-
TRNG I HC TN C THNG KHOA KHOA HC NG DNG
Qu trnh & thit b truyn
nhit
Th.S Phm Vn Hng
Email : [email protected]
1
-
Gii thiu Mn hc
Hnh thc thi
Thng k : 10%
Gia k : 20%
Cui k: 70%
2
-
[1]. Phm Xun Ton-Gio trnh Truyn nhit
[2]. Nguyn Bin - Tnh ton qu trnh, thit b trong cng ngh ha cht v
thc phm. Tp 1 - NXB Khoa hc v k thut. 1999
[3]. Phm Vn Bn, Nguyn nh Th - Qu trnh v thit b cng ngh ha hc -
Truyn nhit - NXB i hc quc gia thnh ph H Ch Minh.
Ti Liu Tham Kho
-
[4]. Trng i, Nguyn Trng Khung, Trn
Quang Tho, V Th Ngc Ti, Trn Xoa -
C s qu trnh v thit b cng ngh ha hc.
Tp1 - NXB i hc v Trung hc chuyn
nghip. H Ni 1974
[5]. Hong nh Tn - Nhit cng nghip - NXB
i hc quc gia thnh ph H Ch Minh.2001
[6]. S tay qu trnh v thit b cng ngh ha
hc. Tp 2 - Nh xut bn Khoa hc v k
thut. H ni 1992
-
Mc ch mn hc
Mn hc gip cho hc sinh c kh nng:
Nm c nhng kin thc c bn v qu trnh truyn nhit.
Hiu bit, nm vng nguyn l lm vic; cu to thit b truyn nhit.
5
-
Ni dung mn hc
6
Chng 1: Truyn nhit
Chng 2: un nng, lm ngui, ngng t
Chng 3: C c
Chng 4: K thut lnh
-
CHNG 1
TRUYN NHIT
-
1. KHI NIM C BN V TRUYN NHIT
1.1. Dn nhit:
L qu trnh truyn nhit t phn t ny n phn t khc khi chng tip xc trc
tip vi nhau(2 vt c nhit khc nhau).
1.2. Nhit i lu:
- L hin tng truyn nhit do cc phn t cht lng hoc cht kh i ch cho
nhau.
- Do chng c nhit khc nhau gy nn khi lng ring khc nhau, hoc do tc
dng nh bm hoc khuy trn.
-
1.3. Truyn nhit n nh v TN khng n nh
a. Truyn nhit n nh
L qu trnh truyn nhit m nhit thay i theo khng gian nhng khng thay
i theo thi gian.
Qu trnh ny ch xy ra trong thit b lm vic lin tc.
b. Truyn nhit khng n nh
L qu trnh truyn nhit m nhit thay i theo c v tr khng gian v thi
gian.
Qu trnh ny thng xy ra trong cc thit b lm vic gin on hoc giai on
u v giai on cui ca qu trnh lm vic lin tc.
-
- Qu trnh truyn nhit l qu trnh mt chiu.
- Nhit ch c truyn t ni c nhit cao n ni c nhit thp.
-
2. DN NHIT
2.1. Trng nhit v gradien nhit
a. Trng nhit
L tp hp tt c cc tr s nhit tc thi ca vt th hoc mi trng.
b. Mt ng nhit
Tp hp tt c cc im c cng mt gi tr nhit ti mt thi im .
-
c. Gradien nhit ( Gradt)
S thay i nhit trn mt n v chiu di theo phng php tuyn vi b mt ng
nhit ln nht.
Gradtdn
dt
nt
0nlim
t
n
: bin thin nhit gia 2 mt ng nhit cnh nhau.
: khong cch gia chng theo phng php tuyn.
-
- Trng nhit n nh:
L trng nhit ch bin thin theo v tr khng gian m khng ph thuc vo
thi gian.
- Trng nhit khng n nh:
L trng nhit bin i theo c khng gian v thi gian.
-
i vi mt vt th:
- Mt ng nhit l mt mt khp kn.
- Cc mt ng nhit khng ct nhau.
- Trn mt mt ng nhit khng xy ra hin tng dn nhit.
- Qu trnh dn nhit ch xy ra gia cc mt ng nhit khc nhau ca vt
th.
- Nhit trong vt th ch bin thin theo nhng phng ct mt ng nhit v
bin thin nhanh nht theo phng php tuyn vi mt ng nhit.
-
2.2. nh lut Fourier v dn nhit
2.2.1. nh lut Fourier
Mt nguyn t nhit lng dQ i qua mt nguyn t b mt ng nhit dF trong
khong thi gian d s t l vi gradien nhit , ln b mt v thi gian.
ddFdn
dtdQ .
i vi qu trnh dn nhit n nh:
.)( 21 FttQ TT
Du - ch nhit dn theo chiu gim nhit .
-
)tF(tQ
21
Vy h s dn nhit l lng nhit dn qua 1m2 b mt trong mt n v thi gian
khi hiu s chnh lch nhit trn 1m chiu di theo phng php tuyn ca mt ng
nhit l 1 .
n v: W/m.
-
2.2.2. dn nhit ca cc cht
- dn nhit biu th kh nng dn nhit ca vt cht.
- N 1 hng s vt l.
- Tr s ca n ph thuc vo thnh phn cu to vt cht nh: khi lng ring,
hm m, p sut, v nhit ca vt th.
- N c xc nh bng thc nghim.
-
- dn nhit ca vt rn ph thuc vo nhit .
- Khi nhit tng th dn nhit cng tng.
- i vi vt th rn ng nht th quan h gia dn nhit v nhit gn nh theo
mt ng thng.
bt 10
: dn nhit ca vt th 0oC. o
b : h s nhit .
t : nhit lm vic, oC.
-
Bng1-1. H s dn nhit ca mt s vt liu
TT Tn cht ,
W/m. TT Tn cht
W/m.
01 Aming vi 0,279 07 Nhm 211
02 Aming si 0,1115 08 ng thanh 64
03 Gch xy dng 0,23250,28 09 ng thau 93
04 Gch chu la 1,005 10 ng 384
05 Gch cch nhit 0,1395 11 Thp 46,5
06 Bng thy tinh 0,0372 12 Thp khng r 17,5
-
- dn nhit ca cht lng v cht kh rt nh so vi cht rn.
- nhit bnh thng dn nhit ca nc bng 0.59 W/m..
- Khng kh lng gi bng 0,02 W/m..
- Khc vi vt th rn, hu ht cht lng c dn nhit gim khi nhit tng, ch
tr nc v glyxrin.
-
2.3. Dn nhit n nh qua tng phng
2.3.1. Dn nhit n nh qua tng phng mt lp
Trong qu trnh dn nhit n nh, lng nhit i vo trong thnh tng bng lng
nhit i ra khi thnh tng v khng i theo thi gian.
.)( 21 FttQ TT
-
2.3.2. Dn nhit n nh qua tng phng nhiu lp
Qu trnh dn nhit trng thi n nh nn lng nhit dn qua mi bc tng u nh
nhau.
ni
1ii
i
1TnT1)F.t(t
Q
-
2.4. Dn nhit n nh qua tng ng
2.4.1. Dn nhit n nh qua tng ng mt lp
V dn nhit n nh nn nhit mt trong tng tT1 v tT2 l khng i theo thi
gian.
Do tng ng b mt dn nhit thay i t trong ra ngoikhng th p dng phng
trnh dn nhit ca tng phng cho tng ng c.
-
Vy cho b mt dn nhit thay i khng ng kTa xt 1 lp tng mng c bn knh
r v chiu dy dr.
Theo nh lut Fourier:
dr
dtrLdQ 2
Du - ch dn nhit theo chiu gim nhit .
Khi qu trnh l n nh ta c:
1
2
21
lg3,21
)(2
r
r
ttLQ TT
y l pt dn nhit qua tng ng 1 lp.
-
2.4.2. Dn nhit n nh qua tng ng nhiu lp
irir
i
ni
i
ttLQ TnT
1lg3,21
1
)(2 11
Cch chng minh cng ging nh tng phng nhiu lp:
Ta c:
21
2
r
rNu th ta c th tnh theo tng phng.
-
3. NHIT I LU
3.1. Khi nim
- Nhit i lu: l hin tng truyn nhit do cc phn t cht lng hoc cht kh
i ch cho nhau.
- Qu trnh cp nhit: L qu trnh vn chuyn nhit t cht lng hay cht kh
ti b mt rn hoc ngc li.
- Cp nhit l lng nhit trao i ch yu bng i lu.
- Dng i lu c phn ra 2 dng:
+ i lu t nhin: do s chnh lch v khi lng ring.
+ i lu cng bc: do tc ng c hc.
- Qu trnh trao i nhit trong i lu cng bc mnh lit hn i lu t
nhin.
-
3.2. nh lut cp nhit
Ni dung: lng nhit dQ do mt nguyn t b mt dF ca vt th c nhit tT cp
cho mi trng xung quanh trong khong thi gian d t l vi hiu s nhit gia
vt th v mi trng vi dF v d :
nh lut Newton:
dQ = (tT -tm)dF.d [J]
tT :nhit b mt ca vt th, oC
tm : nhit ca mi trng xung quanh, oC.
: h s cp nhit, W/m2.
-
Nu qu trnh cp nhit n nh th ta c:
Q = (tT -tm)F , J
H s cp nhit: l lng nhit do mt n v din tch b mt tng cp cho mi
trng xung quanh (hay nhn c t mi trng xung quanh) trong mt n v thi
gian khi hiu s nhit l mt .
H s cp nhit: l mt i lng rt phc tp, n ph thuc vo nhiu yu t nh:
tnh cht ca tng cht lng hay cht kh ( nht, khi lng ring, c tnh chuyn
ng, nhit , nhit dung ring v.v)
-
3.3. Cc chun s v cp nhit
3.3.1. Chun s Nusselt
- Chun s Nusselt c trng cho qu trnh cp nhit b mt phn gii.
- Trong qu trnh truyn nhit n nh th lng nhit truyn i do dn nhit
phi bng lng nhit truyn i do cp nhit.
lNu
.
l: l kch thc c trng, m.
: h s dn nhit ca vt liu, W/m..
-
3.3.2. Chun s Prandtl
Chun s Prandtl c trng cho tnh cht vt l ca mi trng.
pCPr
Cp : nhit dung ring ca mi trng,J/kg..
: nht ng lc hc, kg/m.s.
-
3.3.3. Chun s Grashoff
Chun s Grashoff c trng cho truyn nhit khi i lu t nhin.
tlg
Gr 2
3.
: nht ng hc ca cht lng, m2/s.
t: chnh lch nhit , K hoc oC.
: h s gin n th tch, 1/K.
-
3.4. Cc phng trnh thc nghim v cp nhit
Phng trnh chun s tng qut ca qu trnh cp nhit:
Nu = f(Re,Pr,Gr)
Nu dng i lu cng bc th ta c th b qua chun s Gr:
Nu = f(Re,Pr)
Nu dng i lu t nhin th ta c th b qua chun s Re:
Nu = f(Pr,Gr)
-
a. H s cp nhit khi lu th chy xoy (Cng bc trong ng thng tit din
trn)
Nu = 0,023Re0,8Pr0,4
4.0Pr8.0Re023,0d
Suy ra:
b. H s cp nhit ch chuyn ng qu
C th tnh gn ng nh phng trnh trn v nhn thm 1 h s iu chnh f no
.
-
c. H s cp nhit khi lu th chuyn ng dng (cng bc trong ng thng c
tit din trn)
- i vi ng nm ngang, khi (Re.Pr)>1800:
Nu = 0,74 (Re. Pr) 0,2 (Gr. Pr)0,1
1,0Pr.2,0Pr.Re74,0 Grd
Suy ra:
- i vi ng thng ng:
H s cp nhit ph thuc vo tng quan gia hng ca dng cng bc v chiu
chuyn ng t do ca cht lng.
+ Khi hng ca chng trng nhau: HSCN nhn thm 0,85
+ Khi hng ca chng khng trng nhau: HSCN nhn 1,15
-
d. H s cp nhit trong ng hnh tr
d.1. Chm ng hnh tr
Nu = 1,16dt0.6Re0,6Pr0,33
d.2. Chm ng hnh tr c tm chn ngang
Nu = C.dt0.6Re0.6Pr0.33
14.0
t
- Nu tm chn hnh vin phn: C=1,72
- Nu tm chn hnh vnh khn: C=2,08
-
e. H s cp nhit trong ng un cong
R
dR 77,11
: h s cp nhit i vi ng thng, W/m2.
d: ng knh ca ng, m.
R: bn knh cong ca ng xon, m.
-
4. NHIT BC X
- Tt c cc vt th nhit cao hn 0(K) u pht ra nhng tia nng lng di
dng tia bc x v lan truyn trong khng gian xung quanh vt th.
- Cc tia bc x ny pht ra trong khng gian khi gp vt th khc th n c
th b hp th ton b hay mt phn bin thnh nhit nng.
- Sng in t ng vai tr nh l cht ti nhit qu trnh vn chuyn nhit bng
bc x.
-
Nu nh c mt tia sng c nng lng Q chiu vo mt vt th no th n phn ra
thnh 3 thnh phn tu theo tnh cht v b mt ca vt th:
+ Mt phn tia nng lng b phn x QR.
+ Mt phn tia nng lng b hp th QA(bin thnh nhit nng).
+ Mt phn tia nng lng b khc x v xuyn qua vt th QD.
-
Theo nh lut v bo ton nng lng th nng lng bc x ton phn p vo vt th
l:
Q =QA+QD+QR
AQ
QA : kh nng hp th ca vt th.
DQ
QD : kh nng khc x ca vt th.
RQ
QR : kh nng phn x ca vt th.
-
Ta c: A+R+D=1
- Nu A=1 th D=R=0, ngha l tt c cc tia bc x c hp thu hon ton bi
vt thvt en tuyt i.
- Nu R=1 th A=D=0, ngha l tt c cc tia bc x u c phn x hon ton vt
trng tuyt i.
- Nu D=1 th A=R=0 ngha l tt c cc tia bc x u m xuyn qua vt th vt
trong sut tuyt i.
Trong thc t, khng c vt en tuyt i, vt trng tuyt i, vt trong sut
tuyt i m ch vt th hp th mt phn nng lng ca cc tia sng c di tia sng
bt k th gi l vt xm.
-
5. TRUYN NHIT PHC TP
5.1. Khi nim
Qu trnh truyn nhit t lu th ny sang lu th khc qua tng ngn gi l
truyn nhit phc tp.
Truyn nhit phc tp bao gm:
- Dn nhit.
- Cp nhit.
- Bc x nhit.
Da theo nhit lm vic ca hai lu th ngi ta chia ra:
- Truyn nhit ng nhit.
- Truyn nhit bin nhit.
-
5.1.1. Truyn nhit ng nhit
Truyn nhit ng nhit xy ra trong trng hp nhit ca hai lu th u khng
thay i theo c v tr khng gian v thi gian.
Ngha l hiu s nhit gia hai lu th l mt hng s mi v tr khng gian v
thi gian.
5.1.2. Truyn nhit bin nhit
Truyn nhit bin nhit ngi ta chia thnh 2 loi:
- Truyn nhit bin nhit n nh.
- Truyn nhit bin nhit khng n nh.
-
- Truyn nhit bin nhit n nh: l hiu s nhit gia hai lu th ch bin i
theo v tr nhng khng bin i theo thi gian.
Ch xy ra i vi qu trnh lm vic lin tc.
- Truyn nhit bin nhit khng n nh: l trng hp hiu s nhit gia hai lu
th bin i theo v tr khng gian v thi gian.
Thng xy ra trong cc qu trnh lm vic gin on hoc trong giai on u v
cui ca qu trnh lm vic lin tc.
-
5.2. Truyn nhit ng nhit qua tng phng
5.2.1. Truyn nhit ng nhit qua tng phng mt lp
Qu trnh truyn nhit t lu th nng ti lu th ngui gm 3 giai on:
- Nhit cp t lu th nng ti tng.
- Nhit dn qua tng.
- Nhit cp t tng ti lu th ngui.
-
Xt qu trnh truyn nhit n nh.
- Cp nhit t lu th nng ti tng:
FttQQ T1111
FttQ T111
1.
- Dn nhit qua tng:
FttQQ TT 212
FttQ TT 21.
- Cp nhit t tng ti lu th ngui:
FttQQ T 2223
FttQ T 222
1.
(1)
(2)
(3)
-
T (1),(2) v (3) ta c:
21
1
1
1
21
ttFQ
21
1
1
1
Kt:
Ta s c phng trnh: Q =KF(t1 t2)
tKFQ Hay
y l phng trnh truyn nhit ng nhit qua tng phng mt lp.
K: h s truyn nhit, W/m2.0C.
-
H s truyn nhit K l lng nhit truyn i trong thi gian 1h t lu th
nng ti lu th ngui, qua 1m2 b mt phn cch khi hiu s chnh lch nhit gia
hai lu th l 1 .
i lng nghch o ca K gi l nhit tr :
21
111
K
K
1: nhit tr chung.
2
1,
1
1 : nhit tr ca 2 lu th.
: nhit tr ca tng.
-
5.2.2. Truyn nhit ng nhit qua tng phng nhiu lp
i vi tng phng nhiu lp ta cng chng minh tng t nh trn:
Q1=Q2= Q3= ...= Qn.
H s K c dng sau:
ni
1i2i
i
1
11
1
K
n
n
2
2
1
1
......
1
n
i i
i
-
5.3. Truyn nhit ng nhit qua tng ng
5.3.1. Truyn nhit ng nhit qua tng ng mt lp
-
Cng nh tng phng, lng nhit truyn i t lu th nng ti lu th ngui phi
qua 3 giai on:
- Cp nhit t lu th nng ti b mt trong ca tng ng.
- Dn nhit qua tng ng.
- Cp nhit t b mt ngoi ca tng ng ti lu th ngui.
V qu trnh truyn nhit n nh, nn lng nhit truyn i trong 3 giai on u
phi bng nhau:
Q= Q1=Q2=Q3
-
- Nhit truyn i t lu th nng ti b mt trong ca tng:
....2 1111 LrttQ T
1111
...21
. TttLr
Q
- Dn nhit qua tng ng:
21
1
2lg.3,2.1
...2TT tt
r
r
LQ
21
1
2 ...2lg.3,2.1
. TT ttLr
rQ
- Nhit truyn i t mt ngoi tng ti lu th ngui:
....2 2222 LrttQ T
2222
...21
. ttLr
Q T
-
T 3 phng trnh trn ta c:
21221
2
11
...21
lg.3,211
ttLrr
r
rQ
21
...2.
r
1
r
r2,3lg
1
r
1
1
221
2
11
ttLQ
Hoc:
221
2
11 r
1
r
r2,3lg
1
r
1
1
K
Ta s c phng trnh: 21....2. ttLKQ
tLKQ ....2.
-
tLQ
K
2
H s truyn nhit:
H s truyn nhit K: l lng nhit truyn t lu th nng ti lu th ngui qua
1m chiu di tng ng trong mt n v thi gian khi hiu s chnh lch nhit gia
hai lu th l mt .
21
2
r
r
: ta c th xem tng ng nh tng phng.
-
5.3.2. Truyn nhit ng nhit qua tng ng nhiu lp
tLKQ ....2.
ni
1i 1n2i
1i
11 r
1
r
r2,3lg
i
1
r
1
1K
i vi tng ng nhiu lp th phng trnh truyn nhit tng qut nh sau:
-
6. TRUYN NHIT BIN NHIT N NH
Trong trng hp truyn nhit bin nhit n nh th hiu s nhit gia hai lu
th ch bin i theo v tr m khng bin i theo thi gian.
Tc l tng ng tng v tr ca b mt trao i nhit hiu s nhit gia hai lu
th c gi tr khc nhau.
Do ta khng th tnh lng nhit truyn i vi t =t1 t2 nh trong trng hp
truyn nhit ng nhit m phi tnh theo hiu s nhit trung bnh .
tbt
-
6.1. Chiu chuyn ng ca lu th
Chiu chuyn ng ca hai lu th nh hng rt ln n qu trnh truyn
nhit.
Hnh a : 2 dng lu th chy xui chiu.
Hnh b : 2 dng lu th chy ngc chiu.
Hnh c : 2 dng lu th chy cho dng.
Hnh d : 2 dng lu th chy hn hp.
-
6.2. Hiu s nhit trung bnh
Gi:
t1,t1c: nhit u v cui ca dng nng oC.
t2, t2c : nhit u v cui ca dng ngui oC.
V phng din cn bng nhit lng ta thy:
Lng nhit Q ca lu th nng mt i gim nhit t t1 n t1c cng ng bng lng
nhit m lu th ngui thu nhn c tng nhit t t2 n t2c.
-
Ta c:
Q =G1C1(t1 t1c) = G2C2(t2c t2) ,W
M Q =K.F.ttb ,W
6.2.1. Trng hp hai lu th chy xui chiu
Nhit ca hai lu th u bin i dc theo b mt trao i nhit nhng tng im
th nhit s khng bin i theo thi gian.
-
min
max
minmax
t
t2,3lg
tt
log
tTa c:
tmax= t1 t2
tmin = t1c t2c
tlog : gi l hiu s nhit trung bnh lgarit (gi tt l hiu s nhit
trung bnh).
Khi t s 2t
t
min
max
th hiu s nhit trung bnh tlog c th c tnh gn ng theo trung bnh s
hc: tlog=0,5(tmax +tmin)
-
6.2.2. Trng hp 2 lu th chy ngc chiu
W1, W2: lu lng ca dng nng v dng lnh.
min
max
minmax
t
t2,3lg
tt
log
t
-
Hiu s nhit gia 2 lu th v tr no ln hn l tmax .
Hiu s nhit gia 2 lu th v tr no nh hn l tmin.
- Nu (t1 t2c) > (t1c t2)
tmax = t1 t2c, tmin = t1c t2
- Nu (t1 t2c) < (t1c t2)
tmax = t1c t2, tmin = t1 t2c
-
6.2.3. Trng hp 2 lu th chy cho dng
Trong trng hp hai lu th chy cho dng th hiu s nhit trung bnh c th
tnh theo cng thc trn nhng cn thm h s hiu chnh t.
min
max
minmax
t
t2,3lg
tt.
log
tt
- H s t thng nh hn 1.
- Nn hiu s nhit trung bnh khi lu th chy cho dng nh hn hiu s nhit
trung bnh khi 2 lu th chy ngc chiu.
-
6.3. Chn chiu lu th
Trong qu trnh truyn nhit n nh nhit ca hai lu th bin thin theo 3
trng hp sau:
- Nhit c 2 lu th u khng bin i theo v tr cng nh theo thi gian(tc
l trng hp truyn nhit ng nhit).
- Mt trong 2 lu th khng bin i nhit trong sut qu trnh trao i
nhit. Cn lu th kia th bin i nhit theo v tr t t n tc nhng khng bin i
theo thi gian.
- C hai lu th cng bin i nhit theo v tr nhng khng bin i theo thi
gian.
-
- Trong trng hp u v trng hp th hai th chiu ca lu th khng nh hng
n qu trnh truyn nhit. V n khng nh hng n hiu s nhit trung bnh v lng
cht ti nhit.
Do khi chn chiu lu th ch da vo iu kin k thut v cu to thit b.
- Trong trng hp ba, c hai lu th cng bin i nhit th chiu lu th nh
hng n qu trnh truyn nhit.
Do ta cn ch ti n vic chn chiu lu th sao cho qu trnh truyn nhit
tt nht.
-
Vi qu trnh truyn nhit cn tng hiu sut qu trnh truyn nhit th ta
cho hai lu th chuyn ng ngc chiu.
Trng hp mt s cht d gy chy n hoc phn hy nhit u ta cn lm gim nhanh
nhit u vo ca lu th nng xung cho 2 lu th chuyn ng cng chiu.
-
6.4. Nhit trung bnh ca cht ti nhit
Nu nh 1 trong 2 cht ti nhit c nhit khng i trong sut qu trnh trao
i nhit . Cn nhit ca cht ti nhit kia bin i t nhit u n nhit cui th ta
cn xc nh nhit trung bnh ca cht ti nhit ny.
t2tb = t1 - tlog
-
Nu nh c 2 lu th cng bin i nhit th ta xc nh nhit trung bnh nh
sau:
- Nhit ca dng no thay i t th ly trung bnh s hc:
2
tt
1cd
tbt
- Cn nhit trung bnh ca cht ti nhit th 2 th cng hoc tr tlog.
t2tb = t1tb tlog
-
6.5. Tn tht nhit
Trong cc qu trnh truyn nhit ni chung u xy ra tn tht nhit, tc l
lng nhit mt mt do thnh thit b tip xc vi mi trng xung quanh. Lng
nhit ny truyn i bng i lu v bc x nhit. V vy khi tnh ton cn phi tnh
tng hp c hai qu trnh .
-
HT CHNG 1
THANKS !!!
