LỰA CHỌN VẬT LIỆU XÂY TƯỜNG LÒ NUNG

LÒ NUNG THƯỜNG MẤT NHIỆT DO 2 NGUYÊN NHÂN CHÍNH: 1. Nhiệt lượng để nâng nhiệt độ tường lò nung lên đến nhiệt độ nung => CẦN VÁCH MỎNG ĐỂ TỔN THẤT ÍT. Nhiệt lượng tổn thất do truyền nhiệt ra môi trường xung quanh => CẦN VÁCH LÒ NUNG CÓ HỆ SỐ DẪN NHIỆT THẤP VÀ VÁCH DÀY ĐỂ CÁCH NHIỆT.

Nhóm 6:

Trần Ngọc Thanh Trang 61203971

NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH

6.14 LỰA CHỌN VẬT LIỆU XÂY TƯỜNG LÒ NUNG

6.15 VẬT LIỆU GIỮ NHIỆT LƯỢNG MẶT TRỜI

6.16 VẬT LIỆU GIẢM THIỂU BIẾN DẠNG NHIỆT TRONG CÁC THIẾT

BỊ ĐO CHÍNH XÁC

6.17 LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHO Ổ TRỤC BÁNH LÁI TÀU

6.18 VẬT LIỆU CHO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

6.19 VẬT LIỆU CHO MÁI CHE RADAR

6.14 LỰA CHỌN

VẬT LIỆU XÂY

TƯỜNG LÒ NUNG

LÒ NUNG THƯỜNG MẤT NHIỆT DO 2 NGUYÊN NHÂN CHÍNH:

1 Nhiệt lượng để nâng nhiệt độ tường lò nung lên đến nhiệt độ nung

=> CẦN VÁCH MỎNG ĐỂ TỔN THẤT ÍT.

2 Nhiệt lượng tổn thất do truyền nhiệt ra môi trường xung quanh =>

CẦN VÁCH LÒ NUNG CÓ HỆ SỐ DẪN NHIỆT THẤP VÀ

VÁCH DÀY ĐỂ CÁCH NHIỆT.

=> VẬY VÁCH LÒ NUNG CẦN DÀY BAO NHIÊU VÀ LÀM

BẰNG VẬT LIỆU GÌ ĐỂ GIẢM TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG

NHẤT ?

XÉT LÒ NUNG NHƯ SAU:

YÊU CẦU VẬT LIỆU

- Có khả năng cách nhiệt cho lò

nung.

- Có thể chịu được nhiệt độ tối

đa là 10000C.

- Giới hạn về bề dày lớp tường

lò nung vì vấn đề không gian.

- Giảm thiểu năng lượng tiêu tốn trong quá trình nung.

-Bề dày tường lò nung (w) và vật liệu có thể lựa chọn tự do.

1.NHIỆT LƯỢNG TỔN THẤT DO

TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH LÒ:

t w

T Q

Q

ĐỘ DÀY CỦA VÁCH THÍCH HỢP LÀ:

- VÁCH QUÁ MỎNG => TỔN THẤT NHIỆT RA MÔI TRƯỜNG NHIỀU

Þ Q1 lớn.

- VÁCH QUÁ DÀY => TỔN THẤT NHIỆT CHO VIỆC NÂNG

NHIỆT ĐỘ VÁCH LÊN BẰNG NHIỆT VẬN HÀNH NHIỀU => Q2 lớn ĐỘ DÀY VÁCH TỐT NHẤT KHI: Q1 = Q2

2 / 1 2

VẬT LIỆU THÍCH HỢP:

.VẬT LIỆU THÍCH HỢP LÀ VẬT LIỆU CÓ TỔNG TỔN THẤT Q NHỎ NHẤT Thế w vào Q ta có:

2 / 1 2

/

1 ( ) )

2 )(

( T i T o t  C p 

Q nhỏ nhất khi (Cp)1/2 nhỏ nhất

VẬT LIỆU THÍCH HỢP LÀ VẬT LIỆU CÓ M NHỎ NHẤT.   

2 /

1 2

/ 1

) ( Cp a

ĐỒ THỊ LỰA CHỌN VẬT LiỆU

GẠCH LÀ VẬT LIỆU THÍCH HỢP CHO LÒ NUNG

10000C

mút tổng hợp, nhựa tổng hợp, gỗ

ép (gỗ bần) là thích hợp với nhiệt

độ nhỏ hơn 1500C

Vật liệu M(m 2 K/W.s 1/2 ) w(mm)  

Gạch 10 -3 90 Lựa chọn tối ưu: gạch có khối lượng riêng nhỏ hơn sẽ tốt hơn Gạch chịu lửa có M khá cao

khoảng 3x10^-3

Bê tông 5x10 -4 110 Có khả năng chịu được nhiệt độ lên tới 1000 0 C

Gỗ 2x10 -3 60 Nồi đun của động cơ hơi nước được cách nhiệt bằng gỗCao su và nhựa 2x10 -3 - 3x 10 -3 50 Thường dùng cho tường mỏng và giới hạn nhiệt độ dưới 1500 C

Nhựa xốp và

gổ ép 3x10-2 50-100 Có giá trị M cao nhất nên thường dùng cách nhiệt trong nhà Giới hạn nhiệt độ dưới 150 0 C.

KẾT QUẢ TỪ ĐỒ THỊ:

MỘT SỐ LƯU Ý:

- Người ta thường ít chú ý đến nhiệt lượng mất đi do

nung nóng vách lò mà chỉ chú ý đến nhiệt lượng mất đi

do dẫn nhiệt qua vách lò ra môi trường=> SAI LẦM LÀ LÀM VÁCH LÒ QUÁ DÀY

- Việc tắt hệ thống lò sưởi vào ban đêm => CÓ THỂ KHÔNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG => VÌ CẦN 1 LƯỢNG NHIỆT KHÁ LỚN

ĐỂ NÂNG NHIỆT ĐỘ CỦA CÁC BỨC TƯỜNG VÀO BUỔI

SÁNG

6.15 Vật liệu giữ nhiệt lượng mặt trời:

1 Các phương án thu năng lượng mặt trời để sưởi ấm nhà:

Pin quang điện

Bộ trao đổi nhiệt giọt chất lỏng

Bể chứa nhiệt rắn.

Bức tường lưu giữ nhiệt.

Trong đó, phương án đơn giản nhất là các bức tường lưu giữ

nhiệt.

Hình 6.27: Là 1 bức tường giữ nhiệt Mặt trời chiếu sáng ở bên

ngoài vào ban ngày; nhiệt được tỏa ra từ bên trong vào ban đêm

Thời gian dẫn nhiệt qua tường khoảng 12 giờ

Bảng 6.27 Yêu cầu thiết kế cho hệ thống sưởi năng lượng mặt trời thụ động

Chức năng Giữ nhiệtYêu cầu Thời gian dẫn nhiệt qua tường T≈ 12h

Nhiệt độ làm việc thích hợp Tmax>

100C

Bề dày tường ≤ 0,5mMục đích Tối đa hóa khả năng giữ nhiệt lượng

đối với chi phí cho mỗi đơn vị vật liệu

Tự do lựa chọn Bề dày tường (w)

Vật liệu

 Năng suất giữ nhiệt của bức tường được tối đa hóa bằng cách chọn vật liệu

Hình 6.28 Vật liệu làm tường lưu trữ

nhiệt

Đá 3.5 3 1400 Hiệu suất tốt hơn so với bê-tông bởi nhiệt dung

riêng lớn hơn, nhưng đắt tiền hơn.

Gạch 3 1400 Không tốt bằng bê tông

Thủy tinh 3 10000 Hữu ích - một phần của bức tường có thể là

thủy tinh Titanium 3 200000 Khá hiếm, nhưng có giá trị, nhiều lựa chọn

Tốn kém.

BẢNG 6.28 Vật liệu dùng để giữ nhiệt lượng:

Tóm lại: những vật liệu trên đều tốt, tuy nhiên cần xem lại vấn đề chi phí Nếu xây nhà thì

chi phí là yếu tố quan trọng Các chi phí ước

tính trên 1 đơn vị khối lượng, lựa chọn phù hợp là bê tông, còn đá và gạch là lựa chọn thay thế.

6.16 Vật liệu giảm thiểu biến dạng nhiệt trong

các thiết bị đo chính xác

Độ chính xác của thiết bị đo lường bị ảnh hưởng bởi độ cứng và sự đổi chiều của gradient nhiệt độ.

Gradient nhiệt độ: là nguyên nhân gây ra sự thay đổi hình dạng.

Độ nhạy đối với những rung động: tác động từ tự nhiên tạo ra nhiễu và dẫn đến thiếu chính xác cho các phép đo.

Chức năng Tác dụng lực vòng cần cho các thiết bị cần chính xácYêu cầu Chịu được dòng nhiệt

Chịu được rungMục tiêu Giảm thiểu sự biến dạng

Tự chọn Vật liệu

Bảng 6.29 Yêu cầu thiết kế cho các thiết bị cần chính xác

Mục tiêu là chọn một loại vật liệu cho tác dụng lực vòng lặp

 Hình 6.29: sơ đồ một thiết bị đo lường chính xác:

Trong trạng thái ổn định, quy luật Fourier là: q = -λdT/dx

Sức căng liên quan đến nhiệt độ bằng biểu thức : ε = α(T0-T)

Sự biến dạng là tỷ lệ thuận với gradient của sự căng:

(

Sự biến dạng được giảm thiểu bằng cách chọn vật liệu có: M1 =

Những rung động uốn có tần số thấp nhất; chúng tỷ lệ thuận với: M2=

Việc lựa chọn Hình 6.30

Vật liệu M1 =

(W/m) M2 = /ρ(/(Mg/)) Chú thíchSilic 6x 5.2 Tốt nhất, cho M1 và M2 cao

Silic carbide

(SiC) 3x 6.4 Tốt, cho M1 và M2 cao nhưng khó định hình hơn so

với siliconĐồng 2x 1.3 tỷ trọng cao sẽ cho giá trị

M2 thấp

Vonfram 3x 1.1 tốt hơn so với đồng, bạc

hoặc vàng, nhưng không tốt bằng silicon hoặc SiC

Hợp kim nhôm 3.3 giá rẻ nhất và dễ tạo hình

Bảng 6.30 Vật liệu để giảm thiểu biến dạng nhiệt:

Hoạt động trong điều kiện khắc

nghiệt như: chịu áp lực cao và rung động lớn.

Cát và mảnh vỡ có thể bị mắc kẹt giữa các bề mặt ổ trục.

Môi trường làm việc là muối nước

đòi hỏi thiết kế phải đáp ứng được.

6.17 LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHO Ổ TRỤC BÁNH

LÁI TÀU:

YÊU CẦU VẬT LIỆU Ổ TRỤC BÁNH LÁI:

 Chịu được sự ăn mòn do ma sát của nước.

 Chống ăn mòn trong nước biển (ăn mòn điện hóa, cũng như

mài mòn bởi cát ).

 Chống rung cao.

 Kéo dài tuổi thọ, giảm thiểu tỉ lệ ăn mòn.

=> TÌM một loại vật liệu chịu lực, ít bị ăn mòn trong nước muối, có thể hoạt động mà không cần bôi trơn đầy đủ.

TỐC ĐỘ ĂN MÒN:

VÀ ĐỘ CỨNG H NHỎ.

M1 = ka và M2 =kaH phải nhỏ

Vật liệu Chú thích

PTFE, polyethylenes

polypropylenes, nylon Ma sát thấp và khả năng chống mài mòn tốt ở áp lực thấp

Thủy tinh gia cố PTFE, polyethylene

và polypropylene tổng hợp Chịu và chống ăn mòn tốt trong nước biển Có thể thay thế cho đồng

nếu áp lực không quá lớn

Silicon carbide SiC, alumina Al2O3,

tungsten carbide WC

Khả năng chống và chịu ăn mòn tốt nhưng có tính va chạm kém và giảm xóc rất thấp

CÁC LOẠI VẬT LIỆU THÍCH HỢP:

MỞ RỘNG:

ổ trục cho bánh lái tàu lớn bằng Nylon-6 có ưu điểm:

(A) Kháng mài mòn với ma sát của nước được cải thiện.

(B) Không cần bôi trơn

Thiết bị trao đổi nhiệt lấy nhiệt từ một lưu chất và truyền qua nó 1 giây.

6.18 Vật liệu cho thiết bị trao đổi nhiệt

Hình 6.33 Thiết bị trao đổi nhiệt

Bảng 6.33: Những yêu cầu về thiết kế cho thiết bị trao đổi nhiệt

Chức năng Thiết bị trao đổi nhiệt

Yêu cầu

Chịu được chênh lệch áp suất Dp

Chịu được ion clorua

Nhiệt độ hoạt động lên đến 150C

Dòng nhiệt vào thành ống bằng đối lưu (W/m2) được mô tả bằng phương trình truyền nhiệt:

t

 D



 là độ dẫn nhiệt của vách ( độ dày t)

 DT là chênh lệch nhiệt độ qua vách

1 2

U được gọi là “hệ số truyền nhiệt tổng quát”

Dòng nhiệt từ lưu chất 1 đến lưu chất 2 được tính bằng:

Tính liên tục của dòng nhiệt đòi hỏi tổng trở 1/U là:

Xét một thiết bị trao đổi nhiệt với n ống có chiều dài L, bán kính r và chiều dày vách t.

Điều kiện bắt buộc: bề dày vách phải đủ để chịu áp suất Dp giữa bên trong và bên ngoài

Đòi hỏi ứng suất trong vách duy trì dưới giới hạn đàn hồi, sy, của vật liệu làm ống

y

pr t

s  D  s

=> bắt buộc giá trị t cực tiểu

(1)

(2)

Thay (2) vào (1) ta được:

( y )

A T Q

Hình 6.34 Một biểu đồ của giới hạn đang hồi , sy cản trở hệ số dẫn nhiệt 

Bảng 6.34 Vật liệu cho thiết bị trao đổi nhiệt

Vật liệu Ghi chú

Đồng thau Có khả năng khử kẽm

Đồng photpho Rẻ, nhưng không chống lạị ăn mòn bằng hợp

kim nhôm-đồngĐồng-nhôm, gia công

áp lực Lựa chọn thực tiễn và có tính kinh tế

Niken-Sắt-Nhôm-Đồng Chống lại ăn mòn tốt hơn nhưng đắt.

Việc làm tối thiểu khối lượng của thiết bị trao đổi nhiệt Lặp lại kết quả tính toán

để tìm những vật liệu có giá trị Q/m cực đại ( m là khối lượng ống), thay vì M1,

Tương tự, thiết bị trao đổi nhiệt rẻ nhất được làm từ những vật liệu với giá trị lớn

C m là chi phí trên mỗi kg vật liệu

=> 2 trường hợp hợp kim nhôm đạt giá trị cao vì chúng nhẹ và rẻ

6.19 VẬT LIỆU CHO MÁI CHE RADAR:

HÌNH DẠNG:

Hình cầu, nón, phẳng, v.v…

CHỨC NĂNG:

• Bảo vệ radar khỏi tác động của thời tiết.

• Đảm bảo độ suy giảm tín hiệu điện từ truyền đi hoặc nhận được của anten là tối thiểu.

• Bảo vệ nhân viên gần đó vô tình bị thương khi anten đột ngột quay chuyển hướng (dạng hình cầu).

MÁI CHE RADAR DẠNG HÌNH CẦU:

Hình 6.35 Một mái che radar

Bảng 6.35 Yêu cầu thiết kế cho một mái che radar

CÁC MÔ HÌNH:

SỰ HẤP THU TÍN HIỆU ĐI QUA MÁI CHE:

f: tần số (vòng/s)

ε: hằng số điện môi của vật liệu

tanδ: độ mất điện tích

A: biên độ của sóng (m)

ε0: hằng số điện môi của chân không (bằng 1)

∆U/U: độ tổn thất năng lượng sóng

Độ tổn thất năng lượng sóng trên 1 đơn vị bề dày là:

=> Làm giảm tối thiểu tổn thất năng lượng sóng bằng cách làm lớp vỏ càng mỏng

càng tốt

Áp suất chênh lệch tạo ra một ứng suất lên lớp vỏ:

Thay vào phương trình (6.77) được:

Tổn thất năng lượng sóng được giảm thiểu bằng cách tối đa hóa chỉ số

LỰA CHỌN VẬT LIỆU:

LỰA CHỌN VẬT LIỆU:

Bảng 6.36: vật liệu cho mái che radar