›

Bài giảng Truyền nhiệt - Chương III: Cách nhiệt và tăng cường truyền nhiệt - Nguyễn Toàn Phong

Download
Chöông III  
CAÙCH NHIEÄT vaø  
Sunday, November 23, 2008  
TAÊNG CÖÔØNG TRUYEÀN NHIEÄT  
A. CAÙCH NHIEÄT  
I. CAÙC VAÁN ÑEÀ CHUNG  
1. Phaïm vi caùch nhieät  
Caùch nhieät ñeå caûn trôû doøng nhieät töø heä thoáng ra moâi  
tröôøng beân ngoaøi. Tröôøng hôïp naøy heä thoáng coù nhieät  
ñoä lôùn hôn nhieät ñoä moâi tröôøng  
ví duï: ñöôøng oáng daãn hôi, daãn nöôùc noùng, vaùch buoàng  
löûa, …  
Nhieäm vuï laø choïn beà daøy lôùp caùch nhieät ñeå toån  
thaát nhieät ôû möùc ñoä hôïp lyù.  
Khi heä thoáng coù nhieät ñoä thaáp hôn nhieät ñoä moâi  
tröôøng, thì ta phaûi caùch nhieät ñeå caûn trôû söï xaâm nhaäp  
cuûa doøng nhieät beân ngoaøi vaøo heä thoáng  
ví duï: caùc kho laïnh caáp tröõ ñoâng, nhieät ñoä dao ñoäng  
20  35  
o C, caùc ñöôøng oáng daãn nöôùc laïnh hay  
khoâng khí laïnh, …  
Trong tröôøng hôïp naøy ngoaøi nhieäm vuï caùch nhieät,  
thì chieàu daøy lôùp caùch nhieät phaûi ñuû daøy ñeå ñaûm  
baûo khoâng bò ñoïng söông treân beà maët caùch nhieät.  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 1 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 2 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
2. Xaùc ñònh chieàu daøy lôùp caùch nhieät  
Vaät lieäu caùch nhieät laø loaïi vaät lieäu coù heä soá daãn nhieät nhoû  
Vaät lieäu vaø chieàu daøy lôùp caùch nhieät ñöôïc löïa choïn treân  
cô sôû toái öu veà kinh teá  
Cô sôû ban ñaàu ñeå xaùc ñònh chieàu daøy caùch nhieät laø döïa  
vaøo heä soá truyeàn nhieät toái öu ñöôïc ñeà nghò ôû töøng khoaûng  
nhieät ñoä.  
Kieåm tra ñoïng söông ôû vaùch phía coù nhieät ñoä khoâng khí  
cao hôn trong tröôøng hôïp caùch nhieät heä thoáng laïnh.  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 3 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
II. TRÖÔØNG HÔÏP VAÙCH PHAÚNG  
Heä soá truyeàn nhieät toái öu choïn theo taøi lieäu chuyeân ngaønh  
Chieàu daøy caùch nhieät choïn theo coâng thöùc sau  
1
KF  
1
ng  
i 1  
i tr  
'     
(3-1)  
CN  
CN  
Trong ñoù  
’CN Chieàu daøy lôùp caùch nhieät, m  
CN Heä soá daãn nhieät cuûa vaät lieäu caùch nhieät, W/(m.K)  
ng, tr Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu, W/(m2 .K)  
Vaät lieäu caùch nhieät trong thöïc teá coù chieàu daøy tieâu chuaån,  
xaùc ñònh laïi heä soá truyeàn nhieät gaàn vôùi giaù trò ñaõ choïn ôû treân  
1
KF   
(3-2)  
1 CN  
ng CN  
i 1  
i tr  
Trong tröôøng hôïp vaùch kho laïnh thì chieàu daøy lôùp caùch  
nhieät phaûi ñaûm baûo ñieàu kieän nhieät ñoä vaùch phía khoâng khí  
noùng khoâng bò ñoïng söông  
tw tñs  
(3-3)  
Ñieàu kieän treân coù theå xaùc ñònh theo bieåu thöùc sau  
tng tñs  
KF 0,95ng   
tng ttr  
(3-4)  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 4 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
Trong ñoù  
tng, ttr Nhieät ñoä löu chaát phía vaùch noùng vaø vaùch laïnh  
tñs Nhieät ñoä ñoïng söông cuûa khoâng khí phía vaùch noùng  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 5 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
III. TRÖÔØNG HÔÏP VAÙCH TRUÏ  
Vieäc caùch nhieät vaùch truï caàn löu yù  
Bieåu thöùc xaùc ñònh nhieät löôïng  
t1 tf  
RR  
t1 tf  
q   
1
1
ln  
r2 r1   
2  
2r2   
Nhaän xeùt: khi chieàu daøy caùch nhieät taêng thì  
Nhieät trôû daãn nhieät taêng   
doøng nhieät coù xu höôùng giaûm  
Nhieät trôû do ñoái löu giaûm  
doøng nhieät coù xu höôùng taêng  
Coù moät giôùi haïn veà chieàu daøy lôùp caùch nhieät bieåu dieãn  
nhö ñoà thò sau  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 6 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
Ôû ñaây coù baùn kính giôùi haïn  
CN  
r   
(3-5)  
th  
Nhaän xeùt: Khi baùn kính cuûa lôùp caùch nhieät nhoû hôn rth thì  
vieäc taêng chieàu daøy lôùp caùch nhieät laøm taêng  
toån thaát nhieät  
Vieäc caùch nhieät chæ coù taùc duïng khi baùn kính  
oáng lôùn hôn baùn kính tôùi haïn rth.  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 7 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
Thöïc teá ta thöôøng gaëp tröôøng hôïp r r .  
1
th  
Duøng bieåu thöùc sau ñeå xaùc ñònh chieàu daøy caùch nhieät  
trong tröôøng hôïp oáng daãn taùc nhaân laïnh, nöôùc laïnh, …  
tng tñs  
tng ttr  
1
0,95  
(3-6)  
ng DCN  
DCN  
dng  
1  
ln  
2CN  
DCN dng  
CN   
(3-7)  
2
Trong ñoù  
0,95 Heä soá döï tröõ  
ng heä soá toûa nhieät ñoái löu veà phía khoâng khí,  
W/(m2 .K)  
CN Heä soá daãn nhieät cuûa vaät lieäu caùch nhieät, W/(m.K)  
tng Nhieät ñoä khoâng khí beân ngoaøi  
ttr  
Nhieät ñoä löu chaát chuyeån ñoäng trong oáng  
tñs Nhieät ñoä ñoïng söông cuûa khoâng khí beân ngoaøi  
CN Chieàu daøy lôùp caùch nhieät, m  
dng Ñöôøng kính ngoaøi cuûa oáng daãn, m  
DCN Ñöôøng kính cuûa lôùp caùch nhieät, m  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 8 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
B. TAÊNG CÖÔØNG TRUYEÀN NHIEÄT  
Doøng nhieät ñoái löu: Nhieät löôïng truyeàn töø beà maët coù  
nhieät ñoä tw ñeán moâi tröôøng löu chaát  
xung quanh coù nhieät ñoä tf ñöôïc xaùc  
ñònh bôûi phöông trình theo ñònh luaät  
Newton:  
QF   
tw tf  
(3-8)  
Ñeå taêng cöôøng Qα, trong tröôøng hôïp khoâng theå taêng α vaø  
t tw tf chæ coøn laïi bieän phaùp laø taêng dieän tích truyeàn  
nhieät baèng caùch gaén theâm caùc caùnh treân beà maët toûa nhieät.  
Tröôøng hôïp trao ñoåi nhieät giöõa hai löu chaát qua beà maët  
vaùch, caùnh thöôøng ñöôïc gaén veà phía löu chaát coù heä soá toûa  
nhieät ñoái löu α nhoû hôn, ví duï; khoâng khí, khoùi ...  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 9 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 10 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 11 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
I. PHÖÔNG TRÌNH VI PHAÂN  
Khaûo saùt moät caùnh nhö hình beân döôùi  
Xeùt moät phaân toá coù khoaûng caùch ñeán goác laø x, chieàu  
daøy Δx, cöôøng ñoä toûa nhieät trung bình treân beà maët laø α,  
nhieät ñoä moâi tröôøng xung quanh tf  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 12 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
Phöông trình caân baèng naêng löôïng cho phaân toá khaûo saùt:  
Naêng löôïng daãn  
daãn vaøo beà maët = ra khoûi beà maët +  
x+x  
Naêng löôïng  
Naêng löôïng toûa  
ra baèng ñoái löu  
x
Caùnh thöôøng coù tieát dieän ngang Ac nhoû (so vôùi chieàu daøi  
L), vaät lieäu laøm caùnh thöôøng coù heä soá daãn nhieät lôùn, neân  
xem tröôøng nhieät ñoä trong caùnh laø tröôøng moät chieàu, caùc  
thaønh phaàn naêng löôïng:  
Q Q xx Q  
(a)  
x
vôùi  
Q  
U x  
t tf  
(b)  
Theá vaøo phöông trình treân  
Q
xx Q  
x  
x
U  
t tf  
0  
(c)  
(d)  
(e)  
Laáy giôùi haïn x 0, ta ñöôïc:  
dQ  
dx  
U  
t tf 0  
Theo ñònh luaät Fourier  
dt  
dx  
Q Ac   
Theá phöông trình e vaøo d  
d
dx  
dt  
dx  
Ac   
  Ut t 0  
(3-9)  
f
Nguyeãn toaøn phong  
Page 13 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
II. DAÃN NHIEÄT QUA THANH COÙ TIEÁT DIEÄN KHOÂNG ÑOÅI  
Tröôøng hôïp naøy ñaëc bieät vôùi giaû thuyeát vaø thay ñoåi ít  
trong khoaûng nhieät ñoä khaûo saùt, phöông trình 3-9 ñöôïc vieát laïi  
d2t U  
t tf 0  
(3-10)  
dx2 Ac  
  t t goïi laø nhieät thöøa  
f
ñaët  
U  
m   
Ac  
phöông trình 3-10 ñöôïc vieát laïi:  
d2  
m2   0  
(3-11)  
dx2  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 14 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
Phöông trình treân coù nghieäm toång quaùt  
  C1 emx C2 emx  
(3-12)  
Hình sau theå hieän söï caân baèng naêng löôïng  
Nhieät löôïng trao ñoåi ñoái löu treân thanh baèng nhieät löôïng  
daãn qua taïi goác thanh  
d  
dx  
Qc Qgoác   Ac  
(3-13)  
x0  
Haèng soá tích phaân C1 vaø C2 tìm theo ñieàu kieän bieân dieãn  
ra ôû ñænh thanh – cô sôû xaùc ñònh laø nhieät thöøa ôû ñænh thanh.  
Thanh daøi höõu haïn coù xeùt toûa nhieät ôû ñænh  
Thanh daøi höõu haïn khoâng coù toûa nhieät ôû ñænh  
Thanh daøi voâ haïn  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 15 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
1. Tröôøng hôïp thanh daøi höõu haïn  
coù xeùt toûa nhieät ôû ñænh thanh  
Khi x 0   g  
d  
   
   
x L      
 L L  
   
dx  
xL  
U  
Ac  
Ac  
m   
Ñaët  
m  
n   
U  
Phöông trình tröôøng nhieät ñoä coù daïng:  
ch m L x nsh m L x  
  g  
(3-14)  
ch m L nsh m L  
Nhieät löôïng truyeàn qua thanh (baèng nhieät löôïng daãn qua  
goác thanh):  
n th mL  
Q Ac mg   
(3-15)  
1nth mL  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 16 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
2. Tröôøng hôïp thanh daøi höõu haïn  
khoâng coù toûa nhieät ôû ñænh thanh  
Khi x 0   g  
d  
   
   
x L   
0  
   
dx  
xL  
Phöông trình tröôøng nhieät ñoä coù daïng:  
ch m L x  
ch m L  
Nhieät löôïng truyeàn qua thanh (baèng nhieät löôïng daãn qua  
goác thanh):  
  g   
(3-16)  
Q Ac mg th mL  
(3-17)  
3. Tröôøng hôïp thanh daøi voâ haïn  
Khi x 0    g  
x     0  
Phöông trình tröôøng nhieät ñoä coù daïng:  
  g emx  
(3-18)  
Nhieät löôïng truyeàn qua thanh (baèng nhieät löôïng daãn qua  
goác thanh):  
Q  Ac m g  
(3-19)  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 17 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
Hình sau theå hieän söï thay ñoåi nhieät ñoä doïc theo thanh vaø  
öôùc löôïng löôïng nhieät trao ñoåi  
Vôùi dieãn taû nhö hình beân treân, thöïc teá ta ít khi gaëp  
tröôøng hôïp , thöôøng gaëp laø tröôøng hôïp .  
Nhö vaäy thöïc teá thöôøng gaëp laø tröôøng hôïp , nhöng seõ  
söû duïng coâng thöùc ôû tröôøng hôïp do ñôn giaõn.  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 18 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
Phaàn nhieät löôïng ñaõ boû qua coù theå ñöôïc hieäu chænh laïi  
nhö bieåu thò ôû hình sau  
Ac  
U
Lc L   
(3-20)  
Nguyeãn toaøn phong  
Page 19 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
III. DAÃN NHIEÄT QUA CAÙNH THAÚNG  
COÙ TIEÁT DIEÄN KHOÂNG ÑOÅI  
Hình beân döôùi bieåu dieãn caùnh daïng naøy  
Ñeå tính toaùn ñôn giaûn, ta thöôøng söû duïng coâng thöùc cuûa  
tröôøng hôïp   
Nguyeãn toaøn phong  
Page 20 of 30  
Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 30 trang baolam 18200 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Truyền nhiệt - Chương III: Cách nhiệt và tăng cường truyền nhiệt - Nguyễn Toàn Phong", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_truyen_nhiet_chuong_iii_cach_nhiet_va_tang_cuong_t.pdf