Giáo trình thiết bị nhiệt

1
TR¦êNG §¹I HäC B¸CH KHOA §µ N½NG
KHOA HãA - NGµNH cnhh & VËT LIÖU
2007

2
Ch−¬ng 1
ChuyÓn ®éng khÝ trong lß c«ng nghiÖp
1. 1Kh¸i niÖm vµ ®Þnh luËt c¬ b¶n.
1.1.1 Kh¸i niÖm.
Sù chuyÓn ®éng cña dßng khÝ trong thiÕt bÞ nhiÖt nãi chung vµ trong lß sÊy, lß
nung ngµnh s¶n xuÊt vËt liÖu x©y dùng nãi riªng cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn n¨ng suÊt cña
lß. Bëi v× sù chuyÓn ®éng nµy g¾n liÒn víi hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt gi÷a dßng
khÝ vµ vËt liÖu trong lß. Do ®ã tèc ®é, thµnh phÇn cña khÝ, chiÒu h−íng vµ ®Æc tÝnh
chuyÓn ®éng cña dßng khÝ cÇn ph¶i ®¶m b¶o. Ngoµi nh÷ng yÕu tè trªn cßn yªu cÇu hîp lÝ
vÒ kÕt cÊu lß, kü thuËt gia c«ng chuÈn bÞ vËt liÖu, sù ph©n bè nhiÖt ®é vµ duy tr× m«i
tr−êng trong lß.
Ngµy nay trong çc thiÕt bÞ nhiÖt hiÖn ®¹i, sù chuyÓn ®éng tù nhiªn cña dßng khÝ
khã ®¶m b¶o cho lß lµm viÖc cã n¨ng suÊt cao, c«ng suÊt lín. Nªn hÇu hÕt çc thiÕt bÞ
nhiÖt ®Òu dïng qu¹t ®Ó t¹o ra sù chuyÓn ®éng c−ìng bøc dßng khÝ.
Thùc tÕ ë lß c«ng nghiÖp, ¸p suÊt d− hay ch©n kh«ng th«ng th−êng nhá h¬n
50mm H2O, do vËy khi tÝnh çc qu¸ tr×nh liªn quan ®Õn dßng khÝ cã thÓ bá qua ¶nh
h−ëng cña çc yÕu tè ¸p suÊt tíi sù nÐn hoÆc gi·n në cña khÝ, mµ chØ xem xÐt nã nh−
chÊt láng kh«ng chÞu nÐn, ®ång nhÊt vµ liªn tôc lÊp ®Çy kªnh dÉn. Nªn vËn dông
®−îc nh÷ng ®Þnh luËt chuyÓn ®éng cña chÊt láng vµo chÊt khÝ.
CÇn chó ý ®iÓm kh¸c c¬ b¶n gi÷a chÊt khÝ vµ chÊt láng ë chç chÊt khÝ biÕn ®æi thÓ
tÝch, tèc ®é, mËt ®é rÊt nhiÒu theo nhiÖt ®é. Nªn viÖc nghiªn cøu vµ ¸p dông nh÷ng ®Þnh
luËt c¬ b¶n vÒ chÊt khÝ còng rÊt cÇn thiÕt ®Ó kh¶o s¸t dßng khÝ trong lß.
1.1.2 Çc ®Þnh luËt.
1.1.2.1 §Þnh luËt Boil - Mariotte.
Khi nhiÖt ®é kh«ng ®æi, ¸p suÊt cña khèi khÝ tû lÖ nghÞch víi thÓ tÝch cña nã.
- T = const ta cã
1
2
2
1
V
V
P
P
= (1-1)
Hay: pv = const
1.1.2.2 §Þnh luËt Gay - Lussac.
Khi ¸p suÊt kh«ng ®æi, thÓ tÝch riªng khÝ lý t−ëng sÏ biÕn ®æi tû lÖ thuËn víi nhiÖt ®é
tuyÖt ®èi.
- P = const, ta cã
2
1
2
1
T
T
V
V
= (1-2)
Hay:
T
V
= const
Khèi l−îng riªng cña khÝ khi ¸p suÊt kh«ng ®æi sÏ biÕn ®æi tû lÖ nghÞch víi nhiÖt ®é cña
nã.
2
1
1
2
2
1
/
/
T
T
m
m
===
ρ
ρ
ρ
ρ
2
1
V
V
(1-3)

3
Khi tÝnh to¸n ta th−êng gÆp vµ ph¶i tÝnh thÓ tÝch khÝ víi khèi l−îng riªng cña khÝ ë nhiÖt
®é to
C khi biÕt thÓ tÝch vµ khèi l−îng riªng cña nhiÖt ®é chuÈn Oo
C.
273
2731 t
T
T
V
V
oo
t +
==
Vt = Vo (1+
273
1
t ) , [ m3
] (1-4)
273
1
: hÖ sè d·n në thÓ tÝch, ®¹i l−îng nµy hÇu nh− kh«ng ®æi víi tÊt c¶ çc lo¹i khÝ.
ρt = ρo (
t273
273
+
) , [ Kg/m3
] (1-5)
Khèi l−îng riªng cña hçn hîp khÝ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:
ρhh =
100
...2211 nnVVV ρρρ +++
V1, V2, …, Vn : ThÓ tÝch çc khÝ thµnh phÇn (%)
ρ1, ρ1, …,ρn: Khèi l−îng riªng çc khÝ thµnh phÇn (kg/m3
)
NÕu biÕt tèc ®é khÝ ë nhiÖt ®é chuÈn (hoÆc nhiÖt ®é nµo ®ã) ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc tèc
®é khÝ ë nhiÖt ®é (t 0
C) âang kh¶o s¸t
Wt = Wo (
273
273 t+
) , [ m/s] (1-6)
Khi thÓ tÝch kh«ng ®æi, ¸p suÊt tû lÖ thuËn víi nhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña nã.
- v = const
2
1
2
1
T
T
P
P
= (1-7)
Suy ra quan hÖ ¸p suÊt ë nhiÖt ®é t vµ nhiÖt ®é chuÈn Oo
C:
Pt = Po (1+
273
1
t) (1-8)
1.1.2.3 Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ.
Quan hÖ gi÷a ¸p suÊt, nhiÖt ®é vµ thÓ tÝch biÓu thÞ ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ.
Pv = RT (1-9)
P: ¸p suÊt cña khÝ , [N/ m2
]
v: thÓ tÝch riªng cña khÝ , [m3
/ kg ]
T: nhiÖt ®é tuyÖt ®èi , [ o
K]
R:H»ng sè khÝ b»ng 8314/M, [j / kg.0
C] vµ M khèi l−îng mol cña khÝ.
1.1.2.4 §Þnh luËt Dalton.
¸p suÊt chung cña hæn hîp khÝ b»ng tæng ¸p suÊt riªng phÇn cña khÝ thµnh phÇn.
Phh = P1 + P2 + .... + Pn (1-10)
Vhh = V1 + V2 + .... + Vn . (1-11)
Phh : ¸p suÊt cña hçn hîp khÝ.

4
P1 , P2 , .... , Pn : ¸p suÊt riªng phÇn cña çc khÝ.
Vhh: thÓ tÝch cña hçn hîp khÝ
V1 , V2 , .... , Vn : ThÓ tÝch riªng cña tõng khÝ cã trong hçn hîp khÝ.
Tõ Boil - Mariotte ta tÝnh ®−îc ¸p suÊt riªng phÇn, ta cã
hh
n
hh
n
V
V
P
P
= suy ra:
Pn = Phh .
hh
n
V
V
(1-12)
1.2. Çc d¹ng ¸p suÊt khÝ.
Sù chuyÓn ®éng cña chÊt khÝ trong èng dÉn, trong kªnh lß … ®Òu g¾n liÒn víi lùc
g©y chuyÓn ®éng khÝ ®ã lµ ¸p suÊt. §èi víi khÝ lý t−ëng cã 3 d¹ng ¸p suÊt: ¸p suÊt tØnh
häc, ¸p suÊt tèc ®é (hay ®éng häc) vµ ¸p suÊt h×nh häc. Víi khÝ thùc, ngoµi 3 d¹ng ¸p
suÊt trªn cßn cã ¸p suÊt tæn thÊt hay trë lùc.
1.2.1. ¸p suÊt tØnh häc.
¸p suÊt tØnh häc ®ã lµ sù chªnh lÖch ¸p suÊt thùc trong nåi h¬i, trong lß hay trªn ®−êng
èng… (gäi lµ ¸p suÊt tuyÖt ®èi Ptu ) víi ¸p suÊt khÝ quyÓn bªn ngoµi th−êng ®o b»ng
baromet Pba vµ nã cã gi¸ trÞ ©m hay d−¬ng.
Pth = Ptu - Pba (1-13)
Trong c¬ häc chÊt khÝ, ¸p suÊt tÜnh häc ®−îc coi lµ dù tr÷ n¨ng l−îng, n¨ng l−îng nµy sÏ
tiªu tèn khi khÝ chuyÓn ®éng. V× vËy ¸p suÊt tÜnh häc lµ thÕ n¨ng cña khÝ.
§¬n vÞ ®o cña ¸p suÊt cã thÓ lµ ¸tmètphe kü thuËt [at], ¸tmètphe vËt lÝ [atm], hoÆc
[mmHg], [N/m2
], [mmH2O], [KG/cm2
].
Quan hÖ gi÷a çc ®¬n vÞ ®o:
1 at øng víi 735,56mmHg, hay t−¬ng ®−¬ng 10 mH2O = 10.000 mmH2O = 1kG/cm2
=
9.81.104
N/ m2
. 1atm øng víi 760mmHg hay t−¬ng ®−¬ng 10,333 m H2O =
10.033mmH2O
1.2.2. ¸p suÊt h×nh häc.
¸p suÊt h×nh häc ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tÝch sè cña chiÒu cao cét khÝ vµ ®é chªnh
lÖch khèi l−îng riªng cña çc khÝ thay thÕ nhau ( kh«ng khÝ vµ khÝ).
Phh = Hg (ρkk - ρk ) , [ N/m2
] (1-14)
H - ChiÒu cao cña cét khÝ , [m]
g - Gia tèc träng tr−êng [ m/s2
]
ρkk , ρk = Khèi l−îng riªng kh«ng khÝ vµ khÝ, [kg/m3
]
Nh− vËy ¸p suÊt h×nh häc ®−îc t¹o ra phô thuéc vµo ®é cao H vµ ®é chªnh lÖch
khèi l−îng riªng cña khÝ vµ kh«ng khÝ. NÕu chiÒu cao H cµng lín, nhiÖt ®é khÝ cµng cao
tøc ρk cµng nhá th× ¸p suÊt h×nh häc hay søc hót do èng t¹o nªn cµng lín.
Gi÷a 2 tiÕt diÖn kªnh hay èng dÉn cã thÓ cã ¸p suÊt h×nh häc nÕu cã chªnh lÖch ®é
cao cña 2 tiÕt diÖn nµy vµ cã khÝ chuyÓn ®éng trong èng kªnh ®ã (h×nh 1-1). Tr−êng hîp
nµy ¸p suÊt h×nh häc x¸c ®Þnh b»ng
Phh = (H2-H1) g (ρkk - ρk)

5
Phh = ∆ H.g (ρkk - ρk) , [N/ m2
] (1-15)
H×nh 1-1 - S¬ ®å ¸p suÊt h×nh häc
Gi¸ trÞ ¸p suÊt h×nh häc cã thÓ d−¬ng (+) hoÆc ©m (-).
1.2.3. ¸p suÊt tèc ®é.
¸p suÊt tèc ®é lµ ®éng n¨ng cña dßng khÝ chuyÕn ®éng. Trong c¬ häc, ®éng n¨ng
cña vËt thÓ r¾n khi cã khèi l−îng m chuyÓn ®éng víi tèc ®é W x¸c ®Þnh b»ng ®¹i l−îng
mW2
/2. NÕu ta thay khèi l−îng m b»ng khèi l−îng riªng cña vËt thÓ khÝ ë nhiÖt ®é to
lµ ρt
ta sÏ ®−îc ¸p suÊt tèc ®é:
Pt® =
g
Wt
2
2
ρt [ mmH2O]
Hay Pt® =
2
2
tW
ρt , [ N/ m2
] (1-16)
Pt® =
2
2
oW
ρo ( ).1( tβ+ ). , [N/ m2
] (1-17)
Wo ; ρo - Tèc ®é vµ khèi l−îng riªng cña khÝ ë nhiÖt ®é Oo
C.
¸p suÊt tèc ®é cña khÝ thµnh lËp bëi qu¹t ®Èy hoÆc qu¹t hót hoÆc do c¶ hai.
V× ¸p suÊt tèc ®é cã liªn quan vµ phô thuéc nhiÒu vµo tèc ®é dßng khÝ, nªn ta ph¶i
chó ý ®Õn chuÈn sè Reynolds ®Æc tr−ng chuyÓn ®éng cña dßng khÝ.
Re =
t
t dW
ν
νt - ®é nhít ®éng häc cña khÝ ë nhiÖt ®é t, [m2
/s.]
Wt – VËn tèc khÝ ë nhiÖt ®é t, [m/s]
d - ®−êng kÝnh thñy lùc cña èng dÉn , [m]
vÝ dô kªnh dÉn khÝ h×nh ch÷ nhËt cã sè ®o c¸c c¹nh a, b
d =
ba
ab2
+
(1-18)

6
NÕu Re < 2200 ta cã chuyÓn ®éng dßng
Re > 2200 ta cã chuyÓn ®äüng xo¸y
Re = 2200 ta cã chuyÓn ®éng qu¸ ®é cña dßng khÝ.
13 Ph−¬ng tr×nh çc chÊt khÝ.
1.3.1. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng khÝ.
XÐt mét b×nh hë ®¸y chøa ®Çy khÝ vµ n»m ë trang th¸i tÜnh h×nh 1-3 khÝ nµy cã
mËt ®é ρk nhá h¬n mËt ®é kh«ng khÝ xung quanh ρkk . Ta cã:
¸p suÊt trong b×nh Pk = Pa - Hg ρk , [N/m2
]
¸p suÊt ngoµi kh«ng khÝ Pkk = Pa - Hg ρkk , [ N/m2
]
Do ®ã:
∆P = Pk - Pkk = Hg (ρkk - ρk) [ N/m2
] (1-19)
Còng chøng minh t−¬ng tù, nÕu b×nh hë miÖng ta sÏ cã:
Pk = Pa + Hg ρk
Pkk = Pa + Hg ρkk
∆P = Pk - Pkk = - Hg (ρkk - ρk) [ N/m2
]
Trong tr−êng hîp ®Çu th−êng øng dông ®Ó tÝnh chiÒu cao hîp lÝ ®Ó ®Æt çc thiÕt bÞ
®o hoÆc thiÕt kÕ çc cöa quan s¸t, lÊy mÉu, thö mÉu. ë tr−êng hîp thø hai, ¸p suÊt khÝ
trong b×nh nhá h¬n ¸p suÊt kh«ng khÝ. Cho nªn nÕu ta måí cöa ë d−íi, kh«ng khÝ sÏ ïa vµo
b×nh vµ ®Èy khÝ ra khái b×nh lªn phÝa trªn th−êng øng dông ®Ó tÝnh chiÒu cao èng khãi.
1.3.2. Ph−¬ng tr×nh dßng liªn tôc.
Khi khÝ chuyÓn ®éng th× khèi l−îng khÝ ®i qua mäi tiÕt diÖn ®Òu b»ng nhau. Nªn
ph−¬ng tr×nh liªn tôc cña dßng sÏ cã d¹ng sau:
F1W1ρ1 = F2W2ρ2 = const (1-20)
F1, F2 - TiÕt diÖn 1 vµ 2, [m2
]
W1, W2 - Tèc ®é khÝ cña tiÕt diÖn 1 vµ 2, [m/s]
ρ1, ρ2 - MËt ®é khÝ cña tiÕt diÖn 1 vµ 2, [Kg/m3
]
NÕu ρ = const khi T = const
F1W1 = F2W2 = V = const (1-21)
Do ®ã:W =
F
V
Vµ nÕu F1 = F2
ρ1W1 = ρ2W2 = const (1-22)
Do ®ã: W2 = W1
1
2
T
T
(1-23)
NÕu trªn ®−êng èng kh«ng kÝn, khÝ trong èng rß ra ngoµi hoÆc kh«ng khÝ lät vµo
®−êng èng qua lç hë ®ã, th× ph−¬ng tr×nh liªn tôc cña dßng cã d¹ng sau:

7
ρ1 . F1 . W1 = G [Kg/s]
ρhh . F2 . W2 = G ± ρ2∆V [Kg/s ] (1-24)
ρhh - Khèi l−îng thÓ tÝch cña hçn hîp khÝ [Kg/m3
]
ρ2 - Khèi l−îng thÓ tÝch cña khÝ lät [Kg/m3
]
∆V – thÓ tÝch khÝ lät vµo cã dÊu (+) vµ rß ra ngoµi cã dÊu (-), [m3
/s]
1.3.3. Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña khÝ.
N¨ng l−îng toµn phÇn cña dßng khÝ lý t−ëng bao gåm ¸p suÊt tÜnh häc, h×nh häc
vµ ¸p suÊt tèc ®é. Quan hÖ gi÷a c¸c ¸p suÊt nµy ®−îc biÓu thÞ b»ng ph−¬ng tr×nh Bernulli,
®ã lµ mét d¹ng cña ®Þnh luËt b¶o toµn n¨ng l−îng cña dßng khÝ chuyÓn ®éng ë ¸p suÊt
kh«ng cao l¾m.
XÐt tiÕt diÖn 1 vµ 2 cña kªnh dÉn khÝ, ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña khÝ lý t−ëng sÏ lµ:
H1 +
g2
W
g
P 2
11
+
ρ
= H2 +
g
W
g
P
2
2
22
+
ρ
= const (1-25)
hay
Hρg + P +
2
2
ρW
= const (1-26)
§ã còng chÝnh lµ:
Phh + Pth + Pt® = const (1-27)
§èi víi khÝ thùc, gi÷a tiÕt diÖn 1 vµ 2 cã tæn thÊt ¸p suÊt cho nªn ph−¬ng tr×nh
Bernulli sÏ cã d¹ng sau:
Hρg + P +
2
2
ρW
+ ht+t = const (1-28)
Cã nghÜa lµ: §èi víi khÝ thùc, khi chóng chuyÓn ®éng th× tæng ¸p suÊt tÜnh häc,
h×nh häc, tèc ®é vµ ¸p suÊt tæn thÊt lµ mét ®¹i l−îng kh«ng ®æi.
NÕu èng kªnh n»m ngang, ¸p suÊt h×nh häc b»ng kh«ng, lÊy vÝ ph©n ta cã:
ttdh
dpdW
++
ρ2
2
= 0
Tèc ®é khÝ phô thuéc vµo tiÕt diÖn cña èng, cña kªnh dÉn vµ nhiÖt ®é. NÕu kªnh
më réng, ®ång thêi ¸p suÊt tèc ®é kh«ng ®æi th× tæn thÊt ¸p suÊt chØ ®Ó th¾ng søc c¶n do
ma s¸t.
Trong èng kªnh n»m ngang víi tiÕt diÖn kh«ng ®æi. Gi¶ thiÕt kh«ng cã tæn thÊt htt
= 0. Quan hÖ gi÷a sù biÕn ®æi nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cã thÓ viÕt d−íi d¹ng:
- dp = ρ W d W , (*)
LÊy tÝch ph©n x¸c ®Þnh (*), cuèi cïng ta cã
P1 - P2 = ρ2 W2
2 - ρ1 W2
1 = 2 ( 1
2
1
2
2
2
2
W
2
W
ρ−ρ )

8
NÕu èng kªnh kh«ng n»m ngang, chiÒu cao cña tiÕt diÖn 1 lµ H1 , cña tiÕt diÖn 2 lµ
H2 vµ H2 > H1 ta sÏ cã ph−¬ng tr×nh:
P1 - P2 = 2 ( 1
2
1
2
2
2
2
W
2
W
ρ−ρ ) + ρo
12 TT
273
−
g (H2- H1)1n
1
2
T
T
NÕu tõ tiÕt diÖn 1 ®Õn tiÕt diÖn 2 cã tæn thÊt th× ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña khÝ cã
d¹ng:
P1 - P2 = 2 ( 1
2
1
2
2
2
2
W
2
W
ρ−ρ ) + ρo
12 TT
273
−
g (H2- H1)1n
1
2
T
T
+htt (1-29)
Nh÷ng ph−¬ng tr×nh trªn sö dông khi nhiÖt ®é thay ®æi nhiÒu nh− trong buång thu
håi nhiÖt ch¼ng h¹n.
1.4.Sù chuyÓn hãa gi÷a c¸c d¹ng ¸p suÊt.
H·y kh¶o s¸t sù chuyÓn ®éng khÝ theo ®−êng èng ë h×nh 1- 4, ¸p suÊt h×nh häc hhh
= O vµ gi¶ sö ¸p suÊt tæn thÊt htt = O. ë ®o¹n tiÕt diÖn hÑp, ¸p suÊt tèc ®é t¨ng lªn dÉn tíi
gi¶m ¸p suÊt tÜnh häc mét ®¹i l−îng chÝnh b»ng ®¹i l−îng t¨ng cña ¸p suÊt tèc ®é. Nh−
vËy cã nghÜa lµ ¸p suÊt tÜnh häc ®· chuyÓn thµnh ¸p suÊt tèc ®é hay nãi kh¸c ®i ¸p suÊt
tèc ®é ®−îc t¹o ra bëi ¸p suÊt tÜnh häc.
H×nh 1-4 - Sù chuyÓn ¸p suÊt tÜnh häc thµnh ¸p suÊt tèc ®é.
(Xem trang sau)
Dù tr÷ n¨ng l−îng cña khÝ lµ ¸p suÊt tÜnh häc nhê ®ã mµ khÝ chuyÓn ®éng. Trong
dßng khÝ chuyÓn ®éng l¹i xuÊt hiÖn ¸p suÊt tæn thÊt. Nh− vËy ngay c¶ khÝ chuyÓn ®éng
khÝ theo ®−êng èng cã tiÕt diÖn kh«ng ®æi ¸p suÊt tÜnh häc dÇn dÇn chuyÓn thµnh ¸p suÊt
tèc ®é vµ ¸p suÊt tèc ®é l¹i liªn tôc chuyÓn thµnh ¸p suÊt tæn thÊt.
hth → ht® → htt
Khi ®ã, trong kªnh tØÕt diÖn kh«ng ®æi, ¸p suÊt tèc ®é lu«n lu«n kh«ng ®æi do sù
chuyÓn hãa cña ¸p suÊt tÜnh häc. ¸p suÊt tæn thÊt th× ng−îc l¹i, nã kh«ng thÓ biÕn thµnh
d¹ng ¸p suÊt nµo kh¸c, ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ ¸p suÊt tæn thÊt lµ d¹ng kh«ng thuËn nghÞch.
§éng n¨ng cña khÝ khi ®ã chuyÓn thµnh nhiÖt n¨ng øng víi ®¹i l−îng ¸p suÊt tæn thÊt.
Thùc tÕ, nhiÖt ®é khÝ khi ®ã t¨ng lªn rÊt Ýt (chØ vµi phÇn cña ®é) vµ coi nh− kh«ng t¨ng.
Do ®ã ¸p suÊt tæn thÊt lµm gi¶m dù tr÷ n¨ng l−îng cña ¸p suÊt tÜnh häc.
Tõ ph−¬ng tr×nh Bernulli ta thÊy r»ng, khi thay ®æi mét ¸p suÊt nµy th× ¸p suÊt kia
còng thay ®æi theo. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ mét ¸p suÊt nµy cã thÓ chuyÓn thµnh ¸p suÊt
kh¸c khi tæng ¸p suÊt cña dßng khÝ chuyÓn ®éng duy tr× kh«ng ®æi.
Th«ng th−êng sù chuyÓn hãa ¸p suÊt x·y ra khi cã sù thay ®æi tiÕt diÖn kªnh dÉn.
1.5 Søc c¶n (trë lùc) cña dßng khÝ.
Khi dßng khÝ chuyÓn ®éng th¼ng trong kªnh th¼ng cã tiÕt diÖn kh«ng ®æi th× n¨ng
l−îng cña dßng khÝ ph¶i tiªu tèn mét Ýt do khÝ ma s¸t vµo t−êng, vµo kªnh…
Khi tiÕt diÖn kªnh thay ®æi nh− co hÑp hay ë réng, hoÆc thay ®æi chiÒu h−íng
chuyÓn ®éng (quay vßng) hay cã mét c¶n trë nµo ®ã trªn ®−êng ®i cña dßng khÝ, ®Òu
xuÊt hiÖn tråí lùc phô vµ dßng khÝ ph¶i tiªu tèn n¨ng l−îng ®Ó kh¾c phôc trë lùc ®ã. Trë
lùc nµy xuÊt hiÖn lµm cho tèc ®é dßng khÝ ph¶i ph©n bè l¹i theo tiÕt diÖn ngang, ®ång
thêi t¹o ra c¸c dßng xo¸y phô dÉn ®Õn tiªu tèn n¨ng l−îng.

9
Nh− vËy trªn ®−êng ®i cña khÝ vµo kªnh ( èng hay t−êng) vµ cã.
- Søc c¶n do ma s¸t cña khÝ vµo kªnh (èng hay t−êng) vµ søc c¶n nµy xuÊt hiÖn
trªn toµn bé ®−êng ®i cña khÝ trong kªnh dÉn ë mäi tiÕt diÖn vµ chiÒu h−íng kh¸c nhau.
- Søc c¶n ®Þa ph−¬ng xuÊt hiÖn chØ ë nh÷ng khu vùc hay ®o¹n nµo ®ã cña kªnh
dÉn, vÝ dô: ®o¹n kªnh ®oï thay ®æi tiÕt diÖn hoÆc thay ®æi h−íng ®i...
Tuy nhiªn bªn c¹nh hai d¹ng søc c¶n trªn cßn cã d¹ng søc c¶n kh¸c do ¸p suÊt
h×nh häc t¹o nªn. Tr−êng hîp nµy chØ x¶y ra khi chuyÓn khÝ nãng theo ®−êng èng xuèng
phÝa d−íi nghÜa lµ ng−îc víi chiÒu chuyÓn ®éng tù nhiªn cña khÝ nãng. Tr¸i l¹i, nÕu
chuyÓn ®éng khÝ nãng lªn phÝa trªn th× ¸p suÊt h×nh häc l¹i lµ n¨ng l−îng chuyÓn vËn khÝ
vµ nã ph¶i phô thªm vµo ¸p suÊt tÜnh häc vµ ¸p suÊt tÜnh häc lµ n¨ng l−îng cña dßng khÝ
chuyÓn ®éng.
V× thÕ nÕu ¸p suÊt h×nh häc lµ søc c¶n th× ph¶i ®−a vµo tæng søc c¶n cña hÖ thèng,
ng−îc l¹i nÕu ®ã lµ n¨ng l−îng chuyÓn ®éng th× nã sÏ gi¶m søc c¶n cña hÖ cho nªn tæng
søc c¶n cña hÖ sÏ b»ng:
htt = ∑hms + ∑hdf ± ∑hhh (1-30)
hms - søc c¶n do ma s¸t
h®f - søc c¶n ®Þa ph−¬ng (côc bé).
hhh - ¸p suÊt h×nh häc
§¬n vÞ ®o b»ng N/m2
hoÆc mm H2O.
1.5.1. Søc c¶n do ma s¸t.
Søc c¶n do ma s¸t cã trªn suèt ®−êng ®i cña khÝ, nã phô thuéc vµo ®Æc tÝnh chuyÓn
®éng cña dßng khÝ tøc chuÈn sè Reynolds, tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña kªnh dÉn, chiÒu dµi vµ
®−êng kÝnh cña kªnh ®ã:
hms = β
d
L
.
2
W2
o
.ρo
273
t273+
, [N/m2
] (1-31)
Trong ®ã:
2
W2
o
.ρo
273
t273+
= ht®
β- hÖ sè ma s¸t, nã phô thuéc vµo tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña kªnh dÉn vµ chÕ ®é
chuyÓn ®éng cña khÝ tøc lµ phô thuéc vµo chuÈn sè Re.
L - ChiÒu dµi kªnh dÉn khÝ, [m]
d - §−êng kÝnh kªnh dÉn khÝ, [m].
Khi chuyÓn ®éng dßng:
β =
Re
64
; Re =
ν
d.W
(1-32)
W - tèc ®é dßng khÝ. [m/s]
ν - ®é nhít ®éng cña khÝ [m2
/s]
d - ®−êng kÝnh qui ®æi (®−êng kÝnh thñy lùc) cña kªnh dÉn khÝ.

10
d =
C
F4
F - tiÕt diÖn ngang cña kªnh dÉn, [m2
]
C- chu vi cña tiÕt diÖn ®ã, [m]
Khi chuyÓn ®éng xo¸y, sù ph©n bè tèc ®é trë nªn kh«ng ®Òu ®Æn. Do cã dßng
xo¸y mµ trë lùc t¨ng lªn. Ngoµi ra ë chç gå ghÒ cña mÆt kªnh cßn t¹o ra søc c¶n phô do
c¸c dßng xo¸y riªng biÖt gÆp nhau.
NÕu tèc ®é chuyÓn ®éng cña khÝ cµng cao, ®é xo¸y cµng lín th× ®é gå ghÒ cña mÆt
kªnh cµng cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn søc c¶n. Líp khÝ cø chuyÓn ®éng dßng ngay s¸t mÆt
kªnh dÇn dÇn biÕn mÊt do ®é xo¸y t¨ng lªn vµ søc c¶n ®¹t tíi gi¸ trÞ cùc ®¹i.
Khi khÝ chuyÓn ®éng xo¸y trong èng kim lo¹i nhÉn, hÖ sè c¶n do ma s¸t kh«ng
phô thuéc vµo lo¹i khÝ chuyÓn ®éng. NÕu Re ≤ 105
hÖ sè nµy x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
Bzarius b»ng:
β = 25,0
Re
3164,0
(1-33)
Trong ®ã kim lo¹i xï x×:
β = 12,0
Re
129,0
(1-34)
Trong èng x©y b»ng g¹ch
β = 12,0
Re
175,0
(1-35)
Khi ®é xo¸y cña dßng t¨ng cao, ®é gå ghÒ cña kªnh cã ¶nh h−ëng rÊt nhiÒu ®Õn
hÖ sè c¶n. Khi ®ã hÖ sè c¶n kh«ng phô thuéc vµo chuÈn sè Re n÷a mµ chØ phô thuéc vµo
®é gå ghÒ cña mÆt kªnh.
β = 0,19 3
ε (1-36)
ε =
d
K
- §é gå ghÒ t−¬ng ®èi cña mÆt kªnh. K - ChiÒu cao trung b×nh cña líp gå
ghÒ cña mÆt kªnh dÉn, [mm]. d - §−êng kÝnh cña kªnh dÉn, [mm]
§èi víi c¸c èng, ta cã trÞ sè K sau:
èng kim lo¹i míi K= 0,04 - 0,17
èng gang míi K= 0,21 - 0,42
èng kim lo¹i bÈn K= 0,75- 0,90
Kªnh g¹ch K= 0,80 - 6,0
GÇn ®óng, trÞ sè ε cã thÓ lÊy gi¸ trÞ sau:
èng kim lo¹i míi ε =
d
5,0
Kªnh g¹ch ε =
d
3

11
Khi tÝnh to¸n lß nung vµ lß sÊy, hÖ sè c¶n do ma s¸t cña kh«ng khÝ hay khãi lß cã thÓ
dïng c«ng thøc gÇn ®óng β = m
d
L
vµ m ®èi víi:
Kªnh g¹ch m = 0,05
èng kim lo¹i kh«ng bÞ oxy hãa m = 0,025
èng kim lo¹i bÞ oxy hãa Ýt m = 0,035
èng kim lo¹i bÞ oxy hãa nhiÒu m = 0,045
Trong c«ng nghiÖp lß, do qu¸ tr×nh khÝ chuyÓn ®éng g¾n liÒn víi sù trao ®æi nhiÖt nªn
hµm l−îng bôi trong khÝ còng cã ¶nh h−ëng. HÖ sè ma s¸t kÓ ®Õn ¶nh h−ëng nµy cã d¹ng:
)1(,
µββ += vµ µ hµm l−îng bôi trong khÝ, [kg/ kg]
Lóc nµy ph¶i chó ý ®Õn sù thay ®æi khèi l−îng riªng cña khÝ khi chuyÓn ®éng.
ρo
k
khèi l−îng thÓ tÝch cña khÝ ë ®iÒu kiÖn chuÈn
C nång ®é bôi trong khÝ [ kg/m3
]
1.5.2. Søc c¶n ®Þa ph−¬ng (côc bé).
Khi thay ®æi h×nh d¹ng h×nh häc cña èng dÉn (më réng, thu hÑp, chç uèn, gÊp
khóc . . .) th× tèc ®é, chiÒu h−íng chuyÓn ®éng, h×nh d¹ng cña dßng khÝ còng thay ®æi
theo. §iÒu ®ã lµm t¨ng ®é xo¸y cña dßng, lµm tèc ®é cña dßng theo tiÕt diÖn cña kªnh
dÉn bÞ ph©n bè l¹i. KÕt qu¶ ph¶i tiªu tèn mét phÇn n¨ng l−îng cña khÝ chuyÓn ®éng vµ ®Ó
tiÖn tÝnh to¸n ng−êi ta th−êng biÓu diÔn phÇn tæn thÊt n¨ng l−îng nµy b»ng mét phÇn nµo
®ã cña ¸p suÊt tèc ®é x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh:
hdf = ξhtd
= ξ
g
Wt
2
2
ρt = ξ
2
W 2
o
ρo (
273
273 t+
) , [ mm H2O] (1-37)
t - NhiÖt ®é cña khÝ [o
C]
ξ - HÖ sè c¶n ®Þa ph−¬ng
Tr−êng hîp ®ét më cã thÓ sö dông c«ng thøc gÇn ®óng tÝnh hÖ sè c¶n x¸c ®Þnh theo
c«ng thøc cña Borde - Karno:
ξ = (1 -
2
1
F
F
)2
(1- 38)
NÕu khÝ chuyÓn ®éng dßng th× tû lÖ
max
tb
W
W
= 0,5. Trong tr−êng F2 >>F1 hay (
2
1
F
F
0) hÖ
sè c¶n ®èi víi èng trßn ξ =2 , ®èi èng cã tiÕt diÖn bÊt kú ξ = 1,55.
Khi chuyÓn ®éng xo¸y tû lÖ tèc ®é
max
tb
W
W
= 0,84, vµ dßng chuyÓn ®éng trong èng
ph¼ng ξ = 1,15, nÕu
max
tb
W
W
= 0,9 vµ (
2
1
F
F
= 0) th× ξ = 1,06.
NÕu ph©n bè tèc ®é kh«ng ®èi xøng, nh− khi ngoÆt ®−êng èng hay gèc më cña
èng loa qu¸ lín ξ = 3,7.

12
Tr−êng hîp ®ét thu, hÖ sè c¶n phô thuéc vµo tû lÖ F2/F1 vµ h×nh d¸ng cña khu vùc tho¸t
khÝ nh− trong tr−êng hîp h×nh vÏ trªn, hÖ sè c¶n x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
ξ = 0,5 (1 -
1
2
F
F
) (1-39)
NÕu c¹nh mÐp cña lç èng thu hÑp ®−îc gia c«ng trßn ®i, kh«ng s¾c nh− h×nh trªn,
th× dßng khÝ sÏ ®Òu ®Æn h¬n, gi¶m ®−îc khu vùc c¾t dßng, xo¸y dßng vµ hÖ sè c¶n gi¶m
xuèng cßn ξ = 0,1 (1-
1
2
F
F
).
Tr−êng hîp thay ®æi chiÒu cña dßng tæn thÊt ¸p suÊt còng tÝnh theo c«ng thøc:
hdf = ξ
g2
W2
01
ρo (1 +
273
1
t ) , [mm H2O]
HÖ sè ξ phô thuéc vµo gãc quay αo
, b¸n kÝnh trong cña mÐp R, tû lÖ tiÕt diÖn èng
dÉn F2/F1, h×nh d¹ng tiÕt diÖn èng dÉn ch÷ nhËt (h/b), vÞ trÝ quay, møc ®é gå ghÒ cña
kªnh khÝ vµ chuÈn sè Re.
VÝ dô gãc quay α = 90o
, mÐp s¾c ®èi víi tiÕt diÖn ch÷ nhËt nh−ng tû lÖ chiÒu cao víi
chiÒu réng
b
h
= 0,25, t−êng gå ghÒ th× ξ = 1,86, khi
b
h
= 4 th× ξ = 1,35.
Tr−êng hîp dßng khÝ cã h×nh ch÷ Z , t−êng nhÉn th× ξ cã gi¸ trÞ kh¸c nhau khi
kho¶ng c¸ch ngoÆt kh¸c nhau. NÕu
b
1
nhá th× ξ cã gi¸ trÞ nhá vµ t¨ng ®Õn ξ =4,22 khi
b
1
= 1,8. Sau ®ã ξ gi¶m vµ khi
b
1
> 10 c¶ hai ®o¹n quay 90o
nµy cã ξ =2,3.
NÕu quay theo h×nh ch÷ U víi tiÕt diÖn nh− nhau, gi¸ trÞ ξ phô thuéc vµo tû lÖ
b
1
.
Khi
b
1
= 0 th× ξ = 3,6. T¨ng tû lÖ
b
1
®Õn (1 - 1,2) th× ξ = 1,2. NÕu t¨ng tiÕp
b
1
trÞ sè
ξ t¨ng m¹nh vµ khi
b
1
= 2,4, ξ = 2,3.
1.5.3. Mét sè phÐp tÝnh ®Æc biÖt.
Trong c«ng nghiÖp lß nung vµ lß sÊy, khÝ chuyÔn ®éng th−êng cã trao ®æi nhiÖt.
Cho nªn khi tÝnh to¸n søc c¶n do ma s¸t ë khu vùc ®ã ta dïng c«ng thøc sau:
hms = β
2
W
d
L 2
0
ρo
273
t273 +
(
1.
2
+
k
t
T
T
) , [N/m2
] (1-40)
L,d : chiÒu dµi vµ ®−êng kÝnh thñy lùc ®o¹n kªnh tÝnh, [m].
t: nhiÖt ®é cña khÝ, [o
C].
Tt , Tk : nhiÖt ®é t−êng kªnh (èng dÉn) vµ cña khÝ [o
K].
NÕu khÝ cã nhiÒu bôi, th× khi tÝnh to¸n søc c¶n ta dïng hÖ sè c¶n nh− sau:
βms = β (1 + µ) (1-41)

13
βdf = ξ (1 + 0,8µ) (1-42)
µ hµm l−îng bôi trong khÝ , [kg/Kg].
Do l¾ng bôi ë nh÷ng phÇn ®Æc biÖt cña ®−êng èng, cho nªn khi tÝnh to¸n søc c¶n
thñy lùc ®Ó lùa chän qu¹t cÇn ph¶i lÊy dù tr÷ ¸p suÊt 20%.
Trë lùc cña líp vËt liÖu xÕp trªn xe goßng lß nung tuynnen ®−îc x¸c ®Þnh
hx = ξ
273
273
2
0
2
0 tbt
g
W +
ρ [mH2O] (1-43)
ξ HÖ sè c¶n cña líp xÕp (0,4 – 0,5)l
víi l lµ chiÒu dµi cña phÇn lß cã vËt liÖu xÕp, [m].
W0 Tèc ®é trung b×nh cña dßng khÝ ë tiÕt diÖn tho¸ng, [m/s]
ttb nhiÖt ®é trung b×nh cña phÇn lß tÝnh trë lùc, [0
C]
Víi vËt liÖu xÕp trong lß vßng, lß n»m . . . vËt liÖu ®−îc xÕp thµnh c¸c r·nh dÉn khÝ
song song víi trôc lß:
hx = ξ
273
273
2
0
2
0 tbt
l
g
W +
ρ , [mH2O]
Trong ®ã l lµ chiÒu dµi líp vËt liÖu , [m]
ξ - HÖ sè c¶n, ®èi víi kªnh th¼ng
ξ = 5,1
00127,0
d
(1-44)
d - §−êng kÝnh thñy lùc cña c¸c kªnh líp xÕp, m
Khi x¸c ®Þnh søc c¶n cña líp vËt liÖu d¹ng h¹t nh− líp than trong lß khÝ hãa, líp
clinker, dolomit hay v«i trong lß chóng ta dïng c«ng thøc sau:
hlíp = ξl
2
W
d
H 2
0
1d
ρo (
273
273 tbt+
) , [N/m2
] (1-45)
ξ 1 - HÖ sè c¶n cña líp vËt liÖu, nã phô thuéc vµo d¹ng vËt liÖu vµ chuÈn sè Re xem h×nh
(1-9).
nh 1-9 : HÖ sè c¶n cña líp vËt liÖu theo Re.
1- Aglop«rÝt (®−êng kÝnh h¹t 12 - 82mm)
2- V«i ( 14 ÷100mm)
3- Than Kok ( 14 ÷ 100mm)
4- Agl«p«rÝt tõ lß quay 14 ÷ 52mm ) §ÕN §¢Y
H- ChiÒu cao líp vËt liÖu, [m]
HÖsèc¶n

14
d- §−êng kÝnh trung b×nh cña h¹t, [m]
ρo - Khèi l−îng thÓ tÝch cña khÝ [Kg/m3
]
Wo - Tèc ®é khÝ ë Oo
C øng víi toµn tiÕt diÖn cña vá lß [m/s.]
ttb - NhiÖt ®é trung b×nh cña khÝ ®i qua líp [o
C]
HÖ sè c¶n cña líp h¹t cã kÝch th−íc vµ h×nh d¸ng kh«ng gièng nhau cã thÓ x¸c ®Þnh:
ξl = l)1
Re
15
Re
75
(
2,4
53,1
ξ∆+++ (1- 46)
f- HÖ sè rçng cña líp (xem b¶ng 1-1)
f =
vl
o1v
ρ
ρ−ρ
ρv1- Khèi l−îng riªng cña vËt liÖu. [Kg/m3
]
ρo - Khèi l−îng thÓ tÝch vËt liÖu , [Kg/ m3
]
ChuÈn sè Re x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
t
1dt
1
dW
.
f)f1(
45,0
Re
ν−
= (1-47)
Wt = )
273
t273
(Wc
+
[m/s]
d®1 =
n
n
2
2
1
1
n21
d
G
...
d
G
d
G
G...GG
++
+++
[m] (1-48)
G1,G2 ,... ,Gn- Khèi l−îng c¸c phÇn h¹t (Kg) øng víi ®−êng kÝnh cña c¸c h¹t d1, d2 , ... , dn
νt- §é nhít ®éng häc [m2
/s ], vµ ∆ξ 1- Gia sè
∆ξ 1 =
tb
vr
t273
tt
2
+
−
(1-49)
tr- tv - HiÖu sè nhiÖt ®é cña khÝ lóc ra vµ vµo [ o
C].
ttb- NhiÖt ®é trung b×nh cña khÝ [o
C].
B¶ng 1-1
VËt liÖu §−êng kÝnh h¹t
mm
HÖ sè rçng f
Phèi liÖu xim¨ng d¹ng h¹t 3 - 10 0,42 - 0,48
Clinker cement 3 - 50 0,46 - 0,51
Sái 40 - 45 0,38 - 0,39
Agloporit 10 - 30 0,46 - 0,49
QuÆng 0,8 - 1,1 0,58 - 0,59
V«i, th¹ch cao 1,2 + 3,1 0,34 - 0,39
Bi kim lo¹i 1,8 - 4,9 0,38 - 0,50
Søc c¶n thñy lùc cña líp vËt liÖu cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:

15
h1 = ξl
2
W0
ρo (
273
t273 +
) , [N/m2
] (1-50)
Wo- Tèc ®é khÝ ë Oo
C øng víi toµn tiÕt diÖn cña lß ®øng m/s
ξ l- HÖ sè c¶n cña líp.
§èi víi h¹t trßn vµ chuyÓn ®éng dßng Re < 7
ξl =
cd
H
.
Re
2056
(1-51)
H: ChiÒu cao líp liÖu, [m]
dc: §−êng kÝnh trung b×nh ph©n lo¹i côc, [m] vµ
dc =
∑ d
G
1
, [m] trong ®ã: G phÇn träng l−îng theo cë h¹t, d: ®−êng kÝnh côc theo
c¸c cë h¹t, tÝnh theo ®−êng kÝnh trung b×nh cña m¾t sµng ®Ó côc lät qua, [m]
Khi chuyÓn ®éng xo¸y Re > 7
ξl = 08.0
Re
46
Re
1800
+ (1-52)
C«ng thøc trªn øng víi f = 0,4 (th«ng th−êng f = 0,4 - 0,6).
§Ó x¸c ®Þnh hÖ sè c¶n cña líp vËt liÖu d¹ng h¹t còng cã thÓ dïng c«ng thøc kh¸c, vÝ dô:
ξl = 15,2 2.0
2,18,0
)(
tWdf
H ν
(1-53)
H – ChiÒu cao líp vËt liÖu h¹t cÇn tÝnh trë lùc, [m]
.f – hÖ sè rçng.
νt- §é nhít ®éng cña khÝ, [ m2
/s]
d- §−êng kÝnh quy ®æi cña h¹t.
d =
f1
f
d
3
2
k
−
[m] (1-54)
dk- §−êng kÝnh h¹t vËt liÖu.
ξl = a n
tW
H
(1-55)
a, n - HÖ sè phô thuéc vµo kÝch th−íc trung b×nh cña h¹t (b¶ng 1-2).
Gi¸ trÞ a vµ n ®èi víi vËt liÖu cã h×nh d¹ng kh«ng ®Òu.
B¶ng 1-2
HÖ §−êng kÝnh trung b×nh cña h¹t,
Sè 1 2 4 6 10 15 20
.a 70.5 40.2 22.2 13.7 5.5 2.5 1.7
.n 0.65 0.63 0.56 0.49 0.36 0.24 0.15

16
Søc c¶n cña líp than trong lß khÝ hãa ®−îc x¸c ®Þnh tïy theo kiÓu ghi lß, c−êng ®é khÝ
hãa vµ th−êng cã gi¸ trÞ nh− sau: Than ®¸, antracit, kok, khi c−êng ®é khÝ hãa.
150Kg/m2
.h 800 - 1500N/m2
.
250Kg/m2
.h 300N/m2
.
Søc c¶n cña líp than trªn ghi ®èt ph¼ng khi ®èt antracit kh«ng ph©n lo¹i
1000N/m2
, cã ph©n lo¹i 800N/m2
, than ®¸ vµ n©u 500N/m2
. Cã thÓ dïng c«ng thøc sau:
h = m (
F
B
)2
, [mH2O] (1-56)
B- L−îng than trung b×nh ®Ó ®èt [kg/h].
F- BÒ mÆt cña ghi ®èt, [m2
]
m- HÖ sè víi Than n©u: 0,001 - 0,0015.
Than ®¸ kh«ng kÕt khèi: 0,0003 ®Õn 0,0005.
Antracit : 0,001 ÷ 0,002
C¸m antracit: 0,01 - 0,015
Khi thay ®æi nhiÖt ®é ë líp vËt liÖu d¹ng h¹t trong tr−êng hîp ®èt nãng vµ lµm
nguéi chóng, hÖ sè c¶n x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
ξt = ξ + 2
2
tt
273
tt
dc
dc
−
+
−
(1-57)
t®, tc- NhiÖt ®é ®Çu vµ cuèi cña khÝ o
C.
Søc c¶n cña xyclon cã thÓ tÝnh theo tèc ®é cña èng vµo hoÆc tèc ®é øng víi toµn tiÕt
diÖn cña xyclon:
Wo = 2
s
0
D
4.V
π
Vo- Lùc l−îng khÝ, [m3
/s]
Ds- §−êng kÝnh cña xyclon .
DS = n
W222
V
t
t
Vt- L−u l−îng khÝ ë nhiÖt ®é t, [m3
/h]
Wt- Tèc ®é khÝ ë èng tho¸t 18 ÷ 22m/s
Søc c¶n cña xyclon tÝnh theo c«ng thøc:
hs =
2
W2
0'
sξ ρ0 (1+µ) , [N/m2
] (1-58)
Søc c¶n cña mét nhãm xycl«n lín h¬n mét xyclon 10%.
TÝnh søc c¶n cña xycl«n dïng c«ng thøc:
hs =
2
W 2
'
s
ν
ξ ρt (
273
t273 +
) , [N/m2
] (1-59)

17
µ- Hµm l−îng bôi trong dßng khÝ lóc vµo Siklon Kg/Kg .
ξ s - HÖ sè c¶n cña Siklon.
Søc c¶n thñy lùc cña tÇng s«i x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
hts=9,81Cρbk H1 (1- f), [N/m2
] (1-60)
C- HÖ sè kÓ ®Õn c¸c líp tuÇn hoµn, víi chÕ ®é dßng.C= 1,0 vµ xo¸y C = 0,95
ρbk - MËt ®é biÓu kiÕn cña vËt liÖu, [Kg/m3
]
H1- ChiÒu cao cña líp, [m]
f- HÖ sè rçng ë tr¹ng th¸i tØnh.
Tæn thÊt ¸p suÊt trong lß sÊy èng khÝ n©ng vËt liÖu lªn mét ®o¹n H (chiÒu cao cña èng)
cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
htt = 9,81 H µtb ρtb , [N/m2
] (1-61)
Tæn thÊt ¸p suÊt khi ph©n ly h¹t trong lß sÊy èng
hp = µtb ρtb
2
W 2
tb
[N/m2
] (1-62)
Nång ®é trung b×nh µtb cña vËt liÖu trong lß sÊy èng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
µtb =
)nL(5,0G
m5,01G
kkK ++
−
[Kg/Kg] (1-63)
G1- Khèi l−îng vËt liÖu kh« ®i vµo lß sÊy Kg/h
Gk- khèi l−îng ®éng lùc sÊy khi vµo lß sÊy èng, Kg/h
Lkk- L−îng kh«ng khÝ hót theo vµo lß sÊy èng, Kg/h
n- L−îng h¬i Èm bèc h¬i trong lß sÊy, Kg/h.
Søc c¶n cña ®Öm buång håi nhiÖt x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
hhn = ξhn l
2
W2
0
ρ0 (
273
t273 +
) , [N/m2
] (1-64)
l- ChiÒu dµi ®−êng ®i cña khÝ, [m]
ξ hn- HÖ sè c¶n khi xÕp thµnh kªnh th¼ng (kiÓu ximen ®¬n gi¶n).
ξhn = 4
d
14,1
(1-65)
Khi xÕp theo kiÓu chång chÐo (kiÓu ximen qu©n cê):
ξhn = 4
d
57,1
(1-66)
d- §−êng kÝnh thñy lùc cña kªnh trong ®Öm, m
Wo- X¸c ®Þnh øng víi tiÕt diÖn sèng cña ®Öm khi khèi l−îng thÓ tÝch cña nã lµ ρo.
Søc c¶n cña ®Öm cã thÓ dïng c«ng thøc:

18
hhn = n
2
W
d
171,0 2
0
25,0
ρo (
273
t273 +
) , [N/m2
] (1-67)
n- Sè d·y g¹ch ®Öm n =
b
H
b- ChiÒu cao cña g¹ch ®Öm, m
H- ChiÒu cao cña líp ®Öm, m
Trong lß nung ®å gèm, søc c¶n thñy lùc cña chóng cã thÓ x¸c ®Þnh:
hg = ξg L W2
tb g N/m2
(1-68)
L- ChiÒu dµi líp xÕp vËt liÖu nung, m
Wtb- Tèc ®é trung b×nh cña khÝ qua tiÕt diÖn sèng cña lß, m/s
g- Gia tèc träng tr−êng.
ξ g- HÖ sè c¶n cña lß gèm.
ξg = 2
n
1
S
)
a
nF
F1,1
(
∑
(1-69)
Ff- TiÕt diÖn sèng cña toµn líp vËt liÖu xÕp trong lß, m2
.
n, S Sè kªnh vµ tiÕt diÖn ngang cña mçi kªnh, m2
.
a- HÖ sè c¶n cña kªnh 0,012 ÷ 0,015
K- HÖ sè kinh nghiÖm K = 0,075 ÷ 2,4.
1.6 Th«ng giã trong lß.
ChuyÓn ®éng khÝ trong lß cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn ®iÒu kiÖn trao ®æi nhiÖt, sù
ph©n bè nhiÖt ®é, ¸p suÊt còng nh− ®Õn søc c¶n cña dßng khÝ chuyÓn ®éng vµ nh÷ng ®Æc
tÝnh kh¸c. ë lß phßng nung gèm hay lß nÊu thñy tinh, khÝ chuyÓn ®éng chËm h¬n so víi
lß quay. ë lß phßng chªnh lÖch nhiÖt theo tiÕt diÖn ngang lín h¬n so víi lß quay. ViÖc
lµm ®ång ®Òu nhiÖt ®é ë lß phßng lµ nhê dßng khÝ tuÇn hoµn tù nhiªn. Cßn ë lß quay do
tèc ®é dßng khÝ qu¸ lín, cho nªn viÖc lµm ®ång ®Òu nhiÖt ®é lµ nhê dßng c−ìng bøc.
§−a khÝ vµo hay th¶i khÝ ra khái lß nung, lß sÊy hoÆc c¸c thiÕt bÞ nhiÖt kh¸c ®−îc
tiÕn hµnh bëi thiÕt bÞ th«ng giã.
Cã hai ph−¬ng ph¸p th«ng giã: nh©n t¹o vµ tù nhiªn. ë ph−¬ng ph¸p nh©n t¹o sö
dông qu¹t hót hay qu¹t ®Èy hay kÕt hîp c¶ hai. Th«ng giã tù nhiªn dïng èng khãi ®Ó hót
khÝ trong lß vµ ®−a ra ngoµi trêi.
1.6.1 Th«ng giã tù nhiªn: èng khãi
èng khãi lµ thiÕt bÞ th«ng giã tù nhiªn, søc hót cña nã ®−îc thµnh lËp do ¸p suÊt
h×nh häc t¹o ra. ¸p suÊt nµy ph¶i th¾ng ®−îc hay b»ng søc c¶n thñy lùc tõ ®iÓm ± 0 ®Õn
ch©n èng khãi, ®ång thêi ph¶i tÝnh ®Õn søc c¶n do b¶n th©n èng khãi g©y nªn. Nh− vËy
khi tÝnh to¸n èng khãi, ®Çu tiªn ta ph¶i tÝnh tæng trë lùc cña hÖ thèng lß:
htt = ∑hms + ∑h®f + ∑hhh [N/m2
] (1-70)
§ång thêi ph¶i dù tr÷ (20 ± 40)% ¸p suÊt, cho nªn ¸p suÊt tÝnh to¸n sÏ b»ng:

19
ht = (1,2 + 1,4) htt [N/m2
] (1-71)
ChiÒu cao cña èng khãi x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh:
ht = Hg ( k
t
kk
t ρ−ρ ) - β )
273
t273
(
2
tbW
D
H tb
0
2
0
tb
+
ρ -
- ξ
2
W2
om
ρo (
273
t273 m+
) [N/m2
] (1-72)
H- chiÒu cao èng khãi , m
k
t
kk
t ,ρρ - khèi l−îng riªng cña kh«ng khÝ vµ khãi lß ë nhiÖt ®é t, Kg/ m3
.
β - HÖ sè ma s¸t cña khÝ vµo thµnh èng khãi.
èng g¹ch β =0,035÷0,05. èng kim lo¹i β =0,025÷ 0,03.
ξ = (1,06- 1,15)
Dtb -§−êng kÝnh trung b×nh cña èng khãi.
Dtb =
2
DD nn +
m (1-73)
Dn - §−êng kÝnh nÒn èng khãi, m
Dm §−êng kÝnh miÖng èng khãi, m
Dn = 1,5Dm (1-74)
W0tb – VËn tèc trung b×nh cña khãi trong èng khãi , [m/s]
Wom – VËn tèc khãi ë miÖng èng khãi, [m/s]
§Ó x¸c ®Þnh ®−êng kÝnh miÖng èng khãi Dm, ta chän Wom trong kho¶ng (4÷5 )m/s. Tèc
®é kh«ng ®−îc nhá h¬n 2m/s, v× nÕu nhá h¬n th× kh«ng khÝ dÔ lät qua miÖng èng khãi vµo lß.
Còng kh«ng ®−îc v−ît qu¸ 6m/s v× khi ®ã søc c¶n cña b¶n th©n èng khãi t¨ng lªn.
ë c«ng thøc trªn chóng ta thÊy, sè h¹ng thø nhÊt lµ ¸p suÊt h×nh häc do èng khãi
t¹o nªn, sè h¹ng thø hµi lµ ¸p suÊt tæn thÊt do ma s¸t, sè h¹ng thø ba lµ søc c¶n ®Þa
ph−¬ng do khÝ qua miÖng èng khãi ra ngoµi trêi.
NÕu biÕt l−u l−îng khÝ Vok ë ®iÒu kiÖn chuÈn m3
/s th× ta dÔ dµng x¸c ®Þnh ®−êng
kÝnh miÖng èng khãi theo c«ng thøc sau:
4
D2
mπ
=
ok
ok
W
V
(1-75)
NhiÖt ®é khÝ ë nÒn èng khãi tÝnh theo ®é h¹ nhiÖt ®é trong kªnh lß. NhiÖt ®é khÝ ë
miÖng èng khãi tm x¸c ®Þnh trªn c¬ së nhiÖt ®é khÝ ë nÒn èng khãi, cø 1m chiÒu cao cña
èng khãi b»ng g¹ch h¹ ®i 1÷1,5o
C/m vµ èng khãi kim lo¹i h¹ ®i 2÷3 o
C/m.
èng khãi b»ng thÐp kh«ng lãt g¹ch chÞu löa bªn trong
∆t =
M
2
, [o
C]
èng khãi b»ng thÐp lãt g¹ch chÞu löa bªn trong

20
∆t =
M
8.0
, [o
C]
èng khãi x©y b»ng g¹ch cã chiÒu dµy >0.5m
∆t =
D
2.0
, [o
C]
NhiÖt ®é trung b×nh cña khãi trong èng khãi:
.ttb =
2
mn tt −
V× ch−a biÕt chiÒu cao H cña èng khãi nªn ta ph¶i gi¶ thiÕt, råi sau ®ã ta kiÓm tra l¹i. Cã
thÓ lÊy gÇn ®óng chiÒu cao H b»ng biÓu ®å h×nh 1-1.
H×nh 1-11 : Ch©n kh«ng thµnh lËp bëi èng khãi khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ o
C
Vµi ®iÒu cÇn l−u ý:
-
Theo yªu cÇu vÖ sinh vµ phßng háa chiÒu cao èng èng khãi kh«ng ®−îc nhá h¬n
16m vµ ph¶i cao h¬n m¸i nhµ cao nhÊt ë ph¹m vi b¸n kÝnh ®éc h¹i nh− NxOy, SO2... th×
chiÒu cao cña èng khãi ph¶i cao h¬n 100m. ChiÒu cao lín nhÊt c¶ èng khãi cã thÓ ®¹t tíi
150m. NÕu nhiªn liÖu tiªu tèn kho¶ng 5T/h th× chiÒu cao èng khãi chõng 30m, nÕu t¨ng
®Õn 100 - 200T/h, chiÒu cao ph¶i lín h¬n 100m.
- NÕu èng khãi dïng chung cho 2 lß th× chiÒu cao èng khãi øng víi lß nµo cã søc
c¶n lín nhÊt vµ l−u l−îng khÝ b»ng tæng l−u l−îng cña hai lß. D−íi ch©n èng khãi ph¶i cã
t−êng ng¨n cao Ýt nhÊt (2 – 4)m ®Ó khãi lß nä kh«ng ch¹y sang lß kia.
- NÕu nhiÖt ®é khÝ th¶i > 700o
C ph¶i dïng g¹ch chÞu löa ®Ó x©y.
1.6.2 Qu¹t giã.
Trong lß sÊy, lß nung th−êng sö dông qu¹t t−¬ng ®èi réng r·i. Qu¹t giã dïng ®Ó
thæi kh«ng khÝ vµo lß nh»m lµm nguéi s¶n phÈm nung, cung cÊp kh«ng khÝ cho qu¸ tr×nh
ch¸y nhiªn liÖu hoÆc t¹o ra dßng ®èi l−u trong lß. Ngoµi ra qu¹t giã còng dïng ®Ó hót vµ
th¶i khÝ ra ngoµi trêi. Tuy môc ®Ých sö dông qu¹t kh¸c nhau, song t¸c dông th«ng giã
trong lß vµ nguyªn t¾c häat ®Òu nh− nhau.
NhiÖt®é
khãilß
C
ChiÒu cao èng khãi , m

21
Qu¹t giã chia lµm 3 lo¹i: ThÊp ¸p - ¸p suÊt ®Õn 1000 N/m2
, trung ¸p: 2400 - 3000
N/m2
vµ cao çp: 8000 ÷ 15000N/m2
. Tïy theo nhiÖt ®é cña khÝ ta ph¶i b¶o vÖ qu¹t cho
phï hîp nh»m t¨ng tuæi thä cña qu¹t. Khi nhiÖt ®é khÝ v−ît qu¸ 150o
C th× ph¶i lµm nguéi
æ bi, khi trªn 300o
C th× ph¶i lµm nguéi c¶ trôc b»ng n−íc. NÕu khÝ cã nhiÖt ®é cao, th×
trªn ®−êng èng dÉn ®Õn qu¹t ta lµm mét van ®Æc biÖt ®Ó kh«ng khÝ vµo lµm nguéi bít khÝ
®Õn nhiÖt ®é kho¶ng 250o
C. NÕu nhiÖt ®é khÝ ®Õn 600o
C th× tèt nhÊt lµ dïng qu¹t chÕ t¹o
tõ hîp kim Cr«m - Niken.
16.1 Ph©n lo¹i.
Cã hai lo¹i qu¹t: Qu¹t ly t©m vµ qu¹t h−íng trôc. §a sè tr−êng hîp ta dïng qu¹t
ly t©m. Qu¹t h−íng trôc chØ t¹o ra ¸p suÊt thÊp (340 ÷ 400)N/m2
vµ dïng ®Ó chuyÓn mét
l−u l−îng khÝ lín lµm m¸t.
Çc chØ tiªu cña qu¹t lµ n¨ng suÊt V - tøc thÓ tÝch kh«ng khÝ vËn chuyÓn ë 20o
C,
htæng - toµn bé ¸p suÊt ®éng häc vµ tÜnh häc khi ρ = 1,2 kg/m3
, c«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn, hÖ
sè t¸c dông h÷u Ých cña qu¹t (tû lÖ gi÷a c«ng suÊt h÷u Ých vµ c«ng suÊt ®ßi hái).
Qu¹t giã s¶n xuÊt hµng lo¹t vµ ®· tiªu chuÈn hãa. V× vËy nhiÖm vô ë ®©y lµ lùa
chän qu¹t sao cho phï hîp víi lß chø kh«ng ph¶i thiÕt kÕ kÕt cÊu cña qu¹t. §Ó lùa chän
qu¹t ta sö dông nh÷ng gi¶n ®å ®Ó t×m qu¹t t−¬ng øng.
Gi¶n ®å nµy gåm 2 phÇn, phÇn d−íi cã n¨ng suÊt øng víi sè cu¶ qu¹t. PhÇn trªn cã
¸p suÊt, hÖ sè t¸c dông h÷u Ých ηq vµ chØ sè A dïng ®Ó x¸c ®Þnh sè vßng quay.
Çch chän qu¹t
Tõ n¨ng suÊt cÇn thiÕt ta kÎ ngang vµ c¾t nh÷ng ®−êng øng víi sè hiÖu cña qu¹t, tõ
giao ®iÓm nµy giãng ng−îc lªn gÆp ®−êng kÐo ngang lµ ¸p suÊt cÇn thiÕt. T¹i giao ®iÓm
cuèi cïng ®ã ta sÏ ®−îc ηq vµ chØ sè A. Nh− vËy cã thÓ sö dông qu¹t nµy hay qu¹t kh¸c,
nh−ng c¬ b¶n lµ lùa chän qu¹t nµo cã hÖ sè t¸c dông h÷u Ých cao vµ ph¶i ®¹t Ýt nhÊt trªn
90% hÖ sè t¸c dông h÷u Ých cùc ®¹i. Th«ng th−êng hÖ sè t¸c dông h÷u Ých cña qu¹t n»m
trong kho¶ng (50 -70)%.
Sè vßng quay cÇn thiÕt cña qu¹t:
n = o
N
A
, [vßng/phót] (1-85)
No
sè cña qu¹t - phô thuéc vµo ®−êng kÝnh cña qu¹t.
C«ng suÊt ë trôc ®éng c¬ ®iÖn cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
N®c = KW
hV
cq
tt
ηη ..1000.3600
(1-86)
Vt - L−u l−îng khÝ cÇn ph¶i thæi hay hót ë nhiÖt ®é cho, m3
/h.
ht - ¸p suÊt toµn bé mµ qu¹t ph¶i thµnh lËp ë nhiÖt ®é lµm viÖc N/m2
.
ηq - HÖ sè t¸c dông h÷u Ých cña qu¹t.
ηq - HÖ sè truyÒn trôc, tïy theo d¹ng truyÒn trôc vµ dao ®éng 0,90 ÷ 0,98.
Khi thiÕt lËp çc th«ng sè cña qu¹t, ¸p suÊt cña qu¹t ®−îc x¸c ®Þnh ®èi víi kh«ng khÝ ë
20o
C (ρ = 1,2kg/m3
). Khi sö dông qu¹t ®Ó hót khãi lß ch¼ng h¹n, khèi l−îng riªng cña
khÝ ρk kh¸c nhiÒu víi khèi l−îng riªng cña kh«ng khÝ. Do ®ã ¸p suÊt ®Ó tÝnh to¸n vµ lùa
chän qu¹t sÏ b»ng:

22
ht =
k
tt 2,1.h
ρ
N/m2
(1-87)
htt - Toµn bé søc c¶n thñy lùc ®· kÓ ®Õn dù tr÷ (20 ÷ 40)%.
NÕu sö dông qu¹t hót, giã ph¶i thæi ra èng khãi cã ®é cao kh«ng ®−îc nhá h¬n
16m víi tèc ®é (10 ÷ 20)m/s. NhiÖt ®é khÝ th¶i ph¶i trªn 100o
C ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng
ng−ng tô h¬i n−íc cña khãi lß.
C«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn thùc tÕ:
N = K . N®c (1-88)
K - HÖ sè dù tr÷ kÓ ®Õn c«ng suÊt khëi ®éng. HÖ sè nµy phô thuéc vµo c«ng suÊt ë
trôc ®éng c¬ N®c.
C«ng suÊt ë trôc ®éng c¬ ®Õn 0,5 K = 1,5
- - 0,5 ÷ 1 K = 1,3
- - 1 ÷ 2 K = 1,2
- - 2 ÷ 5 K = 1,15
- - > 5 K = 1,1
Khi thay ®æi sè vßng quay th× n¨ng suÊt, ¸p suÊt vµ c«ng suÊt sÏ thay ®æi theo ®Þnh luËt:
2
1
2
1
n
n
V
V
= , 2
2
2
1
2
1
n
n
h
h
= , 3
2
3
1
2
1
n
n
N
N
= (1-89)
Chó ý trong cïng mét m¹ng th«ng giã cho tr−íc khi thay ®æi sè vßng quay cña qu¹t ta sÏ
cã:
2
00
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
V
V
h
h
suy ra h = 2
2
0
0
V
V
h
= KV2
,
.h vµ h0 : Tæn thÊt cña m¹ng ë ®iÒu kiÖn míi vµ ®iÒu kiÖn ban ®Çu.
1.6.2 Ph−¬ng ph¸p ®Æt qu¹t.
Trong c«ng nghiÖp lß ta th−êng gÆp mét qu¹t phôc vô cho hÖ hoÆc nhiÒu hÖ thèng
lß. Trong tr−êng hîp ®ã qu¹t giã ph¶i cã th«ng sè nh− thÕ nµo cho thÝch hîp. Chóng ta
h·y kh¶o s¸t s¬ ®å mét qu¹t dïng cho 4 lß nh− nhau (h×nh 1-12).
Søc c¶n thñy lùc ®o¹n AB lµ h1, BC1=BC2 víi søc c¶n h2.
C1D1= C1D2= C2D3= C2D4 søc c¶n h3.
¸p suÊt mµ qu¹t cÇn ph¶i cã: ht = h1 + h2 + h3

23
H×nh 1-12 : S¬ ®å qu¹t dïng cho 4 lß
Nh− vËy ¸p suÊt yªu cÇu cña qu¹t b»ng ¸p suÊt mét trong 4 m¹ch lß ®ã v× søc c¶n
4 m¹ch b»ng nhau. NÕu lß kh«ng gièng nhau, søc c¶n thñy lùc kh¸c nhau, th× ¸p suÊt yªu
cÇu cña qu¹t ph¶i chän øng víi m¹ch cã søc c¶n lín nhÊt.
L−u l−îng khÝ cÇn thiÕt cña qu¹t sÏ b»ng tæng l−u l−îng cña c¸c m¹ch (tøc 4 lß ë s¬
®å trªn)
Tr−êng hîp dïng qu¹t hót, trong lß t¹o nªn ch©n kh«ng lín. V× vËy kh«ng khÝ bªn
ngoµi lät vµo lß kh¸ nhiÒu qua c¸c khe hë, lç quan s¸t, cöa lß lµm hÖ sè tiªu tèn kh«ng
khÝ t¨ng lªn ®«i khi tíi α = 5 hoÆc h¬n.
Gäi l−îng khÝ vËn chuyÓn theo tÝnh to¸n Vt [m3
/h], v× l−îng kh«ng khÝ lät vµo nªn
l−u l−îng khÝ thùc lµ Vthùc [m3
/h]. Do ®ã tèc ®é khÝ t¨ng lªn η lÇn.
η =
t
thùc
V
V
(1-90)
vµ søc c¶n cña hÖ t¨ng lªn η2
lÇn:
hthùc = ht. η2
[N/m2
] (1-91)
Khi thiÕt kÕ nªn chän tèc ®é khÝ W3 [m/s] nh− sau:
èng dÉn khÝ 8 - 12
Kªnh khãi lß næi (trªn mÆt ®Êt) 1,5 - 3,0
Kªnh khãi lß ngÇm (d−íi mÆt ®Êt) 1 - 2,5
èng dÉn khÝ nguéi 10 - 12
èng dÉn khÝ nãng 2 - 3
Tr−êng hîp cã 2 qu¹t cïng lµm mét nhØÖm vô th× cã thÓ cã nh÷ng s¬ ®å sau:
1-13a Mét qu¹t hót khÝ tõ lß nung, mét qu¹t hót khÝ buång ®èt cïng ®−a vµo lß sÊy
1-13b Hai qu¹t cïng hót khÝ tõ mét nguån vµ thåi vµo hai hÖ thèng lß kh¸c nhau.
1-13c Hai qu¹t cïng hót khÝ tõ mét nguån vµ cïng thæi vµo mét hÖ thèng lß.
1-13d Qu¹t thø nhÊt hót khÝ thæi vµo qu¹t thø hai, sau ®ã qu¹t thø hai thæi vµo hÖ thèng
lß.

24
H×nh 1-13 : S¬ ®å m¾c qu¹t song song vµ nèi tiÕp.
Trong tr−êng hîp a, b, c ta cã kiÓu m¾c qu¹t song song, tr−¬ng hîp d gäi lµ m¾c qu¹t nèi tiÕp.
§Æc tÝnh cña m¹ng gåm 2 qu¹t nh− nhau m¾c song song ®−îc kh¶o s¸t trong h×nh
1-14. §−êng 1 ®Æc tr−ng cña mét qu¹t lµm viÖc, ®−êng 2 ®Æc tr−ng cña hai qu¹t ®ång thêi
lµm viÖc ®−êng 3 lµ ®−êng ®Æc tr−ng cña m¹ng. Khi ¸p suÊt kh«ng ®æi h1 = const th× râ
rµng n¨ng suÊt cña hai qu¹t ®ång thêi lµm viÖc sÏ t¨ng lªn gÊp hai lÇn n¨ng suÊt cña mét
qu¹t (2 V1).
Tuy nhiªn nÕu t¨ng l−u l−îng cña m¹ng th× tæng thÊt ¸p suÊt cña m¹ng còng biÕn
®æi vµ biÕn ®æi theo ®−êng parabol (®−êng 3). V× vËy n¨ng suÊt cña m¹ng phô thuéc vµo
®iÓm c¾t a`2 cña ®−êng 2 vµ ®−êng 3. §iÓm a`2 chØ r»ng n¨ng suÊt cña m¹ng t¨ng lªn n =
1
21
V
VV +
lÇn vµ ¸p suÊt cña m¹ng t¨ng tõ h1 ®Õn h2. Trong ®iÒu kiÖn cã mçi qu¹t sÏ cã
n¨ng suÊt
1
21
V
VV +
vµ ¸p suÊt lµ h2. HÖ sè t¸c dông h÷u Ých cña mçi qu¹t sÏ nhá h¬n hÖ sè
t¸c dông h÷u Ých cùc ®¹i.
NÕu kh«ng thay ®æi søc c¶n cña m¹ng tøc h1 = const th× ®iÓm a2 sÏ chuyÓn ®Õn a2,
n¨ng suÊt cña m¹ng sÏ t¨ng gÊp ®«i.
.Trong tr−êng hîp cÇn t¨ng ¸p suÊt cña m¹ng vµ duy tr× n¨ng suÊt kh«ng ®æi th× cã
thÓ dïng çch m¾c nèi tiÕp hai hoÆc nhiÒu qu¹t. Khi lùa chän cÇn c¨n cø theo gi¶n ®å ë
h×nh 1-15. M¾c nèi tiÕp hai qu¹t th× mçi qu¹t sÏ lµm viÖc ë ¸p suÊt
2
hh 21 +
vµ n¨ng suÊt
mçi qu¹t chÝnh lµ n¨ng suÊt cña c¶ m¹ng (®iÓm a2). Nh− vËy tøc lµ ë m¹ng nèi tiÕp mçi
qu¹t sÏ lµm viÖc víi l−u l−îng cao h¬n vµ ¸p suÊt thÊp h¬n so víi tr−êng hîp nã lµm viÖc
®éc lËp. Cßn ë tr−êng hîp m¾c song song th× quan hÖ ®ã l¹i ng−îc l¹i.
H×nh 1-4 : §Æc tÝnh m¹ng H×nh 1-15 :§Æc tÝnh m¹ng
qu¹t song song qu¹t nèi tiÕp
(Xem trang sau)
NÕu hai qu¹t cã ®Æc tÝnh kh¸c nhau, cïng lµm viÖc trong mét m¹ng song song
hoÆc nèi tiÕp cã thÓ dÉn tíi h¹ thÊp çc chØ tiªu cña qu¹t, l−u l−îng tæng vµ ¸p suÊt tæng
cã thÓ nhá h¬n so víi mét qu¹t. Cho nªn cÇn kh¶o s¸t kü cµng nh÷ng ®Æc tÝnh cña chóng
khi cho ch¹y trong cïng mét m¹ng.
1.6.3 Lùa chän ph−¬ng ¸n ®Æt qu¹t.
VÊn ®Ò quan träng cÇn duy tr× chÕ ®é ¸p suÊt trong lß nªn nh− thÕ nµo ®Ó ®iÒu kiÖn
lµm viÖc cña lß tèt nhÊt.
Lß cã thÓ lµm viÖc d−íi ¸p suÊt d−¬ng bëi qu¹t ®Èy vµ ®−êng biÓu diÔn ¸p suÊt sÏ
lµ h×nh 10a. ¦u ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ nhiÖt ®é ph©n bè t−¬ng ®èi ®ång ®Òu. Nh−îc ®iÓm
c¬ b¶n cña s¬ ®å nµy lµ ngän löa sÏ phôt ra ngoµi qua çc khe hë, cöa lß. V× vËy ®iÒu
kiÖn lµm viÖc cña c«ng nh©n sÏ rÊt nÆng nhäc, s¾t thÐp ë cöa lß dÓ bÞ ch¸y háng, tiªu tèn
nhiÒu nhiªn liÖu do tæn thÊt nhiÖt theo khÝ lß ra ngoµi.

25
Lß cã thÓ lµm viÖc d−íi ¸p suÊt ©m bëi thiÕt bÞ hót giã (qu¹t hót hay èng khãi) vèi
®−êng ph©n bè ¸p suÊt ë h×nh10b. Lµm viÖc d−íi ¸p suÊt ©m, ®Æc biÖt lß dµi nh− lß tuyn-
nen ch¼ng h¹n, trÞ sè ¸p suÊt ©m cµng ph¶i cao ë z«n ®èt nãng. KÕt qu¶ kh«ng khÝ l¹nh
sÏ lät vµo lß qua c ¸c khe hë, læ quan s¸t, cöa ®èt. §Æc biÖt ë lß tuyn-nen, ®é kÝn cña lß
t−¬ng ®èi kÐm, kh«ng khÝ lät vµo cµng nhiÒu lµm nhiÖt ®é ph©n bè trong lß cµng kh«ng
®Òu.
H×nh 1-10 - ph©n bè ¸p suÊt trong lß
(Xem trang sau)
Tèt h¬n c¶ lµ lß lµm viªc kÕt hîp c¶ qu¹t ®Èy vµ qu¹t hót. ë ®Çu cã qu¹t ®Èy ta cã
¸p suÊt d−¬ng, ®Çu cuèi cã qu¹t hót ta cã ¸p suÊt ©m. Giao ®iÓm ¸p suÊt ± 0 khi chuyÓn
¸p suÊt d−¬ng sang ©m (h×nh 1-10) n»m ë z«n nung. Víi s¬ ®å nµy, ¸p suÊt d−¬ng cã trÞ
sè kh«ng lín, nªn khÝ lät ra ngoµi còng Ýt ®i nhiÒu. ¸p suÊt ©m ë cuèi lß còng gi¶m ®i
nhiÒu nªn kh«ng khÝ lät vµo lß gi¶m ®i. §Æc biÖt ë z«n nung ¸p suÊt gÇn b»ng ¸p suÊt
ngoµi trêi, v× vËy chÕ ®é nhiÖt trong lß æn ®Þnh, ®iÒu kiÖn lµm viÖc tèt h¬n.
§èi víi çc lß kh¸c còng vËy, ph¶i bè trÝ lµm sao ®Ó z«n nung ë nhiÖt ®é cao n»m trong
ph¹m vi ¸p suÊt ± 2 mm H2O (±20 N/m2
). V× vËy ë çc lß nung gèm sø, nÊu thñy tinh, xi m¨ng
viÖc tÝnh to¸n qu¹t giã ph¶i b¶o ®¶m z«n nung n»m trong ph¹m vi ¸p suÊt trªn.)
1.7 Vßi phun.
NÕu ta thæi khÝ rÊt m¹nh theo èng nhá vµo èng to h¬n nh− h×nh vÏ 1-16 kh«ng khÝ
bªn ngoµi sÏ kÐo theo vµo èng lín, v× dßng khÝ ®· t¹o nªn mét ch©n kh«ng ë miÖng èng
lín. NÕu dïng èng trßn th× t¸c dông hót kh«ng khÝ ngoµi trêi sÏ kÌm v× tæn thÊt ¸p lùc
nhiÒu h¬n. NÕu dïng èng loa ( èng khuyÕch t¸n) th× gi¶m tæn thÊt ¸p suÊt vµ t¨ng ®−îc
l−u l−îng khÝ chuyÓn vËn. Ngoµi ra èng loa cßn cã t¸c dông trén lÉn hai khÝ I vµ II rÊt
®Òu. Trªn c¬ së nguyªn t¾c nµy ng−êi ta chÕ t¹o nh÷ng vßi phun ®Ó th¶i khãi lß ra ngoµi
trêi (Ejektor) vµ vßi phun nhiªn liÖu khÝ ë çc lß nung ( injektor). Còng dùa theo nguyªn
t¾c ®ã ng−êi ta chuyÓn khãi lß hay kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é cao mµ qu¹t kh«ng chÞu næi ®Õn
vÞ trÝ cÇn thiÕt. TÝnh to¸n vßi phun. Ta cã:
m1W1 + m2W2 = (m1 + m2) W3 (1-92)
Trong ®ã:
m1 : Khèi l−îng khÝ phun I vµ m1 = V1 ρ1 Kg/s
m2: Khèi l−îng khÝ hót theo II vµ m2 = V2 ρ2 Kg/s
W1 : Tèc ®é khÝ hót theo II, m/s
W2 : Tèc ®é khÝ hót theo II, m/s
W3 : Tèc ®é hçn hîp khÝ m/s
Tõ ph−¬ng tr×nh trªn ra rót ra:
21
2211
3
mm
WmWm
W
+
+
= =
2211
222111
VV
WVWV
+ρ
ρ+ρ
(1-93)
Tèc ®é khÝ phun W1 x¸c ®Þnh theo ¸p suÊt tèc ®é cña khÝ phun I. NÕu ¸p suÊt tÜnh
häc trong èng khÝ phun lµ h1, ¸p suÊt tÜnh häc ë cæ èng loa lµ h3 th× ¸p suÊt tèc ®é sÏ
t−¬ng øng víi ph−¬ng tr×nh:

26
H×nh 1-16 : S¬ ®å kÕt cÊu vßi phun
ξ(h1-h3) =
2
W2
1
ρ1 [N/m2
] (1-94)
ξ - HÖ sè tæn thÊt ¸p suÊt khi khÝ I ®i ra khái èng phun. NÕu lµ èng trßn th× ξ =
0,72 - 0,82, èng mãp = 0,9 - 0,95.
Tõ ®©y ta x¸c ®Þnh ®−îc tèc ®é cña khÝ thæi I.
W1 =
1
31 )hh(2
ρ
ξ−
[m/s] (1-95)
¸p suÊt khÝ thæi I cÇn thiÕt ®Ó t¹o ra c«ng hót khÝ.
h1 =
ξ2
W2
1
ρ1 + h3 [N/m2
] (1-96)
¸p suÊt tÜnh häc ë cæ èng loa h2 x¸c ®Þnh theo th«ng sè cña khÝ hót II, ®ã chÝnh lµ
ch©n kh«ng cÇn thiÕt ®Ó th¶i khÝ trong lß ra ngoµi. V× vËy h2 = htt lµ søc c¶n trªn ®−êng ®i
cña khÝ theo II vµo hçn hîp sau khi trén ®Õn cöa. Tèc ®é cña khÝ hót II ®i vµo cæ èng lÊy
trong kho¶ng W2 = (8 – 12) m/s. Nh− vËy ¸p suÊt tèc ®é cña khÝ hót II b»ng chªnh lÖch
¸p suÊt tÜnh häc cña khÝ hót II víi cæ èng.
2
W2
2
ρ2 = h2 - h3 , N/m2
(1-97)
Tõ ®©y ¸p suÊt tÜnh häc cña hçn hîp khÝ ë cæ èng sÏ b»ng:
h3 = h2 -
2
W 2
2
ρ2 (1-98)
Trong èng loa mét phÇn ¸p suÊt tèc ®é biÕn thµnh ¸p suÊt tÜnh häc víi hÖ sè t¸c
dông h÷u Ých η = 0,7 - 0,8. V× vËy, nÕu tÝnh ¸p suÊt tÜnh häc cÇn thiÕt ®Ó ®−a hçn hîp khÝ
®i ra khái vßi phun vµ ®Ó kh¾c phôc søc c¶n trªn ®−êng ®i cña khÝ tõ cæ èng ®Õn ®iÓm
tho¸t cã ®¹i l−îng h4 ta sÏ ®−îc ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n ®Ó tÝnh to¸n.
h4 - h3 = η
2
W2
3
, [N/m2
] (1-99)
h4 - h3 = η
)VV)(VV(
)WVWV(
212211
2
222111
+ρ+ρ
ρ+ρ
, [N/m2
] (1-100)
v×
11
2211
3
VV
VV
+
+
=
ρρ
ρ [Kg/m3
] (1-101)
Tõ ph−¬ng tr×nh trªn, ta cã thÓ t×m ®−îc thÓ tÝch cña khÝ phun I, sau ®ã theo thÓ
tÝch vµ tèc ®é ë c¸c tiÕt diÖn kh¸c nhau cña vßi phun chóng ta t×m diÖn tÝch cña tiÕt diÖn.
§−êng kÝnh miÖng èng loa th−êng lÊy b»ng 2,4 lÇn ®−êng kÝnh cæ èng:
d4 = 2,4 d3 [m] (1-102)

27
ChiÒu dµi cæ èng 12 vµ kho¶ng c¸ch tõ miÖng èng phun ®Õn cæ èng 11 th−êng lÊy nh−
sau:
11 = 12 = 1,5 (d3 - d1) [m]
ChiÒu dµi èng loa 13 = (7 - 10) d3 hoÆc tÝnh theo gãc më cña èng:
d4 = d3 + 2 13 tg
2
α
(1-103)
ë ®©y
2
α
= 4 ÷ 8o
.
Khi khÝ chuyÓn ®éng tõ d−íi lªn, b¶n th©n vßi phun t¹o ra mét ¸p suÊt h×nh häc, v×
vËy sÏ lµm t¨ng ¸p suÊt chung cña vßi phun. Nh÷ng tÝnh to¸n trªn ®©y kh«ng kÓ ®Õn d·n
®¼ng nhiÖt cña khÝ phun I. Cho nªn víi sai sè kh«ng lín l¾m 1 - 3%, cã thÓ dïng ®Ó tÝnh
to¸n víi ¸p suÊt khÝ kh«ng qu¸ 10.000 N/m2
.
Vßi phun trong lß nung tuyn-nen cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc cña Baulin:
htt = htd ( 2
.−t
x
x
x
2
− ) N/m2
(1-104)
htt - søc c¶n trªn ®−êng ®i cña kh«ng khÝ theo II vµ hçn hîp sau khi trén ®Õn cöa ®èt,
N/m2
.
ht® - ¸p suÊt tèc ®é cña kh«ng khÝ phun I tõ èng phun kh«ng khÝ N/m2
.
x - tû lÖ tiÕt diÖn cæ èng loa vµ miÖng èng phun I
xt−- tû lÖ tèi −u cña hai tiÕt diÖn trªn øng víi hÖ sè t¸c dônhg h÷u Ých lín nhÊt cña vßi
phun.
xt− = (2-η) (1+
µ
ϕ
) (1+µ) (1-105)
η - hÖ sè tac dông h÷u Ých cña èng loa khi gãc në α = 10o
; η = 0,75
ϕ - tû lÖ khèi l−îng kh«ng khÝ hót theo II víi khèi l−îng kh«ng khÝ phun I hoÆc tû
lÖ thÓ tÝch cña chóng ë Oo
.
µ - tû lÖ mËt ®é (khèi l−îng riªng) cña khÝ hót theo II vµ kh«ng khÝ phun I.

28
Ch−¬ng 2
Trao §æi NhiÖt
Trao ®æi nhiÖt lµ hiÖn t−îng chuyÓn vËn nhiÖt tù nhiªn tõ vËt thÓ cã nhiÖt ®é cao
®Õn vËt thÓ cã nhiÖt ®é thÊp h¬n. Sù xuÊt hiÖn trao ®æi nhiÖt g¾n liÒn víi sù chuyÓn ®éng
nhiÖt ph©n tö, do vËy trao ®æi nhiÖt cßn x¶y ra ngay bªn trong mét vËt thÓ do sù ph©n bè
nhiÖt ®é trong vËt thÓ ®ã kh«ng ®ång ®Òu. Trao ®æi nhiÖt gi÷a hai vËt thÓ tiÕp xóc víi
nhau lµ do sù biÕn ®æi t−¬ng hæ cña n¨ng l−¬ng nhiÖt vµ n¨ng l−îng bøc x¹.
Qu¸ tr×nh nung vËt liÖu trong çc lß nung ®Òu x·y ra 3 ph−¬ng thøc trao ®æi nhiÖt:
dÉn nhiÖt, ®èi l−u vµ bøc x¹. Tïy vµo ®iÒu kiÖn cô thÓ cña çc giai ®o¹n trong qu¸ tr×nh
nung mµ ph−¬ng thøc nµy lµ chñ yÕu, ph−¬ng thøc kia lµ thø yÕu. Nung ë nhiÖt ®é (500
– 600)o
C trao ®æi nhiÖt chñ yÕu lµ ®èi l−u, khi t¨ng qu¸ 1000o
C th× bøc x¹ chiÕm vai trß
chñ yÕu. Cßn trao ®æi nhiÖt dÉn nhiÖt th−êng x·y ra trong vËt thÓ r¾n khi çc vËt thÓ cã
nhiÖt ®é kh¸c nhau tiÕp xóc víi nhau hoÆc x·y ra t¹i çc miÒn kh¸c nhau ®−îc tÝch lòy
nh÷ng phÇn n¨ng l−îng kh«ng gièng nhau trong néi t¹i cña vËt thÓ. §èi víi vËt thÓ láng
hoÆc khÝ trao ®æi nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt x·y ra yÕu h¬n.
ý nghÜa trao ®æi nhiÖt trong lß c«ng nghiÖp rÊt lín, c¶ vÒ ph−¬ng diÖn kü thuËt lÉn
kinh tÕ. V× vËy viÖc vËn dông nh÷ng ®Þnh luËt c¬ b¶n vÒ trao ®æi nhiÖt lµ v« cïng cÇn
thiÕt khi nghiªn cøu, tÝnh to¸n lß c«ng nghiÖp.

29
2.1 TruyÒn nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt.
2.1.1 Kh¸i niÖm chung.
Khi tiÕp xóc hai vËt thÓ r¾n cã nhiÖt ®é kh¸c nhau, hoÆc bªn trong mét vËt thÓ cã
nh÷ng phÇn tö cã dù tr÷ n¨ng l−îng kh¸c nhau, th× gi÷a chóng cã sù ph©n bè l¹i n¨ng
l−îng tøc lµ nhiÖt. §ã lµ nguyªn nh©n dÉn nhiÖt tõ chç nhiÖt ®é cao tíi chç nhiÖt ®é thÊp.
Sù dÉn nhiÖt còng x·y ra trong m«i tr−êng khÝ vµ láng nÕu chÊt khÝ vµ chÊt láng
®ã ë tr¹ng th¸i ®øng yªn hay chuyÓn ®éng dßng ( chuyÓn ®éng líp).
Tr−êng nhiÖt ®é ( nhiÖt tr−êng ).
NhiÖt ®é lµ mét th«ng sè tr¹ng th¸i cña vËt thÓ. TËp hîp tÊt c¶ çc trÞ sè nhiÖt ®é
tøc thêi cña vËt thÓ hoÆc cña m«i tr−êng gäi lµ tr−êng nhiÖt ®é.
NhiÖt ®é t¹i mét ®iÓm bÊt kú cña vËt thÓ phô thuéc vµo vÞ trÝ cña ®iÓm ®ã trong
kh«ng gian nh−ng ®ång thêi nã còng nhËn nh÷ng gi¸ trÞ kh¸c nhau t¹i nh÷ng thêi ®iÓm
kh¸c nhau ( phô thuéc vµo thêi gian ). Nh− vËy, tr−êng nhiÖt ®é lµ mét hµm sè cña kh«ng
gian vµ thêi gian:
.t = f ( x,y, z, τ )
NÕu tr−êng nhiÖt ®é chØ biÕn ®æi theo kh«ng gian vµ kh«ng thay ®æi theo thêi gian gäi lµ
tr−êng nhiÖt ®é æn ®Þnh.
.t = f ( x,y, z )
NÕu tr−êng nhiÖt ®é biÕn ®æi theo kh«ng gian, thêi gian gäi lµ tr−êng nhiÖt ®é kh«ng æn
®Þnh.
.t = f ( x,y, z, τ )
MÆt ®¼ng nhiÖt.
Tr−êng nhiÖt ®é bao gåm tÊt c¶ nh÷ng ®iÓm cña vËt thÓ cã nhiÖt ®é kh¸c nhau,
nh−ng trong ®ã còng cã nh÷ng ®iÓm cã nhiÖt ®é gièng nhau. TËp hîp tÊt c¶ nh÷ng ®iÓm
cã nhiÖt ®é gièng nhau trong tr−êng nhiÖt ®é sÏ t¹o thµnh mét mÆt gäi lµ mÆt ®¼ng nhiÖt.
§èi víi mét vËt, çc mÆt ®¼ng nhiÖt ®−îc khÐp kÝn vµ kh«ng bao giê c¾t nhau.
Dßng nhiÖt sÏ ®i tõ mÆt ®¼ng nhiÖt cã nhiÖt ®é cao tíi mÆt ®¼ng nhiÖt cã nhiÖt ®é thÊp
h¬n.
Gra®ian nhiÖt ®é (grad t).
Gäi kho¶ng çch gi÷a mÆt ®¼ng nhiÖt thø nhÊt tíi mÆt ®¼ng nhiÖt thø hai lµ ∆n,
chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a hai mÆt nµy lµ ∆t th× Gra®ian nhiÖt ®é cña nã sÏ lµ:
grad t = lim
dn
dt
n
t
=
∆
∆
(2-1)
∆n 0
VËy gra®ian nhiÖt ®é thÓ hiÖn nhiÖt ®é biÕn thiªn ë mét ®iÓm cho tr−íc trªn vËt thÓ cã trÞ
sè b»ng ®é biÕn thiªn nhiÖt ®é trªn mét ®¬n vÞ chiÒu dµi theo ph−¬ng ph¸p tuyÕn víi mÆt ®¼ng
nhiÖt.
Khi grad t = 0 tr−êng nhiÖt trong vËt thÓ lµ ®¼ng nhiÖt ( kh«ng x·y ra dÉn nhiÖt
trong vËt thÓ). Khi grad t ≠ 0 cã dßng nhiÖt xuÊt hiÖn trong vËt thÓ, sù dÉn nhiÖt x·y ra.
ChiÒu dßng nhiÖt trïng víi chiÒu gi¶m nhiÖt ®é trong vËt thÓ.

30
Grad t lµ mét ®¹i l−îng vect¬, cïng ph−¬ng víi ph−¬ng ph¸p tuyÕn cña mÆt ®¼ng
nhiÖt nh−ng ng−îc chiÒu víi chiÒu dßng nhiÖt. ViÖc thªm dÊu trõ trong c«ng thøc Fourier
d−íi ®©y nãi lªn r»ng dßng nhiÖt sÏ truyÒn theo h−íng nhiÖt ®é gi¶m.
2.1.2 §Þnh luËt Fourier.
NhiÖt l−îng nguyªn tè dQ dÉn qua mét nguyªn tè bÒ mÆt dF trong thêi gian dζ tØ
lÖ thuËn víi gra®ian nhiÖt ®é, víi ®¹i l−îng bÒ mÆt vµ thêi gian.
dQ = - λ
dn
dt
dF.dζ , [j] (2-2)
λ- HÖ sè dÉn nhiÖt ®−îc coi nh− mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh vËt lÝ cña vËt thÓ.
[W/mo
C] hoÆc [kcal/m.h.o
C]
n – kho¶ng c¸ch [m]
F – bÒ mÆt vu«ng gãc víi chiÒu dßng nhiÖt truyÒn qua. [m2
]
ζ .- Thêi gian dßng nhiÖt dÉn qua [h hay s]
DÊu ( - ) dßng nhiÖt biÕn ®æi theo chiÒu gi¶m nhiÖt ®é.
Q – nhiÖt l−îng dÉn ®i trong vËt thÓ. [j]
§èi víi t−êng cã chiÒu dµy δ vµ nhiÖt ®é bÒ mÆt trong lµ t1 vµ mÆt ngoµi lµ t2 vµ t1
> t2. Sau khi lÊy tÝch ph©n vµ ®æi dÊu ta sÏ cã ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt sau:
Q = .)( 21 Ftt −
σ
λ
(2-3)
NÕu δ = 1m, t1 - t2 = 1o
C, F = 1m2
th× Q = λ
Tõ ®©y ta cã ®é dÉn nhiÖt chÝnh lµ c−êng ®é cña dßng nhiÖt ®i qua 1m2
bÒ mÆt khi
chªnh lÖch nhiÖt ®é lµ 1o
C trªn ®−êng ®i cña nã. §¹i l−îng ®é dÉn nhiÖt phô thuéc vµo
b¶n chÊt cña vËt thÓ, nhiÖt ®é vµ th−êng x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. §é dÉn nhiÖt cña
mét sè vËt liÖu cho trong b¶ng 2-1.
B¶ng 2-1 - §é dÉn nhiÖt cña mét sè vËt liÖu r¾n
Tªn vËt liÖu Khèi l−îng thÓ
tÝch ρ, Kg/m3
NhiÖt dung riªng
Kj/Kg.®é
§é dÉn nhiÖt λ
W/m.®é
Samèt 1800-2200 0.84+0.264.10-3
0.7+0.64.10-3
t
Dinas 1700-2000 0.80+0.336.10-3
0.84+0.76.10-3
t
Cao Alumin 3000 0.84+0.252.10-3
1.69-0.23.10-3
t
Mulit 2160-2900 1.10+0.252.10-3
2.29+1.70.10-3
t
Zircon - 0.55+0.125.10-3
1.3+0.64.10-3
t
Manhedi 2600-2700 0.95+0.252.10-3
6.17-2.68.10-3
t
Cr«m-Manhª®i 2900-3000 0.755+0.151.10-3
t 2.0-0.35.10-3
t
Carborun 2100-2500 0.96+0.146.10-5
t 9.3+1.75.10-3
t
G¹ch ®á 1750-2100 0.837+0.264.10-5
t 0.47+051.10-3
t
Beton 2400 0,605 0.92
Samèt nhÑ 1000 - 0.28+23.10-3
t
Dinas nhÑ 1100 - 0.58+43.10-5
t

31
G¹ch diatomit 500-700 0.837-0.92 0.17+35.10-5
t
Carton ami¨ng 900-1200 - 0.157+0.14.10-3
t
Bét ami¨ng 800 0.31 0.106+0.18.10-3
t
2.1.3 TruyÒn nhiÖt qua t−êng ph¼ng 1 líp vµ nhiÒu líp.
Trong c«ng nghiÖp lß chóng ta th−êng gÆp t−êng 1 líp vËt liÖu vµ t−êng gåm
nhiÒu líp vËt liÖu kh¸c nhau. ViÖc lùa chän lo¹i vËt liÖu ®Ó x©y lß cã ý nghÜa lín nh»m
b¶o vÖ lß ®ång thêi gi¶m tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh. T−êng lß nung hay
çc thiÕt bÞ nhiÖt kh¸c lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao th−êng cã 3 líp: Líp trong cïng lµ g¹ch
chÞu löa, líp gi÷a lµ vËt liÖu çch nhiÖt, líp ngoµi cïng x©y b»ng g¹ch ®á.
§èi víi t−êng 1 líp ta cã thÓ ¸p dông Fourier. NÕu coi mÆt ®¼ng nhiÖt bªn trong
cã nhiÖt ®é t1, bªn ngoµi cã nhiÖt ®é t2, chiÒu dµy cña t−êng δ, bÒ mÆt F (m2
) tacã c«ng
thøc dßng nhiÖt:
Q =
σ
λ
(t1 - t2) F , [W]
C−êng ®é dßng nhiÖt
q =
F
Q
=
σ
λ
(t1-t2) , [W/m2
] (2-4)
§èi víi t−êng gåm 3 líp vËt liÖu kh¸c nhau cã nhiÒu dµy δ1, δ2, δ3, víi ®é dÉn nhiÖt
t−¬ng øng λ1, λ2, λ3, nh− trong h×nh 2-1, dßng nhiÖt q cã chiÒu ®i tõ mÆt cã nhiÖt ®é t1 tíi
mÆt cã nhiÖt ®é t4 khi t1 > t4. Víi chÕ ®é nhiÖt æn ®Þnh, l−îng nhiÖt ®i qua 3 líp ®Òu b»ng
nhau tøc lµ:
q =
1
1
σ
λ
(t1-t2) [W/m2
] (2-5)
q =
2
2
σ
λ
(t2-t3) [W/m2
] (2-6)
q =
3
3
σ
λ
(t3-t4) [W/m2
] (2-7)
Suy ra ph−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh sù biÕn ®æi nhiÖt ®é cña çc líp:
t1 - t2 = q
1
1
λ
σ
(2-8)
t2 - t3 = q
2
2
λ
σ
(2-9)
t3 - t4 = q
3
3
λ
σ
(2-10)
Céng vÕ víi vÕ ta thu ®−îc:
t1 - t4 = q (
3
3
2
2
1
1
λ
σ
+
λ
σ
+
λ
σ
) (2-11)
Tõ ®©y ta cã c−êng ®é dßng nhiÖt:

32
q =
3
3
2
2
1
1
41 tt
λ
σ
+
λ
σ
+
λ
σ
−
,[W/m2
] (2-12)
Tæng qu¸t ®èi víi t−êng cã n líp c−êng ®é dßng nhiÖt sÏ cã d¹ng:
q =
i
i
ntt
λ
σ
∑
− +11
, [W/m2
] (2-13)
t1 – nhiÖt ®é líp t−êng trong cïng , [o
C]
t1+ n - nhiÖt ®é líp t−êng ngoµi cïng , [o
C]
i – Sè thø tù cña líp t−êng
n – Sè líp t−êng
2.1.4 TruyÒn nhiÖt qua t−êng h×nh trô 1 líp vµ nhiÒu líp.
Nguyªn t¾c truyÒn nhiÖt qua t−êng h×nh trô còng gièng nh− t−êng ph¼ng. §iÓm
kh¸c c¬ b¶n lµ c−êng ®é dßng nhiÖt gi¶m tõ trung t©m èng trô tíi mÆt ngoµi, do dßng
nhiÖt liªn tiÕp ®i qua bÒ mÆt më réng cña èng.
NÕu trong t−êng h×nh trô b¸n kÝnh trong lµ r1 vµ b¸n kÝnh ngoµi r2 (h×nh 2-2),
ta chia chiÒu dµy nã ra thµnh nh÷ng ®o¹n dr víi chªnh lÖch nhiÖt ®é dt, theo ®Þnh luËt
Fourier c−êng ®é dßng nhiÖt qua líp dr biÓu thÞ b»ng ph−¬ng tr×nh:
q = - λ
dr
dt
[W/m2
] (2-14)
Q = - λ
dr
dt
F [W] (2-15)
DÊu ©m trong ph−¬ng tr×nh thÓ hiÖn sù gi¶m nhiÖt ®é theo chiÒu cña dßng nhiÖt.
Víi èng cã chiÒu dµi 1m th× F = 2πr , m2
do ®ã:
Q = -λ 2π r
dr
dt
(2-16)
Tõ ®©y - dt =
r2
Qdr
πλ
(2-17)
Dßng nhiÖt ®i qua tõ r1 ®Õn r2 trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ t1 ®Õn t2 ®−îc x¸c ®Þnh b»ng
ph−¬ng tr×nh tÝch ph©n:
∫∫ πλ
= 2
1
2
1
r
r
t
t r2
drQ
dt (2-18)
Rót ra:
t1 - t2 =
1
2
r
r
n1
2
Q
πλ
(2-19)
Thay b¸n kÝnh b»ng ®−êng kÝnh èng ta cã:
t1 - t2 =
1
2
1
2 d
d
n
Q
πλ
(2-20)

33
Suy ra:
.1
2
1
1
2
21
d
d
n
tt
Q
πλ
−
= , [W] (2-21)
§¹i l−îng:
πλ2
1
.
1
2
d
d
n1 gäi lµ nhiÖt trë cña 1m chiÒu dµy èng trô.
§èi víi t−êng trô cã n líp víi nhiÖt ®é bÒ mÆt lµ t1 vµ tn+1 , sè ®−êng kÝnh t−¬ng øng cña
çc líp dn th× ph−¬ng tr×nh sÏ cã d¹ng:
Q =
n
1n
n2
3
21
2
1
1n1
d
d
n1
2
1
...
d
d
n1
2
1
d
d
n1
2
1
tt
+
+
πλ
+
πλ
+
πλ
−
(2-22)
Tæng qu¸t:
Q =
∑
=
=
+
+−
ni
i i
i
i
n
d
d
n
tt
1
1
11
1
2
1
πλ
2.2 TruyÒn nhiÖt b»ng ®èi l−u.
2.2.1 Dßng nhiÖt ®èi l−u.
Trong m«i tr−êng chÊt láng vµ khÝ vËn chuyÓn nhiÖt chñ yÕu b»ng ph−¬ng thøc
®èi l−u. Qu¸ tr×nh vËn chuyÓn nhiÖt tõ chÊt láng (khÝ) ®Õn bÒ mÆt chÊt r¾n khi tiÕp xóc
víi nhau vµ cã nhiÖt ®é kh¸c nhau hay ng−îc l¹i tõ vËt r¾n tíi chÊt láng ( khÝ) gäi lµ qu¸
tr×nh cÊp nhiÖt.
Nguyªn nh©n trao ®æi nhiÖt b»ng ®èi l−u lµ chuyÓn ®éng nhiÖt ph©n tö. Lùc liªn
kÕt gi÷a çc ph©n tö cña khÝ vµ láng kÐm h¬n nhiÒu so víi vËt thÓ r¾n, nªn çc ph©n tö
cña chóng chuyÓn ®éng mét çch tù do. Nh÷ng ph©n tö nµo cã n¨ng l−îng lín sÏ chuyÓn
®éng nhanh h¬n khi chóng va ch¹m vµo ph©n tö cã n¨ng l−îng nhá h¬n, chuyÓn ®éng
chËm h¬n sÏ truyÒn n¨ng l−îng cho nh÷ng ph©n tö nµy.
Cã hai d¹ng ®èi l−u: ®èi l−u tù nhiªn vµ ®èi l−u c−ìng bøc.
§èi l−u tù nhiªn lµ sù chuyÓn ®éng cña chÊt láng (khÝ) do sù chªnh lÖch khèi
l−îng riªng cña çc ph©n tö vËt chÊt ë çc vÞ trÝ nhiÖt ®é kh¸c nhau.
Ngoµi d¹ng ®èi l−u tù nhiªn ta cßn cã d¹ng ®èi l−u c−ìng bøc, nhê b¬m, qu¹t giã
hay m¸y nÐn khÝ mµ chÊt láng hay khÝ chuyÓn ®éng. HiÖu qu¶ trao ®æi nhiÖt b»ng ®èi l−u
c−ìng bøc cao h¬n nhiÒu so víi ®èi l−u tù nhiªn. V× vËy nã th−êng ®−îc sö dông trong
çc thiÕt bÞ nhiÖt, lß c«ng nghiÖp.
NÕu dßng khÝ bÞ giíi h¹n bëi t−êng lß, tèc ®é cña nã cµng gÇn t−êng cµng gi¶m. ë
ranh giíi gi÷a khÝ vµ bÒ mÆt t−êng cã mét líp khÝ máng gäi lµ líp giíi h¹n. ë ®©y khÝ
chuyÓn ®éng víi tèc ®é rÊt nhá hoÆc ë tr¹ng th¸i tÜnh. Nªn chiÒu dµy cña líp nµy vµ ®é
dÉn nhiÖt cña nã cã ý nghÜa rÊt lín ®Õn truyÒn nhiÖt b»ng ®èi l−u.
L−îng nhiÖt cÊp ®i tõ vËt thÓ nãng tíi vËt thÓ l¹nh b»ng ®èi l−u x¸c ®Þnh c«ng thøc
b»ng c«ng thøc cña Newton:
Q = α®1 (t1- t2) F , W (2-23)

34
Hay q =
F
Q
= α®1(t1- t2) , W/m2
(2-24)
α®1 - hÖ sè cÊp nhiÖt b»ng ®èi l−u W/m2
.®é.
t1 - nhiÖt ®é vËt thÓ cho nhiÖt, o
C.
t2 - nhiÖt ®é vËt thÓ nhËn nhiÖt, o
C.
F - bÒ mÆt truyÒn nhiÖt, m2
.
Ph−¬ng tr×nh 2-24 cã thÓ viÕt:
Q =
1d
21
1
tt
α
−
F , [W] (2-25)
T−¬ng tù nh− ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt, ë ®©y
1d
1
α
gäi lµ nhiÖt c¶n khi
truyÒn nhiÖt b»ng ®èi l−u.
HÖ sè cÊp nhiÖt b»ng ®èi l−u lµ c«ng suÊt cña dßng nhiÖt ®i qua 1m2
t−êng khi
chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a chÊt láng (hoÆc khÝ) víi bÒ mÆt t−êng lµ 1o
C, trong thêi gian 1
gi©y. §¹i l−îng nµy phô thuéc vµo tr¹ng th¸i bÒ mÆt, h×nh d¹ng cña nã, kÝch th−íc, nhiÖt
®é, çc th«ng sè lý häc cña chÊt láng hay khÝ vµ chÕ ®é chuyÓn ®éng.
KÝch th−íc h×nh häc cã thÓ biÓu thÞ b»ng ®−êng kÝnh cña kªnh d (m), theo kªnh
nµy cña khÝ chuyÓn ®éng.
Çc th«ng sè vËt lý cña khÝ (hoÆc láng) lµ ®é dÉn nhiÖt λ. [W/m.®é], mËt ®é ρ
[Kg/m3
], ®é nhít ®éng häc µ [Ns.m2
], vµ tû nhiÖt C [j/Kg.®é], tèc ®é chuyÓn ®éng cña nã
lµ W [m/s]. Nh− vËy:
αd1 = f (d, W, ρ, µ, λ, C) , [W/m2
.®é] (2-27)
Trong kü thuËt ®«i khi ng−êi ta cßn dïng ®é nhít ®éng:
ν =
ρ
µ
[m2
/s]
ChÕ ®é chuyÓn ®éng ®−îc quyÕt ®Þnh bëi kÝch th−íc èng dÉn khÝ, tèc ®é chuyÓn ®éng vµ
th«ng sè vËt lý cña nã vµ ®Æc tr−ng b»ng chuÈn sè Reynolds:
Re =
ν
Wd
(2-28)
Re < 2300 ta cã chÕ ®é ch¶y dßng
Re > 2300 ta cã chÕ ®é ch¶y xo¸y.
Re = 2300 ta cã dßng qu¸ ®é.
ChÕ ®é chuyÓn ®éng cña khÝ (hoÆc láng) cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn c−êng ®é trao
®æi nhiÖt. Tèc ®é khÝ cµng lín, bÒ mÆt t−êng cµng nh½n th× chiÒu dµy líp giíi h¹n cµng
máng vµ c−êng ®é trao ®æi nhiÖt cµng lín. V× vËy ë çc thiÕt bÞ nhiÖt muèn c−êng ®é trao
®æi nhiÖt lín cÇn ph¶i cã chÕ ®é chuyÓn ®éng xo¸y.
2.2.2 Ph−¬ng tr×nh ®ång d¹ng vµ hÖ sè αd1.

35
VÊn ®Ò c¬ b¶n lµ lµm sao x¸c ®Þnh ®−îc hÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u αd1 , trong khi nã
phô thuéc vµo rÊt nhiÒu çc nh©n tè kh¸c. ViÖc sö dông lý thuyÕt ®ång d¹ng cho phÐp ta
rót gän sè th«ng sè vµ sù phô thuéc cña αd1 vµo çc biÕn sè kh¸c nhau sÏ ®−a vµo d¹ng
ph−¬ng tr×nh chuÈn sè. Nh»m môc ®Ých ®ã, çc biÕn sè cña ph−¬ng tr×nh (2-27) gép
thµnh nhãm ®Ó ta cã nh÷ng chuÈn sè.
Khi nghiªn cøu thiÕt bÞ nhiÖt ta th−êng gÆp hai lo¹i ®ång d¹ng: §ång d¹ng thñy
®éng vµ ®ång d¹ng nhiÖt.
§iÒu kiÖn ®ång d¹ng thñy ®éng lµ ®ång d¹ng tr−êng tèc ®é vµ ¸p suÊt. §iÒu ®ã cã
nghÜa lµ hai hiÖn t−îng chuyÓn vËn chÊt láng vÝ dô n−íc hoÆc khÝ ch¼ng h¹n, trong m«
h×nh vµ thiÕt bÞ nghiªn cøu sÏ ®ång d¹ng chØ trong tr−êng hîp nÕu chóng ch¶y trong
kho¶ng ®ång d¹ng h×nh häc vµ cã cïng mét tû lÖ tèc ®é vµ chªnh lÖch ¸p suÊt ë nh÷ng
®iÓm t−¬ng øng. Ngoµi ra ë m« h×nh vµ thiÕt bÞ cïng cã nh÷ng chuÈn sè nh− nhau, ®ã lµ
tû lÖ lùc t¸c dông lªn dßng chÊt láng chuyÓn ®éng hoÆc lùc g©y nªn trao ®æi nhiÖt. VÝ dô
tû lÖ lùc g©y chuyÓn ®éng lµ lùc nhít, ®iÒu kiÖn ®ång d¹ng nhiÖt lµ ®ång d¹ng tr−êng
nhiÖt ®é, nghÜa lµ nhiÖt ®é ë çc ®iÓm t−¬ng øng cña m« h×nh vµ thiÕt bÞ cÇn ph¶i cã tû lÖ
nh− nhau. MÆt kh¸c çc chuÈn sè ®ång d¹ng nhiÖt ph¶i b»ng nhau.
Nh÷ng chuÈn sè ®ång d¹ng thñy ®éng.
ChuÈn sè Reynolds lµ tû lÖ gi÷a lùc chuyÓn ®éng khÝ vµ lùc ma s¸t néi
Re =
ν
Wd
(2-29)
ChuÈn sè Grascop lµ tÝch sè gi÷a chuÈn sè Re víi tû lÖ lùc n©ng vµ lùc ma s¸t néi
Gr = 2
3
ν
gd
β ∆t (2-30)
d - ®−êng kÝnh èng dÉn, m
g - gia tèc träng tr−êng, m/s2
β - hÖ sè gi¶n në thÓ tÝch (β = 1/273)
∆t - chªnh lÖch nhiÖt ®é, o
C.
ν - ®é nhít ®éng, m2
/s
ChuÈn sè Euler lµ tû lÖ gi÷a lùc ¸p suÊt vµ lùc chuyÓn ®éng
Eu = 2
W
p
ρ
∆
(2-31)
∆p - chªnh lÖch ¸p suÊt
Çc chuÈn sè ®ång d¹ng nhiÖt.
ChuÈn sè Pekle lµ tû lÖ gi÷a dßng nhiÖt ®èi l−u vµ dßng nhiÖt truyÒn ®i b»ng dÉn nhiÖt
cña chÊt láng, biÓu thÞ b»ng th«ng sè vËt lý ta cã
Pe =
a
Wd
(2-32)
W - tèc ®é cña dßng, m/s
d - ®−êng kÝnh cña èng, m
a - ®é dÉn nhiÖt ®é, m2
/s

36
ChuÈn sè Prandtl lµ tû lÖ gi÷a chuÈn sè Pekle vµ Reynolds, tøc lµ tû lÖ gi÷a nh÷ng ®¹i
l−îng x¸c ®Þnh ®ång d¹ng tr−êng tèc ®é vµ nhiÖt ®é.
Pr=
aWd
a
Wd
ν
=
ν
(2-33)
ChuÈn sè Nusselt lµ tû lÖ gi÷a dßng nhiÖt truyÒn ®Õn t−êng b»ng ®èi l−u qd1 vµ dßng
nhiÖt truyÓn qua líp giíi h¹n b»ng dÉn nhiÖt qdn :
qdn =
d
λ
(t1 - t2) , [W/m2
] (2-34)
q®l = α®1 (t1 - t2) , [W/m2
] (2-35)
Nu =
λ
α d
q
q d
dn
d .11
= (2-36)
Tøc tû sè nhiÖt c¶n néi d/λ vµ nhiÖt c¶n ngo¹i 1/αd1.
Dïng chuÈn sè nµy ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè cÊp nhiÖt b»ng ®èi l−u. NÕu m« h×nh vµ thiÕt bÞ
®ång d¹ng ta sÏ cã:
Num« h×nh = NuthiÕt bÞ lß (2-37)
Ta ký hiÖu m« h×nh lµ m vµ thiÕt bÞ lß ch¼ng h¹n lµ 1 ta sÏ cã:
1
11
m
nm dd
λ
α
=
λ
α
(2-38)
Rót ra hÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u cña lß α1 :
α1 = αm
1
1
m
m
d
d λ
λ
(2-39)
Ph−¬ng tr×nh cÊp nhiÖt b»ng ®èi l−u th−êng n»m trong d¹ng chuÈn sè. V× dô:
Nu = f (Re, Gr, Pr) (2-40)
Víi chÊt láng chuyÓn ®éng xo¸y cã thÓ ®¬n gi¶n chuÈn sè Gr vµ ta cã:
Nu = f (Re, Pr) (2-41)
Mét sè tr−êng hîp hay vËn dông trong lß silic¸t.
Víi chÕ ®é chuyÓn ®éng xo¸y.
Khi chuyÓn ®éng xo¸y khÝ vµ láng theo èng dµi, cÊp nhiÖt b»ng ®èi l−u biÓu thÞ
b»ng ph−¬ng tr×nh chuÈn sè (khi Re ≥ 10.000 vµ 1/d ≥ 50).
Nu = 0,021 Re0,8
Prk
0.,43
(
t
k
Pr
Pr
)0,25
(2-42)
Prk - Gi¸ trÞ chuÈn sè Prandtl ë nhiÖt ®é khÝ trung b×nh vµ b»ng nöa hiÖu sè nhiÖt
®é khÝ lóc vµo vµ ra.
Prt - ChuÈn sè Prandtl øng víi nhiÖt ®é khÝ b»ng nhiÖt ®é t−êng.
§èi víi kh«ng khÝ vµ khãi lß chuÈn sè Pr cã thÓ lÊy b»ng 0,72. V× vËy ph−¬ng tr×nh (2-
42) cã thÓ cã d¹ng ®¬n gi¶n h¬n:

37
Nu = 0,018 . Re 0,8
(2-43)
HoÆc :
λ
α d1d
= 0,018 (
ν
Wd
)0,8
(2-44)
Tõ ph−¬ng tr×nh tr×nh rót ra:
α®1 = A 2,0
8,0
d
W
(2-45)
Trong ®ã A - hÖ sè b»ng 0,018 8,0
ν
λ
, ν: hÖ sè ®é nhít ®éng [m2
/s]
Nh− vËy kh«ng nh÷ng chØ tèc ®é khÝ mµ ®−êng kÝnh èng dÉn còng ¶nh h−ëng ®Õn
hÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u. NÕu gi¶m ®−êng kÝnh èng dÉn trong khi tèc ®é khÝ vÉn gi÷
nguyªn, trÞ sè αd1 t¨ng lªn.
Theo sè liÖu lùc nghiÖm hÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u: khi ®èt nãng khÝ hÖ sè cÊp nhiÖt
®èi l−u nhá h¬n khi lµm nguéi khÝ. VÝ dô khi lµm nguéi kh«ng khÝ (hoÆc khãi lß) α®1 lín
h¬n kho¶ng 1,3 lÇn khi ®èt nãng, ch¼ng h¹n khÝ ®èt nãng kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é trung
b×nh 0o
C.
α®1 = 0,018 . 8,0
ν
λ
. 2,0
8,0
2,0
8,0
d
W
.489,3
d
W
= , [W/m2
. ®é] (2-46)
Khi lµm l¹nh kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é trung b×nh 0o
:
α®1 = 4,535 2,0
8,0
d
W
, [W/m2
.®é] (2-47)
Khi nhiÖt ®é trung b×nh cña kh«ng khÝ 600o
.
Khi ®èt nãng α®1 = 1,8146 2,0
8,0
d
W
, [W/m2
. ®é] (2-48)
Khi lµm l¹nh α®1 = 2,36 2,0
8,0
d
W
, [W/m2
.®é] (2-49)
Gi¸ trÞ λ vµ ν cña kh«ng khÝ vµ khãi lß tïy theo nhiÖt ®é cho trong b¶ng 2-2. HÖ sè cÊp
nhiÖt ®èi l−u khi lµm l¹nh kh«ng khÝ vµ khãi lß trong ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng xo¸y x¸c
®Þnh:
Nu = 0,0235 Re0,8
(2-50)
B¶ng 2-2 Gi¸ trÞ ®é nhít, ®é dÉn nhiÖt cña kh«ng khÝ vµ khãi lß.
NhiÖt ®é
(o
C)
§é nhít kh«ng khÝ ë
(760mmHg) ν.106
[m2
/s]
§é dÉn nhiÖt λ
W/m.®é
Kh«ng khÝ Khãi lß Kh«ng khÝ Khãi lß
0 13,3 12,2 0,0248 0,0228
100 23,2 21,5 0,0319 0,0343
200 34,9 32,8 0,0383 0,0401
300 48,3 45,8 0,0455 0,0484
400 63,1 60,4 0,0505 0,0570
500 79,2 76,3 0,0563 0,0656
600 96,8 93,6 0,0619 0,0742

38
700 115,1 112,1 0,0672 0,0827
800 134,7 131,8 0,0723 0,0915
900 155,2 152,5 0,0772 0,1001
1000 176,7 174,3 0,0820 0,1090
1100 199,2 197,1 0,0864 0,1175
1200 222,7 221,0 0,0908 0,1262
1400 273,0 272,0 0,998 0,1442
HÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u α®1 trong èng ng¾n (1/d < 50) cã trÞ sè lín h¬n so víi èng dµi. Ta
cã thÓ dïng c«ng thøc chung nh−ng cã thªm hÖ sè hiÖu chØnh ϕ b¶ng 2-3.
B¶ng 2-3
TrÞ sè Tû lÖ 1/d
Re 2 5 10 20 40 50
1,104
1,65 1,34 1,23 1,13 1,03 1,00
2,104
1,51 2,27 1,18 1,10 1,02 1,00
5,104
1,34 1,18 1,13 1,08 1,02 1,00
1,105
1,28 1,15 1,10 1,06 1,02 1,00
1,106
1,14 1,08 1,05 1,05 1,01 1,00
Khi ®èt nãng kh«ng khÝ vµ khãi lß:
Nu = 0,018 . Re0,8
ϕ (2.51)
αd1 = 0,018
d
λ
. Re0,8
ϕ (2.52)
Khi lµm l¹nh kh«ng khÝ vµ khãi lß:
Nu = 0,0235 . Re0,8
ϕ (2.53)
αd1 = 0,0235
d
λ
. Re0,8
ϕ (2.54)
ϕ HÖ sè ®iÒu chØnh, kÓ tíi ¶nh h−ëng chÕ ®é chuyÓn ®éng vµ chiÒu dµi, ®−êng kÝnh kªnh
dÉn.
Khi chuyÓn ®éng dßng.
C«ng thøc chung sÏ cã d¹ng:
Nu = 0,15.Re0,33
.Prk
0,43
. Gr0,1
. (
t
K
Pr
Pr
)0,25
.ϕ (2-55)
ϕ - hÖ sè kÓ ®Õn chiÒu dµi t−¬ng ®èi cña èng:
L/dt® 2 5 10 15 20 30 40 50 vµ lín h¬n
φ 1.70 1.44 1.28 1.18 1.13 1.05 1.20 1
2.2-3. Mét sè c«ng thøc th−êng dïng.
Trong c¸c lß cã nhiÖt cao hoÆc ¸p dông cho z«n nung lß nung dïng c«ng thøc cña N.N
D«br«kh«t«p:
α®1 = 10Wo , [W/m2
.®é] (2-56)
Wo - tèc ®é khÝ ë phßng lµm viÖc cña lß ( z«n nung) ë 0o
C, m/s.

39
CÊp nhiÖt trong kªnh g¹ch kÝch th−íc tõ (40 × 40)mm ®Õn (90 × 90)mm khi chuyÓn ®éng
kh«ng khÝ vµ khãi lß:
α®1 = 0,86 . 33,0
80,0
o
d
W 4
T [W/m2
.®é]
T - nhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña khÝ, o
K.
d - ®−êng kÝnh thñy lùc cña kªnh, m
Khi chuyÓn ®éng kh«ng khÝ tù do theo t−êng lß ë nhiÖt ®é thÊp.
α®1 = A . 4
21 tt − , [W/m2
.®é] (2-57)
t1 - t2 : chªnh lÖch nhiÖt ®é bÒ mÆt t−êng vµ khÝ.
A = 2.56 CÊp nhiÖt däc theo t−êng.
A = 3.26 CÊp nhiÖt do khÝ chuyÓn ®éng lªn phÝa trªn.
A = 1.63 CÊp nhiÖt do khÝ chuyÓn ®éng tõ t−êng xuèng phÝa d−íi.
HÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u tõ khÝ tíi bÒ mÆt vËt liÖu d¹ng h¹t phô thuéc vµo Re.
Khi Re < 200 vµ ph©n bè khÝ ®ång ®Òu trong líp.
α®1 = 0,124
t
tW
ν
λ
, [W/m2
.®é] (2-58)
Khi Re > 200
α®1 = 0,713 33,0
d
λ
(
t
tW
ν
)0,7
, [W/m2
®é] (2-59)
Wt - tèc ®é khÝ øng víi toµn tiÕt diÖn ngang cña líp, m/s
νt - ®é nhít ®éng cña khÝ, m2
/s
d - kÝch th−íc cña h¹t vËt liÖu, m
λ - ®é dÉn nhiÖt cña khÝ, W/m.®é.
Dßng khÝ chuyÓn ®éng däc líp g¹ch xÕp trong lß nung, ta dïng c«ng thøc cña
K.A.Nokhratian.
α®1 = 0,35 . 33,0
5,0
d
W o
, [W/m2
.®é] (2-60)
Wo - tèc ®é khÝ trong kªnh øng víi ®iÒu kiÖn chuÈn, m/s.
d - ®−êng kÝnh kªnh, a, b - kÝch th−íc cña kªnh
d =
ba
ab2
+
, [m] (2-61)
Trong ®Öm buång håi nhiÖt:
α®1 = A. 33,0
5,0
o
d
W
, [W/m2
. ®é] (2-62)
Khi g¹ch xÕp t¹o kªnh th¼ng A = 8,8
Khi g¹ch xÕp kh«ng t¹o kªnh th¼ng A = 9,65

40
Trong lß nung nÕu trÞ sè Re kh«ng cao cã thÓ dïng c«ng thøc gÇn ®óng:
α®1 = 5,6 + 4W , [W/m2
.®é] (2-63)
W- tèc ®é khÝ ë 200o
C, nÕu trÞ sè Re cao.
α®1 = 0,865 334,0
25,08,0
d
TW
, [W/m2
.®é] (2-64)
T =
2
TT khÝvl +
, [o
K]
Tvl, TkhÝ - NhiÖt ®é vËt liÖu vµ khÝ, o
K.
Khi s¶n phÈm xÕp trªn gi¸ ®ì, ë z«n nung α®1 = 35 [W/m2
.®é]. ë z«n nhiÖt ®é thÊp -
ngay ®Çu z«n ®èt nãng α®1= 5,2 [W/m2
.®é].
Trong c«ng nghiÖp lß, khi ®èt nãng vµ lµm nguéi kh«ng khÝ trÞ sè α®1 trong kho¶ng
(18 -58)W/m2
.®é. NÕu tèc ®é kh«ng khÝ hay khãi lß Wo = 8m/s (d = 0,1m) nhiÖt ®é trung
b×nh ttb = 100o
, α®1 = 23W/m2
.®é.
Khi ®èt nãng vµ lµm l¹nh n−íc, α ®èi l−u dao ®éng trong kho¶ng (2340 - 11700)
W/m2
.®é vµ khi s«i n−íc th× trong kho¶ng (580 - 5200)W/m2
.®é
2.3. TruyÒn nhiÖt b»ng bøc x¹.
2.3.1. Nh÷ng ®Þnh luËt c¬ b¶n.
Mäi vËt thÓ cã nhiÖt ®é lín h¬n 0o
K ®Òu cã thÓ ph¸t ra kh«ng gian bªn ngoµi
nh÷ng tia nhiÖt. Çc tia cã b−íc sãng 0,4 - 400 µK lµ cã t¸c dông nhiÖt lín h¬n c¶ vµ
®−îc gäi lµ çc tia nhiÖt. Sù truyÒn çc tia nhiÖt gäi lµ sù bøc x¹ nhiÖt.
Nh÷ng ®Þnh luËt x¸c ®Þnh n¨ng l−îng cña chïm tia s¸ng còng cã thÓ dïng ®èi víi
tia nhiÖt. Tia nhiÖt truyÒn ra kh«ng gian víi tèc ®é nh− tèc ®é ¸nh s¸ng. TruyÒn nhiÖt
b»ng bøc x¹ lµ mét d·y qu¸ tr×nh tiÕn hµnh liªn tiÕp.
Khi çc vËt thÓ cã nhiÖt ®é nh− nhau th× hÖ thèng ë tr¹ng th¸i c©n b»ng ®éng
vÒ nhiÖt: ë ®iÒu kiÖn ®ã phÇn n¨ng l−îng bøc x¹ cña nã chÝnh b»ng n¨ng l−îng mµ
nã thu ®−îc trong qu¸ tr×nh hÊp thô.
N¨ng l−îng cña vËt thÓ ®Çu tiªn biÕn thµnh n¨ng l−îng tia nhiÖt, nã truyÒn ra
kho¶ng kh«ng gian theo chiÒu h−íng kh¸c nhau. Khi gÆp çc vËt thÓ kh¸c th× mét phÇn
n¨ng l−îng bÞ hÊp thô, mét phÇn ®i qua vËt thÓ ®ã, cßn mét phÇn ph¶n x¹ l¹i. PhÇn hÊp
thô sÏ chuyÓn thµnh d¹ng nhiÖt vµ kÕt qu¶ lµm vËt thÓ ®ã bÞ ®èt nãng lªn.
NÕu ta ký hiÖu l−îng n¨ng l−îng truyÒn ®Õn vËt thÓ lµ Q0 , l−îng nhiÖt hÊp thô QA,
l−îng nhiÖt ph¶n x¹ QR vµ l−îng nhiÖt ®i qua vËt thÓ ®ã QD, khi ®ã ta cã:
Q0 = QA + QR + QD
1 =
000 Q
Q
Q
Q
Q
Q DRA
++ vµ nÕu kÝ hiÖu
HÖ sè hÊp thô A =
o
A
Q
Q
(2-65)
HÖ sè ph¶n x¹ R =
o
R
Q
Q
(2-66)

41
HÖ sè thÈm thÊu D =
o
D
Q
Q
(2-67)
VËt thÓ cã A = 1 gäi lµ vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi.
VËt thÓ cã R = 1 gäi lµ vËt thÓ tr¾ng tuyÖt ®èi.
VËt thÓ cã D = 1 gäi lµ vËt thÓ trong tuyÖt ®èi.
Trong thiªn nhiªn kh«ng cã vËt thÓ ®en, tr¾ng tuyÖt ®èi mµ ta chØ cã vËt thÓ x¸m cã
nghÜa lµ c¸c hÖ sè A, R, D lu«n lu«n nhá h¬n 1, song tæng cña 3 hÖ sè lu«n lu«n b»ng 1.
A+ R + D = 1 (2-68)
§èi víi vËt thÓ ®en, ®é thÈm thÊu cña nã D qu¸ nhá nªn cã thÓ bá qua vµ
A+ R = 1 (2-69)
§èi víi vËt thÓ khÝ thùc tÕ ®é ph¶n x¹ qu¸ nhá, ta còng cã thÕ bá qua.
A+ D = 1 (2-70)
Trong thùc tÕ, vËt thÓ tù bøc x¹ ®i mét n¨ng l−îng E1. Còng vËt thÓ ®ã l¹i nhËn
bøc x¹ tíi E2 , tøc lµ n¨ng l−îng vËt thÓ thø hai bøc x¹ tíi vËt thÓ thø nhÊt. Song vËt thÓ
kh«ng hÊp thô hoµn toµn n¨ng l−îng cña bøc x¹ tíi mµ chØ hÊp thô mét phÇn E2A1, phÇn
n¨ng l−îng cßn l¹i (E2 - E2A1 ) sÏ ph¶n x¹ l¹i vËt thÓ thø hai.
Tæng cña gißng bøc x¹ vµ ph¶n x¹ gäi lµ bøc x¹ hiÖu qu¶:
Ehq = E1 + E2 (1- A1 ) (20-71)
L−îng nhiÖt cña vËt thÓ thùc tÕ bøc x¹ ®i ( gäi lµ bøc x¹ tæng hîp).
Ett = E1 - E2 .A1 (2-72)
ViÖc nghiªn cøu c−êng ®é bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi ®· ®−îc Plank
nghiªn cøu tõ n¨m 1900. ¤ng chØ r»n: c−êng ®é bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi
phô thuéc vµo nhiÖt ®é tuyÖt ®èi o
K vµ vµo chiÒu dµi sãng λ. Trªn c¬ së ®ã rót ra
®−îc mét lo¹t c¸c ®Þnh luËt kh¸c.
§Þnh luËt Stefan - Boltzman.
§Ó x¸c ®Þnh tæng n¨ng l−îng nhiÖt bøc x¹ ®i cña vËt thÓ ë mäi chiÒu dµi sãng ta
sö sông ®Þnh luËt Stefan - Boltzman.
L−îng n¨ng l−îng bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi phô thuéc vµo nhiÖt ®é tuyÖt
®èi lòy thõa bèn.
Eo = σ0 T4
, [W/m2
] (2-73)
hoÆc: Eo = C0 (
100
T
)4
, [ W/m2
]
σo gäi lµ h»ng sè bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi.
Co gäi lµ hÖ sè bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi. Trong tÝnh sö dông C0 thuËn tiÖn
h¬n.
Co = σo.10-8
= 5,67 W/m2
.o
K4
(2.74)
§èi víi vËt thÓ x¸m cã c−êng ®é bøc x¹ nhá h¬n so víi vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi, ®Þnh luËt
Stefan - Boltzman cã d¹ng sau:

42
E = C (
100
T
)4
W/m2
(2-75)
C- hÖ sè bøc x¹ cña vËt thÓ x¸m phô thuéc vµo tr¹ng th¸i bÒ mÆt, b¶n chÊt vËt thÓ
vµ nhiÖt ®é cña nã.
Còng cã thÓ viÕt:
E = ε C0 (
100
T
)4
W/m2
(2-76)
ε - ®é ®en cña vËt hÓ.
ε =
0E
E
=
oC
C
(2-77)
§é ®en cña vËt thÓ lµ tû lÖ gi÷a hÖ sè bøc x¹ cña vËt x¸m víi hÖ sè bøc x¹ cña vËt thÓ ®en
tuyÖt ®èi. VËt thÓ cã ®é ®en cµng gÇn 1: cµng gÇn vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi th× c−êng ®é bøc
x¹ cµng cao.
Tªn vËt liÖu NhiÖt ®é ( 0
C) §é ®en
Nh«m nh¸m 26 0.055
§ång bãng 80- 115 0.018 - 0.023
G¹ch ®á 20 0.93
G¹ch chÞu löa - 0.8 - 0.98
S¬n tr¾ng vµ ®á 40 - 95 0.8 - 0.98
Muéi bå hãng 95 - 270 0.95
§Þnh luËt Kirchoff.
Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh bøc x¹ gi÷a hai mÆt ph¼ng song song.
-
Hai mÆt ph¼ng nµy cã cïng mét diÖn tÝch vµ b»ng 1m2
.
- MÆt I lµ vËt thÓ x¸m. ( E, A, T).
- MÆt II lµ vËt ®en tuyÖt ®èi. (E0, A0, T0).
- T > T0.
Qu¸ tr×nh bøc x¹ gi÷a hai mÆt: MÆt I ph¸t ra n¨ng l−îng E, n¨ng l−îng nµy bÞ mÆt II hÊp
thô hoµn toµn. MÆt II ph¸t ra n¨ng l−îng E0, , E0 ®−îc mÆt I hÊp thô mét phÇn E0.A, phÇn
cßn l¹i ( E0 - E0.A) ph¶n x¹ l¹i vµ ®−îc mÆt II hÊp thô hoµn toµn. VËy l−îng nhiÖt do mÆt
I ph¸t ra:
Q1 = E + ( E0 - E0.A).
Vµ l−îng nhiÖt do mÆt II ph¸t ra:
Q2 = E0
VËy l−îng nhiÖt do mÆt II thu ®−îc trong qua tr×nh trao ®æi:
Q = Q1 – Q2 = E + ( E0 - E0.A) – E0 = E - E0.A
Bøc x¹ nhiÖt nµy cßn liªn tôc x·y ra khi nhiÖt ®é hai vËt thÓ nµy b»ng nhau (T =T0). Khi
®ã hÖ thèng ë tr¹ng th¸i c©n b»ng ®éng, l−îng nhiÖt c¸c vËt thÓ ph¸t ra nh− nhau, nªn
Q = E - E0.A = 0

43
Suy ra: E0 =
A
E
Ph−¬ng tr×nh nµy lµ néi dung cña ®Þnh luËt Kirchoff
˝Tû lÖ gi÷a kh¶ n¨ng bøc x¹ vµ kh¶ n¨ng hÊp thô n¨ng l−îng cña mçi vËt thÓ
lµ mét ®¹i l−îng kh«ng ®æi vµ b»ng kh¶ n¨ng bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi ë cïng
nhiÖt ®é vµ chØ phô thuéc vµo nhiÖt ®é˝ nghÜa lµ:
o
o
A
E
A
E
A
E
A
E
==== ...
3
3
2
2
1
1
= const (2-78)
E1, E2, E3 ... c−êng ®é bøc x¹ cña vËt thÓ x¸m.
A1, A2, A3... hÖ sè hÊp thô cña vËt thÓ x¸m.
E0, A0 - c−êng ®é bøc x¹ vµ hÖ sè hÊp thô cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi.
§èi víi vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi A0 = 1.C0 = 5,67.
Tõ ph−¬ng tr×nh trªn ta cã:
A =
oo C
C
E
E
= = ε (2-79)
Nh− vËy ®èi víi mét vËt thÓ kh¶ n¨ng hÊp thô cã gi¸ trÞ ®óng b»ng ®é ®en cña nã.
Còng tõ ®Þnh luËt Kirchoff ta thÊy rµng vËt thÓ cã c−êng ®é bøc x¹ cao th× còng cã kh¶
n¨ng hÊp thô vµ ®é ®en cña nã cµng lín.
§Þnh luËt Lambert.
§inh luËt Stefan - Boltzman cho phÐp ta x¸c ®Þnh l−îng n¨ng l−îng chung bøc x¹
bëi vËt thÓ theo nh÷ng chiÒu h−íng kh¸c nhau tõ bÒ mÆt bøc x¹. Nh−ng mËt ®é cña dßng
bøc x¹ lín nhÊt theo chiÒu th¼ng gãc ®èi víi mÆt bøc x¹ tøc theo ®−êng chuÈn n (h×nh 2-
3). C¸c chïm bøc x¹ lÖch víi ®−êng chuÈn n mét gãc ϕ ®Òu cã n¨ng l−îng nhá h¬n. NÕu
ϕ = 90o
dßng nhiÖt bøc x¹ sÏ b»ng kh«ng.
Sù biÕn ®æi n¨ng l−îng cña dßng bøc x¹ theo gãc ϕ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ®Þnh luËt
Lambert. NÕu biÕt dßng nhiÖt bøc x¹ tõ bÒ mÆt ph©n tè dF1 theo h−íng chuÈn n lµ dQn
[W] th× dßng nhiÖt theo gãc ϕ1 sÏ b»ng:
dQϕ1 = dQn dw cosϕ1 (2-80)
dw - gãc kh«ng gian.
dQn = En dF1
En - c−êng ®é bøc x¹ cña mÆt dF1 theo h−íng chuÈn , [W/m2
]
C−êng ®é bøc x¹ tæng céng E1 cña bÒ mÆt vËt thÓ dF1 theo mäi h−íng sÏ lín h¬n so víi
mét h−íng chuÈn En vµ gi÷a chóng cã liªn hÖ:
En =
π
1E
[W/m2
] (2-81)
Vµ v× E1 = ε.C0
4
100
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ T
Nªn ph−¬ng tr×nh (2-80) cã thÓ viÕt:

44
dQϕ1 = εCo
4
)
400
T
(
π
ϕω 1cosd
.dF1 (2-82)
Do ®ã l−îng n¨ng l−îng bøc x¹ b»ng tæng l−îng nhiÖt x¸c ®Þnh theo ®Þnh luËt
Stefan - Boltzman nh©n víi ®¹i l−îng gãc
π
ϕω 1cosd
vµ §¹i l−îng gãc nµy chØ r»ng: Bao
nhiªu phÇn n¨ng l−îng bøc x¹ ®i theo h−íng cho d−íi gãc kh«ng gian dW tõ mÆt dF1 ®èi
víi l−îng n¨ng l−îng chung bøc x¹ theo mäi h−íng còng tõ mÆt dF1 .
2.3.2. TÝnh chÊt cña dßng nhiÖt bøc x¹.
Khi tÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt gi÷a c¸c vËt thÓ ng−êi ta sö dông nh÷ng kh¸i niÖm vµ
tÝnh chÊt cña dßng bøc x¹.
HÖ sè gãc.
VËt thÓ 1 bøc x¹ ®i mét n¨ng l−îng Q1 theo h×nh b¸n cÇu, r¬i ®Õn vËt thÓ 2 l−îng
nhiÖt Q12 th× hÖ sè gãc gi÷a mÆt 1 ®èi víi mÆt 2 sÏ lµ:
ϕ12 =
1
12
1
12
F
F
Q
Q
= (2-83)
T−¬ng tù ta cã:
ϕ21 =
2
21
1
21
F
F
Q
Q
= (2-84)
TÝnh t−¬ng hæ.
Hai vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi 1 vµ 2 n»m trong tr¹ng th¸i trao ®æi nhiÖt th× khi c©n
b»ng nhiÖt, còng c©n b»ng dßng bøc x¹ vµ kh«ng phô thuéc vµo h×nh d¹ng hay vÞ trÝ cña
chóng.
Q12 = Q21 , ϕ12 . F1 = ϕ21 . F2 ; (2-85)
F12 = F21 , NÕu ϕ12 = 1 ϕ21 th× ϕ21 =
2
1
F
F
TÝnh ph©n t¸n cña dßng.
NÕu hai mÆt chia thµnh 1a, 1b... 2a, 2b... th×:
Q12 = Q1a2a + Q1a2b + Q1b2a + Q1b2b (2-86)
F12 = F1a2a + F1a2b + F1b2a + F1b2b
TÝnh chÊt trïng hay phèi hîp cña dßng.
NÕu vËt thÓ 1 bøc x¹ nhiÖt cho 2 vËt thÓ 2 vµ 3
Q12 = ϕ12.F1. E1 = E1 F12
Q13 = ϕ13.F1. E1 = E1 F13
NÕu Q12 = Q13 th× ta cã:
ϕ12 = ϕ13 ; F12 =F13 (2-87)
TÝnh chÊt kÝn cña dßng.
NÕu vËt thÓ 1 bÞ bao bäc bëi m vËt thÓ trªn mÆt b¸n cÇu th×:

45
1
mi
1i
i1 FF =∑
=
=
; 1
mi
1i
i1 =ϕ∑
=
=
; 1
mi
1i
i1 QQ =∑
=
=
(2-88)
TÝnh ng¾t m¹ch cña dßng.
NÕu trªn ®−êng ®i cña dßng bøc x¹ tõ vËt thÓ 1 ®Õn vËt thÓ 2 bÞ ch¾n bëi vËt thÓ
kh«ng trong suèt th× dßng bøc x¹ sÏ b»ng kh«ng:
Q12 = 0 ; F12 = 0 ; ϕ12 = 0 (2-89)
Suy ra ®èi víi mÆt ph¼ng vµ låi th×:
Q11 = 0 ; F11 = 0 ; ϕ11 = 0
2.3.3 Trao ®æi nhiÖt gi÷a hai vËt thÓ ph¼ng ®Æt song song.
NÕu ta cã hai mÆt cã nhiÖt ®é T1 vµ T2 , chóng bøc x¹ nhiÖt lÉn cho nhau. Dßng
nhiÖt bøc x¹ thùc tÕ b»ng chªnh lÖch gi÷a hai bøc x¹ hiÖu qu¶ cña chóng.
ë ®©y trao ®æi nhiÖt lµ mét d·y c¸c qu¸ tr×nh hÊp thô vµ ph¶n x¹ liªn tiÕp. Mçi
mÆt ®èi diÖn mét n¨ng l−îng bøc x¹, ®ång thêi l¹i hÊp thô mét phÇn n¨ng l−îng bøc x¹
tíi cña mÆt ®èi diÖn bøc x¹ sang. Cßn mét phÇn nã ph¶n x¹ l¹i mÆt ®èi diÖn (h×nh 2-4).
Qu¸ tr×nh nµy cø lÆp ®i lÆp l¹i ®Õn v« tËn.
H×nh 2-4 : S¬ ®å trao ®æi nhiÖt gi÷a hai mÆt.
(Xem trang sau)
Gäi bøc x¹ hiÖu qu¶ cña mÆt 1 lµ E1hq víi hÖ sè hÊp thô A1 vµ cña mÆt 2 lµ E2hq vµ hÖ sè
hÊp thô A2 ta cã:
E1hq = E1 + (1-A1) E2hq (2-90)
E2hq = E2 + (1-A2) E1hq (2-91)
E1 vµ E2 : n¨ng l−îng tù bøc x¹ cña mÆt 1 vµ 2. Dßng bøc x¹ tÕ tõ mÆt 1 sang 2.
Q12 = E1hq - E2hq (2-92)
Tõ hÖ ph−¬ng tr×nh trªn ta rót ra:
E1hq =
2121
2121
AAAA
EAEE
−+
−+
E2hq =
2121
1221
AAAA
EAEE
−+
−+
Tõ ®©y ta cã:
Q12 =
2121
2112
AAAA
EAEA
−+
−
(2-93)
C¨n cø theo ®Þnh luËt Kirchoff ta thay A1 =
oo C
C
A
C
C 2
2
1
, = vµ tõ ®Þnh luËt Stefan - Bolzman
thay
E1 = C1.
4
1
100
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ T
vµ E1 = C2.
4
1
100
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ T
vµo (2-93 ) ta cã:

46
Q12 =
2
0
21
0
2
0
1
0
1
4
2
2
0
2
4
1
1
.
.
100
.
100
C
CC
C
C
C
C
C
CT
C
C
CT
C
−+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
Rót gän Q12 = 0
2
0
1
0
4
2
4
1
.
1
100100
C
C
C
C
C
TT
−+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
Chia tö vµ mÉu sè cho C0 ta cã:
Q12 =
021
4
2
4
1
111
100100
CCC
TT
−+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
Q12 = qC [ 4241
)
100
T
()
100
T
( − ] , [W/m2
] (2-97)
Cq - hÖ sè bøc x¹ quy ®Þnh vµ Cq
Cq =
oCCC
111
1
21
−+
[W/m2
.o
K4
] (2-98)
C1, C2 - hÖ sè bøc x¹ cña mÆt 1 vµ 2.
C¨n cø theo (2-79) vµ (2-80) ta cã thÓ viÕt:
Cq =
1
11
67,5
21
−
ε
+
ε
[W/m2
.o
K4
] (2-99)
NÕu mÆt F1 bÞ bäc kÝn bëi mÆt F2 theo d¹ng èng trô lång trong èng trô hoÆc cÇu lång
trong cÇu
Cq =
)1
1
(
F
F1
67,5
22
1
1
−
ε
+
ε
[W/m2
.o
K4
] (2-100)
NÕu F1 v« cïng nhá so víi F2 th×:
Cq = 5,67 . ε1 = C1
2.3.4 Bøc x¹ nhiÖt qua læ.
T−êng lß th−êng cã chõa c¸c læ quan s¸t, cöa ®èt, cöa cho liÖu qua læ, qua khe hë
®ã cã dßng nhiÖt bøc x¹ tõ trong lß ra m«i tr−êng xung quanh. L−îng nhiÖt nµy cã thÓ
x¸c ®inh theo ®Þnh luËt Stefan - Bolzman.
Q = 5,67 ϕ [ 4KK41
)
100
T
()
100
T
( − ] F , [W] (2-101)

47
Trong ®ã: F - diÖn tÝch bÒ mÆt læ, m2
T1 - nhiÖt ®é bªn trong cña lß, o
K
Tkk - nhiÖt ®é kh«ng khÝ ngoµi lß, o
K
ϕ - hÖ sè më cña læ.
Læ ë t−êng lß th−êng kh«ng lín, cho nªn cã thÓ coi nã nh− vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi
nghÜa lµ ®é ®en cña nã ε = 1. HÖ sè ϕ phô thuéc vµo gãc më mµ tia bøc x¹ phãng ra qua
læ ra m«i tr−êng xung quanh.
NÕu kÝch th−íc lç b»ng nhau th× l−îng n¨ng l−îng qua læ cµng nhiÒu nÕu chiÒu
dµy t−êng cµng nhá. NÕu chiÒu dµy t−êng qu¸ nhá th× gi¸ trÞ ϕ gÇn b»ng 1.
2.3.5 Bøc x¹ nhiÖt qua tÊm ch¾n.
Tõ c«ng thøc x¸c ®Þnh l−îng nhiÖt cÊp ®i b»ng bøc x¹: Muèn t¨ng c−êng sù cÊp
nhiÖt b»ng ph−¬ng thøc nµy cÇn t¨ng c−êng nhiÖt ®é vµ ®é ®en cña vËt. Vµ ng−îc l¹i,
muèn gi¶m sù cÊp nhiÖt bøc x¹ cÇn gi¶m nhiÖt ®é vµ ®é ®en cña vËt.
Gi¶ sö cã hai mÆt song song víi nhau, dßng nhiÖt bøc x¹ tõ mÆt 1 sang mÆt 2 x¸c
®Þnh theo c«ng thøc:
Q12 = qC [ 4241
)
100
T
()
100
T
( − ] , [W/m2
] (2-102)
NÕu gi÷a hai mÆt nµy ta ®Æt tÊm ch¾n lµ l¸ thÐp máng hoÆc t«n máng trong ®iÒu
kiÖn c©n b»ng nhiÖt vµ khi ε1 = ε2 = εc (®é ®en tÊm ch¾n) còng nh− F1 = F2 = Fc , dßng
nhiÖt truyÒn tõ mÆt 1 lªn tÊm ch¾n råi tõ tÊm ch¾n lªn mÆt 2 (h×nh 2-6).
qC [ 4c41
)
100
T
()
100
T
( − ] q
'
1 CF = [ 424c
)
100
T
()
100
T
( − ] Fc
hoÆc: 4c41
)
100
T
()
100
T
( − = 424c
)
100
T
()
100
T
( −
Tõ ®©y ta cã:
42414
)
100
(
2
1
)
100
(
2
1
)
100
(
TTTc
+=
L−îng nhiÖt mµ mÆt 1 truyÒn cho mÆt 2, b»ng l−îng nhiÖt mµ mÆt 1 truyÒn cho
tÊm ch¾n råi tiÕp tôc truyÒn cho mÆt 2.
H×nh 2-6 : S¬ ®å bøc x¹ qua tÊm ch¾n.
(Xem trang sau)
Q1C2 = Cq [ 4c41
)
100
T
()
100
T
( − ] F1 , [W]
Thay gi¸ trÞ 4c
)
100
T
( vµo ta cã:
Q1C2 = Cq [ 4141
)
100
T
(
2
1
)
100
T
( − -
2
1 42
)
100
T
( ] F1 , [W]

48
hoÆc Q1C2 =
2
Cq
[ 4241
)
100
T
()
100
T
( − ] F1 [W] (2-103)
So s¸nh (2-103) víi (2-102) ta thÊy b»ng khi cã 1 tÊm ch¾n, trao ®æi nhiÖt gi÷a hai
mÆt gi¶m ®i 2 lÇn. NÕu cã n tÊm ch¾n ë gi÷a vµ nÕu ®é ®en cña tÊm ch¾n ε1 = ε2 = εc1 =
… = εcn th× l−îng nhiÖt trao ®æi sÏ gi¶m ®i (n + 1) lÇn:
Q12nC =
1n
1
+
Q12 (2-104)
NÕu ®é ®en cña tÊm ch¾n thay ®æi th×:
Q12nC =
12q
C1q
C
C
1n
1
+
Q12 (2-105)
Cq 1C - hÖ sè bøc x¹ khi cã mÆt tÊm ch¾n, [W/m2
.o
K4
]
Cq12 - hÖ sè bøc x¹ khi kh«ng cã tÊm ch¾n , [W/m2
.o
K4
]
Ng−êi ta tÝnh to¸n khi sö dông mét tÊm ch¾n m¹ nikel kh«ng bÞ oxy hãa ε = 0,11 ®Ó che
lç ë t−êng lß, tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh b»ng bøc x¹ gi¶m ®i 18 lÇn hoÆc
khi Cc = 0.3, C1 = C2 = 5.26 nÕu cã mét v¸ch ch¾n dßng nhiÖt bøc x¹ gi¶m 30 lÇn.
2.3.6 Bøc x¹ nhiÖt cña khÝ vµ h¬i.
C¸c ph©n tö khÝ cã cÊu t¹o tõ mét hoÆc hai nguyªn tö trong tÝnh to¸n nhiÖt kü
thuËt coi nã nh− vËt thÓ trong suèt ®èi víi tia nhiÖt. Ph©n tö khÝ cã cÊu t¹o tõ ba hay bèn
nguyªn tö trë lªn míi cã kh¶ n¨ng bøc x¹ vµ hÊp thô n¨ng l−îng d¹ng sãng. §¸ng chó ý
h¬n c¶ lµ CO2 vµ H2O th−êng cã trong khÝ th¶i. V× nã lµ s¶n phÈm chñ yÕu trong qu¸
tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu. Chóng kh¸c vËt thÓ x¸m ë chç chØ trong nh÷ng kho¶ng b−íc
sãng nhÊt ®Þnh chóng míi cã kh¶ n¨ng hÊp thô vµ bøc x¹ n¨ng l−îng vµ trong nh÷ng
kho¶ng ®ã ®é ®en cña khÝ kh¸c nhau. Ngoµi nh÷ng kho¶ng nµy khÝ trë nªn trong suèt vµ
n¨ng l−îng bøc x¹ sÏ b»ng kh«ng.
VÝ dô: §èi víi khÝ CO2
Vïng quang phæ 1 tõ λ1 = 2.36µk ®Õn λ2 = 3.02µk
Còng kh¸c víi vËt thÓ r¾n, khÝ bøc x¹ hay hÊp thô n¨ng l−îng kh«ng ph¶i trªn bÒ
mÆt mµ trªn toµn thÓ tÝch theo chiÒu dµy cña líp khÝ. NÕu t¨ng chiÒu dµy cña líp khÝ
lªn, th× bøc x¹ cña khÝ t¨ng lªn vµ ®é ®en cña nã còng t¨ng lªn. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ kh¶
n¨ng bøc x¹ vµ hÊp thô n¨ng l−îng cña khÝ phô thuéc vµo kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng
cña thÓ tÝch chøa khÝ ®ã (vá lß).
Theo nhiÒu t¸c gi¶ th× bøc x¹ cña chÊt khÝ tØ lÖ bËc (3- 3,5) so víi nhiÖt ®é tuyÖt
®èi. Nh− vËy ta kh«ng thÓ sö dông ®Þnh luËt Stefan - Boltzman ®èi víi khÝ ®−îc. Tuy
nhiªn vÉn sö dông ®Þnh luËt nµy cho bøc x¹ cña khÝ nh−ng kÌm theo trong ph−¬ng tr×nh
cã nh÷ng hÖ sè ®iÒu chØnh vµ b¶ng bæ sung.
H·y kh¶o s¸t bøc x¹ cña khÝ theo h×nh b¸n cÇu(h×nh 2-7). MËt ®é chïm tia bøc x¹
tíi tiÕt diÖn dF cµng lín nÕu b¸n kÝnh R cµng lín. ChiÒu dµi chïm tia hay chiÒu dµy líp
khÝ S ë mäi phÝa ®Òu b»ng nhau vµ S = R. Thùc tÕ trong c«ng nghiÖp lß ta hiÕm gÆp thÓ
tÝch khÝ cã h×nh d¹ng nh− vËy mµ h×nh thï kh¸c nhiÒu. Do ®ã chiÒu dµy S hay chiÒu dµi

49
cña chïm tia kh«ng ph¶i lu«n lu«n b»ng nhau. §Ó tÝnh to¸n ng−êi ta dïng chiÒu dµy
®−¬ng l−îng tøc lµ b¸n kÝnh ®−¬ng l−îng cña h×nh b¸n cÇu. ChiÒu dµy S ®−¬ng l−îng
x¸c ®Þnh b»ng:
F
V4
S = , [m]
V - thÓ tÝch chøa khÝ, m3
F - BÒ mÆt cña thÓ tÝch chøa khÝ ®ã, m2
H×nh 2-7 : Bøc x¹ khÝ theo h×nh b¸n cÇu.
(Xem trang sau)
Tuy nhiªn kh«ng ph¶i tÊt c¶ n¨ng l−îng bøc x¹ cña khÝ ®iÒu ®i tíi dF, mµ mét
phÇn n¨ng l−îng bÞ hÊp thô bëi ngay chÝnh thÓ tÝch khÝ ®ã. §é hÊp thô cµng lín nÕu ®é
®en cña khÝ cµng lín. Trong thùc tÕ tÝnh to¸n, c−êng ®é bøc x¹ gi¶m ®i (10 -15)% do
nguyªn nh©n trªn. V× vËy ta dïng hÖ sè bøc x¹ hiÖu qu¶ η = 0,9 - 0,85.
S = η
F
V4
, [m] (2-106)
ChiÒu dµy ®−¬ng l−îng cña mét sè thÓ tÝch cã h×nh d¹ng kh¸c nhau khi η =0,9 trong
b¶ng 2- 4.
B¶ng 2 - 4 H×nh d¹ng thÓ tÝch chøa khÝ
H×nh d¹ng thÓ tÝch chøa khÝ S
H×nh cÇu ®−êng kÝnh d 0,6 d
H×nh lËp ph−¬ng c¹nh a 0,6 a
H×nh trô dµi ®−êng kÝnh d 0,9 d
H×nh trô ng¾n d = h khi bøc x¹ lªn mÆt bªn 0,6 d
Líp khÝ dµy h gi÷a hai mÆt song song 1,8 h
C−êng ®é bøc x¹ cña khÝ phô thuéc vµo lo¹i khÝ, chiÒu dµy S, ¸p suÊt p vµ nhiÖt ®é t. §èi
víi chiÒu dµi sãng λ c−êng ®é bøc x¹ lµ hµm sè cña c¸c ®¹i l−îng S, p, t.
§èi víi hçn hîp khÝ nh− khÝ th¶i ch¼ng h¹n, c−êng ®é bøc x¹ vµ hÊp thô n¨ng
l−îng phô thuéc vµo hµm l−îng CO2 vµ H2O vµ ¸p suÊt riªng phÇn cña khÝ.
N¨ng l−îng do CO2 bøc x¹ ®i, thùc tÕ phô thuéc vµo T3, 5
vµ H2Oh¬i phô thuéc vµo
T3
. §Ó nguyªn sè mò nh− vËy sÏ cã nhiÒu khã kh¨n trong tÝnh to¸n, v× vËy ng−êi ta vÉn
coi nã phô thuéc vµo T4
nh−ng ®é ®en cña khÝ sÏ ®iÒu chØnh cho phï hîp. Do ®ã l−îng
nhiÖt bøc x¹ bëi khÝ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:
q = εk Co )
100
T
( 4
, [W/m2
] (2-107)
εk - ®é ®en cña khÝ phô thuéc vµo p, s vµ nhiÖt ®é cña khÝ CO2 vµ h¬i n−íc.
§èi víi hçn hîp khÝ nh− khãi lß th× ®é ®en cña hçn hîp khÝ x¸c ®Þnh:
OHCOk 22
βε+ε=ε - ∆ε (2-108)

50
OHCO 22
ε+ε - ®é ®en cña khÝ CO2 vµ H2O, x¸c ®Þnh theo p , s vµ nhiÖt
®é ë biÓu ®å h×nh (2-8 vµ 2-9).
β- hÖ sè hiÖu chØnh, kÓ ®Õn sù kh«ng ®ång nhÊt vÒ ¶nh h−ën cña chiÒu dµy S
vµ ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i n−íc (t×m trong biÓu ®å 2-10).
∆ε - HÖ sè hiÖu chØnh khi bøc x¹ ®ång thêi CO2 vµ H2Oh¬i (tra trong biÓu ®å.).
Trong tÝnh to¸n kü thuËt cã thÓ bá qua v× gi¸ trÞ rÊt nhá.
H×nh 2.8+2.9+2.10 (Xem trang sau)
H×nh 2-10 - BiÓu ®å x¸c ®Þnh hÖ sè hiÖu chØnh β
§èi víi ngän löa th× ®é ®en cña nã x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
ε1 = εk + εmh - ∆ε (1-109)
εk - ®é ®en hçn hîp khÝ.
εmh - ®é ®en cña c¸c h¹t må hãng n»m trong ngän löa nã phô thuéc vµo tÝnh chÊt
nhiªn liÖu, ph−¬ng ph¸p vµ ®iÒu kiÖn ch¸y.
NÕu kÓ ®Õn n¨ng l−îng ph¶n x¹ tõ t−êng, th× c−êng ®é dßng nhiÖt bøc x¹ cña khÝ
tíi t−êng ta dïng c«ng thøc V.N. Timofeev:
q = 5,67 εk
6,3
K
t4k
)
T
T
1()
100
T
( − , [W/m2
] (2-110)
TK, Tk - nhiÖt ®é cña khÝ vµo t−êng , o
K.
6,3
)1(
K
t
T
T
− lµ ®¹i l−îng kÓ tíi sù bøc x¹ mg−îc l¹i cña t−êng.
Cã thÓ dïng c«ng thøc cña G.L. Poliak ®Ó tÝnh gißng nhiÖt bøc x¹ tõ khÝ tíi t−êng
hoÆc ng−îc l¹i tõ t−êng tíi khÝ nÕu Tt >Tk.
Q = ])
100
T
()
100
T
([
1
11
7,5 4t4K
t
k
k
k
t
kt
−
ε
ε
−
ε
+
ε
.F , [W]
εt - ®é ®en cña t−êng lß.
εk
k ®é ®en cña khÝ ë nhiÖt ®é khÝ.
εt
k - ®é ®en cña khÝ ë nhiÖt ®é t−¬ng øng víi t−êng lß.
§Ó ®¬n gi¶n tÝnh to¸n cã thÓ coi εt
k = ε k
k khi sai sè kh«ng qu¸ 5% th×:
Q = ])
100
T
()
100
T
[(
1
11
7,5 4t4K
kt
−
−
ε
+
ε
.F , [W] (2-111)
2.4 Trao ®æi nhiÖt trong lß löa.
2.4.1. Trao ®æi nhiÖt.
Nguån nhiÖt chñ yÕu cña c¸c lß nung vËt liÖu lµ ®èt ch¸y nhiªn liÖu ë nhiÖt ®é
cao. T¹i ®©y ngän löa, vá lß vµ vËt liÖu trao ®æi nhiÖt cho nhau (h×nh 2-11). Thùc tÕ nhiÖt

Giáo trình thiết bị nhiệt

Giáo trình thiết bị nhiệt

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (18)

Similar to Giáo trình thiết bị nhiệt

Similar to Giáo trình thiết bị nhiệt (20)

Giáo trình thiết bị nhiệt