Các quá trình và thiết bị trao đổi nhiệt | Bài giảng môn Quá trình thiết bị | Đại học Bách khoa hà nội

Quá trình truyền nhiệt do các phần tử chất lỏng hoặc chất khí đổi chỗ cho nhau, do chúng có nhiệt độ khác nhau hoặc là do bơm, quạt, khuấy trộn. Tài liệu trắc nghiệm môn Hóa học 1 giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!

13 7 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Quản trị học đại cương

Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội

Thông tin:

40 trang 1 tuần trước

Tác giả:

Profile Lê Na
CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
TRAO ĐỔI NHIỆT
1
Giảng viên: Đặng Thị Tuyết Ngân
Bộ môn: QTTB Công nghệ Hóa & TP
Email: ngan.dangthituyet@hust.edu.vn
2
• Các phương thức truyền nhiệt
• Dẫn nhiệt
Chương 1: Truyền nhiệt
TÓM TẮT BUỔI TRƯỚC
3
Các phương thức truyền nhiệt
• Dẫn nhiệt/Conduction: là sự truyền nhiệt giữa các
nguyên tử hay phân tử của cùng một vật hoặc giữa các
vật có nhiệt độ khác nhau khi chúng tiếp xúc trực tiếp với
nhau.
• Đối lưu nhiệt/Convection: Quá trình truyền nhiệt do các
phần tử chất lỏng hoặc chất khí đổi chỗ cho nhau, do
chúng có nhiệt độ khác nhau hoặc là do bơm, quạt, khuấy
trộn,…
• Bức xạ nhiệt/Radiation: Quá trình truyền nhiệt dưới
dạng các sóng điện từ. Nhiệt năng biến thành các tia bức
xạ rồi truyền đi, khi gặp vật thể nào đó thì một phần năng
lượng bức xạ đó được biến thành nhiệt năng, một phần
phản xạ lại, và một phần xuyên qua vật thể
Chương 1: Truyền nhiệt
4
Chương 1: Truyền nhiệt
Dòng đối
lưu
Giàn lạnh
Bộ phận
sưởi
5
Chương 1: Truyền nhiệt
6
Chương 1: Truyền nhiệt
7
• Định luật dẫn nhiệt Fourier:
Chương 1: Truyền nhiệt
DẪN NHIỆT
JddF
dn
dt
dQ ,
• PTVP dẫn nhiệt:
ta
t
2
0
2
2
2
2
2
2
z
t
y
t
x
t
QT ổn định:
8
1.1. Dẫn nhiệt
JdFd
tt
dQ
TT
,
12
1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG PHẲNG
Tường phẳng một lớp
δ,λ
x
y
t
T1
t
T2
12
TT
tt
x
t
Với quá trình ổn
định
WF
tt
Q
TT
,
21
9
1.1. Dẫn nhiệt
2
1 Tn
n
n
ttFQ
1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG PHẲNG
Tường phẳng nhiều lớp
Lớp thứ
nhất
δ
1
x
y
t
T1
t
T2
t
1
t
2
δ
2
δ
3
Lớp thứ hai
21
2
2
ttFQ
Lớp cuối cùng
Hoặc
W
Ftt
Q
n
i
i
i
TT
,
1
21
10
• Dẫn nhiệt ổn định qua tường phẳng một lớp/n lớp
Chương 1: Truyền nhiệt
DẪN NHIỆT
WF
tt
Q
TT
,
21
W
Ftt
Q
n
i
i
i
TT
,
1
21
δ
1
x
y
t
T1
t
T2
t
1
t
2
δ
2
δ
3
11
1.1. Dẫn nhiệt
JrLd
dr
dt
dQ ,2
WrL
dr
dt
Q ,2
1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG ỐNG
Tường ống một lớp
r
o
r
i
r
1
r
2
L
Lượng nhiệt dẫn qua lớp tường ống (theo
Fourier)
Dẫn nhiệt ổn
định
Wdt
Q
rL
r
dr
,
2
12
1.1. Dẫn nhiệt
2
1
2
1
2
r
r
t
t
T
T
dt
Q
L
r
dr
21
2ln
1
2
TT
tt
Q
L
r
r

1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG ỐNG
Tường ống một lớp
Tích phân từ r
1
tới r
2
và theo nhiệt độ từ t
T1
đến t
T2
W
r
r
ttL
Q
TT
,
ln
1
2
1
2
21
Phương trình dẫn nhiệt qua
tường trụ một lớp trong trạng
thái ổn định
13
• Dẫn nhiệt ổn định qua tường ống một lớp/n lớp
Chương 1: Truyền nhiệt
DẪN NHIỆT
W
r
r
ttL
Q
TT
,
ln.
1
2
1
2
21
W
r
r
ttL
Q
n
i
i
i
i
n
,
ln
1
2
1
1
11
:2
1
2
r
r
Dùng công thức tường phẳng
14
1.2. Đối lưu nhiệt
• Đối lưu nhiệt là quá trình trao
đổi nhiệt nhờ sự chuyển
động của chất lỏng hay chất
khí giữa các vùng có nhiệt độ
khác nhau.
• Quá trình trao đổi nhiệt giữa
vật rắn với chất lỏng hay chất
khí chuyển động Cấp nhiệt
Chương 1: Truyền nhiệt
15
• Lớp biên nhiệt
Chương 1: Truyền nhiệt
16
Những nhân tố ảnh hưởng đến cấp nhiệt
Chế độ chuyển động của các lưu thể
Tính chất vật lý của các lưu thể : 𝝆, 𝝁, 𝜷, 𝝀, 𝑪
𝒑
, …
Hình dạng, kích thước, vị trí bề mặt trao đổi nhiệt
17
1.2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA NHIỆT ĐỐI LƯU
Lượng nhiệt mang vào phân tố dV do đối lưu:
Theo trục Ox:
tdydzCWdQ
pxx
dxdydz
x
wtC
dydzwtCdQ
xp
xpdxx
dVtdQ
2
Xét phân tố thể tích dV trong dòng chất lỏng
- t=t(x,y,z); 𝒘 = (𝒘
𝒙
, 𝒘
𝒚
, 𝒘
𝒛
) = f(x,y,z); Cp = const
- Bỏ qua BXN
- Cơ chế chính là đối lưu và dẫn nhiệt: 𝒅𝑸
𝝀
+ 𝒅𝑸
𝒘
= 𝟎
18
dxdydz
x
t
w
x
w
tCdydzwtCdQ
x
x
pxpdxx
Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Ox tích lại trong phân tố dV:
dxdydz
x
t
w
x
w
tCdQdQdQ
x
x
pdxxx
x
Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Oy tích lại trong phân tố dV:
Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Oz tích lại trong phân tố dV:
dxdydz
y
t
w
y
w
tCdQdQdQ
y
y
pdyyy
y
d xdydz
z
t
w
z
w
tCdQdQdQ
z
z
pdzzz
z
19
Tổng lượng nhiệt tích lại trong phân tố dV do đối lưu:
Vd
z
t
w
y
t
w
x
t
w
z
w
y
w
x
w
tCdQ
zyx
z
y
x
p
w
zyx
w
dQdQdQdQ
Phương trình dòng liên tục
cho quá trình ổn định:
0
z
W
y
W
x
W
z
y
x
Nên:
Vd
z
t
w
y
t
w
x
t
wCdQ
zyxp
w
20
Phương trình vi phân cấp nhiệt đối lưu Fourier- Kirchhoff:
p
C
a
0
w
dQdQ
0
2
Vd
z
t
w
y
t
w
x
t
wCt
zyxp
ta
z
t
w
y
t
w
x
t
w
zyx
2
| 1/40
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Giảng viên: Đặng Thị Tuyết Ngân
Bộ môn: QTTB Công nghệ Hóa & TP
Email: ngan.dangthituyet@hust.edu.vn 1 Chương 1: Truyền nhiệt
TÓM TẮT BUỔI TRƯỚC
• Các phương thức truyền nhiệt • Dẫn nhiệt 2
Chương 1: Truyền nhiệt
Các phương thức truyền nhiệt
• Dẫn nhiệt/Conduction: là sự truyền nhiệt giữa các
nguyên tử hay phân tử của cùng một vật hoặc giữa các
vật có nhiệt độ khác nhau khi chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau.
• Đối lưu nhiệt/Convection: Quá trình truyền nhiệt do các
phần tử chất lỏng hoặc chất khí đổi chỗ cho nhau, do
chúng có nhiệt độ khác nhau hoặc là do bơm, quạt, khuấy trộn,…
• Bức xạ nhiệt/Radiation: Quá trình truyền nhiệt dưới
dạng các sóng điện từ. Nhiệt năng biến thành các tia bức
xạ rồi truyền đi, khi gặp vật thể nào đó thì một phần năng
lượng bức xạ đó được biến thành nhiệt năng, một phần 3
phản xạ lại, và một phần xuyên qua vật thể Chương 1: Truyền nhiệt Dòng đối Giàn lạnh lưu Bộ phận sưởi 4 Chương 1: Truyền nhiệt 5 Chương 1: Truyền nhiệt 6 Chương 1: Truyền nhiệt DẪN NHIỆT
• Định luật dẫn nhiệt Fourier: dt dQ   
dF d , J dn • PTVP dẫn nhiệt: t   a 2  t  2 2 2  tt  QT ổn định:   t  0 2 2 2 xyz 7 1.1. Dẫn nhiệt
1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG PHẲNG
Tường phẳng một lớp y tt t 2 T 1 Tx   tT1 t t tT2 dQ T T 2 1   dFd , Jx Với quá trình ổn định  δ, t t λ Q T T 1 2   F , W  8 1.1. Dẫn nhiệt
1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG PHẲNG
Tường phẳng nhiều lớp y Lớp thứt Q 1  t t T1 t T 1 F 1 1 nhấtt 1 2Lớp thứ hai 2 Q
F t t 1 2  tT2 2 n Lớp cuối cùng QF tt n 1  T  2 n δ δ δ x 1 2 3t t T T F Hoặc Q 1 2  , W ni   i 1  i 9 Chương 1: Truyền nhiệt DẪN NHIỆT
• Dẫn nhiệt ổn định qua tường phẳng một lớp/n lớp t t Q T T 1 2   F , W ytT1 t1 t2t t t T2 T T F Q 1 2  , W ni   δ δ δ x 1 2 3 i 1  i 10 1.1. Dẫn nhiệt
1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG ỐNG
Tường ống một lớp i r
Lượng nhiệt dẫn qua lớp tường ống (theo r1 o r Fourier) dt r2 L dQ   2 rLd , J dr dt Dẫn nhiệt ổn Q   2rL, W định dr dr 2 rL   dt, W r Q 11 1.1. Dẫn nhiệt
1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG ỐNG
Tường ống một lớp
Tích phân từ r tới r và theo nhiệt độ từ t đến t 1 2 T1 T2 t 2 T  2r dr    2 Ldt r  1 r Q t 1T r L ln 2  2 t t T T  1 2 r Q 1 2 L  t t T
Phương trình dẫn nhiệt qua Q T 1 2  ,W
tường trụ một lớp trong trạng 1 r thái ổn định ln 2  r1 12 Chương 1: Truyền nhiệt DẪN NHIỆT
• Dẫn nhiệt ổn định qua tường ống một lớp/n lớp 2 L  t t TQ T 1 2  ,W 1 r .ln 2  r1 2 L  t t 1 n 1   Q  ,W n 1 ri  ln 1  i 1   r i i
r2  2: Dùng công thức tường phẳng r1 13
Chương 1: Truyền nhiệt 1.2. Đối lưu nhiệt
• Đối lưu nhiệt là quá trình trao
đổi nhiệt nhờ sự chuyển
động của chất lỏng hay chất
khí giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau.
• Quá trình trao đổi nhiệt giữa
vật rắn với chất lỏng hay chất
khí chuyển động Cấp nhiệt 14
Chương 1: Truyền nhiệt • Lớp biên nhiệt 15
Những nhân tố ảnh hưởng đến cấp nhiệt
Chế độ chuyển động của các lưu thể
Tính chất vật lý của các lưu thể : 𝝆, 𝝁, 𝜷, 𝝀, 𝑪𝒑, …
Hình dạng, kích thước, vị trí bề mặt trao đổi nhiệt 16
1.2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA NHIỆT ĐỐI LƯU
Xét phân tố thể tích dV trong dòng chất lỏng
- t=t(x,y,z); 𝒘 = (𝒘𝒙, 𝒘𝒚, 𝒘𝒛) = f(x,y,z); Cp = const - Bỏ qua BXN
- Cơ chế chính là đối lưu và dẫn nhiệt: 𝒅𝑸𝝀 + 𝒅𝑸𝒘 = 𝟎 dQ     2  tdV
Lượng nhiệt mang vào phân tố dV do đối lưu:Theo trục Ox: dQ WdydzC t x x p C t wp x dQ
C tw dydz dxdydz xdx p x x  17   w    x t dQC t wdydz C twdxdydz xdx p x p    x xx  
Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Ox tích lại trong phân tố dV:      xwxt
dQ dQ dQCtwdxdydz x xdx p    x xx  
Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Oy tích lại trong phân tố dV:   w    y y t
dQ dQ dQCtwdxdydz y ydy p    y yy  
Lượng nhiệt do đối lưu tích theo phương Oz tích lại trong phân tố dV:      zwz t
dQ dQ dQCtwdxdydz z z dz p    z zz   18
Tổng lượng nhiệt tích lại trong phân tố dV do đối lưu: w
dQ dQ dQ dQ x y z             w
wx  wy  wzt t t dQ Ct     w   w   w    dV pxyz x   x yy zz     W    x
 Wy   Wz Phương
trình dòng liên tục      0
cho quá trình ổn định:  xyz  Nên:      w t t t dQ   C  wwwdV p x x yy zz    19  dQ w dQ  0   ttt  2  t Cp www x y zdV  0  xyz
Phương trình vi phân cấp nhiệt đối lưu Fourier- Kirchhoff: tttwwwa 2  x y ztxyz   a C p 20