Bài giảng Slide môn hóa học

Phần 2Các quá trình truyền nhiệt GV: TS. Nguyễn Minh Tân Bộ môn QTTB CN Hóa – Thực phẩm Chương 1: Truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt là quá trình một chiều từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Quá trình truyền nhiệt Thiết bị làm việc liên tục - Thiết bị làm việc gián đoạn - Giai đoạn đầu và cuối của quá trình liên tục Ổn định Không ổn định Các phương thức truyền nhiệt Dẫn nhiệt/Conduction: Quá trình truyền nhiệt từ phần tử này đến phần tử khác của vật chất khi chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau Đối lưu/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/Radiation: Qua 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 đố được biến thành nhiệt năng, một phần phản xạ lại, và một phần xuyên qua vật thể Dẫn nhiệt Các vật liệu dẫn nhiệt tốt được gọi là vật dẫn nhiệt, các vật liệu dẫn nhiệt kém được gọi là vật cách nhiệt Hầu hết kim loại là các vật liệu dẫn nhiệt tốt, các loại nhựa là các vật liệu cách nhiệt tốt Các electron tự do tạo nên khả năng dẫn nhiệt tốt ở các kim loại Dẫn nhiệt Đối lưu Dòng đối lưu được hình thành khi trong nồi có nước được đun nóng Dòng không khí đối lưu hình thành do chênh lệch nhiệt độ giữa đại dương và lục địa Tại sao bộ phận sưởi được đặt dưới sàn, còn giàn lạnh của tủ lạnh được đặt phía trên? Bức xạ Năng lượng được truyền bằng các sóng điện từ Ánh sáng, vi sóng, sóng radio, tia x Bước sóng phụ thuộc vào tần số bức xạ 1.1. Dẫn nhiệt Nhiệt trường: Tập hợp tất cả các trị số nhiệt độ tức thời của vật thể hoặc của môi trường được gọi là nhiệt trường (Trường nhiệt độ) Nhiệt trường ổn định Nhiệt trường không ổn định Mặt đẳng nhiệt: Tập hợp tất cả các điểm có nhiệt độ giống nhau 1.1.1. KHÁI NIỆM 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.1. KHÁI NIỆM Gradient nhiệt độ (Grad t): Sự thay đổi nhiệt độ (lớn nhất) trên một đơn vị chiều dài theo phương pháp tuyến với bề mặt đẳng nhiệt Grad t là vector - Có phương trùng với phương pháp tuyến của mặt đẳng nhiệt Chiều tùng với chiều tăng nhiệt độ (ngược chiều với dòng nhiệt) Có độ lớn bằng đạo hàm của nhiệt độ theo phương pháp tuyến 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.2. ĐỊNH LUẬT DẪN NHIỆT FOURIER và ĐỘ DẪN NHIỆT Định luật Fourier: Nguyên tố nhiệt lượng dQ dẫn qua một đơn vị bề mặt dF trong một đơn vị thời gian dt thì tỉ lệ với gradt, bề mặt dF và thời gian dt Quá trình ổn định: Q: nhiệt lượng, W F: bề mặt vuông góc với phương dẫn nhiệt, m2 Gradt, °C/m t: Thời gian, s λ: độ dẫn nhiệt, w/m °C 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.2. ĐỊNH LUẬT DẪN NHIỆT FOURIER và ĐỘ DẪN NHIỆT Độ dẫn nhiệt của các vật thể rắn, lỏng, khí - Độ dẫn nhiệt biểu thị khả năng dẫn nhiệt của vật chất, đặc trưng cho tính chất vật lý của vật chất Độ dẫn nhiệt thường được xác định bằng thực nghiệm Độ dẫn nhiệt của chất lỏng và chất khí nhỏ hơn chất rắn Độ dẫn nhiệt phụ thuộc: Cấu trúc Khối lượng riêng Hàm ẩm Nhiệt độ 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT Giả thiết: - Các tính chất vật lý (khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt) không đổi theo không gian và thời gian 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT - Lượng nhiệt dẫn qua các mặt đi vào hình hộp trong khoảng thời gian dt được xác định theo pt Fourrier - Lượng nhiệt dẫn qua các mặt đi ra khỏi hình hộp: 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT - Lượng nhiệt dẫn qua các mặt đi ra khỏi hình hộp: 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT - Hiệu số lượng nhiệt đi vào và đi ra khỏi các mặt hình hộp: 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT - Hiệu số lượng nhiệt đi vào và đi ra khỏi các mặt hình hộp: 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT - Theo định luật bảo toàn năng lượng, lượng nhiệt tăng thêm phải bằng lượng nhiệt tiêu hao để làm biến đổi nhiệt lượng riêng trong hình hộp: C: Nhiệt dung riêng của vật thể, J/kg.độ : Khối lượng riêng của vật thể, kg/m3 Biến thiên nhiệt độ theo thời gian - Phương trình vi phân dẫn nhiệt trong môi trường đồng nhất tĩnh/Phương trình vi phân dẫn nhiệt Fourrier 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT - Phương trình vi phân dẫn nhiệt trong môi trường đồng nhất đối với quá trình ổn định Hoặc 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG PHẲNG Tường phẳng một lớp Điều kiện biên: hay 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG PHẲNG Tường phẳng một lớp Với quá trình ổn định 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG PHẲNG Tường phẳng nhiều lớp Lớp thứ nhất Lớp thứ hai Lớp cuối cùng Hoặc 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG ỐNG Tường ống một lớp r1 r2 L Lượng nhiệt dẫn qua lớp tường ống (theo Fourier) Dẫn nhiệt ổn định 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG ỐNG Tường ống một lớp r1 r2 L Tích phân từ r1 tới r2 và theo nhiệt độ từ tT1 đến tT2 Phương trình dẫn nhiệt qua tường trụ một lớp trong trạng thái ổn định 1.1. Dẫn nhiệt 1.1.4. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƯỜNG ỐNG Tường ống nhiều lớp Dùng phương trình tường phẳng