Nguyễn toàn phong 1 of 38 Chương VI – Truyềnï Nhiệt &
TBTĐN
Chương VI
Friday, September 17, 2010
TRUYỀN NHIỆT và
THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

§ 6.1. Khái Niệm về Thiết Bò Trao Đổi Nhiệt
Thiết bò trao đổi nhiệt loại hỗn hợp
Thiết bò trao đổi nhiệt loại hồi nhiệt

Thiết bò trao đổi nhiệt loại bề mặt

Nguyễn toàn phong 2 of 38 Chương VI – Truyềnï Nhiệt &
TBTĐN

§ 6.2. Phương Trình Truyền Nhiệt
Ta khảo sát trường hợp hai lưu chất nóng và lạnh truyền nhiệt
qua một bề mặt vách, nếu nhiệt độ hai lưu chất không thay đổi
dọc theo bề mặt truyền nhiệt, ta có các phương trình trao đổi nhiệt
như sau
6.2.1 Trường Hợp Vách Phẳng

F
qFQ ⋅=
, W (6-1)

( )
2f1fFF
ttkq −⋅=
,


 qQ ⋅=
, W (6-4)

( )
2f1f
ttkq −⋅=

,
dài
mW
(6-5)
Nguyeón toaứn phong 3 of 38 Chửụng VI Truyenù Nhieọt &
TBTẹN
22
n
1i
i
1i
i11
d
1
d
d
ln
2
1
d
1
k

( )
( )
( )







=−⋅⋅α=
=−⋅⋅
δ
λ
=
=−⋅⋅α=
α
λ
α
QttFQ
QttFQ
QttFQ
2f2w
*
222
2w1w1
1w1f111
(6-7)

*

FFF
FFF
(6-9)

2w
t

λ

F
2

1w
t

δ

1f
1
t
α

F
1

2f
2
t
α


+
α
=
,
)K.m(W
2
(6-11)
 Tính theo một đơn vò diện tích bề mặt có làm cánh

( )
2f1f2
2
2
ttk
F
Q
q −⋅==
, W (6-12)

*
2
2
21
2
F
F
11
1
k
⋅

ttdq −⋅
⋅π⋅α=
(6-15.a)

tr
ng
2w1w
d
d
ln
.2
1
tt
q
⋅
λ⋅π
−
=
λ
(6-15.b)

( )
2f2w
*
22ng
ttFq −⋅⋅α=
(6-15.c)
với

dụnghiệucánhlàmsốhệ)d.(F

1

t
f1

α
2

t
f2

λ
η
c

Nguyễn toàn phong 7 of 38 Chương VI – Truyềnï Nhiệt &
TBTĐN
Phương trình 6-15.c được viết lại

( )
2f2w
*
ng2ng
tt).d(q −⋅β⋅π⋅α=
(6-15.d)
Trường hợp dẫn nhiệt ổn đònh, ta có

ngtr
qqqq ===
λ

β
⋅
⋅α
+⋅
λ⋅
+
⋅α
π
=

,
)K.m(W
dài
(6-18)

Nguyễn toàn phong 8 of 38 Chương VI – Truyềnï Nhiệt &
TBTĐN
6.2.5 Trường Hợp Trao Đổi Nhiệt Phức Tạp
Trong trường hợp trao đổi nhiệt giữa bề mặt rắn và chất khí,
thông thường có kèm theo trao đổi nhiệt bức xạ, do đó

bxđl
qqq +=
,
2
mW
(6-19)
với

( )

Vậy
( ) ( )
fwbxđlbxđl
ttqqq −×α+α=+=
,
2
mW
(6-20)
Trong đó

( )
( )
2
f
2
wfwoqđ
fw
4
f
4
w
oqđbx
TTTT
TT
TT
+⋅+⋅σ⋅ε=





i
i
1
F
11
1
k
α
+
λ
δ
+
α
=
∑
=
(a)
6.3.1 Xét nh Hưởng của Hệ Số Tỏa Nhiệt Đối Lưu
Trường hợp này bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt trở do dẫn nhiệt,
0
n
1i
i
i
≈
λ
δ
∑
=


về phía có giá trò nhỏ hơn.
Trong trường hợp không thể tăng hệ số trao đổi nhiệt
đối lưu (hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của chất khí nhỏ
hơn rất nhiều so với nước hay quá trình biến đổi pha)
thì người ta tăng diện tích trao đổi nhiệt (bằng cách
làm thêm cánh) về phía lưu chất có hệ số trao đổi
nhiệt nhỏ hơn.

Nguyễn toàn phong 11 of 38 Chương VI – Truyềnï Nhiệt &
TBTĐN
6.3.2 Xét nh Hưởng của Nhiệt Trở Dẫn Nhiệt
Từ biểu thức a và b cho ta

∑
=
λ
δ
⋅+
=
n
1i
i
i
0
0
F
k1
1
k
k

, c
p2
Nhiệt dung riêng của lưu chất nóng và lạnh,
kJ/(kg.K)
t’
1
, t’
2
Nhiệt độ của lưu chất nóng và lạnh ở đầu vào,
o
C
t”
1
, t”
2
Nhiệt độ của lưu chất nóng và lạnh ở đầu ra,
o
C
Trong tính toán người ta gọi đại lượng
p
c.GC =
là nhiệt dung
lưu lượng khối lượng hay đương lượng không khí của chất lỏng.
Từ biểu thức 6-23 cho ta

1
2
11
22
2

)K.m(W
2

Tính theo giá trò trung bình, xem là hằng số trên
toàn diện tích trao đổi nhiệt F
( )
21
tt −
Chênh lệch nhiệt độ giữa lưu chất nóng và lạnh tại
bề mặt phân tố dF.
Tích phân phương trình 6-25 trên toàn bộ diện tích F ta xác đònh
được nhiệt lượng truyền qua của thiết bò trao đổi nhiệt.

tb
F
F
F
tFkdFtkQ ∆⋅⋅=⋅∆⋅=
∫
(6-26)
tb
t∆
Gọi là độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa lưu chất
nóng và lưu chất lạnh.
Việc xác đònh phụ thuộc vào sơ đồ chuyển động và
tỷ số đượng lượng không khí của các lưu chất.

Nguyễn toàn phong 14 of 38 Chương VI – Truyềnï Nhiệt &
TBTĐN
6.4.2 Tính TB TĐN Theo Chênh Lệch Nhiệt Độ



≡
≡
2
p2
1
p1
c.GC
c.GC
,
KW
(6-28)
Là đương lượng không khí của lưu chất nóng và lạnh
Phương trình 6-27 được viết lại:

2211
dtCdtC ⋅=⋅
(6-29)
Cho đến vò trí F
i
, nhiệt lượng trao đổi giữa lưu chất nóng và
lạnh là Q
i
theo phương trình sau:
Cùng chiều:

( )
22
1

(6-31)

Nguyễn toàn phong 17 of 38 Chương VI – Truyềnï Nhiệt &
TBTĐN Chênh lệch nhiệt độ giữa hai lưu chất tại vò trí F
i
:
Nguyeón toaứn phong 18 of 38 Chửụng VI Truyenù Nhieọt &
TBTẹN

















==
+

't
C
C
t
C
C
1'tttt
(6-32)
Nguyễn toàn phong 19 of 38 Chương VI – Truyềnï Nhiệt &
TBTĐN
Hệ phương trình 6-27 cho ta:


















+⋅−⋅

1
2
2
1
2
2
ng
2
F
12
1
2
2
1
2
2
th
2
F
't"t
C
C
t
C
C
1
dt
C
dFk
't't

Với giả thuyết





≈
≈
≈
constC
constC
constk
2
1
F
(6-35)
Hệ phương trình 6-33 trở thành:

















−−
+⋅−⋅








−−








+⋅
⋅
−=






F
12
1
2
2
1
2
12
1
2
2
1
2
1
2
2
F
12
1
2
2
1
2
12
1
2
2
1
2
C

1
't't
C
C
"t
C
C
1
ln
(6-36.a)
Nguyễn toàn phong 20 of 38 Chương VI – Truyềnï Nhiệt &
TBTĐN
Theo sơ đồ lưu động, ta đặt:

chiềungượcnếu
't"tt
"t'tt
chiềucùngnếu
't'tt
"t"tt
21b
21a
21b
21a



−=∆
−=∆


−⋅⋅−=






∆+−⋅+−
∆








+⋅⋅−=






∆
∆+−⋅+
12
F
a2212
a

C
−
−
−=

Từ 6-36.b và 6-24 cho ta:
( ) ( )
( ) ( )



















−⋅⋅−=






∆
∆+−+−
∆−∆
∆−∆
12
F
a
tt
11
22
a
12
F
b
b
tt
1122
C
1
C
1
Fk
t't"t"t't
t
ln
C
1







∆
∆








+⋅⋅−=






∆
∆
12
F
b
a
12


−
=
−
=
Q
"t't
C
1
Q
't"t
C
1
11
1
22
2
(6-37)
Thế 6-37 vào 6-36.c, cả hai phương trình đều cho cùng một kết
quả:

( )









tb
t
t
ln
tt
t
∆
∆
∆−∆
=∆
(6-40)
với
[ ]
[ ]



∆∆=∆
∆∆=∆
bamax
bamin
t,tMaxt
t,tMint

Nguyễn toàn phong 23 of 38 Chương VI – Truyềnï Nhiệt &
TBTĐN
Trong các sơ đồ thiết bò bố trí kiểu khác – bố trí phức tạp
(không phải kiểu bố trí song song) thì LMTD được tính theo sơ đồ
lưu động song song ngược chiều có nhân thêm hệ số hiệu chỉnh
tùy thuộc sơ đồ:


−
−
−
−
=ε
∆
(6-42)
• P có quan hệ với tỷ số
( )
21
't't −
:
21
22
't't
't"t
P
−
−
=

•
1
2
22
11
C
C
't"t

• Trường hợp
1R >
(nếu đồ thò không cho các giá trò đường
cong
1R >
) thì:

( ) ( )
R/1,PRfR,Pf
t
==ε
∆
(6-44)

Nguyeón toaứn phong 24 of 38 Chửụng VI Truyenù Nhieọt &
TBTẹN
Nguyeón toaứn phong 25 of 38 Chửụng VI Truyenù Nhieọt &
TBTẹN