CHU ĐÊ 6 – TRUYÊN NHIÊT

PT0120

QUA TRINH VA THIÊT BI CÔNG NGHÊ SAU THU HOACH

NGUYÊN TIÊN AN

TRƯƠNG ĐAI HOC ĐA LATKHOA NÔNG LÂM

TRUYÊN NHIÊT

Chuyên nhiêt lương tư vât nay qua vât khac băng sư chênh lêch nhiêt đô (gradient nhiêt đô)

Nong Lanh

Nhiêt thông

AQ

ƯNG DUNG TRONG CÔNG ĐOAN CÔNG NGHÊ

Muc đich đôt nong

- Nâu

- Tiêt trung

- Thanh trung

- Chân

Muc đich lam nguôi

- Bao quan

- Kiêm soat câu truc

- Đinh chi qua trinh xư ly nhiêt

CAC PHƯƠNG THƯC TRUYÊN NHIÊT- Dân nhiêt

- Đôi lưu (câp nhiêt)

- Bưc xa

1. DÂN NHIÊT

Nhiêt truyên qua cac phân tư kê nhau

- Dao đông cua phân tư

- Trôi dat cua cac electron (đôi vơi kim loai)

- Giơi han chuyên đông

PHƯƠNG TRINH FOURIER

Tôc đô dân nhiêt = đông lưc/trơ khang

Dâu trư (-) biêu thi nhiêt truyên tư vât co nhiêt đô cao sang vât co nhiêt đô thâp

Tôc đô dân nhiêt phu thuôc vao:

- Chênh lêch nhiêt đô

- Tinh chât vât liêu

- Khoang cach

- Bê măt dân nhiêt

dx

dTkA

dt

dQ

MÔT SÔ THUÂT NGƯ

dQ/dt = tôc đô dân nhiêt (lưu lương nhiêt)

Dx = đô day. ∆x nêu đô day đươc xac đinh

A = diên tich truyên nhiêt (bê măt truyên nhiêt)

k = hê sô dân nhiêt (W/m.K)

dT = chênh lêch nhiêt đô (∆T nêu chênh lêch xac đinh)

Đôi vơi truyên nhiêt ôn đinh:

x

T

dx

dT

VI DU: TƯƠNG PHĂNG 1 LƠP

T1 T2

x

A

Q

k

x

TTkAQ

21

TƯƠNG PHĂNG 1 LƠPSư dung phương trinh Fourier đê tim chênh lêch nhiêt đôDT=T1-T2 (xem hinh bên).

Đap an:

Tai sao DT âm?

T1 T2

x=25 mm

A=0.1m2

WQ 30

k=0.2CkA

xQT

x

TkAQ

o 5.371.02.0

025.030

HÊ SÔ DÂN NHIÊT

Hê sô dân nhiêt: tinh chât cua vât liêu

- Vât liêu dân nhiêt tôt: cac kim loai

- Vât liêu dân nhiêt kem: vât liêu bao ôn

Môt sô gia tri phô biên?

MÔT SÔ VI DU

Kim loai: 50-400 J/oC.s.m

Thuy tinh: 0.51 J/oC.s.m

Hơp kim: 10-120 J/oC.s.m

Không khi: 0.024 J/oC.s.m

Nươc: 0.7 J/oC.s.m

Nươc đa: 2.3 J/oC.s.m

Vât liêu cach nhiêt: 0.026-0.052 J/oC.s.m

• Không khi la vât liêu cach nhiêt tôt

HÊ SÔ DÂN NHIÊT CUA THƯC PHÂM- Gân k cua nươc đôi vơi thưc phâm co đô âm cao

- Đôi vơi rau qua vơi W>60%:

k = 0.148 + 0.00493W

- Thit vơi W=60-80%

k = 0.08 + 0.0052W

- Đôi vơi thưc phâm răn co W thâp, xem Toledo, Singh va Heldman, Fellows …

VI DU

Hê sô dân nhiêt cua thit la bao nhiêu nêu thit co đô âm 75%?

Vi sao thông tin nay quan trong?

LƯU Y

Nhiêt thông = nhiêt truyên qua đơn vi diên tich

Nhiêt thông = dQ/A.dt

dx: vi phân, ∆x: khoang

Công suât đươc đo băng Watt (W)

Năng lương đươc đo băng Joule (J)

Công suât la năng lương trên giây (W=J/s)

VI DU

Môt miêng bân co đô day 10cm, nhiêt đô hai bên miêng bân lân lươt la -12oC va 21oC. Nêu hê sô truyên nhiêt la 0.042 W/m.K, tinh nhiêt truyên qua môt met vuông?

SO SANH VƠI MACH ĐIÊN

Tư kiên thưc vât ly – mach điên

- Lưu lương nhiêt tương ưng vơi cương đô dong điên

- ∆x/kA tương ưng vơi điên trơ

- ∆T tương ưng vơi hiêu điên thê (đông lưc)

kAxT

dx

dTkA

dt

dQ

ELECTRICAL CIRCUIT

Mach đơn

A

R

V

I

R

VI

ƯNG DUNG CHO NHIÊT

R=dx/kA

dT

Q

kAxT

Q

R goi la nhiêt trơ

NHIÊT TRUYÊN QUA TƯƠNG NHIÊU LƠPNhiêt truyên qua nhiêu lơp vât liêu mong:

Ak

dxR

1

11

dT

QAk

dxR

2

22

k1 k2

T1 T2

dx1 dx2

Q

Thưc têHinh tương

- Đôi vơi mach điên, tông điên trơ = R1+R2

- Tông nhiêt trơ:

- Đăt RT = 1/UA cho đơn gian, ta co

- U la hê sô truyên nhiêt tông quat

UAAk

dx

Ak

dxRT

1

2

2

1

1

TUAR

TQ

T

2. ĐÔI LƯU

Nhiêt truyên đi nhơ dong chuyên đông cua chât long (hoăc khi) đươc goi la truyên nhiêt đôi lưu.

Nong Lanh

MÔT BÊ MĂT

TThAQ s

NongChât long chuyên đông

T

Ts

HAI DANG ĐÔI LƯU

Đôi lưu tư nhiên (tôc đô truyên nhiêt châm):

- Do sư chênh lêch nhiêt đô

- Dong chuyên đông quyêt đinh bơi khac biêt vê khôi lương riêng

Đôi lưu cương bưc (truyên nhiêt nhanh hơn):

- Chuyên đông cua cac phân tư nhơ năng lương bên ngoai tac đông vao.

ĐINH LUÂT NEWTON VÊ LAM LANH

Trong đo:

- h = Hê sô câp nhiêt

- A = diên tich câp nhiêt

- ∆T: chênh lêch nhiêt đô

TThAQ s

CAN TRƠ TRUYÊN NHIÊT ĐÔI LƯU

Ta săp xêp lai công thưc:

So sanh vơi công thưc cho mach điên:

Nhiêt trơ đôi lưu: R = 1/hA

hA

TQ 1

R

VI

VD VÊ HÊ SÔ CÂP NHIÊT

Cac gia tri đươc xac đinh băng thưc nghiêm

Không khi:Đôi lưu tư nhiên 5-25 J/oC.s.m2

đôi lưu cương bưc 10-200

Nươc:Đôi lưu tư nhiên 20-100Đôi lưu cương bưc 50-10,000Nươc sôi 3,000 –100,000Hơi nươc ngưng tu 5000 – 100,000

VI DU

Tinh tôc đô mât nhiêt tư môt tâm kim loai nong co bê măt 1 m2. tâm KL co nhiêt đô 120oC va nhiêt đô môi trương xung quanh la 20oC. Hê sô câp nhiêt la 10 J/oC.s.m2

W1000

20120110

Q

TThAQ s

3. BƯC XA

Nhiêt truyên đi băng song điên trương

Tương tư sư truyên anh sang

Không cân môi trương vât ly cho sư truyên nhiêt

Co thê thưc hiên trong chân không

KÊT HƠP CAC DANG TRUYÊN NHIÊT

Đôi vơi nhiêu dang truyên nhiêt co thê co, ap dung quy tăc:

h2,Ah1,A

T1 T2

R1 R2 R3

k,x,A

TINH U

Tông nhiêt trơ:

Trong đo U la hê sô truyên nhiêt tông quat

AhkA

x

AhUA 21

111

)( 21 TTUAQ

VI DU THƯC TÊ

Nươc đươc đun nong trong nôi (đương kinh 20cm)

Hê sô dân nhiêt cua vât liêu lam nôi: k = 400W/m.K

Nhiêt trơ đôi lưu (đay nôi tơi nươc) = 0.0105 K/W

Tim lưu lương nhiêt?

250oC

100oCĐay: 3 mm

ĐAP AN

Hai dang nhiêt trơ:

- Dân nhiêt cua vât liêu

- Đôi lưu tư đay nôi cho nươc

Tim tưng loai nhiêt trơ:

Lưu lương nhiêt:

K/W 104.21.0400

003.0 421

kA

xR

K/W 0105.02 R

kW 14.00.000240.0105

100250 / 21

RRTQ

NHIÊT TRUYÊN QUA ÔNG THĂNG

Chiêu dai, L San phâm, T1

MT ngoai, T2

r1r2

MĂT CĂT

dr

r2r1

T1

T2

PHÂN TICH

dr

dTkAQ

Q

r

r

Q

TTkLdrr

dTkLrdr

drdTrLkQ

)(21

2

2

212

1

1

2

21

1

2

ln

)(2

2)(ln 21

rr

TTkLQ

kLTTr

rQ

NHIÊT TRƠ CUA ÔNG

Săp xêp công thưc va so sanh vơi công thưc cua mach điên, ta co Rcyl

Nhiêt trơ nay tương tư nhiêt trơ do tương phăng

kL

rr

cylR

212

ln

VI DU: DÂN NHIÊ QUA HAI LƠP

Tinh tôc đô mât nhiêt qua lơp cach nhiêt sơi thuy tinh cua ông dân hơi nươc. Bo qua đôi lưu

150o

C

ĐK trong = 2.1 cm

ĐK giưa = 2.67 cm

ĐK ngoai = 3.335 cm

ksơi TT= 0.0351 W/m.K

kông KL= 45 W/m.K

Sơi thuy tinh

Ông kim loai

T=35oC

ĐAP AN

Hai lơp, hai nhiêt trơ:

Rông= ln(1.335/1.05)/(2 45) (trên môt đơn vi chiêu dai)

= 0.00085 K/W

Rsơi TT= ln(1.667/1.335)/(2 0.0351)

= 1.008 K/W

Tôc đô truyên nhiêt = (150-35)/(1.007+0.00085)

= 114.104 W/m

VI DU: DÂN NHIÊT / CÂP NHIÊTDư liêu:

h1=6.5 W/m2K

h2=4.5 W/m2K

T1=135oC

T=20oC

k1=202 W/mK

ri=4.88 cm

ro=5.08 cm

Tinh nhiêt tôn thât trên môt đơn vi chiêu dai?

h1, T1

h2, T

ro

ri

k

ĐAP AN

Đôi lưu bên trong

Đôi lưu bên ngoai:

Dân nhiêt cua ông:

502.0)0488.02(5.6

11

11

Ah

Ri

696.0)0508.02(5.4

11

22

Ah

Ro

00003.0

)202(2

88.408.5ln

2

ln

k

rr

R i

o

o

FST 2010 42/7

6

Tông nhiêt trơ = 0.502+0.696+0=1.20

Nhiêt tôn thât:

mWR

TT

L

q

T

/8.9520.1

201351

CACH NHIÊT

Vât liêu cach nhiêt co hê sô dân nhiêt thâp

Thương dung đê boc bên ngoai đương ông hoăc thiêt bi đê han chê mât nhiêt

LƯA CHON CACH NHIÊT

Phu thuôc vao:

- Gia vât liêu so vơi gia tôn thât nhiêt

- Đô dân nhiêt cua vât liêu (co thê thay đôi theo thơi gian)

- Chi phi bao boc cach nhiêt

- Đô day tơi han

ĐÔ DAY TƠI HAN

Bao boc cach nhiêt co thê lam tăng thât thoat nhiêt

Tai sao? – tăng bê măt truyên nhiêt

Trong đo ro la ban kinh bên ngoai, yêu tô chinh.

kL

rr

hAR i

o

T 2

ln1

KÊT HƠP HAI PHƯƠNG THƯC

Kêt hơp dân nhiêt va câp nhiêt

q qT1T2

Tk h

x

RănLong

BAO TOAN NĂNG LƯƠNG

Đôi vơi truyên nhiêt ôn đinh, năng lương chuyên qua vât liêu răn phai băng năng lương ma chât long lây đi.

)( 2

12

TThA

x

TTkAq

hAkAxTT

q1

1

hAkA

xRT

1

XAC ĐINH HÊ SÔ CÂP NHIÊT

h đươc xac đinh băng thưc nghiêm

h bi anh hương bơi:

- Loai va vân tôc cua chât long/khi

- Tinh chât vât ly cua chât long (khôi lương riêng, đô nhơt, đô dân nhiêt, nhiêt dung riêng, hê sô gian no bơi nhiêt)

- Chênh lêch nhiêt đô

- Hinh dang cua hê thông thiêt bi

- Trong trương (chênh lêch khôi lương riêng tao nên đôi lưu tư nhiên)

BAI TÂP

Môt tank lên men bia đương kinh 13m va chiêu cao 18m đươc đăt trong phong co nhiêt đô 15oC.

Tank đươc thiêt kê băng thep co bê day 9mm, đông thơi bê măt phia trong cua tank đươc phu môt lơp thuy tinh day 12.5mm.

Sư can trơ truyên nhiêt đôi lưu bên trong tank co thê bo qua, hê sô câp nhiêt bên ngoai tank la 10W/m2.K

Nêu bia đươc giư ơ 37oC, tinh công suât cua thiêt bi lam âm đê duy tri nhiêt đô?

Nêu không co bô phân sươi âm, bia se bi lanh đi vơi tôc đô thê nao?

Gia thiêt tank chưa đây bia. kthep =15 W/m.K kTT =0.73 W/m.K

ĐAP AN

D = 13 m

H=18 m

15oC 37oC

Q

Thepl TT

h=10

HÊT CHU ĐÊ 6