Nhiệt động hoc ky thuat trường đại bách khoa tp hcm

đây là bộ đề thi phần nhiệt động các năm của trường đai hoc bách khoa tphcm. có đáp án lời giải chi tiết cho các bạn có thể đáp ứng nhu cầu làm bài. lời giải do một số thầ hướng dẫn đảm bảo độ chính xác cao.

TRUYỀN NHIỆT

Đề thi cuối kì 1 (01/10/2007 – Chính quy) – 90 phút

(ID Code trên facebook: 1 - http://tinyurl.com/nganhangdethi-bkhcm )

Bài 1 (3 điểm): Một thanh hình trụ có đường kính d = 2,5mm, chiều dài L = 12 cm, hệ số dẫn

nhiệt 115W/(mK) Một đầu thanh được gắn vào vách có nhiệt độ tg = 80oC

Nhiệt độ môi trường xung quanh tf = 30oC

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu từ bề mặt thanh đến môi trường xung quanh  32W/(m2K)

1 Xác định nhiệt độ đỉnh thanh và giữa thanh (1,5 điểm)

2 Xác định nhiệt lượng truyền qua thanh (W) (1,5 điểm)

Giải bài 1:

TÓM TẮT SỐ LIỆU:

d = 2,5mm; 115W/(mK); tf = 30oC

L = 12 cm; tg = 80oC; 32W/(m2K)

1 Ta có:

115 2,5.10 4

m





Và: mh21,1 12.10  22,532

Trong đó: h – chiều dài thanh bằng 12cm = 0,12m

  2,532 6,329

  2,532 0,987

Nhiệt độ thừa ở gốc thanh: 80 30 50o

Suy ra nhiệt độ thừa ở đỉnh thanh:

 1 506,3291 7,9

o

ch mh

Nhiệt độ đỉnh thanh: 7,9o 7,9 7,9 30 37,9o

Ta tìm: ch m x h   ch m 2hhchmh2 chmh2 ch2,5322 

1,914



Với x = h/2 (giữa thanh)

Nhiệt độ thừa tại vị trí giữa thanh:

  501,9146,329 15,12

o o

ch m x h

C

ch mh

      

Suy ra nhiệt độ tại giữa thanh:

15,12o 15,12 15,12 30 45,12o

2 Xác định nhiệt lượng truyền qua thanh:

Ta có:

th th 115 21,1 50 0,987

d



0,5878

Bài 2 (3 điểm): Nước chảy trong ống thẳng có đường kính d = 20mm với vận tốc 1,1

m/s Nhiệt độ nước vào và ra tương ứng ' 55o

f

t  C và '' 65o

f

t  C Chiều dài của ống là L = 3m

1 Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (1,5 điểm)

2 Xác định nhiệt lượng trao đổi và nhiệt độ trung bình của vách (1,5 điểm) Cho biết

Prf/Prw = 1,28

Giải bài 2:

TÓM TẮT SỐ LIỆU:

ống thẳng đứng d = 20mm; 1,1m/s;

' 55o

f

t  C; '' 65o

f

t  C; L = 3m; Prf/Prw = 1,28

1 Vì đề không nói gì thêm nên ta quy ước là ống đặt nằm ngang:

- Nhiệt độ tính toán: ' '' 55 65 60

f

t t

- Kích thước tính toán: L = d = 0,02m

- Từ nhiệt độ tf = 60oC, ta tìm được các thông số vật lý của nước:

o c p 4,179 kJ/kgoK

o f 65,9.102 W/moK

o f 0,478.106m2/s

o Prf 2,98

- Tiêu chuẩn Reynolds: Re 1,1 0,026 46025 104

0,478.10

f

L





    Dòng chảy rối

- Tỉ số L/d = 3/0,02 = 150 > 50 Suy ra l 1

- Do là ống thẳng nên ta có R 1

- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu được xác định theo công thức sau:

0,25

2 0,8 0,43 Pr 65,9.10 0,8 0,43 0,25

w

L



 

6326,8

2 Nhiệt lượng trao đổi được xác định theo công thức sau:

 w f p ''f 'f

QF t t Gc t t (1)

Ta có:

2



Như vậy: Q0,34 4,179 65 55 14,2    kW

Từ (1), ta có:

6326,8 0,02 3 71,9

o

C





Vậy:

Nhiệt lượng trao đổi Q = 14,2 kW

Nhiệt độ trung bình của vách là tw = 71,9oC

Bài 3 (2 điểm): Hai vách phẳng đặt song song

- Vách I: nhiệt độ t1 = 150oC; độ đen 10,4

- Vách II: nhiệt độ t2 = 40oC; độ đen 2 0,6

1 Xác định mật độ dòng nhiệt bức xạ giữa hai vách (1 điểm)

2 Đặt giữa hai vách một màng chắn có độ đen  0,05 Xác định lại mật độ dòng nhiệt bức xạ và nhiệt độ màng chắn (1 điểm)

Giải bài 3:

TÓM TẮT SỐ LIỆU:

t1 = 150oC; t2 = 40oC; 10,4; 2 0,6;  0,05

1 Mật độ dòng nhiệt bức xạ giữa hai vách:

12

5,67 150 273 40 273

1 1 1 100 100 1 1 1 100 100

0,4 0,6

o

q

 

401,4

2 Khi đặt giữa 2 vách một màng chắn có  0,05 thì mật độ dòng nhiệt thay đổi như sau:

12

100 100

1 1 2 1 1

5,67 150 273 40 273

1 1 2 2 100 100

0,4 0,6 0,05

o

q

30,14

Nhiệt độ của màng chắn được xác định bởi:

12

1

1 1 1 100

1 1o 1 100 100 100 o

q

C

 

 

 

4 4

0,4 0,05

150 273

oK

378,8 273 105,8o

c

Bài 4 (2 điểm): Thiết bị trao đổi nhiệt lưu động ngược chiều có diện tích truyền nhiệt F =

12m2, hệ số truyền nhiệt kF = 2700 W/m2K

- Lưu chất I: t'190o C; G1 = 4 kg/s; cp1 = 4,18 kJ/kgK

- Lưu chất II: t'2 30o C; G2 = 5,5 kg/s; cp2 = 3,1 kJ/kgK

1 Xác định nhiệt lượng trao đổi của hai lưu chất (1 điểm)

2 Xác định nhiệt độ ra của hai lưu chất (1 điểm)

Giải bài 4:

TÓM TẮT SỐ LIỆU

lưu động ngược chiều, F = 12m2; kF = 2700 W/m2K;

1

' 90o

t  C; G1 = 4 kg/s; cp1 = 4,18 kJ/kgK

2

' 30o

t  C; G2 = 5,5 kg/s; cp2 = 3,1 kJ/kgK

1 Ta có:

3 min 1 p1 4 4,18.10 16720

3 max 2 p2 5,5 3,1.10 17050

Nhiệt lượng trao đổi của hai lưu chất được xác định theo:

max

' '

Q

      (1)

trong đó:

Q – dòng nhiệt thực do chất lỏng nóng truyền cho chất lỏng lạnh

Qmax – dòng nhiệt tối đa có thể truyền

Và ta có

min

2700 12 1,938 16720

kF

NTU

C



min

max

16720 0,981 17050

C

C

C

Do lưu động ngược chiều nên ta có:

1 exp 1 1 exp 1,938 1 0,981

1 exp 1 1 0,981exp 1,938 1 0,981

          

0,664



Theo (1) ta xác định được:

max min '1 '2 0,664 16720 90 30 666124,8

QQ C t t      W = 666,124 kW

2 Xác định nhiệt độ ra của hai lưu chất, đó là nhiệt độ t''1 và t''2

Ta có:

2 p2 ''2 '2 17050 '' 302 666124,8

2

666124,8

'' 30 69,07

17050

o

1

' '' 16720 90 '' 666124,8 666124,8

16720

p

o

Vậy: t''150,16o C; t''269,07o C