tong hop bai tap KỸ THUẬT NHIỆT

Hãy tính hệ số trao đổi nhiệt đối lu  giữa vách vàkhông khí và dòng nhiệt ql tính cho 1m chiều dài ống.. Để giảm lợmg nhiệt trao đổi xuống 20% khi các điều kiệnnhiệt độ và kích thớc khô

Đề 1

Cõu3 : Một dòng không khí có tốc độ  = 3

m

s chuyển động cắt ống có đờng kính ngoài d = 20 mm Biết nhiệt độ

không khí ở xa ống tf = 250C và nhiệt độ mặt ngoài ống t =900C Hãy tính hệ số trao đổi nhiệt đối lu  giữa vách vàkhông khí và dòng nhiệt ql tính cho 1m chiều dài ống Để giảm lợmg nhiệt trao đổi xuống 20% khi các điều kiệnnhiệt độ và kích thớc không thay đổi thì góc va của dòng sẽ bằng bao nhiêu?

Bài toán TĐNĐL cỡng bức khi chất lỏng chuyển động cắt ống đơn

Nhiệt độ xác định tf = 25OC

Kích thớc xác định d = 20 mm = 0,02 m

Từ bảng 18 xác định f = 15,53 10-6

m s

d f

Khi các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ thay đổi góc va , thì để giảm 20% lợng nhiệt cần phải tìm góc va 

để cho Nu giảm 20% Từ phụ lục tìm đợc  = 0,8 tơng ứng với góc va  khoảng 45O

Cõu 4 : Hai kilogam oxi đợc nén đẳng nhiệt từ áp suất 1at đến 6 at, cần thải lợng nhiệt 200 kJ Xác định nhiệt độ của

quá trình, thể tích đầu, cuối và biến đổi entropi của quá trình, công kỹ thuật của quá trình?

+ Qui đổi các đại lợng đã biết về đơn vị hệ SI:

- Xác định nhiệt độ của quá trình:

Nhiệt thải ra của quá trình xác định từ phơng trình định luật nhiệt động I:

Q = L + U;

Quá trình đẳng nhiệt có U = mCvT = 0;

2 KT

Cõu 3: Không khí đợc nén đoạn nhiệt trong máy nén từ áp suất 1 at đến áp suất 8 at Hãy xác định các

thông số trạng thái của không khí sau khi nén và công của quá trình nén với 1 kg không khí, nếu biết nhiệt

độ không khí trớc khi nén là 15oC

Cho nhiệt dung riêng là hằng số

Nhiệt độ sau khi nén đợc xác định theo quan hệ đoạn nhiệt:

định dòng nhiệt riêng truyền qua vách và nhiệt độ trên các mặt của vách

Nếu làm cánh với hệ số làm cánh bằng 12, thì dòng nhiệt truyền qua phía vách phẳng sẽ thay đổi thế nào.Bài toán truyền nhiệt qua vách phẳng

Xác định hệ số truyền nhiệt khi cha làm cánh:

150

0 015 20

1 8

q = k (t tf1 - tf2 ) = 7,55 (t 100 - 10 ) = 679,5

W

m dộ2 Nhiệt độ trên các mặt vách:

- Phía vách tiếp xúc với chất lỏng nóng:

Dòng nhiệt khi làm cánh: Cánh làm phía có  thấp, trong bài toán này là phía chất lỏng lạnh với C = 12

Xác định hệ số truyền nhiệt khi làm cánh:

150

0 015 20

Cõu3: Một dòng nớc có tốc độ  = 1

m

s chuyển động cắt vuông góc ống có đờng kính ngoài d = 20 mm Nhiệt độ

n-ớc ở xa ống tf = 200C , nhiệt độ mặt vách ngoài ống t =900C Hãy tính hệ số trao đổi nhiệt đối lu  và dòng nhiệt ql

tính cho 1m chiều dài ống

Để giảm lợng nhiệt trao đổi xuống 20% khi các điều kiện nhiệt độ và kích thớc không thay đổi, thì góc va phải

điều chỉnh bằng bao nhiêu?

- Bài toán TĐNĐL cỡng bức khi chất lỏng chuyển động cắt ống đơn

Góc va  phải giảm đến khoảng 42O để ql giảm 20%

Cõu 4: Ba kilogam không khí có nhiệt độ 15oC, áp suất 1 bar bị nén đoạn nhiệt nhận công thay đổi thể tích 400 kJ Xác định thể tích đầu và cuối ; nhiệt độ, áp suất cuối ; biến đổi entanpi của quá trình?

+ Qui đổi các đại lợng đã biết về đơn vị hệ SI:

k

k 1 2

2 1

1 1,4 1,4 1

Nhiệt độ sau khi nén đợc xác định theo quan hệ đa biến:

Bµi to¸n T§N§L tù nhiªn trong kh«ng gian v« h¹n.

Prm = Pr60 = 2,98

- TÝnh Gr:

Gr  g l t

 .3 2

Prm = Pr60 = 0,696.

- TÝnh Gr:

Gr  g l t

 .3 2

24 94 2 9 10

0 11

2, , ,



= 6,57

W

m2 dé

- Tổn thất nhiệt trên 1m chiều dài ống đợc xác định:

Từ phơng trình của quá trình đa biến có thể viết cho hai trạng thái đầu và cuối là

p V 2 9,81.10 5 T

T p

n n

n n 1

1

1

2 1

p p

110

2 2

(t 120 - 20 ) = 144,14 kJ

- Xác định lợng nhiệt:

Nhiệt dung riêng trong quá trình đa biến:

Cn = CV

n k n



 1 =

20 9 29

1 15 1 4

1 15 1

, , ,,

- Lợng nhiệt truyền từ nớc đến ống:

Q = .d.l .(t tf - tw ) = 3,14 0,11 3,3 4601,6 (t 100 - 80 )=104952 W

- Xác định bán kính cần uốn cong để tăng  khoảng 10%:

Để tăng  thêm 10% trong khi các điều kiện khác giữ nguyên, thì cần phải tăng Nu thêm 10% Điều này có nghĩa bán kính cong phải đảm bảo cho R = 1,1 Từ công thức:

Cõu 3: Hai tấm phẳng đặt song song thẳng đứng, khoảng cỏch giữa hai tấm phẳng  = 5 mm và giữa hai tấm là

khụng khớ, tấm thứ nhất cú nhiệt độ t1 = 2270C ; cũn tấm thứ 2 cú nhiệt độ t2 =270C Hóy tớnh dũng nhiệt riờng trao đổi bằng đối lưu tự nhiờn giữa hai tấm phẳng ?

- Bài toán TĐNĐL tự nhiên trong không gian hữu hạn

+ Nhiệt độ xác định tm = 0,5(t tw1 + tw2 ) = 0,5 (t 227 + 27 ) = 127 OC

+ Kích thớc xác định  = 5 mm = 0,005 m

- Tra bảng 18 nhận đợc: 127 = 26,5 10-6

m s2

Pr127 =0,685

- Tính Gr:

Gr  g l t

 .

3 2

- Quy về đơn vị hệ SI:

0 5 32



= 29,87

kg kmol.

1 =

2 278 34 293 101308

439 5 293

,

= 0,567

kJ KO

Đề 8

Cõu3: Nộn đẳng ỏp 1,5 kg CO2 trong xilanh trong điều kiện ỏp suất p = 5 bar khụng đổi làm thay đổi thể tớch từ

500 lớt đến 300 lớt Tớnh nhiệt độ ở trạng thỏi đầu và cuối, lượng nhiệt, cụng thay đổi thể tớch, biến đổi nội năng và entropi của quỏ trỡnh ?

+ Quy đổi các đại lợng đã biết về đơn vị SI:

p = 5x10 = 5.10 N/m ;

V1 = 500.10-3 = 0,5 m3 ;

V2 = 300.10-3 = 0,3 m3

+ Giả thiết coi khí co2 là khí lý tởng, quá trình xảy ra trong xi lanh là quá trình đẳng áp

- Nhiệt độ của khí co2 trong xilanh trớc và sau khi cấp nhiệt xác định từ phơng trình trạng thái khí lý tởng pV = mRT :

Bài toán trao đổi nhiệt đối lu tự nhiên trong không gian vô hạn khi ống đặt thẳng đứng

3.(100−20) (18,97   10−6)2 = 1,77.109.Gr.Pr = 1,77.109 0,696 = 1,23 109;

Chế độ lu động của dòng đối lu tự nhiên là chế độ chảy rối nên C = 0,135 và n = 0,333

Num,h = C ( Gr Pr )m , h n

= 0,135(t1,23.109)0,333 = 144,6Xác đinh hệ số trao đổi nhiệt đối lu:

Cõu3: Nước núng chuyển động trong một ống đứng để trần Xỏc định dũng nhiệt do tỏa nhiệt đối lưu tự nhiờn giữa

mặt ngoài của ống và mụi trường khụng khớ xung quanh? Biết đường kớnh ống là 50 mm, chiều cao ống là 3 m, nhiệt

độ bề mặt ngoài của ống bằng 900C và nhiệt độ khụng khớ xung quanh bằng 100C

Nhiệt độ xác định:

f w m

t t 90 10t

50 oCCăn cứ vào nhiệt độ xác định tra bảng “Thông số vật lí của không khí” nhận đợc:

m = 2,83.102 W/m.K

m = 17,95.106 m2/s

Prm = 0,698Tiêu chuẩn Grashof:

6 m

1n3

.Vậy phơng trình tiêu chuẩn là

w f

Q  F t  t  5,88 3,14 50.10      3 90 10  

221,6 W

Câu4: Hỗn hợp 1kg N2 và 1kg O2 ở trạng thái ban đầu t1 = 200C và p1 = 760 mmHg (Đo ở nhiệt độ 0OC) được nén đẳng nhiệt để thể tích giảm đi 6 lần Hãy xác định các thông số còn lại của các trạng thái, công dãn nở và entrôpi trong quá trình? Coi C = const.

0 5 32



= 29,87

kg kmol.

1 =

2 278 34 293 101308

QT

,

= -997,4

JK

O

Đề 10

Cõu3 : Hỗn hợp 1,5 kg hỗn hợp khớ cú thành phần gN2=0,7 ; gO2=0,2 ; gH2O= 0,05 ; gCO2 =0,05 được nộn đoạn nhiệt từ trạng thỏi ban đầu p1 = 756 mmHg (Đó được quy về 00C) và t1 = 200C đến ỏp suất p2 = 9at Hóy xỏc định cỏc thụng sốcũn lại của trạng thỏi đầu, cuối của quỏ trỡnh?

- Quy đổi về đơn vị hệ SI:

0 2 32

0 1 44

= 29,83

kgkmol.

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí:

CV = gN2 CVN2 + gO2 CVO2 + gCO2 CVCO2

= 0,7

20 9 28

,

+ 0,2

20 9 32

,

+ 0,1

29 3 44

,

+ 0,2

29 3 32

,

+ 0,1

37 7 44

V2 = V1

p p

k 1 2

Cõu4 : Tỡm dũng nhiệt riờng do tỏa nhiệt đối lưu của một khe hẹp khụng khớ do hai tấm phẳng đặt nằm ngang tạo nờn?

Chiều dày của khe hẹp là 25mm, nhiệt độ bề mặt núng bằng 1500C, nhiệt độ bề mặt lạnh bằng 500C

Đây là bài toán tỏa nhiệt đối lu tự nhiên trong khe hẹp:

Nhiệt độ xác định:

w1 w2 f

t t 150 50 t

      8,8.102 W/m.K

Dòng nhiệt riêng qua vách:

2 t

Cõu3: Xỏc định hệ số tỏa nhiệt giữa ống và nước khi nước chảy trong ống cú đường kớnh trong 17 mm, dài 1,5 m với

tốc độ 2 m/s Biết nhiệt độ trung bỡnh của nước là 300C, nhiệt độ trung bỡnh của vỏch ống là 700C

Đây là bài toán tỏa nhiệt đối lu cỡng bức khi chất lỏng chảy trong ống

Tra bảng “Thông số vật lí của nớc trên đờng bão hòa”:

Cõu4: Nộn đoạn nhiệt 2,5 kg khụng khớ từ trạng thỏi ban đầu p1 =758 mmHg (Đo trong mụi trường cú nhiệt độ t

= 300C ) và t1= 200C, đến ỏp suất p2 = 9 at Hóy xỏc định cỏc thụng số trạng thỏi của khớ sau khi nộn, cụng nộn, biếnthiờn nội năng và entanpi của quỏ trỡnh? Khi tớnh toỏn coi C = const

- Quy đổi độ cao cột thuỷ ngân về 0OC:

p p

k k 1 2

1 1 2

k k 2 1

= 293 8,78 0,286 = 545OK

- Xác định thể tích khí sau khi nén:

V2 =

mRTp

2

2 =

2 5 8314

29 545882900

- Quy đổi về đơn vị hệ SI:

- Xác định số mũ đa biến n:

Từ công thức xác định nhiệt lợng Q = m.Cn.(t t2 -t1 ) nhận đợc:

Cn = CV

n−k n−1 =

n 1

2

1 1

= 0,489 m3

- Xác định áp suất ở trạng thái cuối:

p2 =

mRTV

Cõu4: Khụng khớ chuyển động trong ống cú đường kớnh 50 mm, dài 1,75 m với tốc độ 10 m/s Nhiệt độ trung bỡnh

của khụng khớ là 1000C Tớnh hệ số tỏa nhiệt  giữa vỏch ống và khụng khớ?

Với tf = 100oC, tra bảng thông số vật lí của không khí ta đợc :

f = 0,0321 W/m.K;

f = 23,13.106 m2/s

Tiêu chuẩn Reynold:

f 6 f

d 10 0,05 Re

Cõu3: Nước chảy ngang qua một ống thẳng cú đường kớnh 20 mm với tốc độ 0,5 m/s Nhiệt độ trung bỡnh của nước là

150C, nhiệt độ trờn bề mặt ống là 800C Tớnh hệ số tỏa nhiệt giữa bề mặt ống và nước?

Đây là bài toán tỏa nhiệt đối lu cỡng bức khi chất lỏng chảy bọc ống đơn

0,62 0,38 f

Cõu4: Hỗn hợp 1 kg N2, 1 kg CO và 1 kg O2 được nộn đa biến từ trạng thỏi ban đầu là p1 = 1 kG/cm2 và t1 = 200C với

số mũ đa biến n = 1,2 đến ỏp suất p2 = 7,8 at Hóy xỏc định cỏc thụng số cũn lại của cỏc trạng thỏi đầu và cuối? Khi tớnh coi C = const

- Quy đổi về đơn vị hệ SI:

n 1 2

1

1 2,

- Nhiệt độ cuối nén T2:

T2 =

p V mR

Cõu 3: Khụng khớ ở trong bỡnh cú ỏp suất 30 at, nhiệt độ 700C được đưa qua ống tăng tốc nhỏ dần vào mụi trường cú

ỏp suất 20 at Xỏc định tốc độ của dũng khụng khớ tại tiết diện cửa ra của ống và lưu lượng nếu tiết diện ra của ống tăng tốc là 18 mm2

Nếu khụng khớ qua ống tăng tốc trờn đưa vào mụi trường khớ quyển cú ỏp suất là 1 at thỡ tốc độ dũng khớ tại cửa

ra cú điểm đặc biệt gỡ ? Hóy xỏc định tốc độ đú ?

 Trờng hợp khi áp suất môi trờng là 20 at

Xét tỉ số giáng áp:

mt

th l

8314

273 7029

RT v

(273 70) 29

Cõu 4: Nước chảy trong ống cú đường kớnh trong d = 17 mm, dài là 1,5 m với tốc độ 2 m/s Biết nhiệt độ trung bỡnh

của nước là 30 0C, nhiệt độ trờn bề mặt trong của ống là 70 0C Tớnh dũng nhiệt trao đổi bằng đối lưu giữa nước và ống?

Với tf = 30 oC, tw = 70 oC tra bảng 23 tính chất vật lí của nớc ta đợc :

w

PrPr

Do đó :  =

f f

Nu d

 =

Cõu3: Một chựm ống bố trớ so le gồm 8 hàng ống theo chiều dũng chảy, đường kớnh ngoài của ống là 38 mm, nhiệt độ

trung bỡnh của dũng khụng khớ bằng 5500C, tốc độ ở chỗ hẹp nhất là 12 m/s, bước dọc cỏc ống là 70 mm, bước ngang

là 50 mm Tớnh hệ số tỏa nhiệt  của chựm ống

Từ nhiệt độ tính toán 550 oC tra bảng tính chất vật lí của không khí ta có :

f = 0,06 W/m.K ; f = 88,1.10-6 m2/s ; Prf = 0,693

Tiêu chuẩn Reynold:

3 6 f

d 12 38.10Re

Cõu4: Khụng khớ lưu động qua ống tăng tốc hỗn hợp cú ỏp suất đầu vào là 8 at với nhiệt độ 1270C vào mụi trường cú

ỏp suất 0,5 at Xỏc định tốc độ tại cửa ra của ống và đường kớnh tiết diện ra nếu biết lưu lượng của khụng khớ là 2 kg/s

Xác định tỉ số giảm áp:

2

th 1

1,4 2

1 k 2

Cõu3: Người ta lấy nhiệt từ khụng khớ trong xilanh cú thể tớch 0,4 m3, ỏp suất tuyệt đối 5 bar, nhiệt độ 4000C để nhiệt

độ giảm xuống đến 00C trong điều kiện ỏp suất khụng đổi

a)Tớnh quóng đường piston dịch chuyển, cho biết đường kớnh của xilanh là 600 mm

b) Xỏc định biến thiờn nội năng, biến thiờn entalpy, biến thiờn entropy, nhiệt lượng, cụng dón nở, cụng kỹ thuật trao đổi trong quỏ trỡnh Biết nhiệt dung riờng là hằng số

Thể tích cuối quá trình đợc xác định theo quan hệ đẳng áp:

2

pV 5.10 0,162 m

Năng suất bức xạ của 2 tấm:

1 0,8 0,4

Đề 17

Cõu3: Pittụng chuyển động (khụng ma sỏt) trong xilanh chứa 1 kg khụng khớ Trước khi chuyển động ỏp suất dư

trong xilanh là 0,5 at; sau khi chuyển động, độ chõn khụng trong xilanh bằng 600mmHg (đo ở 1000C) Biết ỏp suất khớ quyển bằng 780 mmHg (đo ở 750C)

a)Xỏc định sự thay đổi thể tớch, biến đổi entrụpi, nhiệt của quỏ trỡnh Nếu nhiệt độ của khớ khụng đổi t =1000C

b) Xỏc định sự thay đổi thể tớch, nếu nhiệt độ giảm xuống cũn một nửa (T1 = 2T2)

- Quy đổi độ cao cột thuỷ ngân về 0OC:

a) Trờng hợp khi T = const:

- Sự thay đổi thể tích đợc xác định từ mối quan hệ giữa các thông số trạng thái trong quá trình đẳng nhiệt:

p1v1 = p2v2 

v2

v1 =

1 2

pp

p2p

Cõu4: Nước chảy ngang qua một ống thẳng cú đường kớnh 20 mm với tốc độ 0,5 m/s Nhiệt độ trung bỡnh của nước là

15oC, nhiệt độ trờn bề mặt ống là 80oC Tớnh hệ số tỏa nhiệt giữa bề mặt ống và nước?

Đây là bài toán tỏa nhiệt đối lu cỡng bức khi chất lỏng chảy bọc ống đơn

Kích thớc xác định là đờng kính d = 0,02 m

Nhiệt độ xác định là nhiệt độ tf = 15 C.

Tra bảng “Thông số vật lí của nớc trên đờng bão hòa”

Với nhiệt độ tf =15 oC nhận đợc:

2 f

Cõu3: Nước chảy trong ống cú đường kớnh trong d = 17 mm, dài là 1,5 m với tốc độ 2 m/s Biết nhiệt độ trung bỡnh

của nước là 30 0C, nhiệt độ trờn bề mặt trong của ống là 70 0C Tớnh dũng nhiệt trao đổi bằng đối lưu giữa nước và ống?

Với tf = 30 oC, tw = 70 oC tra bảng 23 tính chất vật lí của nớc ta đợc :



= 42200

Re = 42200 > 104, ta chọn phơng trình tiêu chuẩn :

Nuf = 0,021.Re0,8.Pr0,43.

f w

PrPr

 =

Cõu4: Cấp nhiệt cho 0,8 kg khụng khớ trong xilanh trong điều kiện ỏp suất p = 2 bar khụng đổi làm thay đổi nhiệt độ

khụng khớ từ 250C đến 750C Tớnh thể tớch đầu và cuối, lượng nhiệt, cụng thay đổi thể tớch, biến đổi nội năng, entalpy

và entropy?

Biết rằng nhiệt dung riờng là hằng số

+ Quy đổi các đại lợng đã biết về đơn vị SI:

Q UL 28,83 11,480  40,31 kJ

Biến thiên entropy:

  2    

p 1

a)Xỏc định cỏc thụng số cơ bản ở trạng thỏi cuối

b)Xỏc định biến thiờn nội năng, biến thiờn entalpy, biến thiờn entropy, nhiệt lượng, cụng dón nở và cụng kỹ thuật traođổi của quỏ trỡnh

a) áp suất cuối đợc xác định theo quan hệ đẳng nhiệt:

Cõu4 : Khụng khớ chuyển động trong ống đặt nằm ngang cú đường kớnh 50 mm, dài 1,75 m với tốc độ 10 m/s Nhiệt

độ trung bỡnh của khụng khớ là 100 0C, nhiệt độ trờn bề mặt ống là 25 0C Tớnh tổn thất nhiệt trờn 1m chiều dài ống?Với tf = 100 oC, tra bảng thông số vật lí của không khí ta đợc :

f = 0,0321 W/m.K ; f = 23,13.106 m2/sTiêu chuẩn Reynol :

 =

Câu3: Không khí ở trong bình có áp suất 30 at, nhiệt độ 70oC được đưa qua ống tăng tốc nhỏ dần vào môi trường có

áp suất 20 at Xác định tốc độ của dòng không khí tại tiết diện cửa ra của ống và lưu lượng nếu tiết diện ra của ống tăng tốc là 18 mm2

Nếu không khí qua ống tăng tốc trên đưa vào môi trường khí quyển có áp suất là 1 at thì tốc độ dòng khí tại cửa ra có điểm đặc biệt gì ? Hãy xác định tốc độ đó ?

 Trêng hîp khi ¸p suÊt m«i trêng lµ 20 at

XÐt tØ sè gi¸ng ¸p:

mt

th l

F G v





Giả thiết quá trình lu động là đoạn nhiệt, không khí coi là khí lý tởng ta có

1

RTv

f w m

t t 35 80 t

1 3 m