Xem mẫu
- http://www.ebook.edu.vn
Chöông III CAÙCH NHIEÄT vaø
Sunday, November 23, 2008
TAÊNG CÖÔØNG TRUYEÀN NHIEÄT
A. CAÙCH NHIEÄT
I. CAÙC VAÁN ÑEÀ CHUNG
1. Phaïm vi caùch nhieät
x Caùch nhieät ñeå caûn trôû doøng nhieät töø heä thoáng ra moâi
tröôøng beân ngoaøi. Tröôøng hôïp naøy heä thoáng coù nhieät
ñoä lôùn hôn nhieät ñoä moâi tröôøng
ví duï: ñöôøng oáng daãn hôi, daãn nöôùc noùng, vaùch buoàng
löûa, …
Nhieäm vuï laø choïn beà daøy lôùp caùch nhieät ñeå toån
thaát nhieät ôû möùc ñoä hôïp lyù.
x Khi heä thoáng coù nhieät ñoä thaáp hôn nhieät ñoä moâi
tröôøng, thì ta phaûi caùch nhieät ñeå caûn trôû söï xaâm nhaäp
cuûa doøng nhieät beân ngoaøi vaøo heä thoáng
ví duï: caùc kho laïnh caáp tröõ ñoâng, nhieät ñoä dao ñoäng
20 y 35
- o C, caùc ñöôøng oáng daãn nöôùc laïnh hay
khoâng khí laïnh, …
Trong tröôøng hôïp naøy ngoaøi nhieäm vuï caùch nhieät,
thì chieàu daøy lôùp caùch nhieät phaûi ñuû daøy ñeå ñaûm
baûo khoâng bò ñoïng söông treân beà maët caùch nhieät.
Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong
Page 1 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät Page 2 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät
- http://www.ebook.edu.vn
II. TRÖÔØNG HÔÏP VAÙCH PHAÚNG
2. Xaùc ñònh chieàu daøy lôùp caùch nhieät
Heä soá truyeàn nhieät toái öu choïn theo taøi lieäu chuyeân ngaønh
Vaät lieäu caùch nhieät laø loaïi vaät lieäu coù heä soá daãn nhieät nhoû
Chieàu daøy caùch nhieät choïn theo coâng thöùc sau
Vaät lieäu vaø chieàu daøy lôùp caùch nhieät ñöôïc löïa choïn treân
cô sôû toái öu veà kinh teá ª1 § 1 1 ·º
G
¦ i
¨ ¸»
G'CN O CN « (3-1)
K F ¨ D ng O i D tr ¸¼
© ¹
¬
Trong ñoù
G’CN Chieàu daøy lôùp caùch nhieät, m
OCN Heä soá daãn nhieät cuûa vaät lieäu caùch nhieät, W /(m.K)
Dng, Dtr Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu, W /(m 2 .K)
Vaät lieäu caùch nhieät trong thöïc teá coù chieàu daøy tieâu chuaån,
xaùc ñònh laïi heä soá truyeàn nhieät gaàn vôùi giaù trò ñaõ choïn ôû treân
1
KF (3-2)
G G
1 1
CN ¦ i
D ng O CN O i D tr
Trong tröôøng hôïp vaùch kho laïnh thì chieàu daøy lôùp caùch
nhieät phaûi ñaûm baûo ñieàu kieän nhieät ñoä vaùch phía khoâng khí
noùng khoâng bò ñoïng söông
t w ! t ñs (3-3)
Cô sôû ban ñaàu ñeå xaùc ñònh chieàu daøy caùch nhieät laø döïa
vaøo heä soá truyeàn nhieät toái öu ñöôïc ñeà nghò ôû töøng khoaûng Ñieàu kieän treân coù theå xaùc ñònh theo bieåu thöùc sau
nhieät ñoä.
t ng t ñs
K F d 0,95 D ng (3-4)
Kieåm tra ñoïng söông ôû vaùch phía coù nhieät ñoä khoâng khí
t ng t tr
cao hôn trong tröôøng hôïp caùch nhieät heä thoáng laïnh.
Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong
Page 3 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät Page 4 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät
- http://www.ebook.edu.vn
III. TRÖÔØNG HÔÏP VAÙCH TRUÏ
Trong ñoù
Vieäc caùch nhieät vaùch truï caàn löu yù
tng, ttr Nhieät ñoä löu chaát phía vaùch noùng vaø vaùch laïnh
tñs Nhieät ñoä ñoïng söông cuûa khoâng khí phía vaùch noùng
Bieåu thöùc xaùc ñònh nhieät löôïng
t1 t f t1 t f
q
RO RD 1 1
ln r2 r1
-
2S O 2 S r2 D
Nhaän xeùt: khi chieàu daøy caùch nhieät taêng thì
x Nhieät trôû daãn nhieät taêng
o doøng nhieät coù xu höôùng giaûm
x Nhieät trôû do ñoái löu giaûm
o doøng nhieät coù xu höôùng taêng
Coù moät giôùi haïn veà chieàu daøy lôùp caùch nhieät bieåu dieãn
nhö ñoà thò sau
Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong
Page 5 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät Page 6 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät
- http://www.ebook.edu.vn
Thöïc teá ta thöôøng gaëp tröôøng hôïp r1 ! rth .
Duøng bieåu thöùc sau ñeå xaùc ñònh chieàu daøy caùch nhieät
trong tröôøng hôïp oáng daãn taùc nhaân laïnh, nöôùc laïnh, …
t ng t ñs 1
0,95 (3-6)
D ng D CN
t ng t tr D
1 ln CN
2 O CN d ng
D CN d ng
G CN (3-7)
2
Trong ñoù
0,95 Heä soá döï tröõ
Dng heä soá toûa nhieät ñoái löu veà phía khoâng khí,
W /(m 2 .K)
OCN Heä soá daãn nhieät cuûa vaät lieäu caùch nhieät, W /(m.K)
tng Nhieät ñoä khoâng khí beân ngoaøi
ttr Nhieät ñoä löu chaát chuyeån ñoäng trong oáng
tñs Nhieät ñoä ñoïng söông cuûa khoâng khí beân ngoaøi
Ôû ñaây coù baùn kính giôùi haïn
GCN Chieàu daøy lôùp caùch nhieät, m
O CN
rth dng Ñöôøng kính ngoaøi cuûa oáng daãn, m
(3-5)
D
DCN Ñöôøng kính cuûa lôùp caùch nhieät, m
Nhaän xeùt: Khi baùn kính cuûa lôùp caùch nhieät nhoû hôn rth thì
vieäc taêng chieàu daøy lôùp caùch nhieät laøm taêng
toån thaát nhieät
Vieäc caùch nhieät chæ coù taùc duïng khi baùn kính
oáng lôùn hôn baùn kính tôùi haïn rth.
Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong
Page 7 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät Page 8 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät
- http://www.ebook.edu.vn
B. TAÊNG CÖÔØNG TRUYEÀN NHIEÄT
Doøng nhieät ñoái löu: Nhieät löôïng truyeàn töø beà maët coù
nhieät ñoä tw ñeán moâi tröôøng löu chaát
xung quanh coù nhieät ñoä tf ñöôïc xaùc
ñònh bôûi phöông trình theo ñònh luaät
Newton:
D F t w t f
-
QD (3-8)
Ñeå taêng cöôøng Q , trong tröôøng hôïp khoâng theå taêng vaø
't t w t f
- chæ coøn laïi bieän phaùp laø taêng dieän tích truyeàn
nhieät baèng caùch gaén theâm caùc caùnh treân beà maët toûa nhieät.
Tröôøng hôïp trao ñoåi nhieät giöõa hai löu chaát qua beà maët
vaùch, caùnh thöôøng ñöôïc gaén veà phía löu chaát coù heä soá toûa
nhieät ñoái löu nhoû hôn, ví duï; khoâng khí, khoùi ...
Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong
Page 9 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät Page 10 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät
- http://www.ebook.edu.vn
I. PHÖÔNG TRÌNH VI PHAÂN
Khaûo saùt moät caùnh nhö hình beân döôùi
Xeùt moät phaân toá coù khoaûng caùch ñeán goác laø x, chieàu
daøy x, cöôøng ñoä toûa nhieät trung bình treân beà maët laø ,
nhieät ñoä moâi tröôøng xung quanh tf
Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong
Page 11 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät Page 12 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät
- http://www.ebook.edu.vn
II. DAÃN NHIEÄT QUA THANH COÙ TIEÁT DIEÄN KHOÂNG ÑOÅI
Phöông trình caân baèng naêng löôïng cho phaân toá khaûo saùt:
Naêng löôïng daãn
Naêng löôïng
Naêng löôïng toûa
ra khoûi beà maët
daãn vaøo beà maët = +
ra baèng ñoái löu
x+'x
x
Caùnh thöôøng coù tieát dieän ngang Ac nhoû (so vôùi chieàu daøi
L), vaät lieäu laøm caùnh thöôøng coù heä soá daãn nhieät O lôùn, neân
xem tröôøng nhieät ñoä trong caùnh laø tröôøng moät chieàu, caùc
thaønh phaàn naêng löôïng:
QD
Q Q (a)
x 'x
x
D U 'x
- t t f
-
vôùi QD (b)
Theá vaøo phöông trình treân
Q
Q
D U t t f
- 0
x 'x x
(c)
'x Tröôøng hôïp naøy ñaëc bieät vôùi giaû thuyeát D vaø O thay ñoåi ít
Laáy giôùi haïn 'x o 0 , ta ñöôïc: trong khoaûng nhieät ñoä khaûo saùt, phöông trình 3-9 ñöôïc vieát laïi
dQ O d2t D U
D U t t f
- 0 t t f
- 0
(d) (3-10)
dx dx 2 O A c
t t f
- goïi laø nhieät thöøa
Theo ñònh luaät Fourier
T
°
dt
O A c ® DU
QO (e) ñaët
dx °m O Ac
¯
Theá phöông trình e vaøo d
phöông trình 3-10 ñöôïc vieát laïi:
d§ dt ·
¨ O A c ¸ D U t t f
- 0 (3-9)
d2T
dx © dx ¹
m2 T 0 (3-11)
2
dx
Nguyeãn toaøn phong Nguyeãn toaøn phong
Page 13 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät Page 14 of 30 Chöông III – Caùch Nhieät & Taêng Cöôøng Truyeàn Nhieät
- http://www.ebook.edu.vn
1. Tröôøng hôïp thanh daøi höõu haïn
Phöông trình treân coù nghieäm toång quaùt
coù xeùt toûa nhieät ôû ñænh thanh
C1 e mx C 2 e mx
T (3-12)
x 0 o T Tg
Khi
Hình sau theå hieän söï caân baèng naêng löôïng
dT
L o O § · D L TL
¨¸
x
© dx ¹ xL
DU
°m
° O Ac
®
Ñaët
D Ac
D
°n
° m O OU
¯
Phöông trình tröôøng nhieät ñoä coù daïng:
Nhieät löôïng trao ñoåi ñoái löu treân thanh baèng nhieät löôïng
ch>m L x
- @ n sh>m L x
nguon tai.lieu . vn