Bài tập Kỹ thuật nhiệt 2

Vẽ và xác định: - Entapi, độ chứa hơi và nhiệt độ đọng sương của không khí ở trạng thái đầu - Khối lượng không khí khô, lượng hơi nước ngưng tụ lại và lượng nhiệt lấy ra Bài tập 2 Xác đ

BÀI TẬP KỸ THUẬT NHIỆT

1.PHẦN NHIỆT ĐỘNG

Bài tập 1

Có 5kg không khí được chứa trong bình kín có thể tích V= 0,5 m3, ở nhiệt độ

t1= 30 oC, bị nung nóng đẳng tích tới nhiệt độ t2= 150 oC Cho biết k = 1,4

Xác định:

- Các thông số áp suất đầu, cuối : p1 , p2 (bar)

- Nhiệt lượng cấp vào: Q (kJ)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật : L, Lkt (kJ)

- Sự thay đổi nội năng: U (kJ) và thay đổi entropi : S (kJ/oK)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v, T-S

Bài tập 2

Có 8 kg không khí được chứa trong bình kín ở áp suất p1 = 12 bar và nhiệt độ

t1= 30 oC, bị nung nóng đẳng tích tới nhiệt độ t2= 100 oC

Xác định:

- Thể tích bình chứa: V (m3)

- Thông số áp suất cuối : p2 (bar)

- Nhiệt lượng cấp vào: Q (kJ)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật : L, Lkt (kJ)

- Sự thay đổi nội năng: U (kJ) và thay đổi entropi : S (kJ/oK)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v, T-S

Cho biết không khí được xem là khí 2 nguyên tử, KLPT=29 (kg/kmol); k = 1,4

Bài tập 3

Một bình kín thể tích V= 0.028 m3 ở áp suất p1 = 1,008 bar và nhiệt độ t1= 33 o

C Không khí được cấp nhiệt đẳng tích Q= 18kJ

Xác định:

- Nhiệt độ cuối t2(OC), áp suất cuối p2 (bar)

- Khối lượng không khí trong bình G (kg)

- Sự thay đổi nội năng: U (kJ) và thay đổi entropi : S (kJ/oK)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v, T-S

Cho biết không khí được xem là khí 2 nguyên tử, KLPT=29 (kg/kmol); k = 1,4

Bài tập 4

Có 5 kg NH3 ở áp suất ban đầu: p1 = 2 bar, nhiệt độ ban đầu t1 = 15 0C, được gia

nhiệt đẳng áp đến nhiệt độ t2 = 150 0C, k = 1,3

Xác định:

- Thể tích đầu và cuối: V1, V2 (m3)

- Nhiệt lượng cấp vào: Q (kJ)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật : L, Lkt (kJ)

- Sự thay đổi nội năng: U (kJ), sự thay đổi Entanpi: I (kJ) và thay đổi entropi : S (kJ/oK)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v và T-S

Bài tập 5

Có 0,6 kg O2 có thông số ban đầu p1 = 29 bar, nhiệt độ ban đầu t1 = 355 0C,

được gia nhiệt đẳng áp đến nhiệt độ t2 = 815 0C, k =1,4

Xác định:

- Thể tích đầu và cuối: V1, V2 (m3)

- Nhiệt lượng cấp vào: Q (kJ)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật : L, Lkt (kJ)

- Sự thay đổi nội năng: U (kJ) và thay đổi entropi : S (kJ/oK)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v và T-S

Bài tập 6

Cho 0,15 kg khí NH3 có thông số ban đầu p1 = 0,8 bar, t1 = 35 0C, thực hiện

quá trình đẳng nhiệt tới áp suất p2= 3,2 bar, k = 1,3

Xác định:

- Các thông số : V1 (m3), V2 (m3)

- Nhiệt lượng của quá trình: Q (kJ)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật : L, Lkt (kJ)

- Sự thay đổi nội năng: U (kJ) và thay đổi entropi : S (kJ/oK)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v, T-S

Bài tập 7

Cho 5 kg không khí có thông số ban đầu p1 = 0,8 bar, t1 = 45 0C, thực hiện

quá trình đẳng nhiệt tới áp suất p2= 6,2 bar

Xác định:

- Các thông số : V1 (m3), V2 (m3)

- Nhiệt lượng của quá trình: Q (kJ)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật : L, Lkt (kJ)

- Sự thay đổi nội năng: U (kJ) và thay đổi entropi : S (kJ/oK)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v, T-S

Cho biết không khí được xem là khí 2 nguyên tử, KLPT=29 (kg/kmol); k = 1,4

Bài tập 8

Cho 4 kg O2 ở áp suất ban đầu p1 = 9 bar, nhiệt độ ban đầu

t1 = 300 0C dãn nở đoạn nhiệt đến áp suất p2 = 3 bar , k = 1,4

Xác định:

- Thể tích đầu, cuối : V1(m3) V2 (m3)

- Nhiệt độ cuối của quá trình: t2 (oC)

- Sự thay đổi nội năng: U (KJ) và thay đổi entropi : S (kJ/oK)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật : L, Lkt (kJ)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v, T-S

Bài tập 9

Cho 3 kg không khí có thông số ban đầu V1 = 0,5 m3, t1 = 200 0C thực hiện

quá trình dãn nở đoạn nhiệt đến thể tích V2= 1,8 m3

Xác định:

- Áp suất đầu và cuối : p1 , p2 (bar)

- Nhiệt độ cuối: t2 (oC)

- Sự thay đổi nội năng: U (KJ) và thay đổi entropi : S (kJ/oK)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật : L, Lkt (kJ)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v, T-S

Cho biết không khí được xem là khí 2 nguyên tử, KLPT=29 (kg/kmol); k = 1,4

Bài tập 10

Cho 4 kg không khí có thông số ban đầu p1 = 20 bar, t1 = 40 0C thực hiện quá

trình dãn nở đoạn nhiệt thể tích tăng 6 lần

Xác định:

- Thể tích đầu và cuối : V1 , V2 (m3)

- Nhiệt độ cuối và áp suất cuối : t2 (oC); p2 (bar)

- Sự thay đổi nội năng: U (kJ) và thay đổi entropi : S (kJ/oK)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật : L, Lkt (kJ)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v, T-S

Cho biết không khí được xem là khí 2 nguyên tử, KLPT=29 (kg/kmol); k = 1,4

Bài tập 11

Cho 8 kg không khí ở áp suất ban đầu p1 = 30 bar, nhiệt độ ban đầu t1 = 500 0C,

dãn nở đa biến tới áp suất p2= 1,2 bar

Xác định:

- Các thông số trạng thái : V1 (m3), V2 (m3), t2 (oC )

- Nhiệt lượng của quá trình: Q (kJ)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật của quá trình: L, Lkt (kJ)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v, T-S

Cho biết không khí được xem là khí 2 nguyên tử, KLPT=29 (kg/kmol); k = 1,4 n=4/3

Bài tập 12

Cho 3 kg N2 với thông số ban đầu p1 = 1 bar, t1 = 27 0C được nén đa biến

tới p2 = 15 bar, t2 = 427 0C Cho k =1,4

Xác định:

- Các thông số trạng thái : V1 (m3), V2 (m3)

- Số mũ đa biến: n

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật: L, Lkt (kJ)

- Nhiệt lượng toả ra Q (kJ)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v ; T - S

Bài tập 13

Cho 2 kg O2 với thông số ban đầu p1 = 8 bar, t1 = 227 0C giãn nở đa biến

thể tích tăng 3 lần Cho k = 1,4; n = 1,2

Xác định:

- Các thông số trạng thái : V1 (m3), V2 (m3), p2 (bar), t2 (oC)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật: L, Lkt (kJ)

- Nhiệt lượng toả ra Q (kJ)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v ; T - S

Cho biết không khí được xem là khí 2 nguyên tử, KLPT=29 (kg/kmol); k = 1,4

Bài tập 14

Cho không khí với thông số ban đầu p1 = 1 bar, t1 = 27 0C được nén đa

biến trong máy nén piston thể tích xi lanh 3,5 lít tới áp suất p2 = 7 bar

Xác định:

- Các thông số trạng thái : V2 (m3), t2 (oC)

- Công thay đổi thể tích và công kĩ thuật (nén): L, Lkt (kJ)

- Nhiệt lượng toả ra Q (kJ)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v ; T - S

Cho biết không khí được xem là khí 2 nguyên tử, KLPT=29 (kg/kmol); k = 1,4;

n = 1,2

2 PHẦN KHÔNG KHÍ ẨM

Bài tập 1

20 kg không khí ẩm có các thông số 1 = 85 %, t1 = 30 0C được làm lạnh đến nhiệt độ t2 = 12 0C Vẽ và xác định:

- Entapi, độ chứa hơi và nhiệt độ đọng sương của không khí ở trạng thái đầu

- Khối lượng không khí khô, lượng hơi nước ngưng tụ lại và lượng nhiệt lấy ra

Bài tập 2

Xác định phân áp suất hơi nước, nhiệt độ đọng sương, entanpi, nhiệt độ nhiệt kế ướt của 50kg khộng khí ẩm, có nhiệt độ 25OC, độ ẩm tương đối 80% Tiến hành hạ nhiệt độ khối không khí ẩm này xuống 15OC bằng thiết bị trao đổi

bề mặt

Xác định:

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị I-d

- Xác định luợng nhiệt lấy đI và lương nước ngưng tụ

Bài tập 3

20 kg không khí ẩm có các thông số 1 = 85 %, t1 = 35 0C

Vẽ và xác định:

- Độ chứa hơi và nhiệt độ đọng sương, nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí

ẩm

- Khối lượng không khí khô, lượng hơi nước ngưng tụ lại và lượng nhiệt lấy ra của không khí ẩm khi làm lạnh xuóng 12OC

Bài tập 4

Không khí ẩm có các thông số 1 = 70 %, t1 = 22 0C được đốt nóng đẳng dung đến nhiệt độ t2 = 50 0C rồi tiến hành quá trình phun ẩm làm mát đoạn nhiệt tới nhiệt độ t3 = 35oC Vẽ và xác định:

- Độ chứa hơi, entapi của không khí tại trạng thái 1,2

- Độ ẩm tương đối, độ chứa hơi của không khí tại trạng thái 3

- Nhiệt lượng và lượng không khí cần thiết để bốc hơi 2.5 kg nước trong vật sấy

Bài tập 5

Không khí ẩm có các thông số t = 70 0C độ chứa hơi là 22g/kg được đưa vào buồng sấy thực hiện quá trình sấy vật ẩm Không khí sâu khi ra khổi buồng sấy

có nhiệt độ 40OC Biết lượng nước thoát ra từ vật ẩm trong mỗi giờ là 7,5 kg/h Xác định:

- Biểu diễn quá trình sấy trên đồ thị I-d

- Xác định độ chứa hơi, độ ẩm tương đối, entanpi của không khí tại điểm nút

- Xác định nhiệt lượng và lượng không khí cần thiết đế bốc hơi 2 kg nước trong vật sấy

Bài tập 6

Không khí ẩm khi vào buồng sấy có độ chứa hơi d1= 22g/kg, t1= 70OC

Không khí sau khi ra khổi buồng sấy có nhiệt độ 40OC

Xác định:

- Biểu diễn quá trình sấy trên đồ thị I-d

- Xác định độ chứa hơi, độ ẩm tương đối, entanpi của không khí sau quá trình sấy

- Xác định lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy Biết lượng nước thoát ra từ vật ẩm trong mỗi giờ là 2,5 kg/h

Bài tập 7

12 kg không khí ẩm có các thông số j1 = 60 %, t1 = 25 0C Vẽ và xác định:

- Xác định lượng không khí khô, lượng hơi nước có trong không khí ẩm

- Tiến hành phun 50g hơi nước có nhiệt độ 25OC xác định độ biến thiên entanpi

Bài tập 8

10kg không khí ẩm có các thông số j1 = 60 %, t1 = 20 0C

Vẽ và xác định:

- Xác định lượng không khí khô, lượng hơi nước có trong không khí ẩm

- Tiến hành phun hơi nước có nhiệt độ 20OC vào khối không khí ẩm cho đến khi độ ẩm không khí đạt đến 90% Xác định lượng hơi nước cần thiết và

độ biến thiên entanpi

Bài tập 9

Hoà trộn 10kg không khí ẩm có nhiệt độ 30OC, độ ẩm 80%, với 10kg không khí ẩm có nhiệt độ 20OC, độ ẩm 70%

Xác định:

- Biểu diễn quá trình hòa trộn trên đồ thị I-d

- Nhiệt độ, độ ẩm tương đối, nhiệt độ đọng sương, độ chứa hơi của hỗn hợp sau khi hoà trộn

- Nếu bọc một miếng giẻ ướt vào bầu nhiệt kế rồi tiến hành đo nhiệt độ không khí sau khi hoà trộn thì nhiệt kế chỉ bao nhiêu độ

- Lượng không khí khô, lượng hơi nước có trong hỗn hợp không khí ẩm sau khi hoà trộn

Bài tập 10

Hoà trộn dòng không khí ẩm có lưu lượng 400 l/s, nhiệt độ 15OC, độ ẩm 95%, với không khí ngoài trời có nhiệt độ 30OC, độ ẩm 80% để được không khí có nhiệt độ 18OC

Xác định:

- Biểu diễn quá trình hòa trộn trên đồ thị I-d

- Thông số các điẻm nút của quá trình

- Lưu lượng không khí ngoài trời cần thiết cho quá trình hoà trộn

3 PHẦN TRUYỀN NHIỆT

Bài tập 1

Một vách phẳng có kích thước vách (5 x 4 )m, cấu tạo bởi 3 lớp:

- Lớp thứ nhất bằng gạch Samốt có SM = 120 mm, SM = 1,28 W /mđộ

- Lớp thứ hai xỉ than có X = 100 mm, X = 0,15 W /mđộ

- Lớp thứ ba bằng gạch đỏ có g = 220 mm, g = 0,8 W /mđộ

Nhiệt độ bề mặt bên trong vách là 12500C, bên ngoài vách là 500C

Xác định:

- Lượng nhiệt truyền qua vách trong 2 giờ

- Nhiệt độ giữa các lớp (tw2, tw3 )

Bài tập 2

Một vách buồng sấy được xây bởi 2 lớp:

- Lớp thứ nhất bằng gạch đỏ có G = 250 mm, G = 0,7 W /mđộ

- Lớp thứ hai nỉ có N = 0,15 W /mđộ

Nhiệt độ bề mặt bên trong vách là 1100C, bên ngoài vách là 250C

Xác định:

- Xác định chiều dày lớp nỉ để tổn thất nhiệt qua vách buồng sấy không vượt quá 110 W/m2

- Tính nhiệt độ tiếp xúc giữa các lớp

Bài tập 3

Một vách phẳng có kích thước vách (5 x 6 )m, cấu tạo bởi 3 lớp:

- Lớp thứ nhất bằng gạch Samốt có SM = 113 mm, SM = 1,28 W /mđộ

- Lớp thứ hai xỉ than có X = 150 mm, X = 0,15 W/mđộ

- Lớp thứ ba bằng gạch đỏ có g = 220 mm, g = 0,8 W/mđộ

Nhiệt độ bề mặt bên trong vách là 12000C, bên ngoài vách là 400C

Xác định:

- Lượng nhiệt truyền qua vách trong 30 phút

- Xác định vị trí có nhiệt độ 100OC

Bài tập 4

Một tường lò xây bằng 2 lớp:

- Lớp gạch Samốt SM = 113 mm, SM = 0,93W/mđộ

- Lớp gạch đỏ D = 110 mm, D = 0,7 W/mđộ

Nhiệt độ bề mặt vách trong là 12500C, vách ngoài là 500C luôn không đổi

- Xác định lượng nhiệt truyền qua vách trong 2 giờ

- Nếu thêm vào giữa lớp samốt và gạch đỏ 1 lớp xỉ than có x = 110 mm, x = 0,5W/mđộ thì bề dày lớp gạch đỏ là bao nhiêu để tổn thất nhiệt qua tường không đổi Tính nhiệt độ giữa các lớp khi có thêm lớp xỉ (tw2, tw3 )

Bài tập 5

Một đoạn ống gió vuông có tiết diện 500x250 mm, độ dài 3m được chế tạo bằng tôn

mạ kẽm dày T = 0,75mm có hệ số dẫn nhiệt T=55 W/mđộ, được bọc cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày B = 20 mm, hệ số dẫn nhiệt B=0,05 W/mđộ Nhiệt độ mặt trong ống gió là 20C, nhiệt độ mặt ngoài ống gió là 30C

- Xác định lượng nhiệt truyền qua ống gió trong 5 giờ

- Nếu thay bông thủy tinh bằng AEROFLEX dày 10mm có =0,034 W/mđộ thì lượng nhiệt tổn thất sẽ như thế nào

Bài tập 6

Một ống thép đường kính d1/d2 = 300mm/320 mm, hệ số dẫn nhiệt T = 50 W /mđộ, được bọc 2 lớp cách nhiệt phía ngoài:

- Lớp thứ nhất có chiều dày dCN1 = 40 mm, hệ số dẫn nhiệt CN1 = 0,25 W /mđộ

- Lớp thứ hai có chiều dày dCN2 = 70 mm, hệ số dẫn nhiệt CN2 = 0,11 W /mđộ

Nhiệt độ mặt trong của ống tw1 = 3800C, nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt thứ hai tw4 = 50 0C Xác định:

- Tổn thất nhiệt trên 6m chiều dài ống trong nửa giờ

- Nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt (tw2, tw3)

Bài tập 7

Một ống thép dài 10m đường kính d1/d2 = 245mm/250 mm, hệ số dẫn nhiệt 1 = 50

W /mđộ, được bọc một lớp cách nhiệt có chiều dày d2 = 50 mm, hệ số dẫn nhiệt 2 = 0,05 W /mđộ

Nhiệt độ mặt trong của ống tw1 = 1200C, nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt thứ hai tw3 = 50 0C Xác định tổn thất nhiệt trong một ngày đêm

Bài tập 8

Một ống thép đường kính d1/d2 = 110mm/120 mm, hệ số dẫn nhiệt T = 55 W/mđộ, được bọc một lớp cách nhiệt có 2 = 0,09 W /mđộ Nhiệt độ mặt trong của ống tw1 =

2000C, nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt tw3 = 50 0C Xác định chiều dày lớp cách nhiệt và nhiệt độ tw2 để tổn thất nhiệt không vượt quá 300W/m

Bài tập 9

Đường ống nước lạnh bằng thép đường kính d2/d1 = 230mm/210 mm, hệ số dẫn nhiệt T = 55 w/mđộ, được bọc cách nhiệt bằng AEROFLEX dày 35mm ,hệ số dẫn nhiệt của AEROFLEX CN = 0,035 W/mđộ

Nhiệt độ mặt trong của ống 80C, nhiệt độ mặt ngoài của ống là 33OC Xác định:

- Tổn thất nhiệt trên 30m chiều dài ống trong hai giờ

- Nếu dùng thép ống có đường kính 60mm/40mm thì chiều dày lớp cách nhiệt

sẽ là bao nhiêu để tổn thất nhiệt trên 1m chiều dài ống không đổi

Bài tập 10

Một bức tường phẳng cao 3 m, rộng 4m, dày 250mm Tường cấu tạo bởi 3 lớp:

- Lớp trong bằng vữa bata dày d1 =15mm có 1 = 0,8 W/mđộ

- Lớp giữa bằng gạch đỏ dày d2 = 220mm có 2 = 0,75 W/mđộ

- Lớp ngoài bằng vữa bata dày d3 = 15mm có 3 = 0,8 W/mđộ

Nhiệt độ không khí bên trong tường là 270C, bên ngoài tường là 350C Hệ số toả nhiệt bên trong tường là 8 w/m2độ, bên ngoài tường là 25 W/m2độ Xác định:

- Lượng nhiệt truyền trong 1 giờ

- Nhiệt độ vách trong và vách ngoài của tường (tw1, tw4)

Bài tập 11

Về mùa đông nhiệt độ ngoài trời tf2 =15OC, nhiệt độ trong phòng tf1 =25OC Tường nhà xây gạch đỏ có chiều dày  = 250mm, hệ số dẫn nhiệt của gạch =0,7

W/mK Hệ số TĐNĐL tự nhiên phía trong và phía ngoài tường tương ứng bằng

ỏ1=13W/m2K, ỏ2= 8 W/m2K Hãy xác định:

- Mật độ dòng nhiệt

- Nhiệt độ trên hai mặt của tường nhà

Bài tập 12

Một tường lò hơi có chiều dày  = 0,250 m; Hệ số dẫn nhiệt của tường =0,75 W/mđộ Cho biết nhiệt độ của sản phẩm cháy trong buồng đốt tf1 = 8500C, nhiệt độ của không khí bên ngoài tf2 = 500C; Hệ số toả nhiệt bên trong 1= 60 W/m2 độ, bên ngoài 2= 25 W/m2 độ

- Xác định tổn thất nhiệt qua tường và nhiệt độ 2 mặt tường

- Để giảm 1/2 tổn thất nhiệt người ta phủ trên mặt ngoài của vách vật liệu cách nhiệt có CN = 0,4 W/mđộ Xác định chiều dày cần thiết của lớp này

Bài tập 13

Một ống dẫn hơi bằng thép có đường kính d1/d2 = 200mm/216 mm, hệ số dẫn nhiệt T = 50 W/mđộ, được bọc một lớp cách nhiệt dày 120 mm, có hệ số dẫn nhiệt

CN = 0,1126 W/mđộ Nhiệt độ của hơi tf1 = 3000C, nhiệt độ không khí xung quanh

tf2 = 250C Hệ số toả nhiệt của hơi đến bề mặt trong 1 = 120 W/m2độ, hệ số toả nhiệt

từ bề mặt ngoài đến không khí 2 = 9,5 W/m2độ Xác định:

- Tổn thất nhiệt trên 6m chiều dài ống trong nửa giờ

- Nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt (tw2, tw3)

Bài tập 14

Kênh dẫn không khí lạnh trong hệ thống điều hòa nhiệt độ trung tâm làm bằng thép dày 0,002 m, hệ số dẫn nhiệt 1 = 0,50W/mđộ, có tiết diện chữ nhật (axb) = (0,2x0,25) được bọc một lớp cách nhiệt dày 10mm, hệ số dẫn nhiệt 2 = 0,05 W/mđộ Nhiệt độ trung bình của không khí lạnh tf2= 20OC, nhiệt độ phía ngoài tf1 = 30OC Hệ

số TĐNĐL trong và ngoài kênh dẫn có thể xem bằng nhau: 1= 2= 10 W/m2 độ Xác định: