ĐỀ THI CUỐI KÌ MÔN TRUYỀN NHIỆT

Tính hệ số truyền nhiệt đường kL và mật độ dòng nhiệt trung bình trên 1 mét ống qL c.. Chiều dài cần thiết L của ống là bao nhiêu?. Tính lượng hơi cần cung cấp trong một giờ, Gh ed. Vẽ đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

* * * * * *

ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ

Môn học : TRUYỀN NHIỆT Ngày thi : 19/06/2011; Thời gian : 90 phút

(Sinh viên được sử dụng tài liệu)

Bài 1 (4,5 điểm):

Ở một thiết bị đun nước bằng hơi bão hòa khô, nước chảy trong ống thép có đường kính

dtr/dng = 28/32 mm Biết lưu lượng nước trong ống là G = 1 kg/s; nhiệt độ nước ở đầu vào t’2 =

25oC và ở đầu ra là t’’2 = 95oC ; vật liệu ống có hệ số dẫn nhiệt λv = 45 W/(mK); nhiệt độ của hơi bão hòa là t1 = 140oC và hệ số tỏa nhiệt phía hơi ngưng tụ là α1 = 4000W/(m2K)

a Hãy xác định hệ số toả nhiệt về phía nước α2 (Xem hệ số (Prf/Prw)0.25 = 1)

b Tính hệ số truyền nhiệt đường kL và mật độ dòng nhiệt trung bình trên 1 mét ống qL

c Chiều dài cần thiết L của ống là bao nhiêu?

d Tính lượng hơi cần cung cấp trong một giờ, Gh

e Vẽ đồ thị trao đổi nhiệt (t-F), có ghi cụ thể giá trị nhiệt độ vào & ra của các môi chất

Bài 2 (3 điểm):

Một vách phẳng được làm bằng hai tấm kim loại mỏng cách nhau 40 mm Nhiệt độ và độ đen mặt bên trong của hai tấm lần lượt là t1 =120o C, e1 =0,6 và t2 =40o C, e2 =0,5 Diện tích bề mặt vách F = 12 m2 Xem không gian giữa hai tấm kim loại là không khí khô có áp suất khí quyển Hãy tính nhiệt lượng trao đổi qua vách trong hai trường hợp:

a Vách đặt nằm, tấm nóng nằm ở phía trên

b Vách đặt đứng

Bài 3 (2,5 điểm):

Khảo sát một thiết bị trao đổi nhiệt loại lưu động ngược chiều, cho thấy:

- Lưu lượng của chất lỏng nóng cần làm nguội là 3 m 3 /h, khối lượng riêng ρ1 = 1104 kg/m 3

và nhiệt dung riêng cp1 = 2,5 kJ/(kg.K) Nhiệt độ chất lỏng nóng đi vào thiết bị là t’1 = 90o C

- Lưu lượng nước làm nguội là 4 m 3 /h, khối lượng riêng ρ2 = 992 kg/m 3 và nhiệt dung riêng

cp2 = 4,18 kJ/(kg.K) Nhiệt độ nước đi vào thiết bị là t’2 = 30o C

- Thiết bị có diện tích trao đổi nhiệt F = 10 m 2 , hệ số truyền nhiệt k = 460 W/(m 2 K)

Hãy xác định:

a Năng suất nhiệt Q của thiết bị

b Nhiệt độ của cả hai môi chất khi ra khỏi thiết bị

Người ra đề

TS Nguyễn Văn Tuyên

ĐÁP ÁN Bài 1 (4,5 điểm)

Nhiệt độ trung bình của nước trong ống: t2 = 0,5(25 + 95) = 60 oC

Thông số vật lý của nước

r = 983,2 kg/m3 ; cp = 4,179 kJ/kgK ; l = 65,9.10 -2 W/mK ;

n = 0,478.10 -6 m2/s ; Prf = 2,98

d

G w

tr

/ 65

, 1 028 , 0 2

, 983

1 4 4

2

´

´

´

=

=

p rp

6 96652 10 10

478 , 0

028 , 0 65 , 1

Re = = ´ - = >

ntr

f

wd

Do chế độ chảy rối, và giả thiết L/d > 50 , ta có PTTC:

Nuf = 0,021Ref0,8Prf0,43 = 0,021 x 966520,8 x 2,980,43 = 326,76

d

Nu

tr f

2 2

028 , 0

10 9 , 65 76 ,

=

-a

tr tr

ng v

ng

L

d d

d d

k

2 1

1 ln

2

1 1

1

a l

=

) /(

24 , 73 028 , 0 5 , 7690

1 28

32 ln 45 2

1 032 , 0 4000

1

1

mK W

´

+

´

+

´

=

Mật độ dòng nhiệt trung bình:

qL = pkL(t1 – t2) = p x 73,24(140 – 60) = 18,398 kW/m

Nhiệt cần cấp cho nước:

kW t

t c G

Q = 2 p2( 2'' - 2') = 1 ´ 4 , 179 ( 95 - 25 ) = 292 , 53

q

Q L

L

9 , 15 398 , 18

53 ,

292 =

=

= Kiểm tra tỷ số L/d: 15,9 / 0,028 = 568 > 50

d) Lượng hơi cần cung cấp (0,5 điểm)

Hơi nước ở ts = 140 oC có r = 2145 kJ/kg

Từ PT cân bằng nhiệt Q = Ghr

Gh = Q / r = 292,53 / 2145 = 0,136 kg/s = 491 kg/h

Bài 2) (3 điểm)

a) Trường hợp vách đặt nằm, tấm nĩng nằm ở phía trên (1,5 điểm)

375 ,

0 1 5 , 0

1 6 , 0

1 1

1 1

m W 37 , 809 1315

, 3 9315 , 3 67 , 5 100

T 100

T C

q

2 1 12

2 4

4

4 2 w

4 1 w o

o

= -+

= -e

+ e

= e

=

-´

= ïþ

ï ý

ü ïỵ

ï í

ì

÷ ø

ư ç è

ỉ

-÷ ø

ư ç è

ỉ

×

=

W q

F Q

m W q

q

bx bx

o bx

3642

5 ,

12

=

×

=

=

×

= e

Tại nhiệt độ trung bình tk = 80 oC thì l = 3,05.10 -2 W/mK

Qdn = 12 x 3,05.10 -2 x (120 – 40)/ 0,04 = 732 W

Tổng nhiệt lượng trao đổi:

Q = Qbx + Qdn = 3.642 + 732 = 4.374 W

- Đối lưu trong khơng gian hẹp

· Nhiệt độ tính tốn tk = 80 oC =>

ï

ï ỵ

ï

ï í

ì

=

=

=

-1

2 6

1

~

692 , 0 Pr

10 09 , 21

) ( 0305 , 0

K T

s m

K m W

k

f

b

n l

· Kích thước tính tốn : d = 40 mm = 0 , 04 m

· Tiêu chuẩn Grashof

( )

9 , 3 18

, 0

10 10 127 , 22 692 , 0 10 976 , 31 Pr

10 976 , 31 10

09 , 21 15 , 353

80 04 , 0 81 , 9

25 , 0

3 4 4

4 12

2 3 2

3

=

×

=

>

=

´

=

×

=

=

´

´

´

= D

×

×

×

-f tđ

f f

f

Ra e

Gr Ra

t g

Gr

n

d b

Qđl = εtđ Qdn = 3,9 x 732 = 2.854,8 W

Tổng nhiệt lượng trao đổi:

Q = Qbx + Qđl = 3.642 + 2.854,8 = 6.496,8 W

Bài 4 (2,5 điểm)

Sử dụng phương pháp NTU

C1 = G1 cp1 = 3 1104 2,5 / 3600 = 2,3 kW/K = Cmin

C2 = G2 cp2 = 4 992 4,18 / 3600 = 4,6 kW/K = Cmax (0,5 điểm)

C* = Cmin / Cmax = 2,3 / 4,6 = 0,5

NTU = kF/Cmin = 460 10 / 2300 = 2

Hiệu suất thiết bị (tra đồ thị / hoặc tính theo cơng thức): e = 0,77 (1 điểm)

Nhiệt lượng truyền cực đại:

Qmax = Cmin (t’1 - t’2 ) = 2,3 (90 – 30) = 138 kW

Nhiệt lượng trao đổi: Q = e Qmax = 0,77 138 = 106,3 kW (0,5 điểm)

Nhiệt độ chất lỏng nĩng ra: t1’’ = t1’ – Q/C1 = 90 – 106,3 / 2,3 = 43,8 oC Nhiệt độ nước ra: t2’’ = t2’ + Q/C2 = 30 + 106,3 / 4,6 = 53,1 oC (0,5 điểm)