Đề kiểm tra giữa học kỳ 1 môn Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt

Ñaïi Hoïc Quoác Gia Tp. HCM

TRÖÔØNG ÑH BAÙCH KHOA

Khoa CÔ KHÍ

ÑEÀ KIEÅM TRA GIÖÕA HOÏC KYØ I — 2007/2008

Moân Hoïc : Truyeàn Nhieät vaø TB Trao Ñoåi Nhieät

Thôøi gian : 50 phuùt

Ngaøy KT : 31.10.2007

Bm Coâng Ngheä Nhieät Laïnh

----- W

X -----

Ghi chuù: SV ñöôïc söû duïng taøi lieäu

Baøi 1 (5 ñieåm)

Thanh nhoâm coù tieát dieän khoâng ñoåi hình vuoâng caïnh a = 2 cm , chieàu daøi L = 25 cm

ñöôïc gaén vaøo vaùch coù nhieät ñoä t_g= 120^oC.

Bieát nhoâm coù heä soá daãn nhieät λ = 180 W (m.K), khoâng khí xung quanh coù nhieät ñoä

t_f= 40^oC, heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu α = 25 W (m².K)

Khi tính toaùn coù theå boû qua toûa nhieät ôû ñænh thanh.

1. Tính nhieät löôïng truyeàn qua thanh vaø nhieät ñoä giöõa thanh.

2. Thanh ñöôïc xem laø daøi voâ haïn neáu nhieät thöøa ôû ñænh θ_L≤ 1,5^oC

Haõy xaùc ñònh chieàu daøi toái thieåu ñeå coù theå xem laø thanh daøi voâ haïn.

Tính nhieät löôïng truyeàn qua thanh.

3. Khi thieát keá coù neân choïn thanh laøm vieäc ôû ñieàu kieän daøi voâ haïn khoâng?

Taïi sao?

Baøi 2 (5 ñieåm)

Moät oáng theùp ñöôøng kính d₁d₂= 100 114 mm , heä soá daãn nhieät λ_t= 46,5 W (m.K)

daãn hôi nöôùc baõo hoøa coù nhieät ñoä t_f1= 160^oC ñaët trong nhaø xöôûng coù nhieät ñoä t_f2= 30^oC

OÁng ñöôïc boïc caùch nhieät daøy δ_CN= 50 mm , heä soá daãn nhieät λ_CN= 0,055 W (m.K)

Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu veà phía khoâng khí α₂= 8 W (m².K).

Nhieät ñoä ño ñöôïc treân maët ngoaøi cuûa lôùp caùch nhieät laø 42^oC.

1. Tính nhieät löôïng toån thaát öùng vôùi moät meùt chieàu daøi oáng q_l[W/ m].

2. Xaùc ñònh nhieät ñoä tieáp xuùc giöõa vaùch theùp vaø lôùp caùch nhieät.

3. OÁng coù chieàu daøi L = 150 m , haõy tính löôïng nöôùc ngöng tuï ôû cuoái ñöôøng oáng.

Chuû nhieäm BM

GV ra ñeà

PGS. TS. Leâ Chí Hieäp

Nguyeãn Toaøn Phong

Page 1 of 3

31.10.2007

Baøi giaûi

Baøi 1 (5 ñieåm)

1. Tính nhieät löôïng, nhieät ñoä ñænh thanh.

• Thoâng soá m

α.U

m =

4 ⋅ α

λ.a

4 × 25

180 × 0,02

=

= 5,27

λ.f

m.L = 1,3176

• Tieát dieän daãn nhieät

f = a²= 0,02 × 0,02 = 4.10⁻⁴m²

• Nhieät löôïng truyeàn qua thanh

Q_c= m.λ.f.θ_o.th

(

mL

)

(1 ñieåm)

= 5,27×180 × 4.10⁻⁴×80 × 0,866 = 26,3 W

• Nhieät ñoä giöõa thanh

ch mL 2

(

)

1,225

2,001

θ_L= θ_o⋅

= 80 ×

= 49^oC → t_L= 89^oC

ch

(

mL

)

2. Chieàu cao toái thieåu thanh daøi voâ haïn

Nhieät löôïng truyeàn qua thanh

• Chieàu cao toái thieåu thanh daøi voâ haïn

θ_o

θ_x=

≤ 1,5^oC

ch

(

m.x

)

(1 ñieåm)

arch

(

θ_o1,5

)

→ x ≥

= 0,886 m = 88,6 cm

m

• Nhieät löôïng truyeàn qua thanh

Q_c= m.λ.f.θ_o= 5,27×180 × 4.10⁻⁴×80 = 30,36 W

3. Choïn ñieàu kieän laøm vieäc (1 ñieåm)

Page 2 of 3

31.10.2007

Baøi 2 (5 ñieåm)

1. Toån thaát nhieät treân 1m chieàu daøi oáng

q_l= α₂⋅ F_l⋅ t_w3− t_f2

(

)

(2 ñieåm)

= 8×

(

π × 0,214

)

×

(

42 − 30 = 64,54 W m

)

2. Nhieät ñoä tieáp xuùc

t_w2− t_w3

q_l=

1

d₃

d₂

⋅ ln

(2,5 ñieåm)

2π.λ_CN

q_l

2π.λ_CN

d₃

d₂

64,54

2π × 0,055

214

114

→ t_w2= t_w3+

⋅ ln

= 42 +

× ln

= 159,62^oC

3. Löôïng nöôùc ngöng tuï

• Aån nhieät hoùa hôi

r = 2082 kJ kg

• Toång toån thaát nhieät

Q = L × q_l= 150 × 64,54 = 9681 W

• Löôïng nöôùc ngöng

Q

r

9681

2082

G =

=

= 4,65.10⁻³kg s = 16,74 kg h

(0,5 ñieåm)

Page 3 of 3

31.10.2007

Ñaïi Hoïc Quoác Gia Tp. HCM

TRÖÔØNG ÑH BAÙCH KHOA

Khoa CÔ KHÍ

ÑEÀ KIEÅM TRA GIÖÕA HOÏC KYØ II — 2007/2008

Moân Hoïc : Truyeàn Nhieät vaø TB Trao Ñoåi Nhieät

Thôøi gian : 45 phuùt

Ngaøy KT : 25.03.2008

Bm Coâng Ngheä Nhieät Laïnh

----- W

X -----

Ghi chuù: SV ñöôïc söû duïng taøi lieäu

Baøi 1 (6 ñieåm)

Oáng daãn nöôùc coù ñöôøng kính trong 38 mm, chieàu daøy 2 mm baèng theùp coù heä soá daãn

nhieät λ_th= 45 W (m.K) ñöôïc ñaët trong moâi tröôøng khoâng khí coù nhieät ñoä 35^oC vôùi heä soá

trao ñoåi nhieät ñoái löu α_ng= 20 W (m².K)

Nöôùc noùng chaûy trong oáng coù nhieät ñoä trung bình 90^oC vôùi heä soá trao ñoåi nhieät ñoái

löu α_tr= 4000 W (m².K)

Haõy xaùc ñònh

1. Toång nhieät trôû truyeàn nhieät vaø toån thaát nhieät öùng vôùi 1 m chieàu daøi oáng.

2. Toån thaát nhieät seõ laø bao nhieâu neáu boû qua nhieät trôû daãn nhieät qua vaùch oáng.

Nhaän xeùt.

λ = 0,055 W (m.K)

3. Oáng ñöôïc boïc caùch nhieät baèng vaät lieäu coù heä soá daãn nhieät

CN

δ = 30 mm

daøy

; Giaû söû heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu treân beà maët khoâng thay ñoåi

CN

Xaùc ñònh phaàn traêm toån thaát nhieät giaûm so vôùi tröôøng hôïp khoâng boïc caùch nhieät.

Baøi 2 (4 ñieåm)

λ = 237 W (m.K)

Thanh truï coù ñöôøng kính 2,5 cm laøm baèng nhoâm coù heä soá daãn nhieät

ñaët trong moâi tröôøng khoâng khí coù nhieät ñoä 35^oC vôùi heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu treân beà maët

thanh α = 40 W (m².K). Moät ñaàu thanh gaén vaøo vaùch coù nhieät ñoä t_g= 100^oC .

Khi tính toaùn coù theå boû qua toûa nhieät ôû ñænh thanh.

1. Xaùc ñònh chieàu daøi neáu nhieät löôïng toûa ra treân thanh baèng 81% so vôùi tröôøng

hôïp thanh daøi voâ haïn.

2. Xaùc ñònh nhieät löôïng daãn qua thanh, nhieät ñoä giöõa thanh baèng bao nhieâu?

3. Taïi sao khi tính toûa nhieät qua thanh thöôøng boû qua toûa nhieät ôû ñænh? Vieäc naøy

aûnh höôûng ñeán keát quaû tính nhö theá naøo? Giaûi thích?

GV duyeät

GV ra ñeà

TS. Nguyeãn Vaên Tuyeân

Nguyeãn Toaøn Phong

Page 1 of 3

25.03.2008

Baøi giaûi

Baøi 1 (6 ñieåm)

1. Toån thaát nhieät öùng vôùi 1 m oáng

• Heä soá truyeàn nhieät vaø nhieät trôû

1

R_Σ

2π

k_l=

=

1

r₂

1

+

⋅ ln

+

r ⋅α_trλ_th

r

r₂⋅α_ng

1

2π

=

= 2,622 W (m.K)

1

42

1

+

⋅ ln

+

0,019× 4000 45

R_Σ= 0,3814 (m.K) W

38 0,021× 20

• Toån thaát nhieät öùng vôùi 1 m oáng

q_l= k_l⋅

(

t_f1− t_f2

)

= 2,622×

(

90 − 35 =144,21 W m

)

(2 ñieåm)

2. Boû qua nhieät trôû daãn nhieät

1

R_Σ

2π

k_l=

=

1

+

r ⋅α_trr₂⋅α_ng

1

2π

=

= 2,624 W (m.K)

1

+

0,019× 4000 0,021× 20

q_l= k_l⋅

(

t_f1− t_f2

)

= 2,624 ×

(

90 − 35

)

=144,34 W m

3. Löôïng nhieät giaûm khi boïc caùch nhieät

1

R_Σ

2π

k_l=

=

1

r₂

1

+

r₃

1

+

⋅ ln

+

r ⋅α_trλ_th

r

λ_CN

r₂r₃⋅α_ng

1

2π

=

1

42

1

102

1

+

⋅ ln

+

⋅ ln

+

0,019× 4000 45

= 0,367 W (m.K)

q'_l= k_l⋅ t_f1− t_f2= 0,367×

• Toån thaát nhieät giaûm

q_l− q'_l144,21− 20,17

38 0,055

42 0,051× 20

(

)

(

90 − 35 = 20,17 W m

)

=

= 86%

(2 ñieåm)

q_l

144,21

Page 2 of 3

25.03.2008

Baøi 2 (4 ñieåm)

1. Xaùc ñònh chieàu daøi thanh

• Thoâng soá thanh

α.U

4⋅α

λ.d

4× 40

237× 0,025

m =

=

= 5,196

λ.f

• Chieàu daøi thanh

Q = λ ⋅ f ⋅ m ⋅θ ⋅ th(m.L)

⎫

⎬

⎭

c

g

Q_c

Q_∞

→

= th(m.L) = 81%

Q_∞= λ ⋅ f ⋅ m ⋅θ_g

arth(0,81) 1,127

L =

=

= 0,217 m

(1,5 ñieåm)

m

5,196

2. Nhieät ñoä giöõa thanh

f = π.d²4 = 4,9087.10⁻⁴m²

Q_c= λ ⋅ f ⋅ m ⋅θ_g⋅ th(m.L)

= 237× 4,9.10⁻⁴× 5,2 × 65× 0,81 = 31,83 W

ch

(

mL 2

)

1,163

1,705

θ_L= θ_g⋅

= 65×

= 44,34^oC

(

mL

)

(2 ñieåm)

→ t_L= 79,34^oC

3. Giaûi thích

(0,5 ñieåm)

Page 3 of 3

25.03.2008

Ñaïi Hoïc Quoác Gia Tp. HCM

TRÖÔØNG ÑH BAÙCH KHOA

Khoa CÔ KHÍ

ÑEÀ KIEÅM TRA GIÖÕA HOÏC KYØ I — 2008/2009

Moân Hoïc : Truyeàn Nhieät

Thôøi gian : 45 phuùt

Ngaøy KT : 20.10.2008

Bm Coâng Ngheä Nhieät Laïnh

-----    -----

Ghi chuù: SV ñöôïc söû duïng taøi lieäu

Baøi 1 (5 ñieåm)

Caùnh tam giaùc baèng theùp coù heä soá daãn nhieät   52 W (m.K), chieàu cao H  35 mm ,

chieàu daøy chaân caùnh  10 mm ñöôïc gaén doïc theo chieàu daøi vaùch coù nhieät ñoä t_g 120^oC .

Vaùch coù kích thöôùc daøi roäng  800500 mm, khoâng khí xung quanh coù nhieät ñoä

t_f 35^oC, heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu   25 W (m².K)

1. Baèng phöông phaùp hieäu suaát haõy xaùc ñònh nhieät löôïng truyeàn qua moät caùnh.

2. Neáu caùc caùnh ñöôïc gaén leân vaùch vôùi böôùc S  25mm, haõy xaùc ñònh nhieät löôïng

truyeàn qua vaùch.

Baøi 2 (5 ñieåm)

Moät oáng theùp trong boä trao ñoåi nhieät coù ñöôøng kính 27 31mm, heä soá daãn nhieät

_t 46,5 W (m.K) . Nöôùc chaûy trong oáng coù nhieät ñoä trung bình t 130^oC, heä soá trao

f1

ñoåi nhieät ñoái löu _tr 6000 W (m².K). Khoùi löu ñoäng beân ngoaøi coù nhieät ñoä trung bình

t_f2 450^oC vaø heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu _ng125 W (m².K)

1. Tính nhieät löôïng trao ñoåi öùng vôùi moät meùt chieàu daøi oáng q_[W/ m].

2. Sau moät thôøi gian vaän haønh thì oáng bò baùm caùu neân naêng suaát trao ñoåi nhieät

giaûm chæ coøn 85% (so vôùi khi chöa baùm caùu phía nöôùc). Giaû thieát caùc thoâng

soá ñaõ cho giöõ khoâng ñoåi vaø boû qua aûnh höôûng cuûa beà daøy lôùp caùu tôùi nhieät trôû

phía nöôùc. Haõy xaùc ñònh chieàu daøy cuûa lôùp caùu neáu heä soá daãn nhieät cuûa caùu

laø _c 0,3 W (m.K)

Duyeät

GV ra ñeà

TS. Nguyeãn Vaên Tuyeân

Nguyeãn Toaøn Phong

Page 1 of 3

October 22, 2008

Baøi giaûi

Baøi 1 (5 ñieåm)

1. Nhieät löôïng truyeàn qua moät caùnh

 Hieäu suaát caùnh

1

2

1

2

f_p H  1035.10^61,75.10^4m²



^{1 2}





f_p

25





^{1 2}



H_c

 0,035^{3 2}

 0,343

3 2





521,75.10^4







 _c 96%

 Nhieät löôïng caùnh lyù töôûng

1 2

a 



5² 35²



 35,355mm

F_c 2aL  235,355800.10^6 0,05659 m²

Q_lt F_c_g 250,05659 120 35 120,208 W





 Nhieät löôïng truyeàn qua moät caùnh thöïc teá

Q_1c _cQ_lt

 0,96120,208 115,4 W

2. Nhieät löôïng truyeàn qua beà maët

500

25

Q_oc 

n 

 20 caùnh





S 



L _g



6









 25 2510 800 .10 85  25,5 W

Q" n Q_1c Q_oc 20 115,4  25,5  2818 W









Page 2 of 3

October 22, 2008

Baøi 2 (5 ñieåm)

1. Nhieät löôïng trao ñoåi treân 1m chieàu daøi oáng



k_

1

d₂

1



ln



d₁_tr2._t

d₁d₂_ng





11,8228 W



m.K



1

31

1



ln



0,0276000 246,5

27 0,031125

q_ k_

2. Tröôøng hôïp coù baùm caùu

 Heä soá truyeàn nhieät khi baùm caùu

k'_ 0,8511,8228 10,0494 W

 Nhieät trôû lôùp caùu



t_f2 t_f1



 3783,3W m



m.K



1

R_c







 0,014926



m.k W



k'_k_10,0494 11,8228

 Chieàu daøy caùu

1

d₁

d_c

c

R_c

ln

2._c

 d_c d₁e^{2. .R} 27exp

 20,30,014926



 26,25 mm

c

 _c 0,5

27  26,25



 0,3745 mm

Page 3 of 3

October 22, 2008