›
›

Bài giảng Truyền nhiệt & thiết bị trao đổi nhiệt - Chương 5: Trao đổi nhiệt bức xạ - Nguyễn Thị Minh Trinh

Download
MÔN HỌC:  
TRUYỀN NHIỆT  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
1
CHƢƠNG 5:  
TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
2
Chƣơng 5  
TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ  
Khái niệm cơ bản về  
bức xạ nhiệt  
Các định luật cơ bản  
về bức xạ nhiệt  
Trao đổi nhiệt bức xạ  
giữa các vật rắn đặt trong  
môi trường trong suốt  
Hai tấm phẳng  
đặt song song  
Hai vật  
bọc nhau  
Tác dụng của  
màng chắn  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
3
Chƣơng 5  
5.1. Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt  
Một vật bất kỳ có nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối (00K)  
thì luôn có sự biến đổi nội năng của vật thành năng lượng sóng  
điện từ, các sóng này truyền đi trong không gian theo mọi  
phương với tốc độ ánh sáng và được gọi là tia bức xạ.  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
4
Chƣơng 5  
5.1. Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt  
Vật có khả năng phát ra các tia bức xạ, thì nó cũng có khả  
năng hấp thụ bức xạ từ các vật khác chiếu đến. Quá trình phát  
xạ và hấp thụ luôn diễn ra đồng thời, và ta gọi đó là quá trình  
trao đổi nhiệt bằng bức xạ.  
Nếu nhiệt độ của vật càng cao thì lượng nhiệt trao đổi bằng  
bức xạ càng lớn.  
Trao đổi nhiệt bức xạ không cần tiếp xúc trực tiếp và có thể  
xảy ra trong môi trường chân không.  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
5
Chƣơng 5  
5.1. Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt  
CÁC THÀNH PHẦN CỦA NĂNG LƢỢNG BỨC XẠ  
Q0 – Năng lượng bức xạ bên ngoài  
chiếu đến vật  
QA – Phần năng lượng bị vật hấp thụ  
QR – Phần năng lượng bị vật phản xạ  
QD – Phần năng lượng xuyên qua vật  
Qo QA QR QD  
Hay  
Với A, R, D: hệ số hấp  
thụ, phản xạ, xuyên qua  
của vật  
QA QA QD  
   A R D 1  
Qo Qo Qo  
0 A, R, D 1  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
6
Chƣơng 5  
5.1. Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt  
CÁC THÀNH PHẦN CỦA NĂNG LƢỢNG BỨC XẠ (tt)  
Vật có:A = 1 được gọi là vật đen tuyệt đối  
R = 1 được gọi là vật trắng tuyệt đối (gƣơng)  
D = 1 được gọi là vật trong suốt tuyệt đối  
Ví dụ: Vật có bề mặt màu đen có A 1  
Không khí sạch có thể coi như D = 1  
Trong kỹ thuật, các vật rắn thường gặp có D = 0 và A + R = 1  
được gọi là VẬT ĐỤC  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
7
Chƣơng 5  
5.1. Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt  
CÁC THÀNH PHẦN CỦA NĂNG LƢỢNG BỨC XẠ (tt)  
Khảo sát một vật đục có: nhiệt độ T và hệ số hấp thụ A1  
- Bức xạ bản thân: E1  
- Bức xạ tới: E2  
- Năng lượng bị vật 1 hấp thụ:  
A1.E2  
- Năng lượng bị vật 1 phản xạ lại:  
(1 – A1).E2  
- Năng lượng bức xạ thực tế phát ra từ bề mặt vật:  
Ehd = E1 + (1 – A1).E2  
- Năng lượng bức xạ vật trao đổi thực với môi trường xung quanh:  
,W/m2  
q1 E1 A1E1 Ekq  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
8
Chƣơng 5  
5.2. Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt  
ĐỊNH LUẬT PLANK  
Định luật thiết lập mối quan hệ giữa khả năng bức xạ đơn sắc  
của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ và chiều dài bước sóng:  
C15  
,W/m2  
Eo  
eC T 1  
2
Với C1 và C2 là hằng số Plank thứ nhất và thứ hai  
C1 = 0,374.10–15 ,Wm2  
C2 = 1,4388.10–2 ,mK  
– Chiều dài bước sóng ,m  
T – Nhiệt độ tuyệt đối của vật ,K  
e – Cơ số logarit tự nhiên  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
9
Chƣơng 5  
5.2. Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt  
ĐỒ THỊ ĐỊNH LUẬT PLANK  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
10  
Chƣơng 5  
5.2. Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt  
ĐỊNH LUẬT WIEN  
Nhiệt độ càng tăng thì giá trị cực đại m của quang phổ  
càng dịch về phía bước sóng ngắn  
mT 2,9  
Với – Chiều dài bước sóng ,m  
T – Nhiệt độ tuyệt đối của vật ,K  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
11  
Chƣơng 5  
5.2. Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt  
ĐỊNH LUẬT STEFAN - BOLTZMANN  
Định luật thiết lập mối quan hệ giữa khả năng bức xạ bán cầu  
của vật đen tuyệt đối phụ thuộc vào nhiệt độ:  
4
T
   
,W/m2  
Eo C  
o    
100  
   
Với C0 = 5,67 ,W/m2K4 là hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối  
Đối với vật xám:  
4
4
T
T
   
   
,W/m2  
E C  
 C  
   
100  
o   
100  
   
   
Với = C/Co – là độ đen của vật 0 < < 1  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
12  
Chƣơng 5  
5.2. Các định luật cơ bản về bức xạ nhiệt  
ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF  
Định luật thiết lập mối quan hệ giữa khả năng bức xạ của vật  
với hệ số hấp thụ A  
- Xét 2 tấm phẳng đặt song song;  
1 tấm là vật đen, 1 tấm là vật xám  
E1 E2  
  Eo f T  
A1 A2 An  
En  
   
Hay  
4
T
   
C
   
E
E
100  
   
Eo     
Eo  
   A  
4
A
T
   
C
o   
100  
   
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
13  
Chƣơng 5  
5.3. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn  
TRƢỜNG HỢP HAI TẤM PHẲNG ĐẶT SONG SONG  
Mật độ dòng nhiệt do bức xạ truyền  
qua giữa 2 tấm phẳng:  
4
4   
T
T
2
     
1
C
     
o   
100  
100  
     
Q12  
F
,W/m2  
q12   
1 1  
 1  
1 2  
1
Với  
Là độ đen tương  
đương của hệ  
12   
1 1  
1  
1 2  
Sơ đồ mạng  
nhiệt trở bức xạ  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
14  
Chƣơng 5  
5.3. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn  
TRƢỜNG HỢP HAI TẤM PHẲNG ĐẶT SONG SONG  
CÓ BỐ TRÍ MÀNG CHẮN  
Xeùt trường hợp giữa 2 taám  
phaúng song song đặt một maøn  
chắn böùc xaï coù ñoä ñen c  
Mật độ dòng nhiệt do bức xạ  
truyền qua giữa 2 tấm phẳng:  
4   
T
T2  
4   
   
1
C
   
o   
100  
100  
q12   
1 1  
1 1  
1 1  
  2    
1 2  
c 2  
2 2  
Sô ñoà maïng nhieät trôû böùc xaï  
,W/m2  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
15  
Chƣơng 5  
5.3. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn  
TRƢỜNG HỢP HAI TẤM PHẲNG ĐẶT SONG SONG  
CÓ BỐ TRÍ MÀNG CHẮN (tt)  
Tröôøng hôïp n maøng chaén coù ñoä ñen khaùc nhau:  
4
4   
T
T
     
1
2
C
     
o   
100  
100  
     
,W/m2  
q12   
n
1 1  
1 1  
1 1  
  2  
   
1 2  
ci 2  
2 2  
i1  
4
4   
T
T
     
1
2
C
     
0   
100  
100  
     
,W/m2  
q12   
n
1 1  
  2  
1
n 1  
1 2  
i1 ci  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
16  
Chƣơng 5  
5.3. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn  
TRƢỜNG HỢP HAI VẬT BỌC NHAU  
Khaûo saùt:  
+ Vaät 1: dieän tích F1, nhieät ñoä T1, heä soá haáp thu A1,  
+ Vaät 2: dieän tích F2, nhieät ñoä T2, heä soá haáp thu A2,  
Vì F1 F2 : tính doøng böùc xaï Q12.  
Ñaëc ñieåm:  
Naêng löôïng böùc xạ cuûa vaät  
1 phaùt ra toaøn boä rôi treân vaät  
2, coøn naêng löôïng böùc xaï phaùt  
ra töø vaät 2 chæ coù moät phaàn rôi  
leân vaät 1, phaàn coøn laïi rôi leân  
chính baûn thaân noù.  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
17  
Chƣơng 5  
5.3. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn  
TRƢỜNG HỢP HAI VẬT BỌC NHAU (tt)  
4
4   
Co  
T
T
   
   
1
2
Q12   
F
 F  
1  21 2    
100  
   
100  
   
1
1
 21  
1  
1  
2  
- Với 21 laø soá % naêng löôïng böùc xaï cuûa vaät 2 rôi leân vaät 1  
(heä soá chieáu xaï hoaëc heä soá goùc)  
F1  
21   
F2  
Heä soá goùc 21 thuaàn tuùy mang tính chaát hình hoïc, khoâng phuï  
thuoäc baûn chaát vaät lyù cuûa vaät.  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
18  
Chƣơng 5  
5.3. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn  
TRƢỜNG HỢP HAI VẬT BỌC NHAU (tt)  
4
4   
CoF1  
T
T
     
1
2
Q12   
     
100 100  
1 F 1  
     
1   
1  
1 F 2  
2
4   
1
4
12   
ñaët  
T
T
     
1
2
Q   C F  
12 o 1   
12  
1 F 1  
     
1   
1  
100 100  
     
1 F 2  
2
Tröôøng hôïp ñaëc bieät:  
Khi F1 << F2 (töùc F1/F2 0)  
4
4   
T
T
     
1
2
Q12  1F1C  
 1F1E1 E2  
     
o   
100  
100  
     
Ñoä ñen 2 khoâng aûnh höôûng ñeán quaù trình trao ñoåi nhieät böùc xaï  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
19  
Chƣơng 5  
5.3. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn  
VÍ DỤ  
VD 5.1 Một vách phẳng được cấu tạo từ hai tấm tôn có diện  
tích F = 2m2, khoảng cách giữa chúng = 5 cm. Độ đen  
1 = 2 = 0,6. Nhiệt trở dẫn nhiệt của tôn có thể bỏ qua. Áp  
suất không khí giữa hai tấm tôn xem bằng áp suất khí trời  
(pkq = 760 mmHg).  
Tính nhiệt lượng truyền qua vách trong 4 trường hợp:  
200 C  
400C  
Q
Q
Khoâng khí B = 760 mmHg  
Khoâng khí B = 760 mmHg  
200 C  
400C  
a)  
b)  
200 C  
400C  
Q
Q
Chaân khoâng  
400C  
Chaân khoâng  
200 C  
c)  
d)  
CBGD: NGUYỄN THỊ MINH TRINH  
20  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 21 trang baolam 24540 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Truyền nhiệt & thiết bị trao đổi nhiệt - Chương 5: Trao đổi nhiệt bức xạ - Nguyễn Thị Minh Trinh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_truyen_nhiet_thiet_bi_trao_doi_nhiet_chuong_5_trao.pdf