Kỹ thuật nhiệt
Kỹ thuật nhiệt là một chuyên ngành phụ của kỹ thuật cơ khí liên quan đến sự chuyển động và truyền năng lượng nhiệt. Năng lượng có thể được truyền giữa hai môi trường hoặc chuyển thành các dạng năng lượng khác.
Các khía cạnh của kỹ thuật nhiệt
Kỹ thuật nhiệt liên quan đến nhiệt động lực học, cơ học chất lỏng, truyền nhiệt và truyền khối. Kiến thức này rất quan trọng khi vận hành hầu hết mọi loại máy. Hệ thống trải nghiệm sự tích tụ nhiệt từ các yếu tố cơ học và mạch điện. Nhiệt này, nếu không được chuyển hướng, có thể làm hỏng hệ thống. Các kỹ sư nhiệt làm việc để thiết kế bao gồm quạt hoặc chất tuần hoàn chất lỏng để điều chỉnh nhiệt độ bên trong thiết bị. Máy tính và pin xe hơi là hai ví dụ về nguyên tắc này đang hoạt động.
Nhiệt động học
Nhiệt động lực học là khoa học về năng lượng, bao gồm sản xuất, lưu trữ, truyền và chuyển đổi. Nhiệt động lực học, một nhánh của cả vật lý và khoa học kỹ thuật, giải thích tác động của công, nhiệt và năng lượng lên một hệ thống. Để hiểu nhiệt động lực học, điều quan trọng là phải hiểu định luật khoa học về bảo toàn năng lượng, định luật này khẳng định rằng năng lượng không được tạo ra cũng như không bị phá hủy mà chỉ có thể thay đổi hình thức của nó. Năng lượng thực hiện điều này trong nhiệt động lực học thông qua sự truyền nhiệt.
Cơ học chất lỏng
Cơ học chất lỏng liên quan đến chất lỏng, chất khí và plasma, bao gồm cách chúng hoạt động và cách chúng phản ứng với các lực tác dụng lên chúng. Danh mục này có thể được chia thành tĩnh học chất lỏng và động lực học chất lỏng. Thống kê chất lỏng là khi chất lỏng đứng yên trong khi động lực học chất lỏng xử lý dòng chất lỏng. Động lực học chất lỏng là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng và được bao gồm trong hầu hết các quy trình công nghiệp, đặc biệt là những quy trình liên quan đến truyền nhiệt.
Truyền nhiệt và truyền khối
Các kỹ sư nhiệt nghiên cứu về quá trình truyền nhiệt, liên quan đến việc tạo ra, sử dụng, chuyển đổi và trao đổi nhiệt giữa các hệ thống. Truyền nhiệt được chia thành nhiều cơ chế, bao gồm:
Dẫn nhiệt: Còn được gọi là khuếch tán, dẫn nhiệt là sự trao đổi trực tiếp động năng của các hạt giữa hai hệ thống khi một hệ thống ở nhiệt độ khác với nhiệt độ khác hoặc môi trường xung quanh.
Đối lưu nhiệt: Đối lưu nhiệt liên quan đến việc truyền khối lượng từ khu vực này sang khu vực khác. Nó xảy ra khi phần lớn chất lỏng truyền nhiệt khi vật chất bên trong chất lỏng di chuyển.
Bức xạ nhiệt: Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt bằng bức xạ điện từ mà không cần có sự hiện diện của vật chất giữa các hệ. Ánh nắng mặt trời là một ví dụ điển hình về bức xạ.
Kỹ thuật nhiệt hoạt động như thế nào?
Nhiều nhà máy chế biến sử dụng máy tận dụng truyền nhiệt. Kỹ sư nhiệt chịu trách nhiệm đảm bảo lượng năng lượng phù hợp được truyền cho hoạt động của máy. Quá nhiều năng lượng và các thành phần có thể quá nóng và hỏng hóc. Quá ít năng lượng và toàn bộ máy có thể ngừng hoạt động.
Một số hệ thống sử dụng truyền nhiệt và có thể yêu cầu kỹ sư nhiệt bao gồm:
động cơ đốt trong
hệ thống khí nén
Hệ thống làm mát, bao gồm cả chip máy tính
trao đổi nhiệt
HVAC
Lò sưởi đốt theo quy trình
Hệ thống điện lạnh
sưởi ấm năng lượng mặt trời
Vật liệu cách nhiệt
nhà máy nhiệt điện
Kỹ sư nhiệt làm gì?
Các kỹ sư nhiệt sử dụng nền tảng của họ về nhiệt động lực học để tạo, bảo trì hoặc sửa chữa các hệ thống cơ khí. Các hệ thống thường liên quan đến một quá trình chuyển năng lượng nhiệt vào hoặc ra khỏi các dạng năng lượng khác. Nhiệt thường được truyền qua chất lỏng, chẳng hạn như chất lỏng hoặc chất khí, do đó, kiến thức vững chắc về động lực học chất lỏng là rất quan trọng.&
Chúng cũng hoạt động trên các hệ thống có quy mô khác nhau, từ cực lớn, chẳng hạn như động cơ máy bay hoặc lò sưởi công nghiệp, đến rất nhỏ, chẳng hạn như trong thiết bị điện tử. Đôi khi các kỹ sư nhiệt làm việc trên các dự án lý thuyết hơn là thực sự xây dựng hoặc sửa chữa các hệ thống đã hoàn thiện. Các hoạt động và trách nhiệm có thể bao gồm:
Kỹ thuật nhiệt là một chuyên ngành phụ của kỹ thuật cơ khí liên quan đến sự chuyển động và truyền năng lượng nhiệt. Năng lượng có thể được truyền giữa hai môi trường hoặc chuyển thành các dạng năng lượng khác.
Các khía cạnh của kỹ thuật nhiệt
Kỹ thuật nhiệt liên quan đến nhiệt động lực học, cơ học chất lỏng, truyền nhiệt và truyền khối. Kiến thức này rất quan trọng khi vận hành hầu hết mọi loại máy. Hệ thống trải nghiệm sự tích tụ nhiệt từ các yếu tố cơ học và mạch điện. Nhiệt này, nếu không được chuyển hướng, có thể làm hỏng hệ thống. Các kỹ sư nhiệt làm việc để thiết kế bao gồm quạt hoặc chất tuần hoàn chất lỏng để điều chỉnh nhiệt độ bên trong thiết bị. Máy tính và pin xe hơi là hai ví dụ về nguyên tắc này đang hoạt động.
Nhiệt động học
Nhiệt động lực học là khoa học về năng lượng, bao gồm sản xuất, lưu trữ, truyền và chuyển đổi. Nhiệt động lực học, một nhánh của cả vật lý và khoa học kỹ thuật, giải thích tác động của công, nhiệt và năng lượng lên một hệ thống. Để hiểu nhiệt động lực học, điều quan trọng là phải hiểu định luật khoa học về bảo toàn năng lượng, định luật này khẳng định rằng năng lượng không được tạo ra cũng như không bị phá hủy mà chỉ có thể thay đổi hình thức của nó. Năng lượng thực hiện điều này trong nhiệt động lực học thông qua sự truyền nhiệt.
Cơ học chất lỏng
Cơ học chất lỏng liên quan đến chất lỏng, chất khí và plasma, bao gồm cách chúng hoạt động và cách chúng phản ứng với các lực tác dụng lên chúng. Danh mục này có thể được chia thành tĩnh học chất lỏng và động lực học chất lỏng. Thống kê chất lỏng là khi chất lỏng đứng yên trong khi động lực học chất lỏng xử lý dòng chất lỏng. Động lực học chất lỏng là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng và được bao gồm trong hầu hết các quy trình công nghiệp, đặc biệt là những quy trình liên quan đến truyền nhiệt.
Truyền nhiệt và truyền khối
Các kỹ sư nhiệt nghiên cứu về quá trình truyền nhiệt, liên quan đến việc tạo ra, sử dụng, chuyển đổi và trao đổi nhiệt giữa các hệ thống. Truyền nhiệt được chia thành nhiều cơ chế, bao gồm:
Dẫn nhiệt: Còn được gọi là khuếch tán, dẫn nhiệt là sự trao đổi trực tiếp động năng của các hạt giữa hai hệ thống khi một hệ thống ở nhiệt độ khác với nhiệt độ khác hoặc môi trường xung quanh.
Đối lưu nhiệt: Đối lưu nhiệt liên quan đến việc truyền khối lượng từ khu vực này sang khu vực khác. Nó xảy ra khi phần lớn chất lỏng truyền nhiệt khi vật chất bên trong chất lỏng di chuyển.
Bức xạ nhiệt: Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt bằng bức xạ điện từ mà không cần có sự hiện diện của vật chất giữa các hệ. Ánh nắng mặt trời là một ví dụ điển hình về bức xạ.
Kỹ thuật nhiệt hoạt động như thế nào?
Nhiều nhà máy chế biến sử dụng máy tận dụng truyền nhiệt. Kỹ sư nhiệt chịu trách nhiệm đảm bảo lượng năng lượng phù hợp được truyền cho hoạt động của máy. Quá nhiều năng lượng và các thành phần có thể quá nóng và hỏng hóc. Quá ít năng lượng và toàn bộ máy có thể ngừng hoạt động.
Một số hệ thống sử dụng truyền nhiệt và có thể yêu cầu kỹ sư nhiệt bao gồm:
động cơ đốt trong
hệ thống khí nén
Hệ thống làm mát, bao gồm cả chip máy tính
trao đổi nhiệt
HVAC
Lò sưởi đốt theo quy trình
Hệ thống điện lạnh
sưởi ấm năng lượng mặt trời
Vật liệu cách nhiệt
nhà máy nhiệt điện
Kỹ sư nhiệt làm gì?
Các kỹ sư nhiệt sử dụng nền tảng của họ về nhiệt động lực học để tạo, bảo trì hoặc sửa chữa các hệ thống cơ khí. Các hệ thống thường liên quan đến một quá trình chuyển năng lượng nhiệt vào hoặc ra khỏi các dạng năng lượng khác. Nhiệt thường được truyền qua chất lỏng, chẳng hạn như chất lỏng hoặc chất khí, do đó, kiến thức vững chắc về động lực học chất lỏng là rất quan trọng.&
Chúng cũng hoạt động trên các hệ thống có quy mô khác nhau, từ cực lớn, chẳng hạn như động cơ máy bay hoặc lò sưởi công nghiệp, đến rất nhỏ, chẳng hạn như trong thiết bị điện tử. Đôi khi các kỹ sư nhiệt làm việc trên các dự án lý thuyết hơn là thực sự xây dựng hoặc sửa chữa các hệ thống đã hoàn thiện. Các hoạt động và trách nhiệm có thể bao gồm:
Xem thêm
