Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 1: Tổng quan về truyền nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

MÔN HỌC:

TRUYỀN NHIỆT

CBGD: ThS. PHAN THÀNH NHÂN

Bộ môn: Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Khoa: Cơ Khí – Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM

1

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

TRUYỀN NHIỆT

2 lôùp vöõa

t_N,α_N

t_T,α_T

gaïch oáng

2

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Sơ lược về môn học

• Tên môn học: Truyền nhiệt

• Mã môn học: 210015

• Số tiết: 42 tiết

• Số tín chỉ: 2

• Hình thức đánh giá:

 Kiểm tra giữa kỳ: 20%

 Bài tập lớn: 30%

 Kiểm tra cuối kỳ: 50%

• Tài liệu tham khảo:

 Hoàng Đình Tín, truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, NXB

Khoa học và kỹ thuật, 2001

 Hoàng Đình Tín, Bùi Hải, Bài tập nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền

nhiệt, NXB…

 J.P.Holman, Heat transfer, ninth edition, Mc Graw Hill

3

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

NỘI DUNG MÔN HỌC

• Chương 1: Tổng quan về truyền nhiệt

• Chương 2: Khái niệm cơ bản về dẫn nhiệt và phương trình vi phân dẫn nhiệt của

vật rắn

• Chương 3: Dẫn nhiệt ổn định

• Chương 4: Dẫn nhiệt không ổn định (tham khảo)

• Chương 5: Khái niệm cơ bản về trao đổi nhiệt đối lưu

• Chương 6: Toả nhiệt đối lưu tự nhiên

• Chương 7: Toả nhiệt đối lưu cưỡng bức

• Chương 8: Cơ sở lý thuyết về bức xạ

• Chương 9: Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn đặt trong môi trường trong suốt

• Chương 10: Thiết bị trao đổi nhiệt

4

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN NHIỆT

1. Tổng quan truyền nhiệt

2. Tổng quan Dẫn nhiệt

3. Tổng quan Đối lưu

3. Tổng quan Bức xạ

5

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

1. Tổng quan về truyền nhiệt

 Truyeàn nhieät laø quaù trình trao ñoåi nhieät giöõa caùc vaät theå,

caùc löu chaát khaùc nhau coù nhieät ñoä cheânh leäch nhau

 Quaù trình truyeàn nhieät laø moät quaù trình khaù phöùc taïp, noù

dieãn ra theo nhieàu daïng khaùc nhau

 Caùc daïng truyeàn nhieät naøy dieãn ra ñoàng thôøi, vaø cuøng taùc

ñoäng ñeán giaù trò nhieät ñoä, giaù trò doøng nhieät cuûa vaät theå, cuûa

löu chaát vaø cuûa moâi tröôøng khaûo saùt.

6

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

7

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

8

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Truy ền nhiệt bằng dẫn nhiệt

– Nhieät löôïng truyeàn giöõa hai vaät tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi

nhau coù cheânh leäch nhieät ñoä

– hoaëc giöõa caùc vuøng coù nhieät ñoä khaùc nhau trong moät

vaät.

9

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Truy ền nhiệt bằng đối lưu

– Nhieät löôïng trao ñoåi giöõa löu chaát vaø beà maët raén khi coù

cheânh leäch nhieät ñoä.

10

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Truy ền nhiệt bằng bức xạ

– Nhieät löôïng trao ñoåi giöõa hai vaät coù nhieät ñoä cheânh leäch

khoâng tieáp xuùc nhau trong moâi tröôøng chaát khí hoaëc

chaân khoâng.

11

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

2. Tổng quan dẫn nhiệt

 Daãn nhieät laø quaù trình truyeàn naêng löôïng do söï töông taùc,

va chaïm cuûa caùc haït nguyeân töû hay phaân töû

 Quaù trình truyeàn nhieät naêng seõ dieãn ra töø nôi coù nhieät ñoä

cao ñeán nôi coù nhieät ñoä thaáp.

Q _~∂T

F ∂x

∂T

∂x

Q = −λF ,(W)

Q : doøng nhieät truyeàn qua dieän tích F vuoâng goùc vôùi phöông truyeàn (W)

∂T

∂x

: gradient nhieät ñoä theo phöông truyeàn

: heä soá daãn nhieät cuûa vaät lieäu (W/m ñoä)

Daáu “ – “ theå hieän doøng nhieät luoân ñi töø nhieät ñoä cao ñeán nhieät ñoä thaáp.

12

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

q : mật độ doøng nhiệt

Q

∂T

∂x

q = = −λ ,(W / m²)

F

2.1 Phaùt bieåu ñònh luaät Fourier: Maät ñoä doøng nhieät truyeàn

qua baèng phöông thöùc daãn nhieät theo phöông quy ñònh tyû leä vôùi

dieän tích vuoâng goùc vôùi phöông truyeàn vaø gradient nhieät ñoä

theo phöông aáy.

T1

T( )

x

T2

q

x

13

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

2.2 Heä soá daãn nhieät cuûa vaät lieäu: (W/m ñoä)

 Heä soá daãn nhieät cuûa chất khí:

– Giaù trò cuûa heä soá daãn nhieät cho ta bieát toác ñoä truyeàn

nhieät cuûa moät chaát khí naøo ñoù nhanh hay chaäm.

– Muoán truyeàn nhieät nhanh thì caùc phaân töû khí seõ chuyeån

ñoäng nhanh vaø va chaïm maïnh vôùi nhau, ñeå xaûy ra hieän

töôïng ñoù thì phaûi gia taêng nhieät ñoä cuûa caùc phaân töû khí.

Heä soá daãn nhieät cuûa chaát khí phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä.

14

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Heä soá daãn nhieät cuûa chất lỏng:

− Baûn chaát cuûa heä soá daãn nhieät trong chaát loûng gaàn

gioáng nhö trong chaát khí.

− tuy nhieân trong chaát loûng thì phöùc taïp hôn vì caùc phaân

töû chaát loûng ôû trong moät khoâng gian kín vaø do caùc tröôøng

löïc phaân töû taùc ñoäng laøm aûnh höôûng maïnh ñeán söï trao ñoåi

naêng löôïng trong quaù trình va chaïm.

− Có thể xem cơ cấu truyền nhiệt trong chất lỏng là sự

truyền năng lượng của dao động đàn hồi hỗn loạn.

15

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Quan heä giöõa heä soá daãn

nhieät vaø nhieät ñoä cuûa chaát

loûng vaø chaát khí.

16

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Heä soá daãn nhieät cuûa chất rắn:

Naêng löôïng nhieät truyeàn qua vaät lieäu raén baèng 2 caùch:

– do quaù trình chaán ñoäng maïng tinh theå

– do söï truyeàn daãn cuûa caùc e töï do.

Caùc vaät lieäu daãn ñieän toát seõ coù tính daãn nhieät toát, nhö ñoàng,

baïc, nhoâm laø caùc chaát daãn nhieät toát.

Ngöôïc laïi vaät lieäu caùch ñieän toát cuõng seõ caùch nhieät raát toát.

17

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Moái quan heä giöõa heä soá daãn

nhieät vaø nhieät ñoä cuûa moät soá

vaät lieäu raén.

18

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

Bảng tra: Heä soá daãn nhieät cuûa moät soá vaät lieäu ôû 0^oC:

Vaät lieäu

Heä soá daãn nhieät

W/ m ^oC

Btu/h.ft.^oF

Kim loaïi

Baïc

410

385

202

93

237

223

117

54

Ñoàng

Nhoâm

Niken

Saét

Theùp 1%C

Chì

73

42

43

35

16,3

25

20,3

9,4

Theùp Croâm Niken (18%Cr,8%Ni)

Vaät lieäu phi kim loaïi

Thaïch anh

MgCO₂

Caåm thaïch

Sa thaïch

41,6

4,15

2,08 – 2,94

1,83

24

2,4

1,2 – 1,7

1,06

Kính cöûa soå

Goã thích, goã soài

Muøn cöa

0,78

0,17

0,059

0,038

0,45

0,096

0,034

0,022

Boâng thuûy tinh

Chaát loûng

Thuûy ngaân

8,21

0,556

0,54

0,147

0,073

4,74

0,327

0,312

0,085

0,042

Nöôùc

Ammoniac

Daàu boâi trôn, SAE 50

Freon 12, CCl2F2

Chaát khí

Hydro

Heli

Khoâng khí

Hôi nöôùc (baûo hoøa)

Cacbonic

0,175

0,141

0,024

0,0206

0,0146

0,101

0,081

0,0139

0,0119

0,00844

19

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

3. Tổng quan đối lưu

doøng chaát loûng

t

f

u

f

q

u

Vaän toác doøng chaûy seõ giaûm daàn ñeán 0 treân beà maët taám phaúng,

– Taïi beà maët taám phaúng: v = 0 thì quaù trình truyeàn nhieät giöõa

taám phaúng vaø chaát loûng chæ coøn laø quaù trình daãn nhieät.

– Phía treân beà maët taám phaúng: v taêng daàn vaø coù söï cheânh leäch

nhieät ñoä giöõa taám phaúng vaø doøng chaát loûng ñi qua neân söï trao ñoåi

nhieät xaûy ra laø trao ñoåi nhieät ñoái löu.

20

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 1: Tổng quan về truyền nhiệt - Phan Thành Nhân