trao đổi nhiệt bằng phương thức đối lưu

¡ 2.4 Trao đổi nhiệt bằng phương thức bức xạ

¡ 2.5 Quá trình sinh nhiệt và trao đổi nhiệt của cơ thể con người với môi trường

2.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NHIỆT

¡ Nhiệt năng và nhiệt độ

¡ Nhiệt động lực học

NHIỆT NĂNG VÀ NHIỆT ĐỘ

¡ Nhiệt năng là một dạng năng lượng, có trong vật chất dưới dạng chuyển động phân tử hoặc xuất hiện dưới dạng bức xạ điện từ trong không gian

¡ Nhiệt độ nhằm thể hiện sự hiện diện của nhiệt

trong vật chất.

¡ Thang đo nhiệt độ Celsius dựa trên nước: điểm đóng băng 0◦C và điểm sôi ở áp suất khí quyển bình thường 100◦C.

¡ Thang đo nhiệt độ Kelvin bắt đầu với độ 0 tuyệt đối (hoàn toàn không có nhiệt) 0◦C = 273,15◦K.

¡ Khoảng nhiệt độ là như nhau trong cả hai thang đo.

¡ Theo quy ước, một điểm trên thang đo được ký hiệu là ◦C (độ C) nhưng ký hiệu cho chênh lệch nhiệt độ hoặc khoảng nhiệt độ là K (Kelvin).

NHIỆT ĐỘNG

LỰC HỌC

¡ Định luật của nhiệt động lực học

¡ Định luật 1: định luật bảo toàn nănglượng

¡ Định luật 2: sự truyền nhiệt chỉ diễn ra một cách tự nhiện theo một hướng: từnơi nóng hơn đến nơi mát hơn

NHIỆT ĐỘNG

LỰC HỌC

¡ Sự truyền nhiệt từ nơi có nhiệt độ caosang nơi có nhiệt độ thấp có thể diễn ra theo 3 phương thức:

1 Trao đổi nhiệt bằng phương thức dẫn nhiệt

2 Trao đổi nhiệt bằng phương thức đối lưu

3 Trao đổi nhiệt bằng phương thức bức xạ

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ SỰ PHÂN BỐ NHIỆT

¡ Trường nhiệt là sự phân bố nhiệt độ trong một kết cấu, một gian phòng hay một môi trường vật chất nào đó

¡ Trường nhiệt có thể là 3 chiều, 2 chiều hay 1 chiều VD: trường nhiệt của tường thường là 1 chiều

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ SỰ PHÂN BỐ NHIỆT

¡ Đường đẳng nhiệt: là những đường chứa các điểm có cùng nhiệt độ

¡ Mặt đẳng nhiệt: là những bề mặt chứa các điểm có cùng nhiệt độ

¡ Gradient nhiệt độ: là sự biến thiên nhiệt độ theo một phương nào đó trong không gian được xác định trên một đơn vị dài:

𝜕t

𝜕x = lim∆)→+

∆t

∆x

2.2 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC DẪN NHIỆT

¡ Trao đổi nhiệt bằng phương thức dẫn nhiệt diễn ra trong một vật thể hoặc nhiều vật thể tiếp xúc với nhau bằng cách lan truyền sự chuyển động của các phân tử.

2.2 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC DẪN NHIỆT

Định luật Fourier:

Thông lượng nhiệt chảy qua một vật

liệu trong một đơn vị thời gian là tỷ

lệ thuận với trái dấu của gradien

nhiệt độ theo chiều dòng nhiệt và

với diện tích vuông góc với dòng

nhiệt

q = −𝜆 𝜕t

𝜕x

2.2 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC DẪN NHIỆT

q = −𝜆 𝜕t

𝜕x

⁄kcal (m4 h) , W/m4

¡ q: cường độ dòng nhiệt theo

phương x

¡ 𝜆: hệ số dẫn nhiệt của mội

trường vật chất

¡ ;);< : gradient nhiệt độ của môi

trường theo phương x

2.2 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC DẪN NHIỆT

q = −𝜆 𝜕t

𝜕x = −𝜆 −

𝜏> − 𝜏?d

= 𝜆

d 𝜏> − 𝜏? =

𝜏> − 𝜏?R(phương trình cơ bản của dẫn nhiệt)

¡ R = BC là nhiệt trở của kết cấu

HỆ SỐ DẪN NHIỆT 𝜆

¡ Hệ số dẫn nhiệt 𝜆 là lượng nhiệt truyền qua vật có bề dày 1 đơn vị theo phương truyền nhiệt khi có sự chênh lệch 1 đơn vị nhiệt độ trong 1 đơn vị diện tích thẳng góc với phương truyền nhiệt và trong 1 đơn vị thời gian

¡ Đơn vị: kcal (m h ℃) ,⁄ W (m K)⁄

¡ W m K = 0.86 kcal/(m h ℃)⁄

Tính cường độ dòng nhiệt đi từ bề mặt ngoài (có nhiệt độ 30oC) vào bề mặt trong (có nhiệt độ 25oC) của khối bê tông cốt thép dày 200mm?

2.2 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC DẪN NHIỆT

HỆ SỐ DẪN

2.3 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC ĐỐI LƯU

¡ Trao đổi nhiệt bằng phương thức đối lưu diễn ra từ môi trường rắn sang môi trường lỏng (hoặc khí), hoặc ngược lại.

2.3 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC ĐỐI LƯU

q = 𝛼đ tK,L − 𝜏

⁄kcal (m4 h) , W/m4

¡ q: cường độ dòng nhiệt trao đổi

bằng đối lưu

¡ tK,L: nhiệt độ môi trường lỏng

hoặc khí tiếp xúc với bề mặt kết

cấu

¡ 𝜏: nhiệt độ của bề mặt kết cấu

¡ 𝛼đ: hệ số trao đổi nhiệt bằng đối

lưu

HỆ SỐ TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG ĐỐI LƯU

¡ Hệ số trao đổi nhiệt bằng đối lưu 𝛼đ biểu thị lượng nhiệt truyền qua 1 đơn

vị diện tích trong 1 đơn vị thời gian khi có sự chênh lệch 1 đơn vị nhiệt độ giữa bề mặt kết cấu và không khí

¡ Đơn vị: kcal/(m4 h ℃) , W (m⁄ 4 K)

¡ Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phụ thuộc vào: tốc độ chuyển động của không khí (đối lưu cưỡng bức), chênh lệch nhiệt độ không khí và nhiệt độ bề mặt kết cấu (đối lưu tự do), vị trí và trạng thái bề mặt kết cấu

2.4 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC BỨC XẠ

¡ Trao đổi nhiệt bằng phương thức bức xạ diễn ra từ vật thể có bề mặt nóng hơn đến vật thể khác có nhiệt độ mát hơn.

2.3 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC BỨC XẠ

¡ Năng lượng bức xạ nhiệt truyền đến một vật bất kỳ có thể xảy ra các quá trình:

1. Phản xạ

2. Hấp thụ

3. Xuyên qua

2.3 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC BỨC XẠ

¡ Nếu nhiệt năng bị phản xạ hoàn toàn thì vật thể gọi là vật trắng tuyệt đối

¡ Nếu nhiệt năng bị hấp thụ hoàn toàn thì vật thể gọi là vật đen tuyệt đối

¡ Nếu nhiệt năng hoàn toàn xuyên qua vật thể thì vật thể gọi là vật trong suốt tuyệt đối

¡ Vật chất thông thường ở dạng vật xám

2.3 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC BỨC XẠ

¡ Công suất bức xạ nhiệt từ vật

đen tuyệt đối tuân theo định luật

2.3 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC BỨC XẠ

Q = 𝜀×𝜎×T Q ×A

→ q = ⁄ Q A = 𝜀×𝜎×T Q

⁄ kcal (m 4 h) , W/m 4

¡ Q: công suất bức xạ nhiệt

¡ q: cường độ nhiệt bức xạ

¡ 𝜎 : hằng số Stefan-Boltmann

𝜎 = 5.6703×10 XY W/ m 4 K Q

¡ 𝜀 (0~1) : tham số biểu thị độ lớn của bức xạ xảy ra ở mặt ngoài của vật

¡ T: nhiệt độ tuyệt đối (K)

¡ A: diện tích bề mặt bức xạ

2.3 TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC BỨC XẠ

1. Công suất bức xạ nhiệt biến đổi của 1 vật đặt trong môi trường?

2. Công suất bức xạ nhiệt biến đổi của 1 vật khi 2 vật bức xạ tới nhau?

2.5 QUÁ TRÌNH SINH NHIỆT VÀ TRAO ĐỔI NHIỆT CỦA CƠ THỂ CON NGƯỜI VỚI MÔI TRƯỜNG

2.5 QUÁ TRÌNH SINH NHIỆT VÀ TRAO ĐỔI NHIỆT CỦA CƠ THỂ CON NGƯỜI VỚI MÔI TRƯỜNG

PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT GIỮA CƠ THỂ VÀ MÔI TRƯỜNG

𝑀 ± 𝑅𝑑 ± 𝐶𝑣 ± 𝐶𝑑 − 𝐸𝑣 = ∆𝑆(𝑀 ± 𝑞de ± 𝑞đf ± 𝑞gh − 𝑞ij = ∆𝑆)

¡ M: nhiệt sinh ra trong quá trình trao đổi chất của con người

¡ Rd: nhiệt trao đổi bằng bức xạ

¡ Cv: nhiệt trao đổi bằng đối lưu

¡ Cd: nhiệt trao đổi bằng dẫn nhiệt

¡ Ev: nhiệt mất đi do bay hơi

¡ △S: nhiệt thừa hoặc thiếu của cơ thể con người