KỸ THUẬT NHIỆT - PHẦN 5 ppt

NỘI DUNG CƠ BẢN Phần nhiệt động : nghiên cứu các quá trình biến đổi năng lượng liên quan đến năng lượng nhiệt chủ yếu giữa CƠ NĂNG và NHIỆT NĂNG  Phần truyền nhiệt : nghiên cứu quá tr

NỘI DUNG CƠ BẢN

 Phần nhiệt động : nghiên cứu các quá trình biến đổi năng lượng liên quan đến

năng lượng nhiệt (chủ yếu giữa CƠ

NĂNG và NHIỆT NĂNG)

 Phần truyền nhiệt : nghiên cứu quá

trình trao đổi nhiệt giữa các vật

 Đối tượng nghiên cứu : chủ yếu là

MÁY NHIỆT và THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

PHẦN THỨ HAI

TRUYỀN NHIỆT

CÁC DẠNG TRAO ĐỔI NHIỆT CƠ BẢN

 Dẫn nhiệt: là quá trình trao đổi nhiệt

giữa các phần của vật hay giữa các vật

có nhiệt độ khác nhau khi chúng tiếp

xúc với nhau.

 Đối lưu: là quá trình trao đổi nhiệt nhờ

sự chuyển động của chất lỏng hoặc

chất khí giữa những vùng có nhiệt độ

khác nhau

 Bức xạ: Là quá trình trao đổi nhiệt

được thực hiện bằng sóng điện từ

DẪN NHIỆT

 Trường nhiệt độ: là tập hợp các giá trị nhiệt độ của các điểm khác nhau trong không gian khảo sát tại một thời điểm nào đó.

Trường nhiệt độ không ổn định 3 chiều:

 Mặt đẳng nhiệt: là bề mặt chứa tất cả các điểm có cùng giá trị nhiệt độ tại một thời điểm Các mặt đẳng nhiệt không

cắt nhau.

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

 Građian nhiệt độ: là tốc độ thay đổi nhiệt độ

theo hướng pháp tuyến với mặt đẳng nhiệt.

Grad(t) là một đại lượng véctơ có phương

vuông góc với mặt đẳng nhiệt và chiều + là

chiều tăng nhiệt độ.

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

 K m 

n

t n

t t

grad

lim )

 Mật độ dòng nhiệt: là lượng nhiệt

truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt đẳng nhiệt vuông góc với hướng truyền nhiệt trong một đơn vị thời gian – q

(W/m 2 )

 Dòng nhiệt: là lượng nhiệt truyền qua toàn bộ diện tích bề mặt đẳng nhiệt

trong một đơn vị thời gian – Q (W)

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

qdF

 Định luật Fourier về dẫn nhiệt:

Véc tơ mật độ dòng nhiệt có phương trùng với phương của grad(t), chiều

dương là chiều giảm nhiệt độ (ngược chiều với grad(t)).

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

W/m

; )

(

n

t t

 Hệ số dẫn nhiệt: là nhiệt lượng truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt đẳng nhiệt trong một đơn vị thời gian khi

grad(t) = 1

Hệ số dẫn nhiệt  đặc trưng cho khả

năng dẫn nhiệt của vật.

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

n t

 Phụ thuộc vào bản chất của các chất

  của kim loại nguyên chất và hầu hết chất lỏng (trừ nước và Glyxerin) giảm khi t tăng

 Chất cách nhiệt và chất khí có  tăng khi t tăng

  của vật liệu xây dựng còn phụ thuộc vào độ xốp và độ ẩm.

  ≤ 0,2 W/mK có thể làm chất cách

nhiệt

HỆ SỐ DẪN NHIỆT

 Xét dòng nhiệt truyền qua bề mặt dxdy:

 Lượng nhiệt tích lại theo phương z

PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT

2 2

2 2

z

t dxdydz

dQ

dQ

z

t dxdydz

z

t dxdy

dz z

t t

z

dxdy dQ

z

t dxdy dQ

dz z z

 Lượng nhiệt tích lại theo 3 phương:

PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT

2 2 2 2 2 2

z

t dxdydz

dQ dQ

y

t dxdydz

dQ dQ

x

t dxdydz

dQ dQ

dz z z

dy y y

dx x x

qv

 Tổng lượng nhiệt tích lại theo cả 3

2 2

2

z

t y

t x

t dxdydz

qv

 Theo định luật bảo toàn năng lượng:

t y

t x

t a

t

C

q z

t y

t x

t C

t

q dxdydz

t dxdydz C

dQ

z

t y

t x

t dxdydz

dQ

v

v v

22

2

2

22

22

2

2

22

22

qv

 Điều kiện thời gian: cho sự phân bố

nhiệt độ tại thời điểm ban đầu.

 Điều kiện hình học: cho biết hình

dạng, kích thước của vật đang khảo

 Điều kiện biên:

- Loại 1 : phân bố nhiệt độ trên bề mặt của vật ở thời điểm bất kỳ.

- Loại 2 : mật độ dòng nhiệt qua bề mặt vật

dx

dt t



 Tìm phân bố nhiệt độ (trường nhiệt độ)

 Tìm mật độ dòng nhiệt

GIẢI BÀI TOÁN DẪN NHIỆT

DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH KHI KHÔNG CÓ NGUỒN NHIỆT BÊN

TRONG

DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH, KHÔNG NGUỒN TRONG

0

0

; 0

2

2 2

2 2

2

2

2 2

2 2

t x

t

q t

C

q z

t y

t x

t a

qv

QUA VÁCH PHẲNG MỘT LỚP

R

t t

t t

t q

t t

x

t x

q t

t C t

t

x

C x

q C

Ax

t

q A

dx

dt q

t y

t x

t

w w

w w

w

w w

21

2

11

1

2

22

22

22

n w w

i

n w w

w w

w w

w w

w w

w w

t t

R R

R q t

t qR

t

t

qR t

t

qR t

t

R

t t

t

t t

t q

11

3

32

21

1

41

32

1

41

32

14

13

4

3

23

2

12

1

1

21

11

21

21

QUA VÁCH TRỤ MỘT LỚP

  W m R

t t

r r

t t

l

Q q

r

r l

Q t

t t

Q t

t

r l

Q t

C t

Q

t

r

dr l

Q dt

dr

dt rl

Q

l

w w

w w

l

w w

w w

w w

2 1

1 2

2 1

1

2 1

2 2

2

1 1

1 1

1 1

ln 2

1

ln 2

;

ln 2

ln 2

;

ln 2

2

) 2

t, z

tw1

= const

tw2dr

r1

r2

n w w

li

n w w

l

l l

l

w w

l

l l

l l w

w l

l w

w

l l w

w

l l w

w

l

w w

w w

l

d d

t t

R

t

t q

R R

R q t

t R

q t

t

R q t

t

R q t

t

R

t t

d d

t

t q

1

11

11

32

1

41

32

14

13

4

3

23

2

12

1

1

21

1

21

21

ln 2

1

ln 2

DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH KHI CÓ NGUỒN NHIỆT BÊN TRONG

DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN TRONG

0 0

; 0

2

2 2

2 2

2

2

2 2

2 2

2

2

2 2

2 2

q z

t y

t x

t

C

q z

t y

t x

t a

t

C

q z

t y

t x

t a

qv

TẤM PHẲNG ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN TRONG

v

v w

w

v v

v v

v

t x

q t

q t

C t

t x

C x

q t

x

q dx

dt

C dx

dt x

C x

q dx

dt q

dx

t d

q z

t y

t x

22

22

1

12

2

2

22

22

2

2

2 ,

2

0 0

TẤM PHẲNG ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN TRONG

  f

v f

w

f

v v

w v

v f

w

f w

v

f w

x v

t x

q t

t t

t

q x

q t

t x

q

t

q t

t

t t

q

t

t dx

dt

x

q dx

2 2

2 2

2

2 2

TẤM PHẲNG ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN TRONG

w

v o

f

v v

o

o

f

v v

v w

v v

t

q t

t

q

q t

t t x

t

q x

q

t

m

W q

q x

m

W x

q q

x

q dx

dt

dx

dt q

2

2

2

THANH TRỤ ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN TRONG

 

21

2

11

12

2

2

ln 4

2 2

2 0

0

0 0

C r

C

r

q t

r

C r

q dr

dt r

C r

q u

C r

q ur

rdr

q ur

d

rdr

q udr

rdu

q r

u dr

du dr

dt

u

q rdr

v v

v

v v

THANH TRỤ ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN TRONG

w

o v

o v w

w o

v v

t

r r

q t

r

q t

C t

t r

r

C

r

q t

C u

dr

dt r

C r

;

0

2

2 2

2 2

2 2

1

1 2

r 2ro

THANH TRỤ ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN TRONG

w

o v f

o v o

v o

f

o v o

v w

o v

o v f

w

r r

f w

f w

r r

v v

t

r

q t

r q r

q t

r

t

r q r

r

q t

r r

q t

r

q t

t

dr

dt t

t t

t dr

dt

r q dr

dt r

C r

q

dr

dt

o o

4 0

2 4

4

2

2

0 2

22

22

22

1

r 2ro

v v

t t

r

q q

r

q q

dr

dt q

r q dr

r 2ro

DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH, KHÔNG CÓ NGUỒN TRONG

 Định nghĩa: là quá trình dẫn nhiệt

tương ứng với trường nhiệt độ phụ

thuộc vào thời gian, t = f (x,y,z,).

Ví dụ: quá trình đốt nóng hoặc làm

nguội một vật là quá trình không ổn

định.

DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH

BÀI TOÁN ĐỐT NÓNG – LÀM NGUỘI MỘT VẬT

DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH, KHÔNG

2 2

2

2

2 2

2 2

2

; 0

z

t y

t x

t a

t q

C

q z

t y

t x

t a

qv

DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH, KHÔNG NGUỒN TRONG CỦA TẤM PHẲNG

a Fo

l Bi

l

x Fo Bi

f

t t x a

f

t

t dx

d

t t

dx

d a d

d t

t

dx

t

d a d

dt z

t y

t x

t a

t

o

f o

f w

w x

f o

o f

;

;

; ,

,

, , , , , ,

;

0

2

22

2

22

22

22

1 2 3

4 w

o

x -x

DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH, KHÔNG NGUỒN TRONG CỦA TẤM PHẲNG

f o

o f

m o

x f

w x

q o

t t

t t

a Fo

Bi

Fo Bi

f Q

Q C

f Q

l

x Fo

Bi f

l

x Fo

Bi f

0

; ,

1

; ,

2

0

0 0

2 0

1 2 3

4 w

o

x -x

DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH, KHÔNG NGUỒN TRONG CỦA VẬT TRỤ

 

 

 

f o

o f

m o

r f

w r

r

o o

q o

t t

t t

r

a Fo

r Bi

Fo Bi

f Q

Q C

l r Q

Fo Bi

f

Fo Bi

2

0

0 2

0

2 0

1 2 3

4 w

o

r r