Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 1: Tổng quan về truyền nhiệt - Phan Thành Nhân

1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
MƠN HỌC:
TRUYỀN NHIỆT
CBGD: ThS. PHAN THÀNH NHÂN
Bộ mơn: Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh
Khoa: Cơ Khí – Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành NhânCuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRUYỀN NHIỆT
 2 lớp vữa 
gạch ống
t ,α
N N TTt ,α
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
• Tên mơn học: Truyền nhiệt
• Mã mơn học: 210015
• Số tiết: 42 tiết
• Số tín chỉ: 2
• Hình thức đánh giá: 
 Kiểm tra giữa kỳ: 20%
 Bài tập lớn: 30%
 Kiểm tra cuối kỳ: 50%
• Tài liệu tham khảo:
 Hồng Đình Tín, truyền nhiệt và tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt, NXB 
Khoa học và kỹ thuật, 2001
 Hồng Đình Tín, Bùi Hải, Bài tập nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền 
nhiệt, NXB
 J.P.Holman, Heat transfer, ninth edition, Mc Graw Hill
Sơ lược về mơn học
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
4TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
NỘI DUNG MƠN HỌC
• Chương 1: Tổng quan về truyền nhiệt 
• Chương 2: Khái niệm cơ bản về dẫn nhiệt và phương trình vi phân dẫn nhiệt của 
vật rắn
• Chương 3: Dẫn nhiệt ổn định
• Chương 4: Dẫn nhiệt khơng ổn định (tham khảo)
• Chương 5: Khái niệm cơ bản về trao đổi nhiệt đối lưu
• Chương 6: Toả nhiệt đối lưu tự nhiên 
• Chương 7: Toả nhiệt đối lưu cưỡng bức
• Chương 8: Cơ sở lý thuyết về bức xạ
• Chương 9: Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật rắn đặt trong mơi trường trong suốt
• Chương 10: Thiết bị trao đổi nhiệt
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
5TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN NHIỆT
1. Tổng quan truyền nhiệt
2. Tổng quan Dẫn nhiệt
3. Tổng quan Đối lưu
3. Tổng quan Bức xạ
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
6TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
 Truyền nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt giữa các vật thể, 
các lưu chất khác nhau có nhiệt độ chênh lệch nhau
 Quá trình truyền nhiệt là một quá trình khá phức tạp, nó 
diễn ra theo nhiều dạng khác nhau
 Các dạng truyền nhiệt này diễn ra đồng thời, và cùng tác 
động đến giá trị nhiệt độ, giá trị dòng nhiệt của vật thể, của 
lưu chất và của môi trường khảo sát. 
1. Tổng quan về truyền nhiệt
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
7TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành NhânCuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
8TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành NhânCuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
9TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
 Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt
– Nhiệt lượng truyền giữa hai vật tiếp xúc trực tiếp với 
nhau có chênh lệch nhiệt độ 
– hoặc giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau trong một 
vật.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
10
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
 Truyền nhiệt bằng đối lưu
– Nhiệt lượng trao đổi giữa lưu chất và bề mặt rắn khi có 
chênh lệch nhiệt độ.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
11
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
 Truyền nhiệt bằng bức xạ
– Nhiệt lượng trao đổi giữa hai vật có nhiệt độ chênh lệch 
không tiếp xúc nhau trong môi trường chất khí hoặc 
chân không.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
12
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
2. Tổng quan dẫn nhiệt
 Dẫn nhiệt là quá trình truyền năng lượng do sự tương tác, 
va chạm của các hạt nguyên tử hay phân tử
 Quá trình truyền nhiệt năng sẽ diễn ra từ nơi có nhiệt độ 
cao đến nơi có nhiệt độ thấp.
)W(,
x
TFQ
∂
∂
λ−=
x
T
F
Q
∂
∂
~
Q : dòng nhiệt truyền qua diện tích F vuông góc với phương truyền (W)
x
T
∂
∂ : gradient nhiệt độ theo phương truyền 
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu (W/m độ)
Dấu “ – “ thể hiện dòng nhiệt luôn đi từ nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp.
λ
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
13
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
)m/W(,
x
T
F
Qq 2
∂
∂
λ−==
q : mật độ dòng nhiệt
T1
T2
x
T(x)
q
2.1 Phát biểu định luật Fourier: Mật độ dòng nhiệt truyền
qua bằng phương thức dẫn nhiệt theo phương quy định tỷ lệ với
diện tích vuông góc với phương truyền và gradient nhiệt độ
theo phương ấy.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
14
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
2.2 Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu: (W/m độ)λ
 Hệ số dẫn nhiệt của chất khí:
– Giá trị của hệ số dẫn nhiệt cho ta biết tốc độ truyền
nhiệt của một chất khí nào đó nhanh hay chậm.
– Muốn truyền nhiệt nhanh thì các phân tử khí sẽ chuyển
động nhanh và va chạm mạnh với nhau, để xảy ra hiện
tượng đó thì phải gia tăng nhiệt độ của các phân tử khí.
Hệ số dẫn nhiệt của chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
15
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
 Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng:
− Bản chất của hệ số dẫn nhiệt trong chất lỏng gần
giống như trong chất khí.
− tuy nhiên trong chất lỏng thì phức tạp hơn vì các phân
tử chất lỏng ở trong một không gian kín và do các trường
lực phân tử tác động làm ảnh hưởng mạnh đến sự trao đổi
năng lượng trong quá trình va chạm.
− Cĩ thể xem cơ cấu truyền nhiệt trong chất lỏng là sự
truyền năng lượng của dao động đàn hồi hỗn loạn.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
16
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
Quan hệ giữa hệ số dẫn
nhiệt và nhiệt độ của chất
lỏng và chất khí.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
17
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
 Hệ số dẫn nhiệt của chất rắn:
Năng lượng nhiệt truyền qua vật liệu rắn bằng 2 cách: 
– do quá trình chấn động mạng tinh thể 
– do sự truyền dẫn của các e tự do.
Các vật liệu dẫn điện tốt sẽ có tính dẫn nhiệt tốt, như đồng, 
bạc, nhôm là các chất dẫn nhiệt tốt. 
Ngược lại vật liệu cách điện tốt cũng sẽ cách nhiệt rất tốt.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
18
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
Mối quan hệ giữa hệ số dẫn 
nhiệt và nhiệt độ của một số 
vật liệu rắn.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
19
Bảng tra: Hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu ở 0oC:
Vật liệu Hệ số dẫn nhiệt 
W/ m oC Btu/h.ft.oF
Kim loại
Bạc
Đồng
Nhôm
Niken
Sắt
Thép 1%C
Chì
Thép Crôm Niken (18%Cr,8%Ni)
Vật liệu phi kim loại
Thạch anh
MgCO2
Cẩm thạch
Sa thạch
Kính cửa sổ
Gỗ thích, gỗ sồi
Mùn cưa
Bông thủy tinh
Chất lỏng
Thủy ngân
Nước
Ammoniac
Dầu bôi trơn, SAE 50
Freon 12, CCl2F2
Chất khí
Hydro
Heli
Không khí
Hơi nước (bảo hòa)
Cacbonic
410
385
202
93
73
43
35
16,3
41,6
4,15
2,08 – 2,94
1,83
0,78
0,17
0,059
0,038
8,21
0,556
0,54
0,147
0,073
0,175
0,141
0,024
0,0206
0,0146
237
223
117
54
42
25
20,3
9,4
24
2,4
1,2 – 1,7
1,06
0,45
0,096
0,034
0,022
4,74
0,327
0,312
0,085
0,042
0,101
0,081
0,0139
0,0119
0,00844CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
20
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
3. Tổng quan đối lưu
q
dòng chất lỏng
tf
uf
u
Vận tốc dòng chảy sẽ giảm dần đến 0 trên bề mặt tấm phẳng,
– Tại bề mặt tấm phẳng: v = 0 thì quá trình truyền nhiệt giữa
tấm phẳng và chất lỏng chỉ còn là quá trình dẫn nhiệt.
– Phía trên bề mặt tấm phẳng: v tăng dần và có sự chênh lệch
nhiệt độ giữa tấm phẳng và dòng chất lỏng đi qua nên sự trao đổi
nhiệt xảy ra là trao đổi nhiệt đối lưu.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
21
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
Theo định luật Newton: xác định giá trị dòng nhiệt trong quá 
trình trao đổi nhiệt đối lưu này như sau:
)tt(FQ fw −α=
α
Trong đó: Q – dòng nhiệt, W
F – diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2
– hệ số tỏa nhiệt đối lưu, W/m2oC
tw – nhiệt độ bề mặt tấm phẳng, oC hoặc K
tf – nhiệt độ trung bình của chất lỏng, oC hoặc K
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
22
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
– Quá trình đối lưu cưỡng bức:
– Quá trình đối lưu tự nhiên:
– Các dạng truyền nhiệt ngưng tụ và truyền nhiệt bay hơi 
cũng là một quá trình truyền nhiệt đối lưu.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
23
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
Phương thức đối lưu Hệ số tỏa nhiệt 
W/m2oC Btu/h.ft2.oF
Đối lưu tự nhiên,
Tấm phẳng đứng 0,3m (1ft) đặt trong không khí
Thanh trụ ngang, đk 5cm đặt trong không khí
Thanh trụ ngang, đk 2cm đặt trong môi trường nước
4,5
6,5
890
0,79
1,14
157
Đối lưu cưỡng bức
Một tấm vuông cạnh 0,2m đặt trong dòng khí 2m/s
Một tấm vuông cạnh 0,75m đặt trong dòng khí 35m/s
Dòng khí tại 2atm đi trong ống, đk 2,5cm có vận tốc 10m/s
Nước chảy trong ống, đk 2,5cm với lưu lượng 0,5kg/s
Dòng khí thổi ngang qua ống, đk 5cm với vận tốc 50m/s
12
75
65
3500
180
2,1
13,2
11,4
616
32
Nước bay hơi
Trong bể chứa hoặc trong thùng
Chảy trong ống
2500 – 35.000
5000 – 100.000
440 – 6200
880 – 17.600
Ngưng tụ hơi nước, 1atm
Các bề mặt đứng
Qua dàn ống nằm ngang
4000 – 11.300
9500 – 25.000
700 – 2000
1700 – 4400
C30t o=∆
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
24
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
4. Tổng quan bức xạ
 Với quá trình truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt và đối lưu thì
hai môi trường truyền nhiệt trực tiếp cho nhau,
 còn đối với quá trình truyền nhiệt bằng bức xạ thì quá
trình truyền giữa 2 vật, 2 bề mặt đặt cách xa nhau.
 Nhiệt lượng trao đổi giữa hai vật có nhiệt độ chênh lệch
không tiếp xúc nhau trong môi trường chất khí hoặc chân
không.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
25
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
Định luật Stefan – Boltzman: về bức xạ nhiệt của vật đen tuyệt đối
– Năng lượng bức xạ của vật đen tuyệt đối sẽ tỷ lệ thuận với 
nhiệt độ tuyệt đối bậc 4 và diện tích bề mặt bức xạ của vật thể
– Trao đổi nhiệt bức xạ giữa hai bề mặt tỷ lệ với hiệu bậc 4 
nhiệt độ tuyệt đối của hai bề mặt bức xạ và diện tích bề mặt 
bức xạ
4
bx FTQ σ=
( )4241 TTFQ −σ=
hằng số tỉ lệ, hằng số Stefan – Boltzmanσ
428 Km/W10.6697,5 −=σ
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
26
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
– Đối với nhữngvật xám: hệ số phát xạ 
+ Năng lượng bức xạ:
+ Dòng bức xạ giữa vật xám có giá trị nhiệt độ là t1 với 
diện tích bề mặt F, hệ số phát xạ đặt trong một hệ bề 
mặt khép kín có nhiệt độ t2:
ε
4
bx FTQ εσ=
ε
( )4241 TTFQ −σε=
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
27
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
Tài liệu tham khảo:
1. Hồng Đình Tín, truyền nhiệt và tính tốn thiết bị trao đổi 
nhiệt, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2001 
2. Nguyễn Tồn Phong, Bài Giảng mơn học truyền nhiệt, Trường 
Đại học Bách Khoa TpHCM
3. J.P.Holman, heat transfer, Ninth edition, Mc Grew Hill.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
28
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
HẾT CHƯƠNG 1
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt