Truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt Bộ mơn cơng nghệ nhiệt lạnh Ts Nguyễn Minh Phú nmphu@yahoo.com.vn Chương 1: Giới thiệu • Các lĩnh vực liên quan đến truyền nhiệt Các hình thức truyền nhiệt Các định luật truyền nhiệt Q  F T  Q  F(Tw  Tf ) Ví dụ xác định hệ số dẫn nhiệt LỚP NHIỀU LỚP LỚP NHIỀU LỚP VÁCH TRỤ VÁCH PHẲNG CÁNH Tổng quan mơn học truyền nhiệt TBTĐN THANH DẪN NHIỆT TRUYỀN NHIỆT ĐỐI LƯU BỨC XẠ CÁC VẬT SONG SONG CÁC VẬT BỌC NHAU Thiết bị trao đổi nhiệt TỰ NHIÊN CƯỢNG BỨC KHÔNG GIAN KHÔNG GIAN TRONG HẸP RỘNG ỐNG NGOÀI ỐNG ỐNG ĐƠN CHÙM ỐNG Các phương trình vi phân truyền nhiệt dòng lưu chất • Phương trình liên tục • Phương trình động lượng • +Sx +Sy +Sz • Phương trình lượng T T T T    2T  2T  2T  q u v w      t x y z c  x y z  c Phương trình vi phân dẫn nhiệt T T T T    2T  2T  2T  q u v w      t x y z c  x y z  c Hệ số khuyếch tán nhiệt a   c Tọa độ trụ T   2T T  2T  2T  q a       t r r r  z  c  r Tọa độ cầu 1 2 T   a   rT    t r sin   r r T   2T  q    sin  2 2   r sin    c  Điều kiện ban đầu điều kiện biên Điều kiện biên nhiệt độ Điều kiện ban đầu điều kiện biên (tt) Điều kiện biên dòng nhiệt Điều kiện biên cách nhiệt Bán kính tới hạn lớp cách nhiệt Chương 2: Dẫn nhiệt ổn định chiều I Dẫn nhiệt qua vách phẳng II Dẫn nhiệt qua vách trụ Vách trụ lớp Vách trụ nhiều lớp Dẫn nhiệt qua f  R Xét có tiết diện khơng đổi U  2R g  x d t U t  t f    f dx   t  t f  U m f d 2  m 0 dx   C1e mx  C e  mx Ux t  t f qf  qf x x x  x Điều kiện biên g   t  t f  U m f d 2  m 0 dx   C1e mx  C e  mx Điều kiện biên thứ 1: x      g  tg  t f Điều kiện biên thứ 2:  mx Trường hợp 1: Thanh dài vơ hạn:    g e Nhiệt lượng truyền qua thanh: d Q   f  fg m  g Uf dx x 0 Điều kiện biên (tt) Trường hợp Bỏ qua tỏa nhiệt đỉnh (Cách nhiệt đỉnh) d dx 0 xL g chm( L  x ) m ( L x )  m ( L x )     mL e  e   g e  e mL ch( mL) Nhiệt lượng truyền qua thanh: U Q g th( mL)  mfg th( mL) m Vd: Một cánh nhơm, hệ số dẫn nhiệt 200W/m.K, dày 3mm, dài 7,65cm, rộng 1m Nhiệt độ gốc cánh 300oC, nhiệt độ mơi trường xung quanh 50oC, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cánh lưu chất xung quanh 10W/m2.K Tính nhiệt lượng truyền qua cánh (Bỏ qua tỏa nhiệt đỉnh) ĐS: 359W Điều kiện biên (tt) Trường hợp Tỏa nhiệt đỉnh (Tổng qt) f/U Vd: Tính lại dùng chiều dài cánh hiệu chỉnh Bài 9.21 Cánh có tiết diện thay đổi Hiệu suất cánh c  Q Nhiệt lượng thực truyền qua cánh  c Nhiệt lượng truyền qua cánh toàn  Q clt   bề mặt cánh có nhiệt độ nhiệt độgốc cánh  Nhiệt lượng truyền qua cánh lý tưởng Q clt  Fc  g Cánh tiết diện khơng đổi Q clt  UL g U Qc  g th( mL) m thmL c  mL (Bỏ qua tỏa nhiệt đỉnh) Hiệu suất cánh (tt) Cánh tiết diện thay đổi VD: 9.23 câu b Dẫn nhiệt ổn định nhiều chiều 2D T T T T    2T  2T  2T  q u v w      t x y z c  x y z  c Giới thiệu phương pháp sai phân hữu hạn Khai triển Taylor Ví dụ Tính nhiệt độ nút 1, 2, 4? Dẫn nhiệt khơng ổn định 1D T T T T    2T  2T  2T  q u v w      t x y z c  x y z  c Hệ số khuyếch tán nhiệt a   c Giới thiệu phương pháp sai phân hữu hạn Điều kiện ổn định at  x Ví dụ Cho thép dài 10cm, ban đầu thép có nhiệt độ 200oC, đột ngột đầu bên trái tiếp xúc với vật có nhiệt độ 200oC đầu bên phải tiếp xúc với vật có nhiệt độ 80oC Dùng phương pháp sai phân hữu hạn, tính nhiệt độ vò trí 1, sau 20s, 40s, 60s Thanh thép có hệ số dẫn nhiệt 50W/m.K, khối lượng riêng 7800kg/m3, nhiệt dung riêng c=0,47kJ/kg.K 200oC Cách nhiệt 80oC clc clear all lambda=50; rho=7800; c=470; a=lambda/(c*rho); deltax=0.025; deltat=10; %second deltatmax=deltax^2/(2*a); if deltat>=deltatmax disp('giam deltat') end r=a*deltat/deltax^2; T=[200 200 200 200 80]; T2=T; for t=deltat:deltat:deltat*10 for i=2:size(T,2)-1 T2(i)=T(i)+r*(T(i+1)-2*T(i)+T(i-1)); end T=T2; Tve=[T;T]; [Tvee,Tvee]=contourf(Tve,100); set(Tvee,'edgecolor','none'); colorbar title(['Thoi gian ' num2str(t) 's']) pause(1) end [...]... tw1 R1 VD: bài 9.7 sách BT NĐLHKT và TN x 1 2 q tw2 R2 tw3 I Dẫn nhiệt qua vách phẳng II Dẫn nhiệt qua vách trụ 1 Vách trụ 1 lớp Phương trình vi phân dẫn nhiệt Tọa độ trụ T   2T 1 T 1  2T  2T  q a 2    2  2  2  t r r r  z  c  r  Trường nhiệt độ t  t w1  ln d2 d1 Nhiệt lượng Q 2L( t w1  t w 2 ) d ln 2 d1 d d1 tw1 Q L ( t w1  t w 2 ) ln tw2 d1 d2 VD: bài 9.11 sách... cánh và lưu chất xung quanh 10W/m2.K Tính nhiệt lượng truyền qua cánh (Bỏ qua tỏa nhiệt ở đỉnh) ĐS: 359W Điều kiện biên (tt) Trường hợp 3 Tỏa nhiệt ở đỉnh (Tổng qt) f/U Vd: Tính lại bài trên dùng chiều dài cánh hiệu chỉnh Bài 9.21 Cánh có tiết diện thay đổi Hiệu suất cánh c  Q Nhiệt lượng thực truyền qua cánh  c Nhiệt lượng có thể truyền qua cánh nếu toàn bộ  Q clt   bề mặt cánh có nhiệt độ bằng... Nhiệt lượng truyền qua cánh lý tưởng Q clt  Fc  g Cánh tiết diện khơng đổi Q clt  UL g U Qc  g th( mL) m thmL c  mL (Bỏ qua tỏa nhiệt ở đỉnh) Hiệu suất cánh (tt) Cánh tiết diện thay đổi VD: bài 9.23 câu b Dẫn nhiệt ổn định nhiều chiều 2D T T T T    2T  2T  2T  q u v w      t x y z c  x 2 y 2 z 2  c Giới thiệu phương pháp sai phân hữu hạn Khai triển Taylor Ví ... NGOÀI ỐNG ỐNG ĐƠN CHÙM ỐNG Các phương trình vi phân truyền nhiệt dòng lưu chất • Phương trình liên tục • Phương trình động lượng • +Sx +Sy +Sz • Phương trình lượng T T T T    2T  2T ... lượng T T T T    2T  2T  2T  q u v w      t x y z c  x y z  c Phương trình vi phân dẫn nhiệt T T T T    2T  2T  2T  q u v w      t x y z c ... qua vách phẳng a Vách phẳng lớp Tìm nhiệt độ vị trí L=0.1m 0.2m? Điều kiện biên đối lưu ĐS: 266W, -2 ,2oC I Dẫn nhiệt qua vách phẳng a Vách phẳng lớp b Vách phẳng nhiều lớp gạch chòu lửa gạch chòu