Sự truyền nhiệt là gì ? Nguyên lý truyền nhiệt hoạt động sao ?

Tìm hiểu sự truyền nhiệt và nguyên lý hoạt động được giải thích ở bài viết bên dưới đây. Nếu như quý khách muốn tìm hiểu về thiết bị công nghiệp, đừng quên liên hệ với Đình Hải để chúng tôi hỗ trợ nhé!

Sự truyền nhiệt là gì?

Sự truyền nhiệt là quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt từ một vật chất hoặc hệ thống có nhiệt độ cao sang vật chất hoặc hệ thống có nhiệt độ thấp. Quá trình này xảy ra thông qua các phương thức truyền nhiệt như dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt.

• Dẫn nhiệt: Đây là phương thức truyền nhiệt xảy ra khi nhiệt lượng được truyền từ vật liệu có nhiệt độ cao sang vật liệu có nhiệt độ thấp thông qua sự tiếp xúc trực tiếp. Trong quá trình dẫn nhiệt, các phần tử nhiệt năng của các hạt tụ lại và truyền nhiệt từ hạt có nhiệt độ cao sang hạt có nhiệt độ thấp. Ví dụ, khi bạn đặt một chiếc ống kim loại vào ngọn lửa, nhiệt lượng từ ngọn lửa được dẫn nhiệt qua ống kim loại.
• Đối lưu nhiệt: Đây là phương thức truyền nhiệt xảy ra khi nhiệt lượng được chuyển đổi thông qua chất lỏng hoặc chất khí. Đối lưu nhiệt xảy ra khi chất lỏng hoặc chất khí nóng di chuyển và truyền nhiệt cho chất lỏng hoặc chất khí lạnh thông qua quá trình chảy. Ví dụ, quá trình truyền nhiệt trong nồi hơi khi nước nóng di chuyển lên và chất lỏng lạnh chảy xuống.
• Bức xạ nhiệt: Đây là phương thức truyền nhiệt xảy ra thông qua sóng điện từ, như ánh sáng hoặc tia tử ngoại. Trong quá trình bức xạ nhiệt, nhiệt lượng được truyền từ một vật đến vật khác mà không cần có chất truyền qua trung gian. Ví dụ, mặt trời truyền nhiệt cho Trái Đất thông qua bức xạ nhiệt.

Thiết bị truyền nhiệt

Thiết bị truyền nhiệt, hay còn được gọi là thiết bị trao đổi nhiệt, được sử dụng để thực hiện quá trình truyền nhiệt giữa một hoặc nhiều chất tải nhiệt. Thiết bị này có khả năng ngăn cách các chất tải nhiệt bằng ống (tube) hoặc tấm (plate), để ngăn sự pha trộn hoặc tiếp xúc trực tiếp giữa chúng.
Thiết bị truyền nhiệt có thể được hiểu đơn giản là một công cụ được thiết kế để truyền nhiệt hiệu quả từ một phần tử sang phần tử khác. Nó giúp truyền nhiệt từ chất tải nhiệt vào chất tải khác mà không gây sự pha trộn hoặc tiếp xúc trực tiếp giữa chúng. Với việc sử dụng một bức vách rắn, chúng được ngăn cách và không có sự pha trộn.
Thiết bị truyền nhiệt có thể được phân loại thành ba loại chính dựa trên nguyên tắc hoạt động:

1. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vách ngăn: Thiết bị này sử dụng một bức vách rắn để ngăn cách hai chất tải nhiệt và truyền nhiệt thông qua bức vách này. Nhiệt lượng chuyển đổi từ chất tải nhiệt này sang chất tải nhiệt khác thông qua vách ngăn.
2. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hồi nhiệt: Thiết bị này cho phép chất tải nhiệt chảy qua các ống hoặc tấm trong cùng một hướng, đồng thời. Quá trình truyền nhiệt xảy ra khi chất tải nhiệt đang chảy đi qua các ống hoặc tấm, truyền nhiệt cho chất tải nhiệt khác chảy ngược lại trong các ống hoặc tấm.
3. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hỗn hợp: Thiết bị này kết hợp cả hai nguyên tắc trên, sử dụng cả vách ngăn và hồi nhiệt. Chất tải nhiệt được ngăn cách bởi các vách rắn, đồng thời cũng chảy trong cùng một hướng và truyền nhiệt cho chất tải nhiệt khác thông qua vách ngăn.

Hệ số truyền nhiệt là gì?

Hệ số truyền nhiệt (U-value hoặc hệ số k) là một đại lượng vật lý quan trọng trong việc đo lường khả năng truyền nhiệt của vật liệu hoặc cấu trúc. Nó đo lường mức độ truyền nhiệt qua một vật liệu hoặc cấu trúc từ một khu vực có nhiệt độ cao đến một khu vực có nhiệt độ thấp. Hệ số truyền nhiệt được tính bằng Watt trên mét vuông (W/m²) trên bề mặt cho mỗi đơn vị độ chênh lệch nhiệt độ (Kelvin hoặc °C) trên đơn vị độ dày (mét).
Hệ số truyền nhiệt cho phép tính toán và đánh giá hiệu quả truyền nhiệt và cách nhiệt của vật liệu trong các quá trình trao đổi nhiệt. Nó có vai trò quan trọng trong các lĩnh vực như công nghiệp dầu khí, nhiệt điện, vật liệu nano, polime, địa chất, chất lỏng truyền nhiệt, dệt may, bê tông xi măng, vật liệu thay đổi pha, phim mỏng, quang điện, vật liệu cách nhiệt, kim loại, đèn LED, ô tô và nhiều lĩnh vực khác.
Xác định hệ số truyền nhiệt của vật liệu là một yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong các quá trình truyền nhiệt. Nó giúp tránh tổn thất năng lượng không cần thiết, tính toán chính xác hoạt động của các thành phần, cung cấp cảnh báo an toàn cho người tiêu dùng và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Truyền nhiệt đối lưu

Truyền nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa một bề mặt rắn tiếp xúc với một môi trường chất lỏng (hoặc khí) có nhiệt độ khác nhau và có sự chuyển động của chất lỏng. Trong quá trình truyền nhiệt đối lưu, chất lỏng chuyển động tạo ra sự trao đổi nhiệt nhanh hơn so với truyền nhiệt qua dẫn nhiệt.
Quá trình truyền nhiệt đối lưu có thể diễn ra theo hai cách chính:

• Đối lưu nhiệt tự nhiên: Đối lưu nhiệt tự nhiên xảy ra khi giữa các phần tử của chất lỏng có nhiệt độ khác nhau và có khối lượng riêng khác nhau. Các hiện tượng như cường độ nhiệt độ và áp lực, sự nổi và chìm của chất lỏng, cũng như hiệu ứng cưỡng bức do sự tác động của sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất, đều góp phần vào quá trình truyền nhiệt tự nhiên.
• Đối lưu nhiệt cưỡng bức: Đối lưu nhiệt cưỡng bức được thực hiện bằng cách áp dụng công suất từ bên ngoài, chẳng hạn như sử dụng bơm, quạt, khuấy trộn, và các thiết bị tương tự, để tạo ra chuyển động của chất lỏng. Quá trình đối lưu nhiệt cưỡng bức có tốc độ nhanh hơn rất nhiều so với đối lưu tự nhiên, do tác động cưỡng bức từ các thiết bị ngoại vi.

Truyền nhiệt đối lưu được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và gia đình, như trong hệ thống làm mát, tản nhiệt, quá trình trao đổi nhiệt, và nhiều ứng dụng khác. Quá trình đối lưu nhiệt cung cấp hiệu suất truyền nhiệt cao hơn so với truyền nhiệt thông qua dẫn nhiệt, vì chất lỏng chuyển động tạo ra một diện tích tiếp xúc lớn giữa bề mặt truyền nhiệt và chất lỏng, giúp tăng tốc quá trình truyền nhiệt.

Xem thêm :  Đầu báo nhiệt gia tăng là gì ? Tất tần tật về đầu báo nhiệt gia tăng