Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
CÁC DẠNG TRAO ĐỔI NHIỆT CƠ BẢN
Dẫn nhiệt: là quá trình trao đổi nhiệt
gi
41 trang |
Chia sẻ: huongnhu95 | Lượt xem: 513 | Lượt tải: 2
Tóm tắt tài liệu Bài giảng kĩ thuật nhiệt - Chương 4: Dẫn nhiệt, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ữa 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
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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:
t = f (x, y, z, )
Trường nhiệt độ ổn định 3, 2, 1 chiều:
t = f (x, y, z); t = f (x, y); t = f (x)
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
mK
n
t
n
t
tgrad
n
/lim)(
0
x
n
t
t + ∆t
t - ∆t
∆n
∆x
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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/m2)
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
F
qdFQqdFdQ ;
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
2W/m;)(
n
t
tgradq
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
K
n
t
q
W/m
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
Phụ thuộc vào bản chất của các chất
rắn > lỏng > khí
Phụ thuộc vào nhiệt độ
= o(1 + bt)
o - hệ số dẫn nhiệt ở 0
oC
b - hệ số thực nghiệm (+/-)
HỆ SỐ DẪN NHIỆT
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
dxdydzdQdQ
z
t
dxdydz
z
t
dxdy
dz
z
t
t
z
dxdydQ
z
t
dxdydQ
dzzz
dzz
z
z
y
x
dQx dQx+dx
dQy
dQy+dy
dQz
dQz+dz
dx
dy
dz
qv
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
Lượng nhiệt tích lại theo 3 phương:
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT
2
2
2
2
2
2
z
t
dxdydzdQdQ
y
t
dxdydzdQdQ
x
t
dxdydzdQdQ
dzzz
dyyy
dxxx
z
y
x
dQx dQx+dx
dQy
dQy+dy
dQz
dQz+dz
dx
dy
dz
qv
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
Tổng lượng nhiệt tích lại theo cả 3
phương:
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT
2
2
2
2
2
2
z
t
y
t
x
t
dxdydzdQ
z
y
x
dQx dQx+dx
dQy
dQy+dy
dQz
dQz+dz
dx
dy
dz
qv
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
Theo định luật bảo toàn năng lượng:
a - hệ số dẫn nhiệt độ [m2/s]
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT
C
q
z
t
y
t
x
t
a
t
C
q
z
t
y
t
x
t
C
t
qdxdydz
t
dxdydzCdQ
z
t
y
t
x
t
dxdydzdQ
v
v
v
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
.
z
y
x
dQx dQx+dx
dQy
dQy+dy
dQz
dQz+dz
dx
dy
dz
qv
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
sát.
Điều kiện vật lý: thông số vật lý của vật
đang khảo sát.
ĐIỀU KIỆN ĐƠN TRỊ
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
ở thời điểm bất kỳ.
- Loại 3: quy luật trao đổi nhiệt giữa bề mặt
của vật với môi trường xung quanh.
ĐIỀU KIỆN ĐƠN TRỊ
0
x
fw
dx
dt
tt
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH, KHÔNG NGUỒN
TRONG
0
0;0
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
z
t
y
t
x
t
q
t
C
q
z
t
y
t
x
t
a
t
v
v
z
y
x
dQx dQx+dx
dQy
dQy+dy
dQz
dQz+dz
dx
dy
dz
qv
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
QUA VÁCH PHẲNG MỘT LỚP
R
ttt
ttqttx
tx
q
t
tCttx
Cx
q
CAxt
q
A
dx
dt
q
A
dx
dt
dx
td
z
t
y
t
x
t
ww
www
w
ww
21
212
1
11
2
2
2
2
2
2
2
2
,
,0
00
x
t
tw1
= const
tw2
dx
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
QUA VÁCH PHẲNG NHIỀU LỚP
i
i
nww
i
nww
wwww
ww
ww
ww
ww
wwww
ww
tt
R
tt
q
tt
RRR
tt
q
RRRqtt
qRtt
qRtt
qRtt
R
tttt
ttq
1111
3
3
2
2
1
1
41
321
41
32141
343
232
121
1
21
1
1
21
21
1
1
x1
t
tw1
1
tw2
tw3
tw4
2 3
2 3
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
QUA VÁCH TRỤ MỘT LỚP
m
W
R
tt
r
r
tt
l
Q
q
r
r
l
Q
ttttrr
r
r
l
Q
tt
r
l
Q
tCttrr
Cr
l
Q
t
r
dr
l
Q
dt
dr
dt
rlQ
l
wwww
l
www
w
ww
21
1
2
21
1
2
1222
1
1
1111
ln
2
1
ln
2
;
ln
2
ln
2
;
ln
2
2
)2(
r
r
t, z
tw1
= const
tw2
dr
r1
r2
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
QUA VÁCH TRỤ NHIỀU LỚP
i
i
i
nww
li
nww
l
lll
ww
l
llllww
llww
llww
llww
l
wwww
l
d
d
tt
R
tt
q
RRR
tt
q
RRRqtt
Rqtt
Rqtt
Rqtt
R
tt
d
d
tt
q
1
1111
321
41
32141
343
232
121
1
21
1
2
1
21
ln
2
1
ln
2
1
rr1
t
tw1
1
tw2
tw3
tw4
2 3
r2
r3
r4
DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH KHI
CÓ NGUỒN NHIỆT BÊN
TRONG
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
2
v
v
v
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
t z
y
x
dQx dQx+dx
dQy
dQy+dy
dQz
dQz+dz
dx
dy
dz
qv
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
TẤM PHẲNG ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN
TRONG
wv
v
ww
vv
vv
v
tx
q
t
q
tCttx
Cx
q
tx
q
dx
dt
C
dx
dt
x
Cx
q
dx
dtq
dx
td
q
z
t
y
t
x
t
22
2
2
2
2
1
12
2
2
2
2
2
2
2
2
2
,
2
00,0
0
0
x
2
t
tw
= const
tw
tftf
-x
to
0
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
TẤM PHẲNG ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN
TRONG
fvfw
f
vv
w
v
v
fw
fw
v
fw
x
v
tx
q
ttt
t
q
x
q
t
tx
q
t
q
tt
tt
q
tt
dx
dt
x
q
dx
dt
22
22
22
2
2
2
x
2
t
tw
= const
tw
tftf
-x
to
0
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
TẤM PHẲNG ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN
TRONG
w
v
o
f
vv
o
o
f
vv
vw
v
v
t
q
t
t
qq
t
ttx
t
q
x
q
t
m
W
qqx
m
W
xqq
x
q
dx
dt
dx
dt
q
2
2
;0
2 2
2
22
2
2
x
2
t
tw
= const
tw
tftf
-x
to
0
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
THANH TRỤ ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN
TRONG
21
2
11
1
2
2
2
ln
4
22
2
0
0
0
0
CrC
rq
t
r
Crq
dr
dt
r
C
r
q
u
Cr
q
urrdr
q
urd
rdr
q
udrrdu
q
r
u
dr
du
dr
dt
u
q
rdr
dt
dr
td
v
vv
vv
v
v
v
r
2ro
t
tw
= const
tw
tftf
r
to
0
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
THANH TRỤ ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN
TRONG
w
ov
ov
w
wo
v
v
t
rrq
t
rq
tC
ttrr
C
rq
t
C
u
dr
dt
r
Cr
q
ur
4
4
;
4
0
0;0
2
22
2
2
2
2
1
1
2
r
2ro
t
tw
= const
tw
tftf
r
to
0
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
THANH TRỤ ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN
TRONG
w
ov
f
ovov
o
f
ovov
w
ov
ov
fw
rr
fwfw
rr
vv
t
rq
t
rqrq
tr
t
rqrrq
t
rrq
t
rq
tt
dr
dt
tttt
dr
dt
rq
dr
dt
r
Crq
dr
dt
oo
424
0
244
2
2
0
2
22
2222
1
r
2ro
t
tw
= const
tw
tftf
r
to
0
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
THANH TRỤ ỔN ĐỊNH, CÓ NGUỒN
TRONG
fw
ov
w
v
v
tt
rq
q
rq
q
dr
dt
q
rq
dr
dt
2
2
2
r
2ro
t
tw
= const
tw
tftf
r
to
0
DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN
ĐỊNH, KHÔNG CÓ NGUỒN
TRONG
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
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
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
BÀI TOÁN ĐỐT NÓNG – LÀM NGUỘI
MỘT VẬT
tf
x
2
t
tw
= const
tw
-x
to
0
= 0
= tf
1
2
3
4
t
x = 0
x =
=
Q
=
Q = f(
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH, KHÔNG
CÓ NGUỒN TRONG
2
2
2
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
t
v
v
z
y
x
dQx dQx+dx
dQy
dQy+dy
dQz
dQz+dz
dx
dy
dz
qv
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH, KHÔNG
NGUỒN TRONG CỦA TẤM PHẲNG
l
l
a
Fo
l
Bi
l
x
FoBif
ttxaf
tt
dx
d
tt
dx
d
a
d
d
tt
dx
td
a
d
dt
z
t
y
t
x
t
a
t
o
fo
fww
x
foo
f
;;;,,
,,,,,,
;0
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
= const
w
to
0
0
= 0
=
0
1
2
3
4
w
o
x-x
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH, KHÔNG
NGUỒN TRONG CỦA TẤM PHẲNG
foofmoxfwx
qo
o
x
o
x
tttttt
a
FoBi
FoBif
Q
Q
CfQ
l
x
FoBif
l
x
FoBif
;;
;;
,;2
0;,
1;,
2
0
0
0
2
0
1
2
= const
w
to
0
0
= 0
=
0
1
2
3
4
w
o
x-x
Le Anh Son, Power engineering department, Hua
DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH, KHÔNG
NGUỒN TRONG CỦA VẬT TRỤ
foofmorfwrr
o
o
qoo
o
r
o
rr
tttttt
r
a
Fo
r
Bi
FoBif
Q
Q
ClrQ
FoBif
FoBif
o
o
;;
;;
,;
,
,
2
0
02
0
2
0
1
2ro
= const
w
to
0
0
= 0
=
0
1
2
3
4
w
o
rr
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_ki_thuat_nhiet_chuong_4_dan_nhiet.pdf