Đề thi cuối kỳ lần 1 môn thi Truyền nhiệt
TRÖÔØNG ÑH BAÙCH KHOA TP.HCM - Khoa CÔ KHÍ
BM COÂNG NGHEÄ NHIEÄT LAÏNH
ÑEÀ THI CUOÁI KYØ (LAÀN I)
Moân Thi : Truyeàn Nhieät
Thôøi gian : 90 phuùt
Ngaøy thi : 01/10/2007
----- W
X -----
Ghi chuù: SV ñöôïc söû duïng taøi lieäu
Baøi 1: (3 ñieåm)
Moät thanh hình truï coù ñöôøng kính d = 2,5.mm, chieàu daøi L = 12.cm , heä soá daãn nhieät
λ = 115 W /(m.K) . Moät ñaàu thanh ñöôïc gaén vaøo vaùch coù nhieät ñoä tg = 80o C .
Nhieät ñoä moâi tröôøng xung quanh tf = 30o C .
Heä soá toûa nhieät ñoái löu töø beà maët thanh ñeán moâi tröôøng xung quanh α = 32 W (m2 .K).
1. Xaùc ñònh nhieät ñoä ñænh thanh vaø giöõa thanh. (1,5 ñieåm)
2. Xaùc ñònh nhieät löôïng truyeàn qua thanh (W). (1,5 ñieåm)
Baøi 2: (3 ñieåm)
Nöôùc chaûy trong oáng thaúng coù ñöôøng kính d = 20.mm vôùi vaän toác ω =1,1 m s.
Nhieät ñoä nöôùc vaøo vaø ra töông öùng t'f = 55o C vaø t"f = 65o C.
Chieàu daøi cuûa oáng laø L = 3.m .
1. Xaùc ñònh heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu. (1,5 ñieåm)
2. Xaùc ñònh nhieät löôïng trao ñoåi vaø nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch. (1,5 ñieåm)
Cho bieát
(
Prf Prw ≈1,28.
)
Baøi 3: (2 ñieåm)
Hai vaùch phaúng ñaët song song
Vaùch I
Vaùch II
nhieät ñoä t1 = 150o C
nhieät ñoä t2 = 40o C
ñoä ñen ε1 = 0,4
ñoä ñen ε2 = 0,6
1. Xaùc ñònh maät ñoä doøng nhieät böùc xaï giöõa hai vaùch. (1 ñieåm)
2. Ñaët giöõa hai vaùch moät maøng chaén coù ñoä ñen ε = 0,05.
Xaùc ñònh laïi maät ñoä doøng nhieät böùc xaï vaø nhieät ñoä maøng chaén. (1 ñieåm)
Baøi 4: (2 ñieåm)
Thieát bò trao ñoåi nhieät löu ñoäng ngöôïc chieàu coù dieän tích truyeàn nhieät F =12.m2 ,
heä soá truyeàn nhieät kF = 2700 W (m2 .K) .
Löu chaát I
Löu chaát II
t'1 = 90o C
t'2 = 30o C
G1 = 4 kg s
cp1 = 4,18 kJ (kg.K)
cp2 = 3,1 kJ (kg.K)
G2 = 5,5 kg s
1. Xaùc ñònh nhieät löôïng trao ñoåi cuûa hai löu chaát. (1 ñieåm)
2. Xaùc ñònh nhieät ñoä ra cuûa hai löu chaát. (1 ñieåm)
Chuû nhieäm BM
GV ra ñeà
PGS. TS. Leâ Chí Hieäp
Nguyeãn Toaøn Phong
Page 1 of 5
01.10.2007
Baøi giaûi
Baøi 1: (3 ñieåm)
Moät thanh hình truï coù ñöôøng kính d = 2,5.mm, chieàu daøi L = 12.cm , heä soá daãn nhieät
λ = 115 W /(m.K). Moät ñaàu thanh ñöôïc gaén vaøo vaùch coù nhieät ñoä tg = 80o C .
Nhieät ñoä moâi tröôøng xung quanh tf = 30o C .
Heä soá toûa nhieät ñoái löu töø beà maët thanh ñeán moâi tröôøng xung quanh α = 32 W (m2 .K).
1. Xaùc ñònh nhieät ñoä ñænh thanh vaø giöõa thanh. (1,5 ñieåm)
2. Xaùc ñònh nhieät löôïng truyeàn qua thanh (W). (1,5 ñieåm)
Lôøi Giaûi
Söû duïng coâng thöùc thanh daøi höõu haïn, boû qua toûa nhieät ôû ñænh
Ñeå buø vaøo giaû thuyeát boû qua toûa nhieät ôû ñænh, ta taêng chieàu daøi thanh leân moät ñoaïn
• Chieàu cao caùnh tính toaùn
h'= h + f U = h +
= h + d 4 = 120 + 2,5 4 = 120,625.mm
• Thoâng soá m
α ⋅ U
π.d2 4
)
π.d
)
4 ⋅ α
d ⋅ λ
4 × 32
m =
=
=
= 21,1 m−1
λ ⋅ f
0,0025×115
m.h'= 21,1× 0,120625 = 2,5452
th m.h' = 0,98776
(
)
1. Xaùc ñònh nhieät ñoä ñænh thanh vaø giöõa thanh.
1
tL = tf + θ
g ch(m.h')
(0,75 ñieåm)
(0,75 ñieåm)
50
50
6,412
= 30 +
= 30 +
= 37,8o C
ch(2,5452)
m.h'
ch(
2
ch(m.h')
)
tL / 2 = tf + θg
ch(1,2726)
ch(2,5452)
1,925
6,412
= 30 + 50 ×
= 30 + 50 ×
= 45o C
2. Xaùc ñònh nhieät löôïng truyeàn qua thanh (W).
Q1c = λ ⋅ f ⋅ m ⋅ θg ⋅ th m.h'
)
= 115× 4,908.10−6 × 21,1× 50 × 0,98776
(1,5 ñieåm)
= 0,5883 W
Page 2 of 5
01.10.2007
Baøi 2: (3 ñieåm)
Nöôùc chaûy trong oáng thaúng coù ñöôøng kính d = 20.mm vôùi vaän toác ω =1,1 m s.
Nhieät ñoä nöôùc vaøo vaø ra töông öùng t'f = 55o C vaø t"f = 65o C.
Chieàu daøi cuûa oáng laø L = 3.m .
1. Xaùc ñònh heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu. (1,5 ñieåm)
2. Xaùc ñònh nhieät löôïng trao ñoåi vaø nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch. (1,5 ñieåm)
Cho bieát
(
Prf Prw ≈1,28.
)
Lôøi Giaûi
1. Xaùc ñònh heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu.
Tra baûng caùc tính chaát vaät lyù cuûa nöôùc ôû 60oC:
λ = 0,659 W (m.K)
⎧
⎪
f
cp = 4,179 kJ (k.K)
⎪
⎪
⎨
ν = 0,478.10−6 m2 s
f
⎪
⎪
Pr = 2,98
f
3
⎪
ρ = 983,2kg m
⎩
Tieâu chuaån Reynolds:
ω⋅ d
νf
1,1× 0,02
Ref =
=
= 4,6025.104
0,478.10−6
Tieâu chuaån Nusselt (Re > 104 ):
0,25
⎛
⎞
Prf
Prw
Nu = 0,021⋅ Re0f ,8⋅ Prf 0,43
⋅
⋅ εl ⋅ εR
⎜
⎜
⎟
⎟
⎝
⎠
= 0,021× 5375,21×1,599 ×1,0636 ×1×1
= 192
Heä soá toûa nhieät ñoái löu:
λ
0,659
0,02
α = Nu ⋅
= 192 ×
= 6327 W (m2 .K)
(1,5 ñieåm)
dtñ
2. Xaùc ñònh nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch
Nhieät löôïng trao ñoåi
Gn = ρ ⋅ f ⋅ ω =
π × 0,012
× 983,2 ×1,1 = 0,34 kg s
(0,75 ñieåm)
(0,75 ñieåm)
Q = Gn ⋅ cpn ⋅ Δtf = 0,37065 × 4,179 ×10 = 14,2 kW
Nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch
Q = α ⋅ F ⋅
tw − tf
14,2.103
π × 0,02 × 3
)
Q
α ⋅ F
→ tw = tf +
= 60 +
= 71,91o C
6327×
(
)
Page 3 of 5
01.10.2007
Baøi 3: (2 ñieåm)
Hai vaùch phaúng ñaët song song
Vaùch I
Vaùch II
nhieät ñoä t1 = 150o C
nhieät ñoä t2 = 40o C
ñoä ñen ε1 = 0,4
ñoä ñen ε2 = 0,6
1. Xaùc ñònh maät ñoä doøng nhieät böùc xaï giöõa hai vaùch. (1 ñieåm)
2. Ñaët giöõa hai vaùch moät maøng chaén coù ñoä ñen ε = 0,05.
Xaùc ñònh laïi maät ñoä doøng nhieät böùc xaï vaø nhieät ñoä maøng chaén. (1 ñieåm)
Lôøi Giaûi
1. Xaùc ñònh maät ñoä doøng nhieät böùc xaï giöõa hai vaùch
1
1
εtñ =
=
= 0,3158
1
1
1 ε1 +1 ε2 −1
+
−1
0,4 0,6
(1 ñieåm)
qo = σo ⋅
= 5,67.10−8 ×
qbx = εtñ ⋅ qo = 402 W m2
2. Khi ñaët vaøo maøng chaén
(
T4 − T24
)
1
(
423,154 − 313,154
)
= 1272,6 W m2
• Maät ñoä doøng nhieät böùc xaï
1
1
1
εtñ =
=
= 0,023715
1
0,4
1
1 ε1 + 2 ⋅1 εc +1 ε2 − 2
+ 2 ×
+
− 2
(0,5 ñieåm)
0,05 0,6
qbx = εtñ ⋅ qo = 0,02371×1272,6 = 30,18 W m2
• Nhieät ñoä maøng chaén
1
1
ε1c =
=
= 0,0465
1
1
1 ε1 +1 εc −1
+
−1
0,4 0,05
q1c = ε1c ⋅ σo ⋅
(
T4 − Tc4
)
1
0,25
⎛
⎞
q1c
ε1c ⋅ σo
4
⎜
⎟
⎟
→ Tc = T −
1
⎜
⎝
⎛
⎠
(0,5 ñieåm)
0,25
30,18
⎞
= 423,154 −
= 378,93 K = 105,8o C
⎜
⎝
⎟
⎠
5,67.10−8 × 0,0465
Page 4 of 5
01.10.2007
Baøi 4: (2 ñieåm)
Thieát bò trao ñoåi nhieät löu ñoäng ngöôïc chieàu coù dieän tích truyeàn nhieät F =12.m2 ,
heä soá truyeàn nhieät kF = 2700 W (m2 .K) .
Löu chaát I
Löu chaát II
t'1 = 90o C
t'2 = 30o C
G1 = 4 kg s
cp1 = 4,18 kJ (kg.K)
cp2 = 3,1 kJ (kg.K)
G2 = 5,5 kg s
1. Xaùc ñònh nhieät löôïng trao ñoåi cuûa hai löu chaát. (1 ñieåm)
2. Xaùc ñònh nhieät ñoä ra cuûa hai löu chaát. (1 ñieåm)
Lôøi Giaûi
Ñöông löôïng cuûa hai löu chaát
3
3
⎧
C1 = G1 ⋅ cp1 = 4 × 4,18.10 = 16,72.10 W K = Cmin
C = G ⋅ c = 5,5× 3,1.103 = 17,05.103 W K = C
⎪
⎨
⎪
⎩
2
2
p2
max
&
→ C = Cmin Cmax = 16,72 17,05 = 0,9806
Ñôn vò chuyeån nhieät
kF ⋅ F 2700 ×12
Cmin
NTU =
=
= 1,9378
16,72.103
Hieäu suaát nhieät
&
1− exp
− NTU ⋅
{
1− C
ε =
= 0,6638
&
&
(
)}
1− C ⋅ exp − NTU ⋅ 1− C
1. Nhieät löôïng trao ñoåi cuûa hai löu chaát.
Qlt = Cmin
⋅
(
t'1 −t'2
)
= 16,72.103 ×
90 − 30
)
= 1003,2.103 W
→ Q = ε ⋅ Qlt = 0,6638×1003,2 = 666 kW
(1 ñieåm)
(1 ñieåm)
2. Nhieät ñoä ra cuûa hai löu chaát
Q
666
16,72
666
⎧
t"1 = t'1 −
t"2 = t'2 +
= 90 −
= 50,17o C
= 69,06o C
⎪
C1
Q
⎪
⎨
⎪
= 30 +
⎪
⎩
C2
17,05
Page 5 of 5
01.10.2007
ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA Tp. HCM - Tröôøng ÑH BAÙCH KHOA
Khoa CÔ KHÍ
ÑEÀ THI HOÏC KYØ II – NAÊM HOÏC 2007-2008
Ñeà thi laàn II - Heä Khoâng Chính Quy
Bm COÂNG NGHEÄ NHIEÄT LAÏNH
Moân Thi
Thôøi gian : 90 phuùt
NgaøyThi : 11.10.2008
----- W
: Truyeàn Nhieät (210060)
Baét ñaàu : 15h05
Chuû nhieäm BM
GV ra ñeà
X -----
Ghi chuù: SV ñöôïc söû duïng taøi lieäu
Ñeà thi goàm moät trang A4
PGS. TS. Leâ Chí Hieäp
Nguyeãn Toaøn Phong
Baøi 1 (3 ñieåm)
Moät thanh nhoâm (heä soá daãn nhieät λ =115 W (m.K) ) coù ñöôøng kính d = 3 cm , chieàu
daøi L = 15 cm . Moät ñaàu thanh ñöôïc gaén vaøo vaùch coù nhieät ñoä 120oC, heä soá toûa nhieät ñoái
löu treân beà maët thanh α = 30 W (m2.K) , nhieät ñoä khoâng khí xung quanh 45oC.
Khi tính toaùn coù theå boû qua toûa nhieät ôû ñænh thanh.
Haõy xaùc ñònh:
1. Nhieät ñoä ñænh thanh vaø giöõa thanh.
2. Nhieät löôïng toûa ra treân thanh.
Baøi 2 (4 ñieåm)
Nöôùc ñöôïc gia nhieät ñi trong oáng coù ñöôøng kính d = 27 mm , nhieät ñoä beà maët oáng
haèng soá tw =110o C . Nöôùc vaøo oáng coù nhieät ñoä t'f = 50o C, ra khoûi oáng coù nhieät ñoä
t"f = 90o C, vaän toác trung bình cuûa nöôùc trong oáng laø 1,6 m s
Haõy xaùc ñònh:
1. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu cuûa nöôùc chaûy trong oáng.
2. Chieàu daøi caàn thieát cuûa oáng trao ñoåi nhieät.
Baøi 3 (3 ñieåm)
Moät thieát bò trao ñoåi nhieät kieåu chuøm oáng coù caùnh coù thoâng soá laøm vieäc nhö sau:
Khoùi noùng (coù cp =1,13 kJ (kg.K)) chuyeån ñoäng beân ngoaøi chuøm oáng vôùi nhieät ñoä
vaøo 275oC vaø ra laø 165oC.
Nöôùc chuyeån ñoäng trong oáng coù löu löôïng 16,5 m3 h ñöôïc haâm noùng töø 30oC ñeán 90oC.
Heä soá truyeàn nhieät cuûa thieát bò kF = 215 W (m2.K)
Haõy xaùc ñònh dieän tích truyeàn nhieät cuûa thieát bò.
Löu yù: Heä soá hieäu chænh εΔt tra theo hình 1 (trang 386 hoaëc 428) neáu tính theo phöông phaùp
nhieät ñoä trung bình logarith LMTD.
Hieäu suaát ε − NTU tra theo hình e (trang 387 hoaëc 429)
Saùch baøi taäp nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät vaø truyeàn nhieät
----- Heát -----
Page 1 of 4
Baøi giaûi
Baøi 1: (3 ñieåm)
• Caùc thoâng soá cô baûn
α ⋅U
4.α
4×30
=
m =
=
= 5,898
λ ⋅f
m.h = 0,885
λ ⋅d
115× 0,03
1. Nhieät ñoä giöõa thanh vaø ñænh thanh
th/ 2 = tf + θh/ 2 = tf + θg ⋅
1,024
cosh
cosh
m.h 2
)
(
m.h
)
= 45 + 75×
= 99,23o C
1,417
(1,5 ñieåm)
(1,5 ñieåm)
θg
th = tf + θh = tf +
cosh
(m.h
)
75
1,417
= 45 +
= 97,91o C
2. Nhieät löôïng truyeàn qua thanh
Q = λ ⋅f ⋅m ⋅θg ⋅th m.h
=115× 7,07.10−4 ×5,898× 75× 0,7087 = 25,485 W
(
)
Baøi 2: (4 ñieåm)
1. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu cuûa nöôùc trong oáng
• Thoâng soá vaät lyù cuûa nöôùc ôû 70oC
−6
ν = 0,415.10 m2 s
λ = 0,668 W (m.K)
ρ = 977,8 kg m3
⎧
⎪
⎨
⎪
⎩
⎧
⎪
⎨
Pr = 2,55
f
⎪
⎩
Prw =1,6
cp = 4,187 kJ (kg.K)
• Tieâu chuaån Reynolds
ω⋅d 1,6× 0,027
ν
Re =
=
=10,41.104 >104
0,415.10−6
• Tieâu chuaån Nusselt
Nu = 0,021⋅Re0,8⋅Prf0,43
0,25
⎛
⎞
Prf
⎜
⎜
⎟
⎟
⋅
⋅εl ⋅εR
Prw ⎠
⎝
= 0,021×10,32.103 ×1,42×1,123 = 345,31
• Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu
λ
d
0,668
0,027
α = Nu⋅ = 345,31×
= 8543 W (m2.K)
(2 ñieåm)
Page 2 of 4
2. Chieàu daøi caàn thieát cuûa oáng trao ñoåi nhieät
• Nhieät löôïng trao ñoåi
G = ρ⋅ω⋅f = 977,8×1,6×5,72.10−4 = 0,8957 kg s
Q = G ⋅cp ⋅Δtf = 0,8957× 4,187×
(
90 − 50 =150 kW
)
• Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình giöõa oáng vaø nöôùc
Δtmax − Δtmin 60 − 20
Δt =
=
= 36,41o C
Δtmax
Δtmin
ln
3
( )
ln
• Chieàu daøi oáng trao ñoåi nhieät
Q
α ⋅Δt
F
150.103
8543×36,41
F =
=
= 0,4822 m2
(2 ñieåm)
0,4822
lΣ =
=
= 5,685 m
π⋅d π× 0,027
3. Nhieät ñoä nöôùc taïi vò trí giöõa oáng
• Heä soá NTU
F'= F 2 = 0,2411 m2
α ⋅F' 8543× 0,2411
=
NTU'=
= 0,55
G⋅cp 0,8957× 4.187
• Nhieät ñoä nöôùc
t = tw −
(
tw − t'f
)
⋅e−NTU'
× 0,577 = 75,36o C
(0 ñieåm)
=110 −
(
110 − 50
)
Baøi 3: (3 ñieåm)
• Thoâng soá vaät lyù cuûa nöôùc ôû 60oC
c = 4,174 kJ (kg.K)
⎧
pn
⎪
⎨
3
⎪
ρ = 983,2 kg m
⎩ n
• Naêng suaát nhieät cuûa thieát bò
16,5
3600
⎛
⎜
⎝
⎞
⎠
Q =
(
Vn ⋅ρn
)
⋅c ⋅Δt =
×983,2 × 4,174×60 =1128,566 kW
(1 ñieåm)
⎟
pn
n
Page 3 of 4
1. Xaùc ñònh dieän tích truyeàn nhieät theo phöông phaùp LMTD
• Cheânh leäch nhieät ñoä theo sô ñoà ngöôïc chieàu
185 −135
Δtng =
=158,69o C
185
135
ln
• Heä soá hieäu chænh εΔt
t"2 −t'2
t'1−t'2 275 − 30
t'1−t"1 275 −165
t"2 −t'2
90 − 30
⎧
P =
R =
=
= 0,245
⎪
⎪
⇒ εΔt = 0,95
⎨
⎪
=
=1,83
⎪
⎩
90 − 30
• Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình logarith LMTD
Δt = εΔt ⋅Δtng =150,7o C
• Dieän tích truyeàn nhieät
Q
kF ⋅Δt
1128,566.103
215×150,7
F =
=
≈ 34,82 m2
(3 ñieåm)
2. Xaùc ñònh dieän tích truyeàn nhieät theo phöông phaùp ε - NTU
• Nhieät dung löu löôïng khoái löôïng
90 − 30
275 −165 110
60
C1
C2
⎧
⎪
⎪
&
C =
=
= 0,5454 =
Q
Δtn
1128,566
60
⎪
⎨
C
⎪
⎪
= C2 =
=
=18,81 kW K
max
&
Cmin = C⋅Cmax =10,26 kW K
⎪
⎩
• Hieäu suaát thieát bò
Q
= Cmin
⋅
(
t'1−t'2
)
=10,26×
275 − 30 = 2513,7 kW
)
⎧
⎪
⎨
max
Q
1128,56
ε =
=
≈ 0,449
⎪
⎩
Qmax 2513,7
• Ñôn vò chuyeån nhieät
Ñoà thò hình 6.e NTU = 0,7
• Dieän tích truyeàn nhieät
Cmin
10,26.103
215
F = NTU ⋅
= 0,68×
≈ 33,4 m2
(3 ñieåm)
kF
Page 4 of 4
ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA Tp. HCM - Tröôøng ÑH BAÙCH KHOA
Khoa CÔ KHÍ
ÑEÀ THI HOÏC KYØ III – NAÊM HOÏC 2007-2008
Ñeà thi laàn I - Heä Khoâng Chính Quy
Bm COÂNG NGHEÄ NHIEÄT LAÏNH
Moân Thi
Thôøi gian : 90 phuùt
NgaøyThi : 23.08.2008
----- W
: Truyeàn Nhieät (210060)
Baét ñaàu : 7h20
Chuû nhieäm BM
GV ra ñeà
X -----
Ghi chuù: SV ñöôïc söû duïng taøi lieäu
Ñeà thi goàm moät trang A4
PGS. TS. Leâ Chí Hieäp
Nguyeãn Toaøn Phong
Baøi 1 (3 ñieåm)
Moät thanh nhoâm coù tieát dieän hình chöõ nhaät caïnh a× b = 3× 4 cm , chieàu daøi L = 35 cm
vaø heä soá daãn nhieät λ =115 W (m.K) ). Moät ñaàu thanh ñöôïc gaén vaøo vaùch coù nhieät ñoä
110oC, heä soá toûa nhieät ñoái löu treân beà maët thanh α = 28 W (m2.K), nhieät ñoä khoâng khí
xung quanh 45oC.
Khi tính toaùn coù theå boû qua toûa nhieät ôû ñænh thanh.
Haõy xaùc ñònh:
1. Nhieät ñoä ñænh thanh vaø giöõa thanh.
2. Nhieät löôïng toûa ra treân thanh.
Baøi 2 (4 ñieåm)
Nöôùc ñöôïc gia nhieät ñi trong oáng coù ñöôøng kính d = 34 mm , nhieät ñoä beà maët oáng
haèng soá tw =100o C . Nöôùc vaøo oáng coù nhieät ñoä t'f = 50o C, ra khoûi oáng coù nhieät ñoä
t"f = 90o C, vaän toác trung bình cuûa nöôùc trong oáng laø 1,5 m s
Haõy xaùc ñònh:
1. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu cuûa nöôùc chaûy trong oáng.
2. Chieàu daøi caàn thieát cuûa oáng trao ñoåi nhieät.
Baøi 3 (3 ñieåm)
Moät thieát bò trao ñoåi nhieät kieåu chuøm oáng coù caùnh coù thoâng soá laøm vieäc nhö sau:
Khoùi noùng (coù cp =1,13 kJ (kg.K)) chuyeån ñoäng beân ngoaøi chuøm oáng vôùi nhieät ñoä
vaøo 280oC vaø ra laø 155oC.
Nöôùc chuyeån ñoäng trong oáng coù löu löôïng 16,5 m3 h ñöôïc haâm noùng töø 35oC ñeán 85oC.
Heä soá truyeàn nhieät cuûa thieát bò kF = 225 W (m2.K)
Haõy xaùc ñònh dieän tích truyeàn nhieät cuûa thieát bò.
Löu yù: Heä soá hieäu chænh εΔt tra theo hình 1 (trang 386 hoaëc 428) neáu tính theo phöông phaùp
nhieät ñoä trung bình logarith LMTD.
Hieäu suaát ε − NTU tra theo hình e (trang 387 hoaëc 429)
Saùch baøi taäp nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät vaø truyeàn nhieät
----- Heát -----
Page 1 of 4
Monday, August 18, 2008
Baøi giaûi
Baøi 1: (3 ñieåm)
• Caùc thoâng soá cô baûn
α ⋅U
λ ⋅f
2(
a + b
λ ⋅a× b
)
⋅α
2× 7.10−2 ×28
m =
=
=
= 5,33
115×12.10−4
m.h =1,865
1. Nhieät ñoä giöõa thanh vaø ñænh thanh
cosh
cosh m.h
m.h 2
)
th/ 2 = tf + θh/2 = tf + θg ⋅
(
)
1,467
= 45 + 65×
= 45 + 28,84 = 73,84o C
3,307
(1,5 ñieåm)
(1,5 ñieåm)
θg
th = tf + θh = tf +
cosh
(
m.h
)
65
= 45 +
= 45 +19,66 = 64,66o C
3,307
2. Nhieät löôïng truyeàn qua thanh
Q = λ ⋅f ⋅m ⋅θg ⋅th m.h
=115×12.10−4 ×5,33×65× 0,953 = 45,57 W
)
Baøi 2: (4 ñieåm)
1. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu cuûa nöôùc trong oáng
• Thoâng soá vaät lyù cuûa nöôùc ôû 70oC
−6
ν = 0,415.10 m2 s
λ = 0,668 W (m.K)
ρ = 977,8 kg m3
⎧
⎪
⎨
⎪
⎩
⎧
⎪
⎨
Pr = 2,55
f
⎪
⎩
Prw =1,75
cp = 4,187 kJ (kg.K)
• Tieâu chuaån Reynolds
ω⋅d 1,5× 0,034
ν
Re =
=
=12,29.104 >104
0,415.10−6
• Tieâu chuaån Nusselt
Nu = 0,021⋅Re0,8⋅Prf0,43
0,25
⎛
⎞
Prf
⎜
⎜
⎟
⎟
⋅
⋅εl ⋅εR
Prw ⎠
⎝
= 0,021×11,792.103 ×1,49×1,1 = 406,93
• Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu
λ
d
0,668
0,034
α = Nu⋅ = 406,93×
= 7995 W (m2.K)
(2 ñieåm)
Page 2 of 4
Monday, August 18, 2008
2. Chieàu daøi caàn thieát cuûa oáng trao ñoåi nhieät
• Nhieät löôïng trao ñoåi
G = ρ⋅ω⋅f = 977,8×1,5×9.10−4 =1,332 kg s
Q = G ⋅cp ⋅Δtf =1,332× 4,187×
(
90 − 50 = 223,02 kW
)
• Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình giöõa oáng vaø nöôùc
Δtmax − Δtmin 50 −10
Δt =
=
= 24,85o C
Δtmax
Δtmin
ln
(5)
ln
• Chieàu daøi oáng trao ñoåi nhieät
Q
α ⋅Δt
F
223,02.103
7995×24,85
F =
=
=1,1224 m2
(2 ñieåm)
1,1224
lΣ =
=
=10,51 m
π⋅d π× 0,034
Baøi 3: (3 ñieåm)
• Thoâng soá vaät lyù cuûa nöôùc ôû 60oC
c
= 4,174 kJ (kg.K)
⎧
pn
⎪
⎨
3
⎪
ρn = 983,2 kg m
⎩
• Naêng suaát nhieät cuûa thieát bò
16,5
3600
⎛
⎝
⎞
⎠
Q =
(
Vn ⋅ρn
)
⋅c ⋅Δt =
×983,2 × 4,174×50 = 940,47 kW
(1 ñieåm)
⎜
⎟
pn
n
1. Xaùc ñònh dieän tích truyeàn nhieät theo phöông phaùp LMTD
• Cheânh leäch nhieät ñoä theo sô ñoà ngöôïc chieàu
195 −120
Δtng =
=154,477o C
195
120
ln
• Heä soá hieäu chænh εΔt
t"2 −t'2
t'1−t'2 280 − 35
t'1−t"1 280 −155
t"2 −t'2
85 − 35
⎧
P =
R =
=
= 0,204
⎪
⎪
⇒ εΔt = 0,94
⎨
⎪
=
= 2,5
⎪
⎩
85 − 35
• Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình logarith LMTD
Δt = εΔt ⋅Δtng =145o C
• Dieän tích truyeàn nhieät
Q
kF ⋅Δt
940,47.103
225×145
F =
=
≈ 28,83 m2
(2 ñieåm)
Page 3 of 4
Monday, August 18, 2008
2. Xaùc ñònh dieän tích truyeàn nhieät theo phöông phaùp ε - NTU
• Nhieät dung löu löôïng khoái löôïng
85 − 35
280 −155 125
50
C1
C2
⎧
⎪
⎪
&
C =
=
= 0,4 =
Q
Δtn
1128,566
50
⎪
⎨
C
⎪
⎪
= C2 =
=
= 22,571 kW K
max
&
Cmin = C⋅Cmax = 9,028 kW K
⎪
⎩
• Hieäu suaát thieát bò
Q
= Cmin
⋅
(
t'1−t'2
)
= 9,028×
280 − 35 = 2212 kW
)
⎧
⎪
⎨
max
Q
940,47
2212
ε =
=
≈ 0,425
⎪
⎩
Qmax
• Ñôn vò chuyeån nhieät
Ñoà thò hình 6.e NTU = 0,68
• Dieän tích truyeàn nhieät
Cmin
9,028.103
225
F = NTU ⋅
= 0,68×
≈ 27,28 m2
(2 ñieåm)
kF
Page 4 of 4
Monday, August 18, 2008
ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA Tp. HCM - Tröôøng ÑH BAÙCH KHOA
Khoa CÔ KHÍ
ÑEÀ THI HOÏC KYØ I – NAÊM HOÏC 2007-2008
Ñeà thi laàn I - Heä Khoâng Chính Quy
Bm COÂNG NGHEÄ NHIEÄT LAÏNH
Moân Thi
Thôøi gian : 90 phuùt
: Truyeàn Nhieät (210060)
Baét ñaàu : 18h30
Chuû nhieäm BM
GV ra ñeà
NgaøyThi
: 12.07.2008
----- W
X -----
Ghi chuù: SV ñöôïc söû duïng taøi lieäu
Ñeà thi goàm moät trang A4
PGS. TS. Leâ Chí Hieäp
Nguyeãn Toaøn Phong
Baøi 1 (3 ñieåm)
Moät thanh nhoâm (heä soá daãn nhieät λ =115 W (m.K) ) coù ñöôøng kính d = 3 cm , chieàu
daøi L = 35 cm . Moät ñaàu thanh ñöôïc gaén vaøo vaùch coù nhieät ñoä 140oC, heä soá toûa nhieät ñoái
löu treân beà maët thanh α = 35 W (m2.K) , nhieät ñoä khoâng khí xung quanh 50oC.
Khi tính toaùn coù theå boû qua toûa nhieät ôû ñænh thanh.
Haõy xaùc ñònh:
1. Nhieät ñoä ñænh thanh vaø giöõa thanh. (1,5 ñieåm)
2. Nhieät löôïng toûa ra treân thanh. (1,5 ñieåm)
Baøi 2 (4 ñieåm)
Nöôùc ñöôïc gia nhieät ñi trong oáng coù ñöôøng kính d = 34 mm , nhieät ñoä beà maët oáng
haèng soá tw =120o C. Nöôùc vaøo oáng coù nhieät ñoä t'f = 50o C, ra khoûi oáng coù nhieät ñoä
t"f = 90o C, vaän toác trung bình cuûa nöôùc trong oáng laø 2 m s
Haõy xaùc ñònh:
1. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu cuûa nöôùc chaûy trong oáng. (2 ñieåm)
2. Chieàu daøi caàn thieát cuûa oáng trao ñoåi nhieät. (1,5 ñieåm)
3. Nhieät ñoä cuûa nöôùc taïi vò trí giöõa oáng. (0,5 ñieåm)
Baøi 3 (3 ñieåm)
Moät thieát bò trao ñoåi nhieät kieåu chuøm oáng coù caùnh coù thoâng soá laøm vieäc nhö sau:
Khoùi noùng (coù cp =1,13 kJ (kg.K)) chuyeån ñoäng beân ngoaøi chuøm oáng vôùi nhieät ñoä
vaøo 245oC vaø ra laø 155oC.
Nöôùc chuyeån ñoäng trong oáng coù löu löôïng 16,5 m3 h ñöôïc haâm noùng töø 30oC ñeán 90oC.
Heä soá truyeàn nhieät cuûa thieát bò kF = 225 W (m2.K)
Haõy xaùc ñònh dieän tích truyeàn nhieät cuûa thieát bò.
Löu yù: Heä soá hieäu chænh εΔt tra theo hình 1 (trang 386 hoaëc 428) neáu tính theo phöông phaùp
nhieät ñoä trung bình logarith LMTD.
Hieäu suaát ε − NTU tra theo hình e (trang 387 hoaëc 429)
Saùch baøi taäp nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät vaø truyeàn nhieät
----- Heát -----
Page 1 of 4
Baøi giaûi
Baøi 1: (3 ñieåm)
• Caùc thoâng soá cô baûn
α⋅U
4.α
λ ⋅d
4×35
115×0,03
m =
=
=
= 6,37
λ ⋅f
m.h = 2,23
1. Nhieät ñoä giöõa thanh vaø ñænh thanh
cosh
cosh
m.h 2
)
th / 2 = tf + θh / 2 = 50 + θg ⋅
(
m.h
)
1,688
= 50 + 90×
= 50 + 32,32 = 82,32o C
4,702
(1,5 ñieåm)
(1,5 ñieåm)
θg
th = tf + θh = 50 +
cosh
(
m.h
)
90
4,702
= 50 +
= 50 + 21,59 = 69,14o C
2. Nhieät löôïng truyeàn qua thanh
Q = λ ⋅f ⋅m ⋅θg ⋅th m.h
=115× 7,07.10−4 ×6,37×90×0,98 = 45,54 W
)
Baøi 2: (4 ñieåm)
1. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu cuûa nöôùc trong oáng
• Thoâng soá vaät lyù cuûa nöôùc ôû 70oC
−6
ν = 0,415.10 m2 s
λ = 0,668 W (m.K)
⎧
⎪
⎧
⎪
⎨
Pr = 2,55
ρ = 977,8 kg m3
⎨
f
⎪
⎩
⎪
⎩
Prw =1,47
cp = 4,187 kJ (kg.K)
• Tieâu chuaån Reynolds
ω⋅d
ν
2×0,034
Re =
=
=16,38.104 >104
0,415.10−6
• Tieâu chuaån Nusselt
Nu = 0,021⋅Re0,8⋅Prf0,43
0,25
⎛
⎞
Prf
⎜
⎜
⎟
⎟
⋅
⋅εl ⋅εR
Prw ⎠
⎝
= 0,021×14,845.103 ×1,49×1,15 = 535,06
• Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu
λ
d
0,668
0,034
α = Nu⋅ = 535,06×
=10.512 W (m2.K)
(2 ñieåm)
Page 2 of 4
2. Chieàu daøi caàn thieát cuûa oáng trao ñoåi nhieät
• Nhieät löôïng trao ñoåi
G = ρ⋅ω⋅f = 977,8×2×9.10−4 =1,7755 kg s
Q = G ⋅cp ⋅Δtf =1,7755× 4,187×
(
90 − 50 = 297,36 kW
)
• Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình giöõa oáng vaø nöôùc
Δtmax − Δtmin 70 − 30
Δt =
=
= 47,2o C
Δtmax
Δtmin
ln
(
7 3
)
ln
• Chieàu daøi oáng trao ñoåi nhieät
Q
α⋅Δt
F
297,36.103
10.512× 47,2
0,599
F =
=
= 0,599 m2
(1,5 ñieåm)
lΣ =
=
= 5,61 m
π⋅d π×0,034
3. Nhieät ñoä nöôùc taïi vò trí giöõa oáng
• Heä soá NTU
F'= F 2 = 0,2996 m2
α⋅F'
10.512×0,3
NTU'=
=
= 0,424
G ⋅cp 1,7755× 4.187
• Nhieät ñoä nöôùc
t = tw −
(
tw − t'f
)
⋅e−NTU'
×0,655 = 74,2o C
(0,5 ñieåm)
=120 −
(
120 − 50
)
Baøi 3: (3 ñieåm)
• Thoâng soá vaät lyù cuûa nöôùc ôû 60oC
c
= 4,174 kJ (kg.K)
⎧
pn
⎪
⎨
3
⎪
ρn = 983,2 kg m
⎩
• Naêng suaát nhieät cuûa thieát bò
16,5
3600
⎛
⎜
⎝
⎞
⎠
Q =
(
Vn ⋅ρn
)
⋅ c ⋅ Δt =
×983,2 ×4,174 ×60 = 1128,566 kW
(1 ñieåm)
⎟
pn
n
Page 3 of 4
1. Xaùc ñònh dieän tích truyeàn nhieät theo phöông phaùp LMTD
• Cheânh leäch nhieät ñoä theo sô ñoà ngöôïc chieàu
155−125
Δtng =
=139,46o C
155
125
ln
• Heä soá hieäu chænh εΔt
t"2 −t'2 90 − 30
t'1 −t'2 245− 30
⎧
P =
R =
=
= 0,28
⎪
⎪
⇒ εΔt = 0,945
⎨
⎪
t'1−t"1 245−155
=
=1,5
⎪
⎩
t"2 −t'2
90 − 30
• Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình logarith LMTD
Δt = εΔt ⋅Δtng =132o C
• Dieän tích truyeàn nhieät
Q
kF ⋅Δt
1128,566.103
F =
=
≈ 38 m2
(2 ñieåm)
225×132
2. Xaùc ñònh dieän tích truyeàn nhieät theo phöông phaùp ε - NTU
• Nhieät dung löu löôïng khoái löôïng
90 − 30
245−155 90
60
C1
C2
⎧
&
C =
=
= 0,667 =
⎪
⎪
⎪
⎨
Q
Δtn
1128,566
60
C
= C2 =
=
=18,81 kW K
max
⎪
⎪
&
Cmin = C⋅Cmax =12,54 kW K
⎪
⎩
• Hieäu suaát thieát bò
Q
= Cmin
⋅
(
t'1 −t'2
)
=12,54×
245− 30 = 2696,1 kW
)
⎧
⎪
⎨
max
Q
1128,56
2696,1
ε =
=
≈ 0,418
⎪
Qmax
⎩
• Ñôn vò chuyeån nhieät
Ñoà thò hình 6.e NTU = 0,7
• Dieän tích truyeàn nhieät
Cmin
12,54.103
225
F = NTU⋅
= 0,7×
≈ 39 m2
(2 ñieåm)
kF
Page 4 of 4
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 2007-2008
Moân Thi : Truyeàn Nhieät vaø TB Trao Ñoåi Nhieät
Thôøi gian : 90 phuùt
Ngaøy thi : 12.06.2008
GV duyeät
GV ra ñeà
----- W
X -----
Ghi chuù: SV ñöôïc söû duïng taøi lieäu
TS. Nguyeãn Vaên Tuyeân
Nguyeãn Toaøn Phong
Baøi 1 (3,5 ñieåm)
Buoàng ñoát coù kích thöôùc ba chieàu daøi, roäng, cao nhö sau L× W× H = 4×3×2m, nhieät ñoä
beà maët tw = 240o C, ñoä ñen εw = 0,7 . Moâi tröôøng khoâng khí xung quanh coù nhieät ñoä tf = 40o C.
1. Tính toång toån thaát nhieät töø caùc beà maët xung quanh vaùch ra moâi tröôøng Qt [kW].
2. Neáu boïc vaùch baèng lôùp caùch nhieät coù heä soá daãn nhieät λCN = 0,07W (m.K).
Giaû thieát nhieät ñoä vaùch buoàng ñoát tieáp xuùc lôùp caùch nhieät khoâng thay ñoåi, heä soá trao
ñoåi nhieät ñoái löu giöõ nguyeân nhö vöøa tính ôû treân, ñoä ñen maët ngoaøi cuûa vaùch ε*w = 0
a. Xaùc ñònh chieàu daøy lôùp caùch nhieät ñeå toån thaát nhieät giaûm 12 laàn.
b. Tính nhieät ñoä beà maët ngoaøi cuûa lôùp caùch nhieät.
Baøi 2 (4 ñieåm)
Trong heä thoáng saáy ngöôøi ta duøng hôi nöôùc ñeå gia nhieät cho khoâng khí. Thieát bò trao ñoåi
nhieät laø chuøm oáng boá trí song song, oáng coù kích thöôùc φ27 21mm, soá haøng oáng theo chieàu
chuyeån ñoäng cuûa khoâng khí n =12 .
Hôi nöôùc ñi vaøo trong oáng coù aùp suaát p = 4bar, ñoä khoâ x =1, ra khoûi oáng ôû traïng thaùi loûng
soâi. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu cuûa hôi beân trong oáng αh = 7000 W (m2.K)
Khoâng khí coù löu löôïng Vkk = 5000 m3 h vaøo chuøm oáng coù nhieät ñoä t'f = 30o C, ra khoûi
chuøm oáng coù nhieät ñoä t"f =110o C . Vaän toác qua choå heïp nhaát ωmax =10m s
Boû qua nhieät trôû daãn nhieät cuûa vaùch oáng, haõy xaùc ñònh:
1. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu trung bình veà phía khoâng khí.
2. Naêng suaát nhieät Q [kW] vaø toång chieàu daøi oáng truyeàn nhieät lΣ [m] cuûa thieát bò.
3. Löu löôïng hôi nöôùc caàn cung caáp laø bao nhieâu Gh [kg/h].
Baøi 3 (2,5 ñieåm)
Thieát bò trao ñoåi nhieät löu ñoäng ngöôïc chieàu coù dieän tích truyeàn nhieät F =16 m2 ,
heä soá truyeàn nhieät k = 2100 W (m2.K). Bieát:
Löu chaát I coù
Löu chaát II coù t'2 = 30o C
t'1 =120o C
G1 = 6 kg s
cp1 = 3,2 kJ (kg.K)
cp2 = 4,18 kJ (kg.K)
G2 = 5,5 kg s
1. Xaùc ñònh naêng suaát nhieät cuûa thieát bò.
2. Tính nhieät ñoä ra cuûa hai löu chaát.
3. Tröôøng hôïp löu ñoäng cuøng chieàu thì naêng suaát nhieät cuûa thieát bò taêng hay giaûm?
Giaûi thích taïi sao?
‐‐‐‐‐ Heát ‐‐‐‐‐
Page 1 of 6
6/12/2008
Ñaùp aùn
12.06.2008
Baøi 1 (3,5 ñieåm)
1. Toång toån thaát nhieät töø vaùch ñeán moâi tröôøng
Qtt = Qñl + Qbx
• Thoâng soá vaät lyù cuûa lôùp khoâng khí ôû nhieät ñoä trung bình 140oC
λ = 0,0349 W (m.K)
⎧
⎪
t =140o C → ν = 27,8.10−6 m2 s
⎨
tb
⎪
Pr = 0,684
⎩
• Tieâu chuaån Grashof
g⋅β⋅H3 ⋅Δt 9,81×23 ×
240 − 40
)
Gr =
=
= 4,917.1010
ν2
413×27,82.10−12
• Tieâu chuaån Rayleigh
Ra = Gr ⋅Pr = 4,917.1010 ×0,684 = 3,3636.1010 ∈
• Caùc heä soá töø baûng 10.1
2.107 ÷1013
C = 0,135
⎧
⎨
n = 0,333
⎩
• Tieâu chuaån Nusselt
Nu = C⋅Ran = 0,135×
0,333
3,364.1010
)
= 435,43
• Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu
λ
H
0,0349
2
α = Nu⋅ = 435,43×
= 7,6 W (m2.K)
(1,5 ñieåm)
• Maät ñoä doøng nhieät
⎧
qñl = α⋅
(
tw − tf
)
= 7,6×
240 − 40
=1520 W m2
)
⎪
⎪
4
4
⎧
⎫
⎪
⎨
⎪
T
100
T
⎞
⎪
⎛
⎞
⎟
⎛
f
q = ε⋅C ⋅
−
= 0,7×5,67×
{
5,134 −3,134
}
= 2368 W m2
w
⎜
⎜
⎝
⎟
⎨
⎬
bx
o
100
⎪⎝
⎠
⎠ ⎪
⎪
⎩
⎩
⎭
→ q = qñl + qbx = 3888 W m2
• Toån thaát nhieät
F = 2× W + L
(
)
×H = 2×
3+ 4
)
×2 = 28 m2
Qñl = qñl ⋅F =1520×28 = 42.560 W = 42,56 kW
Qbx = qbx ⋅F = 2368×28 = 66.304 W = 66,30 kW
Q = q⋅F = 3888×28 =108.864 W =108,86 kW
(1 ñieåm)
Page 2 of 6
6/12/2008
2. Vaùch ñöôïc boïc caùch nhieät
• Maät ñoä doøng nhieät yeâu caàu
q
12
q'=
= 324 W m2
i. Chieàu daøy lôùp caùch nhieät
tw − tf
q =
δCN
λCN
1
α
+
⎧
⎨
⎩
⎫
tw − tf
1
α
(0,5 ñieåm)
(0,5 ñieåm)
→ δCN = λ ⋅
−
⎬
CN
q
⎭
240 − 40
1
⎧
⎨
⎩
⎫
⎬
⎭
= 0,07×
−
= 0,034 m
324
7,6
ii. Nhieät ñoä beà maët
q = α⋅
t'w −tf
)
q
α
324
7,6
→ t'w = tf + = 40 +
= 82,6o C
Page 3 of 6
6/12/2008
Tải về để xem bản đầy đủ
47 trang
21920
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đề thi cuối kỳ lần 1 môn thi Truyền nhiệt", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- de_thi_cuoi_ky_lan_1_mon_thi_truyen_nhiet.pdf
