Giáo trình Truyền nhiệt - Bài tập truyền nhiệt tổng hợp và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt
BÀI 1: ( BAØI 12.6 tr 276): Vaùch loø hôi baèng theùp daøy 20 mm, λ = 58
W/mK; nhieät ñoä khí loø tf1 = 1000 oC ; aùp suaát hôi p = 34 bar. HSTN cuûa khí loø
tôùi vaùch α1 = 116 W/m2K ; töø vaùch loø ñeán nöôùc α2 = 2320 W/m2K.
Xaùc ñònh q , nhieät ñoä beà maët trong vaø ngoaøi vaùch loø.
Nhieät ñoä nöôùc soâi: tf1 = 240 oC
Giaûi:
1
δ
k =
HSTN qua vaùch phaúng:
k = 106,4 W/m2K
1
1
+ +
α1 λ α2
MÑDN q = k(tf1 – tf2) = 80864 W/m2K.
Nhieät ñoä beà maët trong vaø ngoaøi vaùch loø:
1
α1
1
tw = tf1 − q
tw = tf 2 + q
1
2
α2
303 oC ; 275 oC
NHAÄN XEÙT:
- Giá trò HSTN k so vôùi Heä soá toaû nhieät
- Nhiệt ñoä vaùch vaø cheânh leäch nhieät ñoä vaùch
BÀI 2: OÁng daãn hôi baèng theùp dtr/dng = 200 / 216 mm coù λ1 = 47 W/(mK)
ñöôïc boïc moät lôùp caùch nhieät daøy 120 mm, coù λ2 = 0,8 W/(mK). Nhieät ñoä hôi laø t1
= 360 oC ; heä soá TNÑL phía hôi α1 = 120 W/(m2K) . Khoâng khí beân ngoaøi coù t2 =
25 oC; α2 = 11 W/(m2K).
- Haõy tính toån thaát nhieät treân 1 m oáng qL
- Xaùc ñònh nhieät ñoä beà maët trong vaø ngoaøi cuûa lôùp caùch nhieät.
Heä soá truyeàn nhieät, tính theo 1m chieàu daøi oáng
Giaûi:
1
1
kL =
kL =
=1,412 W/mK
1
1 di+1
ln +
2λi di α2d3
1
0,708
+
∑
α1d1
Toån thaát nhieät, tính cho 1m oáng:
qL = πkL(tf1 – tf2) = π x 1,412(360 – 25) = 1485,28
kW/m
Nhieät ñoä beà maët lôùp caùch nhieät:
qL
d3
1
=119,3o C
tw = tw3 +
ln = 340,20 C
tw = tf 2 + q
L α2πd3
3
2
2πλ2 d2
BÀI 3: (BAØI 12.9 tr 277): oáng daãn gioù noùng cho loø cao, toác ñoä gioù ω1 = 35 m/s;
tf1 = 800 oC. coù 03 lôùp : gaïch chòu löûa δ1 = 250 mm , λ1 = 1,17 W/m; theùp δ2 = 10
mm , λ2 = 46,5 W/mK; caùch nhieät ngoaøi δ3 = 200 mm , λ3 = 0,174 W/mK; Ñöôøng
kính trong d1 = 1000 mm, khoâng khí xung quanh tf2 = 10 oC , ω2 = 4 m/s.
Tính toån thaát nhieät treân 1 m ñöôøng oáng (boû qua böùc xaï).
Giaûi: TN qua vaùch truï 3 lôùp
ql = klπ tf 1 −tf 2
Toån thaát nhieät treân 1 m ñöôøng oáng:
n
1
1
1 di+1
ln
2λi di α2dn+1
1
Rl = =
kl α1d1
+
+
∑
i=1
Vôùi
d2 = d1 + 2δ1
d3 = d2 + 2δ2
d4 = d2 + 2δ3
¾ Caàn tính HSTN phía trong vaø phía ngoaøi oáng
Tính α1: Khoâng khí chuyeån ñoäng cöôõng böùc trong oáng
KTXD laø d1 = 1m;
NÑXÑ laø tf1 = 800 oC
Ref1 = 2,6*105 > 104
-> chaûy roái
0,8
Nuf1 = 0,018 Ref1 = 382 -> α1 = 27,4 W/m2K
Tính α2: Khoâng khí chuyeån ñoäng ngang oáng ñôn
KTXD laø d4 = 1,92m;
NÑXÑ laø tf2 = 10 oC
-> chaûy roái
Ref2 = 5,45*105 > 104
0,6
Nuf2 = 0,245 Ref2 = 680 -> α2 = 8,85 W/m2K
KEÁT QUAÛ: kl = 0,94 W/m2K ql = 2330 W/m
BÀI 4: Caàn gia nhieät daàu G2 = 1000 kg/h töø t’2 = 20 oC ñeán t’’2 = 180 oC
baèng khoùi noùng coù t’1 = 280 oC. Bieát t’’1 = 200 oC; k = 35 W/(m2K); cp1 =
1,1 kJ/(kgK); cp2 = 2,3 kJ/(kgK).
Tính dieän tích TÑN (F) khi boá trí doøng chuyeån ñoäng ngöôïc chieàu.
Q = kFΔt
GIAÛI: Söû duïng PT TRUYEÀN NHIEÄT
Cheânh leäch nhieät ñoä taïi hai ñaàu thieát bò:
t’1 - t’’2 = 280 – 180 = 100 oC = Δtmin
t’’1 - t’2 = 200 – 20 = 180 oC = Δtmax
Δtmax − Δtmin 180 −100
Δt =
=
=136o C
Ñoä cheânh nh/ñoä trung bình:
Δtmax
180
ln
ln
Δtmin
100
Nhieät löôïng caáp cho daàu: Q = G2 cp2 (t’’2 - t’2 )
= 1000 . 2,3 (180 – 20)/3600 = 102,2 kW
F = Q kΔt
Vaäy
= 102,2 / (0,035 . 136,1) = 21,46 m2
BÀI 5: Thieát bò ñun nöôùc noùng baèng khoùi thaûi töø ÑCÑT, loaïi löu ñoäng
ngöôïc chieàu, coù caùc thoâng soá sau:
Phía khoùi noùng: G1 = 0,8 kg/s; cp1 = 1,12 kJ/(kgK); t’1 = 450 oC.
Phía nöôùc:
G2 = 3,2 kg/s; cp2 = 4,18 kJ/(kgK); t’2 = 50 oC
Dieän tích truyeàn nhieät F = 15 m2; k = 85 W/(m2K).
a) Haõy tính Q; nhieät ñoä ra cuûa khoùi vaø nöôùc.
b) Neáu ñoäng cô vaän haønh non taûi vôùi G1* = 0,5G1, caùc ñieàu kieän ban ñaàu
khaùc khoâng thay ñoåi thì nhieät löôïng trao ñoåi vaø nhieät ñoä nöôùc ra seõ laø bao
nhieâu?
GIAÛI: a) Tính Q vaø nhieät ñoä cuoái caùc chaát, duøng pp NTU
Cheânh leäch nhieät ñoä taïi hai ñaàu thieát bò:
C1 = G1 cp1 = 0,8 . 1,12 = 0,896 kW/K = Cmin
C2 = G2 cp2 = 3,2 . 4,18 = 13,376 kW/K = Cmax
Nhieät löôïng truyeàn cöïc ñaïi:
Qmax = Cmin (t’1 - t’2 )
= 0,896 (450 – 50) = 358,4 kW
*
C = Cmin Cmax
= 0,896 / 13,376 = 0,067
NTU = kF/Cmin = 85 . 15 / 896 = 1,42
Hieäu suaát thieát bò (tra ñoà thò):
Nhieät löôïng trao ñoåi:
ε = 0,72
Q = ε Qmax = 0,72 . 358,4 = 258 kW
Nhieät ñoä khoùi thoaùt:
Nhieät ñoä nöôùc ra:
t1’’ = t1’ – Q/C1 = 450 – 258 / 0,896 = 162 oC
t2’’ = t2’ + Q/C2 = 50 + 258 / 13,376 = 69,3 oC
b) Neáu ñoäng cô vaän haønh non taûi vôùi G1* = 0,5G1
Cmin giaûm 2 laàn ->
C* giaûm 2 laàn = 0,033
NTU taêng 2 laàn = 2,84
Qmax giaûm 2 laàn
HS truyeàn nhieät luùc ñoù = 0,92
Do vaäy:
Q = 0,92. 358,4 / 2 = 164,8 kW
t2’’ = 50 + 164,8 / 13,376 = 62,3 oC
BÀI 6 : Thieát bò ñun nöôùc noùng baèng hôi nöôùc, kieåu chuøm oáng.
- Toång löu löôïng nöôùc Gn = 10 kg/s; toác ñoä nöôùc trong oáng þ19/17 laø w = 1
m/s; t’2 = 30 oC vaø t’’2 =70 oC.
- Hôi nöôùc coù p = 2 bar, x = 0,9. Nöôùc ngöng ra khoûi bình coù tK = 90 oC.
Bieát HS toaû nhieät phía hôi ngöng tuï α1 = 8000 W/(m2K); nhieät trôû daãn nhieät
m2K
W
cuûa vaùch oáng
δ
λ
= 0,00017
∑
Tính dieän tích F cuûa thieát bò vaø löu löôïng hôi caàn cung caáp. (Cho
pheùp boû qua aûnh höôûng phöông höôùng doøng nhieät vaø coi heä soá εΔt =1
NHAÄN XEÙT:
F = Q kΔt
Söû duïng PT TRUYEÀN NHIEÄT ñeå tính F
OÁNG MOÛNG neân coù theå tính HSTN k theo CT vaùch phaúng. (Nhieät trôû daãn
nhieät ñaõ cho laø cuûa vaùch phaúng)
Caàn tính α2 phía nöôùc chaûy trong oáng ñeå xaùc ñònh HSTN k
Tìm nhieät ñoä hôi vaøo ñeå tính Δttb. AÙp suaát hôi laø a/s tuyeät ñoái
Tính Q: nhieät löôïng nöôùc nhaän ñöôïc
Giaûi:
1. Tính heä soá toaû nhieät α2 phía nöôùc chaûy trong oáng
NÑXÑ: t2 = 0,5(30 + 70) = 50 oC
TSVL cuûa nöôùc cp = 4,174 kJ/kgK ; λ = 64,8.10-2 W/mK
ν = 0,556.10-6 m2/s ; Prf = 3,54
wdtr
1×0,017
Re f =
=
= 30600 >104
TC Reynolds:
-> chaûy roái
ν
0,556.10−6
OÁng thaúng: εR = 1; Giaû thieát L/d > 50: εl = 1. PTTC:
Nuf = 0,021Ref0,8Prf0,43 = 0,021 x 306000,8 3,540,43= 137,5
m2K
X
λ
dtr
64,8.10−2
α2 = Nuf
=137,5
k =
= 5241 W /
(
)
0,017
1
2. Heä soá truyeàn nhieät
=2062 W/(m2K)
1 δ 1
+ +
α1 λ α2
3. Thoâng soá hôi nöôùc: p = 2 bar, coù ts = 120,23 oC; i’= 504,8 kJ/kg
r = 2202 kJ/kg.
kJ/kg
Hôi baõo hoaø aåm, x = 0,9: ih = i’+ rx = 2486,6
4. Ñoä cheânh nhieät ñoä TB: Δtmax = 60 oC ; Δtmin = 50,23 oC
Δtmax − Δtmin 60 −50,23
Δt =
=
= 55,5o C
Δtmax
Δtmin
60
ln
ln
50,23
5. Coâng suaát thieát bò = Nhieät löôïng caàn ñeå gia nhieät nöôùc
Q = Gn cpn (t’’2 - t’2 ) = 10 . 4,174 (70 – 30) = 1672 kW
6. Dieän tích BMTN:
= 1672 / (2,062. 55,5) = 14,6 m2
F = Q kΔt
7. Löu löôïng hôi caàn:
G = Q/(ih – ik) = 1672 / (2486,6 – 377) = 0,79 kg/s
= 2853 kg/h
BÀI 7: Trong moät TBTÑN, nöôùc chaûy trong oáng coù dtr/dng = 28/32 mm vôùi
G2 = 1 kg/s, nhieät ñoä nöôùc vaøo: t’f2 = 25 oC ; ra t’’f2 = 95 oC ; Hôi: tf1 = 120 oC.
Heä soá TNÑL phía hôi α1 = 4000 W/m2K ; vaùch coù λv = 45 W/mK.
- Haõy tính HSTN veà phía nöôùc α2. Xem (Prf/Prw)0.25 = 1.
- Xaùc ñònh HSTN k vaø maät ñoä doøng nhieät trung bình treân 1 m oáng qL.
- Chieàu daøi caàn thieát cuûa oáng laø bao nhieâu?
Giaûi:
1. Heä soá toaû nhieät α2
Nhieät ñoä TB cuûa nöôùc trong oáng: tf2 = 0,5(25 + 95) = 60 oC
TSVL cuûa nöôùc
ρ = 983,2 kg/m3 c; = 4,179 kJ/kgK ; λ = 65,9.10-2 W/mK
p
Prf = 2,98
ν = 0,478.10-6 m2/s ;
4G
4×1
w =
=
=1,65 m / s
= 96652 > 104
Vaän toác nöôùc :
ρπd2tr 983,2× π×0,0282
wdtr
1,65× 0,028
0,478.10−6
Ref =
=
TC Reynolds:
ν
Do cheá ñoä chaûy roái neân ta coù PTTC:
Nuf = 0,021Ref0,8Prf0,43 = 0,021 x 966520,8 x 2,980,43 = 326,76
λ
dtr
65,9.10−2
0,028
α2 = Nuf
= 326,76
= 7690,5 W / m2K
2. Heä soá truyeàn nhieät vaø nhieät löôïng truyeàn
1
kL =
dng
1
1
1
+
ln +
α1dng 2λv dtr α2dtr
1
kL =
= 73,24 W/ mK
1
1
32
ln +
4000×0,032 2× 45 28 7690,5×0,028
1
+
qL = πkL(tf1 – tf2) = π x 73,24(120 – 60) = 13,798
kW/m
3. Chieàu daøi oáng caàn thieát
Nhieät caàn caáp cho nöôùc:
Q = G2cp2(t'' − t'f 2 ) =1×4,179(95− 25) = 292,53 kW
f2
Q 292,53
qL 13,798
Chieàu daøi oáng:
(Kieåm tra L/d !)
L =
=
= 21,2 m
12 trang
27240
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Truyền nhiệt - Bài tập truyền nhiệt tổng hợp và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_truyen_nhiet_bai_tap_truyen_nhiet_tong_hop_va_tin.pdf
