Chương 3: Truyền nhiệt &cách nhiệt của các kết cấu bao che

Chia sẻ: Pham Van Diep | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

130
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xảy ra khi các phần tử vật chất (nguyên tử, điện tử, phân tử) tiếp xúc trực tiếp với nhau), vì vậy dẫn nhiệt xảy ra mạnh ở môi trường chất rắn, môi trường chất lỏng và rất ít trong chất khí. Trong kim loại, truyền nhiệt bằng các điện tử tự do, vì vậy KL nào dẫn điện cao sẽ dẫn nhiệt cao. Trong VLXD thì phụ thuộc vào dao động của các phân tử.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 3: Truyền nhiệt &cách nhiệt của các kết cấu bao che

Chương 3: Truyền nhiệt và cách nhiệt của các kết cấu bao che (heat transfer & thermal isulation) 3.1. Một số khái niệm cơ bản về truyền nhiệt - Một số k
3.1. Khái niệm cơ bản về truyền nhiệt
3.1. Khái niệm cơ bản về truyền nhiệt -Trường nhiệt : sự phân bố nhiệt độ trong môi trường vật chất Ổn định / không ổn định Biến thiên theo 1,2,3 chiều không gian + nhiệt độ biến thiên theo 1 chiều trong không gian: th ường xảy ra trên m ảng t ường phẳng δt/δx ≠ 0, δt/δy = 0, δt/δz = 0 + nhiệt độ biến thiên theo 2 chiều trong không gian: th ường xảy ra ở các góc t ường δt/δx ≠ 0, δt/δy ≠ 0, δt/δz = 0 + nhiệt độ biến thiên theo 3 chiều trong không gian: tiếp giáp giữa góc tường và mái, δt/δx ≠ 0, δt/δy ≠ 0, δt/δz ≠ 0 - Truyền nhiệt: khi có sự chênh lệch nhiệt độ thì xảy ra truyền nhiệt; - Đặc điểm truyền nhiệt hay tính chất truyền nhiệt, xét theo thời gian: + Truyền nhiệt ổn đinh: trong suốt quá trình truyền nhiệt thì nhi ệt đ ộ môi trường không thay đổi theo thời gian, kể cả hướng và giá trị; + Truyền nhiệt không ổn định: ngược lại, nhiệt độ môi trường biến thiên lúc lớn lúc nhỏ trong quá trình truyền nhiệt;
3.1.1. Dẫn nhiệt • Xảy ra khi các phần tử vật chất (nguyên tử, điện tử, phân t ử) ti ếp xúc trực tiếp với nhau), vì vậy dẫn nhiệt xảy ra mạnh ở môi trường ch ất rắn, môi trường chất lỏng và rất ít trong chất khí. Trong kim lo ại, truy ền nhiệt bằng các điện tử tự do, vì vậy KL nào dẫn điện cao s ẽ d ẫn nhi ệt cao. Trong VLXD thì phụ thuộc vào dao động của các phân t ử. • Phương trình vi phân dẫn nhiệt một chiều (từ công th ức Furie): q = - λ.δt / δx Áp dụng định luật Furie cho dòng nhiệt qua kết cấu bao che: Giả thiết T1>T2 (T là nhiệt độ bề mặt KC): qd = λ (T1 – T2) /d Hay qd = λ /d (T1 – T2), kcal/m2.h hay W/m2. oC - qd: cường độ dòng nhiệt, lượng nhiệt đi qua 1 m2 trong thời gian 1h;
- λ : hệ số dẫn nhiệt của VL, phụ thuộc vào nhiều yếu tố: + Tính chất vật liệu (KL-sắt, nhôm… hay phi kim-g ạch, gỗ, đá, kính) (kcal/m.h.oC). Gạch: λ = 0,65 – 0,7 kcal/m.h.oC, BTCT: λ = 1,33 kcal/m.h.oC + Độ rỗng hay tỷ trọng của VL: càng nhiều độ rỗng thì càng d ẫn nhi ệt càng kém, trở thành các VL cách nhiệt; + Độ ẩm: khi khô dẫn nhiệt kém, cách nhiệt tôt, ẩm dẫn nhiệt t ốt, cách nhiệt kém; + Cấu trúc VL: cấu trúc tinh thể (dẫn nhiệt rất mạnh do tinh th ể có c ấu trúc kết hợp mạnh mẽ, nên dẫn nhiệt tốt), cấu trúc t ự do, cấu trúc dạng sợi.
Dẫn nhiệt - Heat Conduction Lượng nhiệt Q = hệ số dẫn nhiệt k x diện tích A x chênh lệch nhiệt độ Δt / khoảng cách L Q = kA (t1 – t2)/ L (joules/second) k = thermal conductivity [J/s-m-C] t1 t2
3.2.2. Đối lưu nhiệt • Xảy ra trong môi trường chất lỏng và chất khí, khi các khối chất lỏng hoạc chất khí có nhiệt độ khác nhau, lúc đó chúng sẽ chuyển dời vị trí do tỷ tr ọng thay đổi vì nhiệt, do đó xảy ra đối lưu nhiệt. • Phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc gió do nhiệt mất đi hay tăng lên do b ề m ặt kết cấu tiếp xúc với không khí qđ = hđ (T – tk), kcal/m2.h, W/m2.oC - qđ : lượng nhiệt trao đổi khi tiếp xúc với không khí của 1m 2 trong 1h (kCal/m2.h.oC), (W/m2.oC); - hđ : phụ thuộc vào tốc độ không khí, trạng thái, vị trí và tính ch ất bề m ặt Tại bề mặt nhám sẽ xảy ra đối lưu kém hơn bề mặt nhẵn ;
Đối lưu trong đời sống ( Convection in life) và trong tự nhiên (Natural Convection) Hot water rises, cools, and falls. Air above warmer ground rises. Heated air rises, cools, then falls. Air near heater is replaced by cooler Inversion layer. Air near ground is air, and more dense than air higher up; no the cycle repeats. convection currents to lift pollutants
Trao đổi nhiệt đối lưu Dẫn nhiệt (convection) (conduction) q τ1 τ qđ =  đ ( τ - tk) τ τ2 tk k qd = k (τ 1 - τ 2) / d d qd : cường độ dòng nhiệt, qb : cường độ dòng nhiệt, kcal/m2h kcal/m2h hoặc W/m2 hoặc W/m2 k : hệ số dẫn nhiệt của môi hđ : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của trường ( vật liệu ), bề mặt kết cấu với môi trường kcal/mh0C hoặc W/m2 0C không khí, kcal/m2h0C hoặc τ1, τ2 : nhiệt độ bề mặt kết W/m2C cấu, 0C τ, : nhiệt độ bề mặt kết cấu, 0C d: chiều dày kết cấu, m. tk nhiệt độ không khí, 0C
3.2.3. Bức xạ nhiệt • Tất cả các bề mặt có nhiệt độ>độ 0 tuyệt đối đều có khả năng búc xạ nhiệt vào môi trường, vật thể có nhiệt độ cao phát ra sóng ngắn (mặt trời), vật thể có nhiệt độ thấp phát ra sóng dài (bề mặt kiến trúc – bức xạ sóng dài). • Lượng nhiệt đơn vị vật thể bức xạ vào không gian theo định luật Stefan- Bolzmann như sau : qb = C(T/100)4, kcal/m2.h - qb : lượng nhiệt đơn vị - T : nhiệt độ bề mặt của vật, oK ; - C : hệ số bức xạ nhiệt ; - Co = 4,9 kCal/m2.h.K4 : hệ số bức xạ nhiệt cực đại của vật đen tuyệt đối. • Chấp nhận trao đổi nhiệt = bức xạ giữa 2 bề mặt kết cấu song song và g ần nhau để đơn giản hóa bái toán trong kiến trúc q b = hb (T1 – T2), kcal/m2.h (coi như bề mặt 1 tỏa đi bao nhiêu thì bề mặt 2 nhận b ấy nhiêu) - T1, T2 : nhiệt độ bề mặt (oC) - hb : hệ số trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữa hai bề mặt ;
hb phụ thuộc • - Nhiệt độ bề mặt vật thể; - Hệ số bức xạ nhiệt và hấp thụ nhiệt; - Diện tích và vị trí tương hỗ của các bề mặt.
Bức xạ nhiệt (radiation) Vật thể có nhiệt độ T > 0 → phát năng Stefan-Boltzmann Law of Radiation lượng bức xạ. Energy radiated per second: Nếu vật có nhiệt độ bề mặt T (đo bằng độ Kelvin), làm bằng vật liệu có hệ số H = eσAT4 bức xạ nhiệt C thì lượng nhiệt mà 1m2 bề mặt do nó phát ra trong 1 giờ là e = emissivity (0 - 1) σ = Stefan-Boltzmann constant qb= 10- 8CT4, kCal/m2h = 5.67 x 10 -8 J/(s- m2-K4) A = surface area of object T = Kelvin temperature Vật đen tuyệt đối có hệ số C = max = C0 = 4,9 kCal/m2hK4 Vật liệu xây dựng ( vật xám) có C < C0 Bê tông C = 3,1 Ludwig Boltzmann Gạch nung C = 4,6 – 4,7 (1844-1906) Bức xạ nhiệt truyền đi bằng sóng điện từ.
• Example: How much does the human body radiate? ----------------------------------------------------------------------- - Body temperature = 37 C = 37 +273 = 310 K, Estimate surface area A = 1.5 m2 e = 0.70 H = e σ A T4 = (0.70)(5.67 x 10-8)(1.5 m2 )(310)4 = 550 watts (5 light bulbs) ----------------------------------------------------------------------- - The sun provides about 1000 watts per square meter at the Earth's surface. 30 % is reflected by human skin. 700 watts is absorbed per square meter.
sun & solar radiation Temperature of surface (effective) 6000K 3.846×1026 W energy is produced by nucle fusion, that converts hydrogen into helium Solar cooker Pipes in Solar Panels are Painted Black
Hấp thụ và tỏa nhiệt bằng bức xạ • Absorption and Emission of Radiation • Energy out = Energy in Emitted energy/Incident energy = Emissivity = e.
Black Bodies • Black Bodies • Summer clothing: white reflects radiant energy better than black. • Until equilibrium is reached, white stripes on roads are at a lower temperature than unpainted asphalt. Wrap an ice-cube in black cloth and another in aluminum foil and place both in the sunshine. What will happen?