Truyền nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hệ thống khí nén và thiết bị công nghiệp. Có ba phương thức chính: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Hiểu rõ cơ chế truyền nhiệt giúp tối ưu hiệu suất, tiết kiệm năng lượng và cải thiện độ bền thiết bị.
Trong bài viết này chúng ta sẽ nói về việc truyền nhiệt, phần tiếp theo của giới thiệu về nhiệt động lực học.
Bất kì sự khác biệt nhiệt độ nào trong một vật thể hoặc giữa các vật thể, các hệ thống khác nhau đều dẫn đến sự truyền nhiệt cho đến khi cân bằng nhiệt độ. Sự truyền nhiệt có thể diễn ra theo 3 cách sau:
Trong thực tế, một hệ có thể bao gồm nhiều hình thức trao đổi nhiệt khác nhau
Dẫn nhiệt là sự trao đổi nhiệt trực tiếp giữa các hạt phân tử. Trao đổi nhiệt diễn ra từ vùng có mức năng lượng cao hơn (nhiệt độ cao hơn) xuống vùng có mức năng lượng thấp hơn (nhiệt độ thấp hơn). Trong đó:
Đối lưu nhiệt là là quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện nhờ sự chuyển động của chất lỏng hay chất khí giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau hoặc sự truyền nhiệt từ một hệ rắn sang một hệ lỏng (hoặc khí) và ngược lại. Người ta phân biệt giữa đối lưu tự nhiên (dòng vật chất chuyển động nhờ nội năng trong chất lỏng, khí) và đối lưu cưỡng bức. Đối lưu cưỡng bức tạo ra sự truyền nhiệt cao hơn đáng kể . Nó được tính theo công thức sau, trong đó:
Bức xạ nhiệt là sự trao đổi nhiệt thông qua sóng điện từ.Bức xạ nhiệt có thể truyền qua mọi loại vật chất cũng như qua chân không. Tất cả các vật thể có nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối (0 Kelvin) đều bức xạ nhiệt. Trong bức xạ nhiệt, dòng nhiệt không chỉ truyền từ nơi nóng sang nơi lạnh mà còn theo chiều ngược lại. Trong thực tế nhiệt được truyền đồng thời thông qua dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt. Nó được tính theo công thức sau, trong đó:
Sự truyền nhiệt trong một bộ trao đổi nhiệt tại mỗi nhiệt dộ là một hàm sô logarit giữa sự chênh lệch nhiệt độ và tổng hệ số truyền nhiệt. Thay vì sử dụng hệ tuyến tính ∆T.
Truyền nhiệt và thu hồi nhiệt đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất, ô tô và năng lượng. Trong khi truyền nhiệt liên quan đến việc di chuyển nhiệt từ nơi này đến nơi khác, thu hồi nhiệt tập trung vào việc tận dụng và tái sử dụng nhiệt thải.
Trong ngành sản xuất, truyền nhiệt hiệu quả rất quan trọng đối với các quy trình như rèn kim loại, ép nhựa và sản xuất hóa chất. Quản lý nhiệt tốt giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm tiêu hao năng lượng. Hệ thống thu hồi nhiệt có thể tận dụng nhiệt thải từ các quy trình này để sưởi ấm không gian hoặc làm nóng nguyên liệu đầu vào, tối ưu hóa chi phí vận hành.
Trong ngành ô tô, truyền nhiệt đóng vai trò then chốt trong làm mát động cơ, kiểm soát nhiệt độ trong khoang lái và quản lý pin xe điện. Hệ thống nhiệt hiệu quả giúp tăng hiệu suất và tuổi thọ của phương tiện bằng cách tản nhiệt khỏi các bộ phận quan trọng. Đồng thời, hệ thống thu hồi nhiệt có thể tận dụng nhiệt từ động cơ và khí thải để cải thiện hiệu suất nhiên liệu hoặc cung cấp năng lượng cho các hệ thống khác trên xe.
Trong lĩnh vực năng lượng, truyền nhiệt là yếu tố cốt lõi của quá trình sản xuất điện từ nhiên liệu hóa thạch đến năng lượng tái tạo như mặt trời và gió. Các hệ thống trao đổi nhiệt hiệu quả giúp tối đa hóa sản lượng điện và giảm lãng phí năng lượng. Trong khi đó, công nghệ thu hồi nhiệt giúp tận dụng nhiệt thải từ quá trình sản xuất điện để phục vụ hệ thống sưởi khu vực hoặc phát điện bổ sung thông qua hệ thống nhiệt điện kết hợp (CHP).
Trong quá trình nén, áp suất và nhiệt độ không khí tăng lên do công nén tác động lên khí. Nếu không được kiểm soát, lượng nhiệt này có thể làm giảm hiệu suất hệ thống và gây hư hại cho thiết bị.
Nhiệt độ quá cao trong hệ thống khí nén có thể gây hư hại thiết bị, giảm hiệu suất và dẫn đến ngưng tụ hơi ẩm. Do đó, làm mát khí nén là giải pháp quan trọng giúp duy trì hoạt động ổn định và bền vững.
Nhiệt sinh ra từ hệ thống khí nén có thể được sử dụng cho các thiết bị phụ trợ như máy sấy khí hoặc bồn sấy, giúp nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống.
Hệ thống thu hồi nhiệt giúp tận dụng nhiệt thải từ quá trình nén khí, giảm tiêu hao năng lượng và chi phí vận hành, đồng thời thúc đẩy phát triển bền vững bằng cách hạn chế lãng phí năng lượng.
Lợi Ích của Thu Hồi Nhiệt:
Giảm tiêu thụ năng lượng: Tận dụng nhiệt thải giúp giảm nhu cầu sưởi ấm từ nguồn năng lượng bên ngoài.
Tiết kiệm chi phí vận hành: Năng lượng được sử dụng hiệu quả hơn, giúp doanh nghiệp cắt giảm chi phí.
Trong video này, chúng ta sẽ khám phá cách thu hồi nhiệt từ máy nén khí. Bạn có biết rằng phần lớn năng lượng điện tiêu thụ bởi máy nén khí biến thành nhiệt và bị lãng phí?
Với hệ thống thu hồi năng lượng, lượng nhiệt dư có thể được tận dụng để sưởi ấm, làm khô hoặc tạo nước nóng phục vụ sinh hoạt, cũng như các quy trình công nghiệp như rửa chai và ủ sô cô la.
Thermal conductivity is a measure of a material's ability to conduct heat. The formula is:
where:
The formula for convective heat transfer is:
where:
The negative sign indicates that heat transfer occurs from higher to lower temperature.
The formula for convective heat transfer is:
where:
Heat transfer and heat recovery are crucial in various industries, including manufacturing, automotive, and energy. While heat transfer involves the movement of heat from one place to another, heat recovery focuses on capturing and reusing waste heat.
In manufacturing, efficient heat transfer is essential for metal forging, plastic molding, and chemical production. Proper thermal management ensures product quality and reduces energy consumption. On the other hand, heat recovery systems capture waste heat from these processes and reuse it elsewhere in the facility, such as preheating raw materials or heating spaces.
In the automotive industry, heat transfer is critical for engine cooling, climate control, and electric vehicle battery management. Effective thermal systems enhance vehicle performance and longevity by efficiently moving heat away from critical components. Meanwhile, heat recovery systems can capture the heat generated by engines and exhaust systems to improve fuel efficiency or power additional vehicle systems.
In the energy sector, heat transfer is key to power generation, whether through traditional fossil fuels or renewable sources like solar and wind. Efficient heat exchange systems maximize energy output and minimize waste. Heat recovery, on the other hand, involves capturing waste heat from power generation processes and using it for other purposes, such as district heating or additional power generation through combined heat and power (CHP) systems.
During the compression process, air pressure and temperature increase due to work done on the air. This heat must be managed to maintain system efficiency and prevent damage.
Uncontrolled heat in compressed air systems can lead to equipment damage, reduced efficiency, and moisture condensation. Cooling the compressed air is crucial to prevent these issues.
Heat generated in compressed air systems can be utilized in ancillary equipment such as dryers and drying tanks, enhancing overall system efficiency.
Heat recovery involves capturing and reusing waste heat generated during compression. This process reduces energy consumption, lowers operating costs, and promotes sustainability by minimizing wasted energy.
Benefits of Heat Recovery:
Reduced Energy Consumption: Utilizing waste heat reduces reliance on external heating sources.
Lower Operating Costs: Energy savings translate to lower operational expenses.
In this video, we explore compressor heat recovery. Did you know a significant portion of the electrical energy consumed by compressors turns into heat is often wasted?
With energy recovery systems, we can repurpose this excess heat for heating, drying, or generating hot water for tasks like showering and industrial processes like bottle cleaning and chocolate tempering.
Sự truyền nhiệt trong một bộ trao đổi nhiệt tại mỗi nhiệt dộ là một hàm sô logarit giữa sự chênh lệch nhiệt độ và tổng hệ số truyền nhiệt. Thay vì sử dụng hệ tuyến tính ∆T.
Want to know more about energy recovery for your business? Understanding the different types of heat transfer is crucial for various industrial applications, including compressed air systems. By managing and utilizing heat effectively, industries can improve efficiency and reduce costs. Learn more in our ebook.
For more information on heat recovery and other energy-efficient solutions, visit our heat recovery page.
The three types of heat transfer are conduction, convection, and radiation. Conduction is the transfer of heat through direct contact between materials, as seen when a metal rod heats up along its length.
Heat flow from hot to cold is driven by the second law of thermodynamics, which states that entropy, or disorder, tends to increase in an isolated system.
Heat is transferred by conduction through direct contact between molecules in a solid material.
Heat is transferred by convection through the movement of fluids, distributing heat evenly.
Heat is transferred by radiation through electromagnetic waves, without the need for a medium.
An example of conduction is a metal spoon getting hot from its handle to its tip when placed in a hot liquid.
An example of convection is the circulation of warm air in a heated room.
Examples of radiation include the warmth from a fireplace and the heat from the sun.
Boiling water involves convection, where heat causes the water to circulate and transfer heat.
Radiation can occur through empty space, as it does not require a medium.
The sun transfers heat to Earth through radiation.
Dryers typically use convection to transfer heat and dry materials.
A microwave uses radiation to transfer heat and cook food.
When marshmallows are roasted, heat transfer through radiation causes a chemical change. The sugar undergoes caramelization and Maillard reactions, producing water molecules that evaporate and leave carbon behind, resulting in a blackened, crispy exterior. This combination of chemical reactions gives roasted marshmallows their distinctive flavor and texture.
22 tháng tư, 2022
Để hiểu rõ nguyên lý của khí nén, một vài giới thiệu cơ bản về hiện tượng vật lý sẽ giúp ích rất nhiều. Tìm hiểu xem về nhiệt động lực học và vì sao nó rất quan trọng trong việc hiểu cách thức hoạt động của máy nén khí.
18 tháng hai, 2022
Để hiểu hoạt động của khí nén, một bài giới thiệu cơ bản về vật lý có thể đi một chặng đường dài. Tìm hiểu thêm về nhiệt động lực học và tầm quan trọng của chúng trong việc tìm hiểu cách thức hoạt động của máy nén khí.
4 tháng tám, 2022
Để hiểu hoạt động của khí nén, một giới thiệu cơ bản về vật lý có thể đi một chặng đường dài. Tìm hiểu thêm về nhiệt động lực học và tầm quan trọng của chúng quan trọng trong việc tìm hiểu cách thức hoạt động của máy nén khí.
