Chương 1. DẪN NHIỆT

1.1 KHÁI NIỆM

1 . Đặc điểm

+ Dẫn nhiệt xảy ra bên trong vật thể hoặc giữa các vật thể

tiếp xúc nhau khi có sự chênh lệch nhiệt độ

+ Dẫn nhiệt được thực hiện nhờ quá trình truyền dao động

nhiệt của các phần tử vi mô cuả vật thể

- Trong kim loại nhờ quá trình truyền dao động của các điện tử tự do

Trong chất điện môi, chất lỏng nhờ sóng đàn hồi

Trong chất khí dẫn nhiệt nhờ quá trình khuếch tán các phân tử.

2

2 .Tr­êng nhiÖt ®é

Tr­êng nhiÖt ®é lµ tËp hîp c¸c gi¸ trÞ nhiÖt ®é t¹i mäi ®iÓm trong vËt thÓ t¹i mét thêi ®iÓm nhÊt ®Þnh

Tr­êng nhiÖt ®é lµ hµm sè cña to¹ ®é vµ thêi gian ®­îc biÓu thÞ bëi :

t = f ( x, y , z , τ )

t = f ( x, y , z ) ;

Tr­êng nhiÖt ®é æn ®Þnh :

• MÆt ®¼ng nhiÖt lµ tËp hîp c¸c ®iÓm trong vËt thÓ cã cïng nhiÖt ®é t¹i mét thêi ®iÓm.
• C¸c mÆt ®¼ng nhiÖt lµ mÆt kh«ng gian.
• Nh÷ng mÆt ®¼ng nhiÖt kh¸c nhau sÏ kh«ng c¾t nhau .

3. MÆt ®¼ng nhiÖt

4 . Gradient nhiệt độ : gradt

gradt là một véc tơ biểu thị thay đổi nhiệt độ giữa các mặt đẳng nhiệt

5. Véc tơ mật độ dòng nhiệt

Mật độ dòng nhiệt q là lượng nhiệt truyền theo phương pháp tuyến mặt đẳng nhiệt trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích

(W/m²)

6 . Định luật Phuriê

(J)

(®é/m)

7. Hệ số dẫn nhiệt λ

(W/mđộ)

λ đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của vật thể

λ lớn → dẫn nhiệt tốt . λ = λ₀(1+bt)

Kim cương λ ~

Kimloại λ ~ 3.

Nước λ ~ 6.

Không khí λ ~ 2.

4

1.2 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT

VÀ ĐIỀU KIỆN ĐƠN TRỊ

1. Phương trình vi phân dẫn nhiệt

-Theo hướng x :

(tương tự như vậy theo hướng y,z)

-Theo cả 3 hướng :

5

- PTVP khi có nguồn nhiệt trong

PT vi phân dẫn nhiệt :

(Không có nguồn nhiệt bên trong)

6

2. Điều kiện đơn trị

- Khi ổn định

(cã nguån)

(kh«ng nguån)

+ Điều kiện ban đầu: cho biết nhiệt độ của vật thể ở thời điểm ban đầu

+ Điều kiện biên giới :

- loại 1: Cho biết nhiệt độ trên bề mặt vật (t_m)

- loại 2: Cho biết mật độ dòng nhiệt tại bề mặt vật (q_m )

- loại 3: Cho biết quy luật toả nhiệt giữa bề mặt vật và môi trường chất lỏng

bao quanh: q = α.Δt (PT Niu tơn - Rích man)

α là hệ số toả nhiệt đối lưu ; Δt = t_m - t_L

7

1.3. DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH ĐIỀU KIỆN BIÊN LOẠI 1

QUA VÁCH PHẲNG

Vách phẳng một lớp đồng chất, đẳng hướng,

bề dày δ << chiều cao, bề rộng; λ = const, -

biết : tm1 và tm2 , (tm1 > tm2)

1. Vách phẳng một lớp

x = 0 , t = t_m1

x = δ , t = t_m2

t = C1.x + C2

(đk biên loại 1)

8

2. Vách phẳng nhiều lớp

δ1

tm1

tm2

0

x

δ2

δ3

ttx1

ttx2

9

1.4 DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH ĐIỀU KIỆN BIÊN LOẠI 1

QUA VÁCH TRỤ

-Vách đồng chất đẳng hướng, λ = const.

- Các đường kính d₁, d₂ << chiều cao ,

-Cho biết : tm₁, tm₂ ; (tm₁ > tm₂ ).

→ lnU+ ln r = lnC₁ → Ur = C₁ →

t = C₁ lnr + C₂

1. Vách trụ một lớp

Tại r = r₁ , t = t_m1

r = r₂ , t = t_m2

đặt

10

+ Mật độ dòng nhiệt q :

+ Mật độ dài của dòng nhiệt q_L :

Là lượng nhiệt truyền qua mặt xung quanh vách có chiều cao 1 m

(W/m)

t = C1 lnr + C2

11

2. Vách trụ nhiều lớp

Lớp1:

Lớp 2:

Lớp 3 :

t_tx1 = t_m1 - q_L.R₁

t_tx2 = t_tx1 - q_L.R₂

- Mật độ dòng nhiệt dài

- Nhiệt độ chỗ tiếp xúc

12

1.5 DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH ĐIỀU KIỆN BIÊN LOẠI 3

QUA VÁCH PHẲNG

1. Vách phẳng 1 lớp

- Vách đồng chất, đẳng hướng, dày δ << bề rộng và cao, λ = const.

- Hai mặt ngoài tiếp xúc với hai chất lỏng có t_L1 và t_L2, (t_L1 > t_L2)

- Biết : t_L1 , t_L2 ; α₁ , α₂.

13

2. Vách phẳng nhiều lớp

1.6 DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH ĐIỀU KIỆN BIÊN LOẠI 3

QUA VÁCH TRỤ

1. Vách trụ một lớp

- Vách đồng chất, đẳng hướng, có các đường kính d1, d2; λ = const.

- Bên trong và ngoài vách có hai chất lỏng, có nhiệt độ t_L1 và t_L2 (t_L1 > t_L2).

- Biết : t_L1 , t_L2 ; Hệ số toả nhiệt : α₁ , α₂.

15

2. Vách trụ nhiều lớp

16

1.7 PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HŨU HẠN

GIẢI BÀI TOÁN DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH HAI CHIỀU

1. Lập phương trình sai phân hữu hạn

1. Lập phương trình sai phân hữu hạn

PT SPHH :

17

2. Xây dựng hệ phương trình bậc nhất

3. Phương pháp giải 

a Phương pháp ma trận nghich đảo

( hệ phương trình nhiệt

độ dạng hàm ẩn )

18

b Phương pháp tính lặp (Gauss - Seidel)

1. Lập hệ phương trình nhiệt độ dạng hàm tường cho các nút .

2. Trừ một nhiệt độ tại nút i (nút nào đó định tính trước tiên ), tất cả nhiệt độ tại các nút còn lại cho giá trị ban đầu tj bất kỳ, hoặc bằng không.

3. Thay các giá trị tj đã cho vào để tính ra nhiệt độ ti tại nút i.

4. Thay ti mới nhận được vào các phương trình còn lại, tính dần ra các nhiệt độ tj ở các nút tiếp theo. Khi được một giá trị nhiệt độ mới phải sử dụng ngay trong các phương trình còn lại, cho đến phương trình cuối cùng.

5. Quá trình tính được tính lặp lại lần 2 , lần 3 ... với các giá trị nhiệt độ mới nhất .

6. Quá trình tính lặp sẽ được dừng khi nào chênh lệch nhiệt độ tại mọi điểm ở hai lần tính liên tiếp nhỏ tới mức đủ chấp nhận.

PP gồm các bước:

19

1.8 DẪN NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG

CÓ NGUỒN NHIỆT BÊN TRONG

- Vách phẳng dày 2δ << rộng , cao.

- Nguồn nhiệt trong qv = const (W/m³) phân bố đều, λ = const

tại x = - δ, t = t_m1

x = + δ, t = t_m2

1. Điều kiện biên loại 1: cho nhiệt độ tại hai mặt: t_m1 và t_m2.

20

+ Nhiệt độ tại hai mặt bằng nhau : t_m2 = t_m1 = t_m

- Mật độ dòng nhiệt

- Mật độ dũng nhiệt tại mặt

2. Điều kiện biên loại 3 đối xứng:

cho biết chất lỏng tại hai phía có tL và α như nhau

(W/m²)

(W/m²)

21

1.9 PHƯƠNG PHÁP QUY TỤ KHẢO SÁT BÀI TOÁN

DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH

Vật có: M, V, F, c, λ khá lớn, nhiệt độ đầu t0,

Môi trường có tL =const (với t₀ > t_L), α tại mặt ngoài vật khá nhỏ.

Lượng nhiệt toả ra môi trường

qua mặt ngoài sau dτ

Nội năng của vật thể giảm

đi một lượng là

Nhiệt độ vật sẽ giảm chậm theo thời gian

nhưng bên trong vật nhiệt độ vẫn đồng nhất tại mọi điểm

1. Thiết lập bài toán

dQ = dU

α(t – t_L)Fdτ = - c.ρ.V.dt

(kích thước đặc trưng, m)

- Nhiệt độ vật sau khoảng thời gian τ

- Thời gian vật đạt nhiệt độ t nào đó

23

2. Tiêu chuẩn hệ quy tụ

Để nhiệt độ trong vật luôn đồng nhất và giảm chậm theo thời giạn, số mũ bτ phải đủ nhỏ

Sai số lượng nhiệt ≤ 20%

t_L

t₀

τ

Chương 2

TOẢ NHIỆT ĐỐI LƯU

2.1 KHÁI NIỆM

1 . Đặc điểm

+ Toả nhiệt xảy ra giữa bề mặt vật rắn với chất lỏng khi chúng tiếp

xúc nhau khi có sự chênh lệch nhiệt độ

+ Trao đổi nhiệt đối lưu là một quá trình phức tạp gồm các quá trình:

- dẫn nhiệt qua các lớp chất lỏng sát bề mặt vật

- truyền nhiệt do các phần tử chất lỏng chuyển động mang nhiệt đi

+ Khi nhận nhiệt, nhiệt độ các phần tử chất lỏng thay đổi →

mật độ thay đổi → chuyển động : dòng đối lưu xuất hiện

2. Các loại đối lưu

a Đối lưu tự do :

Là quá trình chuyển động của chất lỏng khi nhiệt độ giữa các vùng

chất lỏng khác nhau làm mật độ của chúng khác nhau dẫn tới chuyển

động .

b Đối lưu cưỡng bức :

Là quá trình chuyển động do các tác động cơ học từ bên ngoài như

dùng máy nén, bơm, quạt, máy khuấy...

3. Phương trình toả nhiệt cơ bản , hệ số toả nhiệt

- Phương trình toả nhiệt cơ bản ( Niutơn-Richman)

q = α(t_L - t_m)

- Hệ số toả nhiệt α

α biểu thị cường độ toả nhiệt, là đại lượng đặc trưng cho hiện tượng toả nhiệt đối lưu

α = f (λ, c_p, ρ, ν, t_L, t_m, p, a, w, l .... )

26

4. Các nhân tố ảnh hưởng đến toả nhiệt đối lưu

a. Tính chất vật lý của chất lỏng

- λ, c_p, ρ, ν là những đại lượng quan trọng nhất

- là các đại lượng đặc trưng bản chất của chất lỏng

b. Chế độ chảy và lớp giới hạn :

+ Chế độ chảy :

- Dòng chảy tầng: các phần tử chất lỏng chuyển động theo những lớp riêng biệt song song nhau không bị xáo trộn

- Dòng chảy rối: các phần tử chất lỏng chuyển động không theo các lớp riêng biệt, mà xáo trộn, tạo thành các dòng xoáy làm truyền nhiệt xảy ra mạnh.

Re < 2300 → chảy tầng

Re ≥ 2300 → chảy rối

+ Lớp giới hạn :

- Lớp giới hạn thuỷ lực δ :

bề dày δ được quy ước là có tốc

độ từ 0 tới 99 % w.

- Lớp giới hạn nhiệt δ_T

c. Hình dạng và kích thước bề mặt trao đổi nhiệt :

- Hình dạng , kích thước : tấm phẳng, ống tròn

- Đặc điểm bề mặt : nhẵn hay nhám, có gân, có

cánh

Luôn tồn tại lớp đệm tầng mỏng sát vách : dẫn nhiệt

Toả nhiệt

khác nhau.

2.2. HỆ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU & ĐIỀU KIỆN ĐƠN TRỊ

1 . Phương trình vi phân toả nhiệt

2. Phương trình năng lượng

3. Phương trình chuyển động

4. Phương trình liên tục

29

5 . Điều kiện đơn trị

6. Phương hướng giải bài toán toả nhiệt đối lưu

+ Về nguyên tắc đủ điều kiện có thể tìm α bằng phương pháp giải tích.

- Hệ PTVP trao đổi nhiệt đối lưu gồm PTVP đạo hàm riêng hết sức phức tạp, có nhiều đại lượng không xác định được

- Các đại lượng ràng buộc nhau nhiều lần trong các phương trình nên hầu như không thể giải được bằng phương pháp giải tích.

+ Để xác định được α cần phải tìm những phương pháp bổ trợ

khác: một trong số đó là Phương pháp đồng dạng

+ Điều kiện ban đầu

+ Điều kiện biên giới

+ Thực tế

30

2.3 . KHÁI QUÁT VỀ LÝ THUYẾT ĐỒNG DẠNG

1. Các khái niệm cơ bản

a. Lớp

Lớp là tập hợp các hiện tượng giống nhau về bản chất vật lý và cùng được mô

tả bởi các phương trình giống nhau về nội dung và cách viết

b. Nhóm

Nhóm là tập hợp những hiện tượng nằm trong cùng một lớp, nhưng có cùng

loại điều kiện đơn trị như nhau, chúng chỉ khác nhau về trị số .

d. Tiêu chuẩn đồng dạng

Tiêu chuẩn đồng dạng là tổ hợp không thứ nguyên của các đại lượng vật lý

được rút ra từ hệ phương trình vi phân diễn tả hai hiện tượng đồng dạng.

Có hai loại là tiêu chuẩn xác định và tiêu chuẩn không xác định .

c. Hiện tượng đồng dạng

Hiện tượng đồng dạng là những hiện tượng trong cùng một nhóm, có các đại

lượng trong điều kiện đơn trị tỷ lệ với nhau theo quy tắc nhất định .

31

2. Ba định lý đồng dạng

a. Định lý 1 :

Khi hai hiện tượng đồng dạng với nhau thì các tiêu chuẩn đồng dạng tương ứng sẽ bằng

b. Định lý 2:

Giữa các tiêu chuẩn đồng dạng luôn tồn tại mối quan hệ trong đó có chứa

nghiệm cần tìm của hệ phương trình vi phân đó .

c. Định lý 3 : Điều kiện cần và đủ để các hiện tượng đồng dạng với nhau là :

- Cùng trong một lớp (cùng bản chất, mô tả bởi PT như nhau)

- Cùng một nhóm (cùng loại điều kiện đơn trị)

- Các đại lượng cùng tên tỷ lệ với nhau

d. ý nghĩa của lý thuyết đồng dạng :

- Lý thuyết đồng dạng là một khoa học bổ trợ

- Lý thuyết đồng dạng chỉ ra phương hướng giải bài toán toả nhiệt đối lưu :

xây dựng các tiêu chuẩn đồng dạng, và tìm phương trình tiêu chuẩn .

- Lí thuyết đồng dạng chỉ ra phương hướng thiết lập thực nghiệm để xác định

quan hệ giữa các tiêu chuẩn đồng dạng, đó là phương trình tiêu chuẩn .

32

3. Các tiêu chuẩn đồng dạng quan trọng

a. Tiêu chuẩn Nuyxen Nu :

b. Tiêu chuẩn Râynôn Re

Nu đặc trưng cho cường độ toả nhiệt, Nu luôn là

tiêu chuẩn không xác định vì chứa α phảI tìm

Re đặc trưng cho chế độ chảy của chất lỏng .

c. Tiêu chuẩn Pơrăng (Prandtl): Pr

Pr biểu thị mức độ đồng dạng giữa trường tốc độ

và trường nhiệt độ trong chất lỏng

d. Tiêu chuẩn Grát xốp (Grashof) : Gr

Gr đặc trưng cho quan hệ giữa lực nâng bởi độ

chênh nhiệt độ Δt và lực ma sát do tính nhớt ν

e.Tiêu chuẩn Furiê Fo

gọi là thời gian không thứ nguyên

g. Tiêu chuẩn Bi ô (Biot) : Bi

Bi đặc trưng giữa khả năng toả nhiệt tại bè mặt

và khả năng dẫn nhiệt trong vật

33

4 . Phương trình tiêu chuẩn

Phương trình tiêu chuẩn tổng quát Nu = f ( Re , Gr , Pr )

Trong đối lưu cưỡng bức : Nu = f ( Re , Pr )

Trong đối lưu tự nhiên : Nu = f ( Gr , Pr ).

Đối với chất khí : Pr = const nên không có mặt trong PT

​

Chất khí đối lưu cưỡng bức : Nu = f ( Re )

Chất khí đối lưu tự do : Nu = f ( Gr )

34

2.4 Phương trình tiêu chuẩn toả nhiệt đối lưu

1. Khi đối lưu cưỡng bức

a . Chất lỏng chảy dọc tấm :

+ Khi Re > 4.10⁴ Nu_L = 0,037.Re_L^0,3.Pr^0,43.(Pr_l / Pr_m)^0,25

+ Khi Re < 4.10⁴ Nu_L = 0,66 Re_L^0,5 Pr ^0,43.(Pr_l / Pr_m)^0,25

- Đối với không khí :

+ Khi Re > 4.10⁴ Nu_L = 0,032. Re^0,8

+ Khi Re < 4.10⁴ Nu_L = 0,57 Re_L^0,5

b. Chất lỏng chảy bên trong ống :

+ Chảy tầng : khi ổn định:

( l > 50 d ) Nu = 0,15. Re^0,33.Gr^0,1. Pr^0,43.(Pr_l / Pr_m)^0,25

- Đối với không khí và

khí 2 nguyên tử Nu = 0,13. Re^0,33. Gr^0,1

+ Chảy rối : khi ổn định

( l > 50 d ) Nu = 0,021.Re^0,8.Pr^0,43. (Pr_l / Pr_m)^0,25

- Đối với không khí và

khí 2 nguyên tử Nu = 0,18. Re^0,8

35

c. Dũng chảy cắt ngang ống

+ Cắt ngang một ống

Toả nhiệt phụ thuộc vào gúc ϕ do đặc tớnh thuỷ động của dũng chảy

+ Khi Re = 5 -10³ : Nu = 0,5. Re^0,5 Pr^0.38. (Pr_l / Pr_m)^0,25

- Đối với khụng khớ và khớ 2 nguyờn tử Nu = 0,43. Re^0,5

2 . Toả nhiệt đối lưu tự nhiên

a. Không gian rộng

-Vách - ống đặt đứng :

Khi 10³ < (Gr.Pr) <10⁹: chảy tầng Nu_L = 0,76(Gr.Pr)_L^0,25(Pr_l / Pr_m)^0,25.

Khi 10⁹ <(Gr.Pr): chảy rối Nu_L = 0,15 (Gr.Pr)_L^0,33(Pr_l / Pr_m)^0,25.

- Vách - ống đặt nằm :

Khi 10³ <(Gr.Pr) <10⁸: Nu_L= 0,5(Gr.Pr)_L^0,25(Pr_l/ Pr_m)^0,25.

b . Trong không gian hẹp

- Khe là vách phẳng

- Khe là vách trụ

Với λ _tđ = λ.ε_λ

ε_λ = f(Gr.Pr)

36

Chương 3 Bức xạ nhiệt

3.1 Khái niệm cơ bản

1 . Đặc điểm

- Trao đổi nhiệt bức xạ nhiệt là quá trình truyền nhiệt bằng sóng điện từ

- Mọi vật gồm các phần tử vi mô mang điện, có T > 0K, luôn

chuyển động tạo thành sóng điện từ lan truyền, bức xạ ra không

gian. Các bức xạ điện từ đập vào bề mặt vật thể khác, một phần

bị hấp thụ biến thành nhiệt → gồm hai giai đoạn bức xạ, hấp thụ.

- Trao đổi nhiệt bức xạ không cần môi trường truyền dẫn.

- Trao đổi nhiệt bức xạ nhiệt là quá trình hai chiều, tồn tại kể cả khi

nhiệt độ hai vật bằng nhau.

37

2. Các đại lượng đặc trưng :

a. Dòng bức xạ toàn phần Q : là năng lượng bức xạ từ một bề mặt trong một đơn vị thời gian trên bước sóng λ từ 0 đến ∞ .

b. Dòng bức xạ đơn sắc Qλ : là năng lượng bức xạ trong một khoảng sóng hẹp : λ ÷ (λ + dλ)

38

g. Năng suất bức xạ hiệu quả Ehq là năng lượng

bức xạ thực tế từ vật đó phát ra gồm năng suất

bức xạ của bản thân vật và thành phần phản xạ

tia tới E*

​

Vật dày, đục : D = 0 , A + R = 1

E_hq = E + R.E* = E + (1- A) E*

e. Các thành phần thứ cấp của dòng bức xạ

Q = Q_A + Q_R + Q_D

Vật đen tuyệt đối  : A = 1 ; D = R = 0

Vật trắng tuyệt đối : R = 1 ; D = A = 0

Vật trong tuyệt đối : D = 1 ; A = R = 0

Vật xám : A < 1 ;

Vật đục : D = 0 ; A + R = 1

39

3.2 CÁC ĐỊNH LUẬT BỨC XẠ CƠ BẢN

1. Định luật Plăng

Quan hệ giữa cường độ bức xạ của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ tuyệt đối T và bước sóng λ

2. Định luật Stêphan -Bônzơman

Năng suất bức xạ của vật đen tuyệt đối tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối mũ bốn

năng suất bức xạ của vật xám E

Vật xám

40

3. Định luật Kiếc-Sốp :

Quan hệ giữa khả năng bức xạ và hệ số hấp thụ của vật xỏm

E = A.E0 .

- Tỷ số giữa khả năng bức xạ và khả năng hấp thụ của mọi vật xám ở nhiệt độ như nhau thì luôn bằng nhau và bằng khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối ở cùng nhiệt độ đó

41

3.3 TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ GIỮA HAI TẤM PHẲNG SONG SONG

Hai tấm phẳng rất rộng có T₁, A₁ và T₂, A₂

1. Giữa hai tấm không có màn chắn

42

2. Giữa hai tấm có màn chắn

Hai tấm có T₁, ε₁ và T₂ , ε₂ ; màn chắn ε_M

Nếu ε _M = ε ₁ = ε ₂ = ε

43

Chương 4. Truyền chất

4.1. Khái niệm

1. Đặc điểm

- Truyền chất là quá trình di chuyển các phần tử của một chất

vào không gian giữa các phần tử của môi trường chất khác.

​

- Các phần tử vật chất luôn ở trạng thái chuyển động nhiệt nên

có khả năng di chuyển dần theo các hướng khác nhau.

​

- Khi nồng độ của một chất không đồng đều trong môi trường,

dòng chất xuất hiện từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ

thấp hơn.

​

- Bản chất của truyền chất là quá trình khuếch tán phân tử

44

2. Các đại lượng đặc trưng

a. Nồng độ, gradien nồng độ

- Nồng độ ρ (kg/m³)

- Gradien nồng độ: grad ρ

- Dòng chất J (kg)

- Mật độ dòng chất j (kg/m²s)

b. Dòng chất, mật độ dòng chất

3. Định luật Fick

Trong môi trường có nhiệt độ và áp suất đồng nhất, mật độ dòng chất j tỷ lệ với gradien nồng độ của cấu tử đó

45

4. Các dòng chất cơ bản

a. Dòng khuếch tán nồng độ :

b. Dòng khuếch tán nhiệt :

c. Khuếch tán áp suất :

d. Khuếch tán đối lưu :

Xuất hiện do có sự chênh lệch nồng độ giữa các khu vực

Xuất hiện do có độ chênh nhiệt độ giữa các khu vực

Xuất hiện do áp suất toàn phần giữa các khu vực trong môi trường không đồng nhất

Xuất hiện khi chất khuếch tán và môi trường chuyển động,

j_AΣ = j_A + ρ_A.W

Dòng chuyển động tổng

khuếch tán phân tử

khuếch tán

đối lưu

46

4. 2 Phương trình vi phân khuếch tán và điều kiện đơn trị

1. Phương trình vi phân khuếch tán

- PT dạng tổng quát: môi trường chuyển động và có phản ứng hoá học

- Khi môi trường không chịu nén

ρ = const, không có phản ứng hóa học

- Khuếch tán trong vật rắn (môi

trường không chuyển động W = 0)

2. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên giới

- Điều kiện ban đầu

- Điều kiện biên giới

47

4.3 Khái niệm về vật liệu ẩm

+ Vật liệu ẩm :

là những chất liệu có chứa ẩm và có khả năng trao đổi ẩm với môi

trường bên ngoài, như gỗ , gạch , cát ,sỏi , đá , bêtông...

+ Nguyên nhân tồn tại độ ẩm :

- ẩm có sẵn trong bản thân vật liệu

- ẩm còn lưu lại sau quá trình sản xuất , chế biến , thi công

- ẩm xâm nhập từ bên ngoài: không khí ẩm, mưa, tiếp xúc nền đất ẩm

2 . Các loại liên kết ẩm của vật liệu : Hoá hợp, Hoá lý, Cơ lý

a. Liên kết hoá hợp :

- Là liên kết nhờ lực hóa học, bền vững nhất, là một thành phần cấu

trúc của vật liệu, có ảnh hưởng tới các tính chất cơ lý của vật liệu.

- Khi tách → cần năng lượng rất lớn, làm cơ tính của vật liệu thay đổi

1. Vật liệu ẩm , nguyên nhân tồn tại độ ẩm :

b. Liên kết hoá lý : gồm LK hấp thụ và LK thẩm thấu

​

+ LK hấp thụ: ẩm được hấp thụ ở bề mặt của các mao mạch rất nhỏ

trong vật liệu, tạo thành những màng ẩm.

- Khi vật liệu hấp thụ ẩm sẽ thải nhiệt.

- Khi cấp nhiệt, ẩm tách khỏi vật liệu ở dạng hơi, di chuyển dần tới bề

mặt vật ra bên ngoài.

​

+ LK thẩm thấu (LK trương nở ẩm): có trong các lỗ rỗ kín nhỏ li ti trong

vật liệu có cấu trúc như tế bào.

- ẩm(lỏng) có thể khuếch tán qua vách nền vật liệu nhờ Δρ (nồng độ).

- LK thẩm thấu có thể → ẩm hoá hợp, hoặc di chuyển chậm ra ngoài.

- Khi ẩm LK thẩm thấu tách khỏi vật liệu làm áp suất trương nở giảm

→ thể tích vật liệu bị co ngót .

c. Liên kết cơ lý : có mặt trong các lỗ rỗ và các mao quản vật liệu nhờ lực mao dẫn.

- ẩm LK cơ lý có thể di chuyển trong vật liệu nhờ ΔP (áp suất) và có thể

bay hơi khỏi vật liệu qua bề mặt trong điều kiện khô tự nhiên.

- Vĩ mao: d>10^{- 4} cm, vi mao: d<10^{- 4} → mao dẫn làm ngưng nước sớm.

- Truyền dẫn ẩm của vật liệu XD chủ yếu qua mối LK cơ lý.

3. Phân loại vật liệu ẩm :

a. Vật liệu xốp :

- Là những vật liệu, trong cấu trúc vi mô có các lỗ rỗ và mao quản.

- ẩm tồn tại nhờ lực mao dẫn của các mao quản, chính là LK cơ lý.

- TD: than gỗ, cát, thạch anh, các VLXD: bê tông, gạch, đá..

​

b. Vật liệu keo :

- Là các vật liệu có chứa lỏng ở dạng thẩm thấu trương nở.

- Vật liệu keo trương nở khi nhận ẩm, co ngót khi tách ẩm.

- TD : zêlatin ( keo da trâu , keo bì lợn...) , agar -agar, bột gạo ninh,

vôi tôi, vữa ximăng, đất nhão nước ...

​

c. Vật liệu keo - xốp :

- Là những vật liệu có chứa ẩm ở dạng liên kết thẩm thấu trương nở

và cả ở dạng mao dẫn.

- TD : hạt ngũ cốc, vải vóc, gỗ, cao lanh, than bùn ...

4.4. Dẫn ẩm ổn định điều kiện biên loại 1qua vách phẳng

Vách dày δ << rộng, cao.

Hệ số dẫn ẩm D=const, (g/m.mmHg.h).

(theo áp suất ẩm mmHg )

Cho p_m1, p_m2 (mmHg)

x = 0, p = p_m1

x = δ, p = p_m2

Mật độ dòng ẩm:

(Phân bố áp suất

là đường thẳng )

1. Vách phẳng một lớp

ẩm trở dẫn ẩm

(m².mmHg.h/g).

đk biên loại 1

(g/m²h).

51

2. Vách phẳng nhiều lớp

52

4.5. Dẫn ẩm ổn định điều kiện biên loại 3 qua vách phẳng

Vách dày δ << rộng, cao. D=const

Cho: - áp suất ẩm trong KK hai phía: p_h1, p_h2

- hệ số toả ẩm tại hai mặt: α_A1, α_A2 (g/m².mmHg.h).

1. Vách phẳng một lớp

53

2. Vách phẳng nhiều lớp

3 lớp

n lớp

54

4.6 Không khí ẩm

- KK ẩm chưa bão hoà : có thể tiếp nhận nước bay hơi vào

- KK ẩm bão hoà: không thể tiếp nhận nưước bay hơi vào

- KK ẩm quá bão hoà: đã bão hoà, có thêm các hạt nưước li ti

1. Khái niệm

Không khí ẩm là hỗn hợp của không khí khô và hơi nước,

là không khí trong tự nhiên

b. Phân loại: chia làm 3 loại

a. Định nghĩa :

2. Phương trình trạng thái của không khí ẩm

Không khí ẩm : p = ρRT

Hơi ẩm : p_h = ρ_hR_hT

Hơi bão hoà ẩm : p_s = ρ_sR_hT

Không khí ẩm ≡ Khí lỹ tưưởng → PT trạng thái khí lỹ tưưởng

55

3. Các đại lượng đặc trưng của không khí ẩm

a. độ ẩm tuyệt đối ρ_h là lượng hơi nước

chứa trong 1 m³ không khí ẩm :

b. độ chứa ẩm d là lượng hơi nước

chứa trong 1 kg không khí khô:

(kg Èm/kgkkk)

(KK khô: d = 0 , KK bão hoà: d_S = d_max)

(KK khô: ϕ = 0 % , KK bão hoà có ϕ = 100%)

(kg ẩm/m³kk)

(KK khô : ρ = 0 , KK bão hoà: ρ_S = ρ_max)

độ ẩm tương đối ϕ

là tỷ số % giưa ρ _h và ρ_S

56

d. áp suất bão hoà p_S , nhiệt độ bão hoà t_S , điểm sương

- p_S là áp suất riêng của hơi nưước trong KK ẩm ở trạng thái bão hoà

- t_S nhiệt độ KK ẩm ở trạng thái bão hoà

- điểm sưương là nhiệt độ hơi nưước trong KK ẩm bắt đầu ngưưng tụ

thành giọt nưước li ti

- t_k là nhiệt độ của không khí ẩm do nhiệt kế bình thưường chỉ ra.

- t_Ư là nhiệt độ đo bằng nhiệt kế ưưít, có bọc vải xốp ưưít quanh bầu

thuỷ ngân chỉ.

​

Do nước bay hơi thu nhiệt làm t_Ư giảm → t_Ư < t_k , vì ϕ < 100%

+ Nếu t_k = t_Ư , ϕ = 100%

e. Nhiệt độ khô t_k , nhiệt độ ướt t_Ư

+ Δ t = (t_k - t_Ư) dùng để đánh giá mức chứa ẩm của không khí :

57

4.7 Toả ẩm từ bề mặt kết cấu ra môi trường không khí

1. Đặc điểm

- Bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu ẩm là quá trình khuyếch tán các

phân tử ẩm vào không khí, có bản chất là truyền chất giữa hai pha.

Quá trình bay hơi ẩm có tính lan toả nên gọi là toả ẩm.

​

- Dòng ẩm bay hơi đưưîc là nhờ có thế năng truyền chất là độ chênh áp

suất: Δp = p_m - p_h.

​

- Ngoài Δp, quá trình toả ẩm còn phụ thuộc vào nhiệt độ không khí,

tốc độ gió và các điều kiện nhiệt động khác tại bề mặt …

​

- Quá trình toả ẩm tại bề mặt vật liệu ẩm (VL xốp) có thể xâm nhập sâu

vào bên trong vật liệu , làm vùng bay hơi tăng dần lên .

​

- Khi bay hơi, nước luôn thu nhiệt hoá hơi, làm nhiệt độ bề mặt bay hơi

giảm thấp đi , tạo ra gradien nhiệt độ, làm xuất hiện dòng ẩm nhiệt

→ làm cường độ bay hơi mạnh thêm .

​

- Quá trình toả ẩm luôn xảy ra đồng thời với toả nhiệt , phức tạp hơn

và có cơ cấu khác toả nhiệt khô.

58

2. Các đại lượng đặc trưng

a. Mật độ dòng toả ẩm j

là lượng ẩm bay hơi trên một m²

trong một đơn vị thời gian

b. Hệ số toả ẩm α_A :

α_A đặc trưng cho cường độ bay hơi ẩm tại bề mặt vật liệu.

α_A là đại lượng cần phải xác định trong bài toán toả ẩm .

α_A phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nên xác định hết sức phức tạp.

3. Hệ phương trình vi phân truyền nhiệt- truyền ẩm :

Phương trình truyền nhiệt

Phương trình truyền ẩm

ω độ chứa ẩm riêng của vật liệu

ε tiêu chuẩn bay hơi bên trong

r nhiệt hoá hơi

δ hệ số gradien nhiệt độ

59

4. Các tiêu chuẩn đồng dạng toả ẩm,

Phương trình tiêu chuẩn toả ẩm

a. Các Tiêu chuẩn đồng dạng toả ẩm

b. Phương trình tiêu chuẩn toả ẩm :

(D_h hệ số khuếch tán

hơi trong không khí )

(g/m²h)