CHƯƠNG 4. TRUYỀN NHIỆT VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
4.1. Truyền nhiệt
Ở phần trước ta đã nghiên cứu ba hiện tượng trao đổi nhiệt cơ bản: dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ nhiệt. Việc tách riêng ra như vậy để thuận tiện cho nghiên cứu. Trong thực tế ba dạng trao đổi nhiệt này thường xảy ra đồng thời và có ảnh hưởng lẫn nhau. Quá trình trao đổi nhiệt khi xảy ra đồng thời các dạng trao đổi nhiệt cơ bản trên gọi là trao đổi nhiệt hỗn hợp. Khi nghiên cứu trao đổi nhiệt hỗn hợp, ta cần xét xem dạng trao đổi nhiệt nào là cơ bản, ảnh hưởng của các dạng còn lại có chú ý đến bằng cách đưa thêm vào các hệ số hiệu chỉnh.
Ví dụ: qúa trình trao đổi giữa bề mặt vật rắn với chất khí (ở nhiệt độ không lớn) chẳng hạn, ở đây trao đổi nhiệt được thực hiện chủ yếu bằng đối lưu, ảnh hưởng của bức xạ được tính qua một hệ số hiệu chỉnh.
Mật độ dòng nhiệt trao đổi giữa bề mặt vật rắn và chất khí là tổng của mật độ dòng nhiệt đối lưu và bức xạ:
q = qđl + qbx (4.1)
Mật độ dòng nhiệt đối lưu được xác định bằng:
qđl = ađl(Tw – Tf) (4.2)
Mật độ dòng nhiệt bức xạ được xác định bằng:
(4.3)
Khi coi trao đổi nhiệt đối lưu là chủ yếu, ta có:
q = a(Tw – Tf) = ađl(Tw – Tf) + (4.4)
a(Tw – Tf) = (4.5)
a = ađl + abx (4.6)
Với a- hệ số toả nhiệt hỗn hợp;
ađl- hệ số toả nhiệt đối lưu;
abx- hệ số toả nhiệt bức xạ thêm vào để kể tới ảnh hưởng của bức xạ:
(4.7)
Như vậy nếu coi hiện tượng trao đổi nhiệt đối lưu là chủ yếu thì công thức tính toán có dạng công thức Newton và hệ số toả nhiệt là tổng của hệ số toả nhiệt đối lưu và hệ số toả nhiệt bức xạ.
Trường hợp chất lỏng nhỏ giọt bao quanh bề mặt vật rắn nói chung trao đổi nhiệt bức xạ có thể bỏ qua abx = 0, khi đó a = ađl .
Quá trình trao đổi nhiệt hỗn hợp thường gặp là quá trình truyền nhiệt.
Truyền nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt giữa hai môi trường (chất lỏng hoặc chất khí) có nhiệt độ khác nhau qua một vách ngăn cách.
Quá trình này được thực hiện qua các giai đoạn sau:
- Trao đổi nhiệt giữa môi trường có nhiệt độ cao với bề mặt vách ngăn cách được thực hiện chủ yếu bằng đối lưu.
- Dẫn nhiệt qua bề mặt vách ngăn cách.
- Trao đổi nhiệt giữa bề mặt vách và môi trường có nhiệt độ thấp được thực hiện chủ yếu bằng đối lưu.
Tuỳ theo dạng bề mặt vách ngăn cách, ta có truyền nhiệt qua vách phẳng, vách trụ và vách có cánh.
4.2. Các bài toán truyền nhiệt cơ bản
