Đề thi cuối học kỳ 2 môn Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt

Ñaïi Hoïc Quoác Gia Tp. HCM

TRÖÔØNG ÑH BAÙCH KHOA - Khoa CÔ KHÍ

Bm Coâng Ngheä Nhieät Laïnh

ÑEÀ THI CUOÁI HOÏC KYØ II – NAÊM HOÏC 2010-2011

Moân Thi : Truyeàn Nhieät vaø TB Trao Ñoåi Nhieät

Thôøi gian :90 phuùt

Ngaøy thi : 01.07.2011

GV ra ñeà

-----    -----

Ghi chuù: SV ñöôïc söû duïng taøi lieäu

ThS. Võ Kiến Quốc

Bài 1: (4,5đ)

Một đường ống dẫn nước nóng làm bằng thép có đường kính trong là d₁=100mm, đường kính ngoài

là d₂=110mm, hệ số dẫn nhiệt của ống là ₁ 46W /(mK) . Nước chảy trong ống có nhiệt độ trung bình

là t_f1=80⁰C, vận tốc nước là   1,5m/ s . Bên ngoài ống có bọc một lớp cách nhiệt có chiều dày là

₂ 25mm . Nhiệt độ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt là t_w3 45⁰C . Nhiệt độ không khí xung quanh là

t_f2=35⁰C. Ống đặt nằm ngang trong nhà xưởng, biết chiều dài ống là L=200m. Bỏ qua ảnh hưởng

của phương hướng dòng nhiệt. Hãy xác định

a. Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước chảy trong ống

b. Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của không khí bên ngoài ống

c. Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt

d. Hệ số truyền nhiệt k_L

e. Độ chênh nhiệt độ nước vào và ra khỏi ống

Bài 2: (3đ)

Một vách phẳng được làm bằng 2 tấm kim loại đặt song song có diện tích là F=12m². Nhiệt độ và

độ đen của tấm thứ nhất là t₁=127⁰C và ₁=0,8. Nhiệt độ của tấm thứ hai là t₂=57⁰C, nhiệt lượng

trao đổi bằng bức xạ giữa 2 tấm là 2,61kW. Hãy xác định

a. Độ đen của tấm thứ hai

₂

4

b. Nếu giữa 2 tấm có đặt 2 màng chắn có cùng độ đen _c , hãy xác định nhiệt lượng trao đổi

bằng bức xạ giữa 2 tấm kim loại và nhiệt độ của 2 màng chắn

Bài 3: (2,5đ)

Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống lưu động ngược chiều có các thông số như sau:

- Lưu chất nóng chuyển động bên trong ống có lưu lượng là G₁=120kg/phút, nhiệt dung riêng

C_p1=3kJ/(kgK), nhiệt độ vào là t₁^, 95^oC

- Lưu chất lạnh là nước chuyển động bên trong không gian hình vành khăn giữa 2 ống có lưu

lượng là G₂=180kg/phút, nhiệt độ vào là t₂^, 35⁰C

- Hiệu suất của thiết bị là   75%

- Hệ số truyền nhiệt của thiết bị là k=1600W/(m²K)

Hãy xác định:

a. Diện tích truyền nhiệt của thiết bị theo 2 phương pháp   NTU và LMTD

b. Để tăng hiệu suất của thiết bị lên thì cần có những thay đổi nào?

Đáp án

Bài 1

a. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu veà phía nöôùc

• Nhieät ñoä tính toaùn ^t_{f 1} 80^oC





  0,674W (m.K)

  0,365.10^6m²s





Pr  2,21

f



  971,8kg m³



c_p 4,195kJ (kg.K)



• Tieâu chuaån Reynolds

 



1,5 0,1

0,365.10^6

Re 



 410958,9

• Tieâu chuaån Nusselt

Nu  0,021 Re^0,8 Pr_f^0,43__R 914,84

• Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu





0,674

0,1

_n Nu   914,84 

 6166W (m².K)

b. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu veà khoâng khí

t_{f 2} t_w3

• Nhieät ñoä tính toaùn ^t_m

 40^oC

2

  0,0276W (m.K)





  16,69.10^6m²s





Pr_f 0,699



• Tieâu chuaån Grashof

g.t. ³

Gr 

 4608631

 ²

• Tieâu chuaån Ra

Ra  Gr.Pr  3221433

• Tieâu chuaån Nu

Nu  C.Raⁿ 0,54.3221433^0,25 22,877

• Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu





0,0276

0,16

_kk Nu   22,877 

 3,946W (m².K)

c. Chieàu daøy lôùp caùch nhieät



q_l _kk.d_ng.. t_w3 t_{f 2}



 3,946.3,14159.0,16.10  19,836W /m



1



t_{f 1} t_w3



2



t_w1 t_w2



2



t_w2 t_w3



2



t_w1 t_w3



q_l _n.d_tr.. t_{f 1} t_w1







1

d₂

1

d₃

1

d₂

1

d₃

1

d₂

1

d₃

ln

₁d₁

ln

₂d₂

ln



ln



ln



ln

₁d₁₂d₂_n.d₁2₁d₁2₂d₂

₂ 0,0338W /mK

d. Hệ số truyền nhiệt k_L

q_L

19,836

k_L



 0,14W /m²K

.t 3,14159.45

e. Độ chênh nhiệt độ nước vào và ra

Q

19,836.200.10^3

t 



 0,0826⁰C

.0,1²

G.C_p

1,5.

.971,8.4,195

4

Bài 2

a. Độ đen tấm kim loại thứ 2

⁴











⁴

T

T₂



1

Q   .C .F.



 2610W    0,279



 

12

0

12

100

















 ₂ 0,3

b. Nhiệt lượng trao đổi giữa 2 vách

1

₁₂



 0,0182

1

4

1

4

1



 3



 3

₁_c₂

0,8 0,075 0,3

Q=170,24W

Nhiệt độ màng chắn thứ nhất



⁴

T



c1

100





⁴





1

Q   .C .F.



 170,24W

 





1c1

0

100















_1c1 0,0736

 t_c1 113⁰C

Nhiệt độ màng chắn thứ hai



⁴

T

T₂



⁴







c2

Q  _c22.C .F.



 170,24W

 





0

100

















_c22 0,06383

 t_c2 81,4⁰C

Bài 3:

a. Diện tích truyền nhiệt

Phương pháp   NTU

C₁ G₁.C_p1 6kW / K  C_min

C₂ G₂.C_p2 12,54kW / K  C_max

Q_max C_min



t₁^, t₂^,



 360kW

 Q  .Q_max 270kW

C_min

C 

 0,47847

C_max

1

 1

k.F







NTU 

ln

 1,80584 

 F  6,77m²



C 1 .C 1

C_min





Phương pháp LMTD

Q  G₁.C_p1

 t₁^,, 50⁰C



t₁^, t₁^,,



 G₂.C_p2



t₂^,, t₂^,



 270kW

 t₂^,, 56,53⁰C

t_max 95  56,53  38,47⁰C

t_min 50  35  15⁰C

t  24,92⁰C

Q  k.F.t  270kW  F  6,77m²

b. Phương pháp tăng hiệu suất

- Tăng diện tích của thiết bị bằng cách tăng chiều dài của thiết bị

- Tăng hệ số truyền nhiệt của thiết bị