Ly Thuyet Truyen Nhiet

  • View
    478

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

Ti liu ging dy truyn nhit sy

H Th Ngn H

CHNG 4

TRUYN NHITKhi nim: Qu trnh vn chuyn nhit lng t mt lu th ny sang lu th khc qua 1 tng ngn cch gi l truyn nhit. Vy truyn nhit bao gm c dn nhit, cp nhit v bc x nhit. Da theo nhit lm vic ca lu th m ngi ta chia ra truyn nhit ng nhit v truyn nhit bin nhit: - Truyn nhit ng nhit xy ra trong trng hp nhit ca 2 lu th u khng i theo thi gian v khng gian, tc l hiu s nhit gia 2 lu th l 1 hng s mi v tr v mi thi gian. VD: Trong thit b c c, mt pha l hi bo ho ngng t t nng, mt pha l cht lng si. Nhit ngng t ca hi nc bo ho v nhit si ca cht lng nguyn cht khng thay i trong sut qu trnh. - Truyn nhit bin nhit xy ra trong trng hp nhit ca lu th c thay i trong qu trnh lm vic, do hiu s nhit gia 2 lu th c thay i. Trong truyn nhit bin nhit, ngi ta cn phn bit: Truyn nhit bin nhit n nh: tc l trng hp hiu s gia 2 lu th bin i theo v tr nhng khng bin i theo thi gian (trng hp ny ch xy ra i vi cc qu trnh lm vic lin tc). Truyn nhit bin nhit khng n nh: tc l trng hp hiu s nhit gia 2 lu th u thay i theo v tr v thi gian (trng hp ny ch xy ra trong cc qu trnh lm vic gin on). 4.1. TRUYN NHIT NG NHIT 4.1.1. Truyn nhit ng nhit qua tng phng

hi bo ha t1

cht lng si t2

hi bo ha t1

Q tT2 tT1

Hnh 4.1: Truyn nhit ng nhit qua tng phng Gi s ta c tng phng 1 lp c chiu dy , b mt tng F, dn nhit , mt pha ca tng l lu th nng c nhit tn v pha kia l lu th lnh c nhit tl. - 61 -

Ti liu ging dy truyn nhit sy

H Th Ngn H

H s cp nhit t lu th nng n tng l 1 v t tng n lu th ngui l 2. Nhit 2 b mt tng l tT1 v tT2. * Qu trnh truyn nhit t lu th nng (hi bo ha) n lu th lnh (cht lng si) gm 3 giai on. trng thi nhit n nh th lng nhit Q ca lu th nng truyn cho tng bng nhit lng dn qua tng v bng nhit lng tng truyn cho cht lng lnh. Nhit truyn t lu th nng n mt tng (cp nhit)Q = 1 .F . .(t n t T 1 ) Q = F . .(t n t T 1 )

1

- Nhit dn xuyn qua tng (dn nhit)Q= Q .F . .(tT 1 tT 2 ) = F . .(tT 1 tT 2 ) Q = F . .(t T 2 t l )

- Nhit truyn t mt tng ti lu th lnh (cp nhit)Q = 2 .F . .(t T 2 t l )

2

Q

1

+

Q

1

+

1 1 = F . .(t n t l ) = F . .(t n t l ) Q. + + 2 1 2 Q

t K =

1

1 + + 1 2

v t = tn tl

Q = K . F . . ty l phng trnh truyn nhit ng nhit qua tng phng 1 lp. Ch :

(4.1)

i lng K gi l h s truyn nhit. Khi F = 1m2, = 1s, t = 1 th Q = K v th nguyn ca K l: [K] = [J/m2s] = [W/m2] Vy: H s truyn nhit K l lng nhit truyn i trong 1 giy t lu th nng n lu th ngui qua 1 n v b mt tng phn cch l 1m2 khi hiu s nhit gia 2 lu th l 1 . i lng nghch o ca K gi l nhit tr.1 1 1 = + + K 1 2

(m2/W) - 62 -

Ti liu ging dy truyn nhit sy

H Th Ngn H

Trong ,

1 : nhit tr ca truyn nhit K

1

: nhit tr ca cp nhit

: nhit tr dn nhit)

Khi lu th l nhng cht lng bNn hoc nhng cht hot ng ha hc th s c ng lp cn trn b mt tng trao i nhit lm tng nhit tr ca truyn nhit. Do , khi tnh ton h s truyn nhit, ta cn ch nhit tr ca lp cn. Nu khng c s liu thc nghim tnh nhit tr ca lp cn th c th chp nhn chiu dy ca lp cn khong 0,1 0,5mm. Phng trnh (4.1) cng dng c cho tng phng nhiu lp nhng ch khc h s truyn nhit K. H s truyn nhit i vi tng phng nhiu lp c dng:K= 1 1 +

1

i 1 + 2 i =1 in

Vi i, i: chiu dy v dn nhit ca cc lp tng theo th t tng ng. 4.2.2. Truyn nhit ng nhit qua tng ng Xt mt tng ng bn knh trong l R1, bn knh ngoi l R2, chiu dy , dn nhit v chiu di L. Lu th nng i bn trong ng c nhit tn, lu th lnh i ngoi ng c nhit tl. H s cp nhit ca lu th nng l 1 v ca lu th ngui l 2. Nhit hai b mt tng l tT1 v tT2. t

L tT1 tT2 r1 r2

x

Hnh 4.2: Truyn nhit ng nhit qua tng ng

- 63 -

Ti liu ging dy truyn nhit sy

H Th Ngn H

Cng nh trong tng phng, nhit lng truyn t lu th nng sang lu th lnh phi qua 3 giai on. V qu trnh truyn nhit n nh nn trong khong thi gian , lng nhit qua 3 giai on u nh nhau: - Cp nhit t lu th nng n mt trong ca tng ng: Q = 1.(tn tT1).F. = 1.(tn tT1).2R1.L.Q = 2L(t n t T 1 ) 1 R1

- Nhit dn qua thnh ng:Q= 2L (t T 1 tT 2 ) ln R2 ln R1

Q

(ln R2 ln R1 ) = 2L(tT 1 tT 2 )

- Cp nhit t mt ngoi ca ng n lu th ngui: Q = 2.(tT2 t2).F. = 1.(tT2 tl).2R2.L.Q = 2L(tT 2 t l ) 2 R2

Cng 3 phng trnh trn ta c: 1 1 R2 1 Q R + ln R + R 1 2 2 1 1 = 2L (t n t l )

t K R =

1 1 1 R 1 + ln 2 + 1 R1 R1 2 R2

Q = KR.2L..t y l phng trnh truyn nhit qua tng ng 1 lp. Trong : KR gi l h s truyn nhit trong tng ng.

(4.2)

Vy: H s truyn nhit KR l lng nhit tnh bng J truyn i trong 1s t lu th nng n lu th ngui qua 1 n v chiu di ca tng ng v khi hiu s nhit gia hai lu th l 1 . Th nguyn ca K l [K] = [J/ms] = [W/m] Ch : Nu t sR2 < 2 th ta c th s dng phng trnh (4.1) ca tng phng. R1

K v KR u ph thuc vo 1, 2, , (ch yu l 1 v 2). H s truyn nhit lun nh hn h s cp nhit no nh nht.

- 64 -

Ti liu ging dy truyn nhit sy1 1

H Th Ngn H

* Trng hp tng ng gm nhiu lp th KR c tnh nh sau:KR =

1 R1 +i =1

n

1

i

ln

Ri +1 1 + Ri 2 R2

Tng cng truyn nhit v cch nhit: - Tng cng truyn nhit: + Gim chiu dy ca vch v tng h s dn nhit ca vt liu c th lm gim nhit tr ca vch. VD: Khi si c th tng cng s nhiu lon v lm sch cht bNn trn b mt tng cng truyn nhit. + Tng cng s nhiu lon v tng tc chuyn ng ca cht lng th c th tng cng ta nhit. + Trn b mt bc x c th tm cch tng en v nhit tng cng trao i nhit bc x. - Cch nhit: Cch nhit l ch nhng lp ph dng lm tng nhit tr gim mt dng nhit. Cch nhit c nhiu mc ch khc nhua: tit kim nhin liu, thc hin kh nng ca qu trnh k thut hoc m bo an ton lao ng. Bt k vt liu no c h s dn nhit b u c th dng lm cht cch nhit. Thng thng, nhng vt liu trong phm vi nhit 50 100oC c h s dn nhit b hn 0,25w/m c gi l vt liu cch nhit. Rt t vt liu cch nhit dng ngay trng thi t nhin ca n m i a s vt liu cch nhit l nhng sn phNm c gia cng c bit t vt liu t nhin nh bng x, bng thu tinh, cactng aming, giy aming, gch xp, Tnh cht vt liu cch nhit thay i tu theo k thut gia cng v thnh phn ca vt liu, Nm, Trong iu kin nc ta, Nm khng kh tng i cao, ma nhiu nn khi s dng vt liu cch nhit cn phi ch nht l trong iu kin nhit thp. Khi s dng vt liu cch nhit cn phi ch n kh nng chu nhit ca vt liu trong trng hp nhit cao, cn trong trng hp nhit thp cn phi quan tm n hin tng ng sng lm tng Nm ca vt liu dn n s gim kh nng cch nhit. Ch : Khi ph mt lp cch nhit ln vch phng, nu tng chiu dy ca lp cch nhit, nhit tr s tng. Nhng nu b mt khng phi l vch phng (vch tr hoc vch cu) th trong mt s trng hp nhit tr ton phn khng tng theo chiu dy lp cch nhit m ngc li (iu ny c th gp khi bc cch nhit cho mt s c ng knh tng i b v tnh cht cch nhit ca vt liu xu).

- 65 -

Ti liu ging dy truyn nhit sy

H Th Ngn H

Ta thy: Nhit tr dn nhit ca lp cch nhit: K d = knh R2. Nhit tr ta nhit b mt ngoi ca ng ng: K dl = li s gim khi tng bn knh R2. Bn knh R2 ng vi tn tht nhit ln nht gi l bn knh cch nhit ti hn Rth tng ng vi tr s nh nht ca nhit tr ton phn.Rth = 1 th ngc 2 R2

1

ln

R2 s tng khi tng bn R1

2

Khi bc cch nhit cho cc vch tr c bn knh ln, hin tng ny t xy ra (v thng R2 > Rth) nhng i vi cc vch tr c ng knh b, hin tng ny c th xy ra. 4.2. TRUYN NHIT BIN NHIT N NNH 4.2.1. Chiu chuyn ng ca lu th Chiu chuyn ng ca lu th 2 pha b mt trao i nhit c quan h rt nhiu n qu trnh truyn nhit. Qua thc t ngi ta phn loi nh sau: - Chy xui chiu: lu th 1 v 2 chy song song v cng chiu theo tng ngn cch.

Hnh 4.3: Hai lu th chy xui chiu - Chy ngc chiu: lu th 1 v 2 chy song song v ngc chiu theo tng ngn cch.

Hnh 4.4: Hai lu th chy ngc chiu - Chy cho nhau: lu th 1 v 2 chy theo phng vung gc nhau.

Hnh 4.5: Hai lu th chy cho nhau - 66 -

Ti liu ging dy truyn nhit sy

H Th Ngn H

- Chy hn hp: lu th 1 chy theo mt hng no y cn lu th 2 lc th chy cng chiu, lc th chy ngc chiu vi lu th 1.

Hnh 4.6: Hai lu th chy hn hp Trong tt c 4 trng hp trn, nhit ca 2 lu th u thay i. Lu th nng gim nhit t nhit u tn1 n nhit sau tn2. Cn lu th lnh s tng nhit t nhit u tl1 n nhit sau tl2. Do , hiu s nhit gia 2 lu th cng thay i t tr s u t1 n tr s sau t2. 4.2.2. Hiu s nhit trung bnh Do nhit u v cui ca tng lu th u khc nhau v hiu s nhit ca 2 lu th nhng v tr tng ng cng khc nhau nn khng th tnh lng nhit truyn i vi t = t1 t2 nh phng trnh truyn nhit ng nhit m phi tnh theo hiu s nhit trung bnh. 4.2.2.1. Trng hp xui chiu t tn1 tn2 tl2 tl1 Hnh 4.7: c trng thay i nhit ca lu th khi chy xui chiu Xt 2 lu th chy xui chiu dc theo b mt trao i nhit F. Nhit ca lu th nng gim cn nhit ca lu th lnh tng. Nhn thy nhit ca 2 lu th u thay i dc theo b mt trao i nhit nhng tng thi im th nhit khng thay i theo thi gian. K hiu: F: Din tch b mt trao i nhit (m2) mn, ml: Lng lu th nng v lnh chy qua b mt trao i nhit trong khong thi gian (kg) Cn, Cl: Nhit dung ring ca lu th nng v lnh (J/kg) tn, tl: Nhit ca lu th nng v lnh v tr bt k (K) tn1, tl1: Nhit u ca lu th nng v lnh (K) - 67 t

Ti liu ging dy truyn nhit sy

H Th Ngn H

tn2, tl2: Nhit sau ca lu th nng v lnh (K) K: H s truyn nhit (w/m2) V hiu s nhit gia 2lu th thay i theo v tr nn ta phi nghin cu truyn nhit qua mt b mt rt nh dF hiu s nhit gia 2lu th thay i khng ng k. Vy trong khong thi gian , nhit lng truyn qua b mt dF l: dQ = K..(t1 t2).dF (J) (4.3a) Chnh v c lng nhit dQ truyn i nn sau khi i qua b mt dF, nhit ca lu th nng gim i mt lng dtn, cn nhit ca lu th lnh tng ln mt lng dtl. Mt khc, lng nhit dQ c th tnh theo phng trnh sau: - i vi lu th nng: dQ = -mn.Cn.dtn - i vi lu th lnh: dQ = m2.C2.dtldt2 = dQ m2C2dt1 = dQ m 1C 1

(4.3b)

(4.3c)

Du (-) v (+) trong 2 phng trnh (2) v (3) biu th nhit ca lu th nng gim v nhit ca lu th lnh tng. Tr (4.3a) cho (4.3b) ta c:dt1 dt2 = dQ dQ m1C1 m2C2

1