Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước nóng và nước lạnh b.. Độ chênh nhiệt độ nước nóng vào và ra khỏi thiết bị Bài 2: 3đ Một vách phẳng được làm bằng 2 tấm kim loại đặt song song có diện tí
Trang 1Đại Học Quốc Gia Tp HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BM CÔNG NGH Ệ NHIỆT LẠNH
ĐỀ THI HỌC KỲ 2 — 2011/2012 Môn thi : TRUYỀN NHIỆT
Thời gian : 90 phút Ngày thi : 11.06.2012
- -
Ghi chú: SV được sử dụng tài liệu
Bài 1: (4đ)
Khảo sát một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống có các thông số như sau:
- Nước nóng chuyển động bên trong ống nhỏ có tốc độ trung bình là ω1 =1,2m/s và nhiệt độ
trung bình là t f1 =80 0
- Nước lạnh chuyển động trong không gian hình vành khăn
giữa 2 ống có lưu lượng là G
C
2 =32,61kg/s và có nhiệt độ trung
bình là t f2 =40 0
- Chiều dài của thiết bị là L=6m C
- Bỏ qua ảnh hưởng của phương hướng dòng nhiệt và nhiệt trở
dẫn nhiệt của vách ống Hãy xác định
a Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước nóng và nước lạnh
b Độ chênh nhiệt độ nước nóng vào và ra khỏi thiết bị
Bài 2: (3đ)
Một vách phẳng được làm bằng 2 tấm kim loại đặt song song có diện tích là F=10m 2
Khoảng cách
giữa 2 tấm rất nhỏ so với diện tích mỗi tấm Nhiệt độ và độ đen của tấm thứ nhất là t 1 =127 0
1
ε =0,8 Độ đen của tấm thứ hai là ε =0,4 Gi 2 ữa 2 tấm có đặt 2 màng chắn có độ đen là ε 1 =0,1 và C và
2
ε =0,05 Bi ết nhiệt độ màng chắn thứ 2 là t c2 =80 0
a Nhiệt lượng trao đổi bằng bức xạ giữa 2 tấm
C Hãy xác định
b Nhiệt độ của tấm thứ hai
c Ý nghĩa của nhiệt trở không gian và nhiệt trở bề mặt
Bài 3: (3 đ)
Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống lưu động ngược chiều có các thông số như sau:
- Lưu chất nóng chuyển động bên trong ống có lưu lượng là G 1 =150kg/phút, nhiệt dung riêng
C p1 =3kJ/(kgK), nhiệt độ vào là t 1 , =95 o C, hệ số tỏa nhiệt đối lưu là α1 =4000W/m 2
- Lưu chất lạnh là nước chuyển động bên trong không gian hình vành khăn giữa 2 ống có lưu
lượng là G
K
2 =240kg/phút, nhiệt độ vào là t 2 , =30 0 Cvà nhiệt độ ra là t 2 ,=50 0 C, hệ số tỏa nhiệt đối lưu là α2 =6000W/m 2
- Bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống K
Hãy xác định:
a Diện tích truyền nhiệt của thiết bị theo 2 phương pháp ε −NTU và LMTD
b Sau một thời gian làm việc bên trong ống có hình thành một lớp cáu có chiều dày là
δc =0,5mm và hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu là λc
Ø200
Ø100
Ø110
=1,2W/mK Hãy xác định hiệu suất của thiết bị
và nhiệt độ nước ra khỏi thiết bị
Trang 2Bài 1
a Nước nĩng
• Nhiệt độ tính toán t f1= 80o C
• Kích th ước tính tốn d=0,1m
=
=
=
=
=
−
) ( 195 , 4
8 , 971
21 , 2 Pr
10 365 , 0
) ( 674 , 0
3
2 6
K kg kJ c
m kg
s m
K m W
p
f
ρ
ν λ
• Tiêu chuẩn Reynolds
328767 10
365 , 0
1 , 0 2 , 1
Re= ⋅ = × −6 = ν
δ ω
• Tiêu chuẩn Nusselt
27 , 765 Pr
Re 021 , 0
Nu= ⋅ 0 , 8⋅ f 0 , 43⋅ε⋅εR =
• Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
) K m ( W 5158 1
, 0
674 , 0 27 , 765
δ
λ α
Nước lạnh
• Nhiệt độ tính toán t f 2 =40 o C
• Kích th ước tính tốn D-d 2 =0,2-0,11=0,09m
=
=
=
=
=
−
) K kg ( kJ 174 , 4 c
m kg 2 , 992
31 , 4 Pr
s m 10 659 , 0
) K m ( W 635 , 0
p
3 f
2 6
ρ
ν λ
• T ốc độ nước lạnh
11 , 0 2 , 0 2 , 992
4 61 , 32 S
G
2
−
=
=
π ρ
ω
• Tiêu chuẩn Reynolds
204855 10
659 , 0
09 , 0 5 , 1
Re= ⋅ = × −6 = ν
δ ω
• Tiêu chuẩn Nusselt
5 , 698 Pr
Re 021 , 0
Nu= ⋅ 0 , 8⋅ f 0 , 43⋅ε⋅εR =
• Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
) K m ( W 7 , 4928 09
, 0
635 , 0 5 , 698
δ
λ α
b Độ chênh nhiệt độ nước vào và ra
Nhi ệt lượng trao đổi
W 199296 11
, 0 7 , 4928
1 1
, 0 5158 1
40 6 d
1 d
1
) t t
(
L
.
Q
2 2 1
1
2 f 1 f
= +
= +
−
α α
π
C 18 , 5 195 , 4 8 , 971 4
1 , 0 2 , 1
296 , 199 C
.
G
Q
p
=
=
=
π
∆
Bài 2
Trang 3a Nhi ệt lượng trao đổi
W 5 , 145 100
T 100
T F C Q
0254777 ,
0 2 1 2 1
1
4 2 4
1 0
2 1
2 1 1
2 1
=
−
=
=
− + +
=
ε
ε ε ε ε
b Nhi ệt độ tấm thứ 2
W 5 , 145 100
T 100
T F C Q
0165 , 0 3 1 2 2 1
1
4 2 4 1 0
12
2 2 1 1 12
=
−
=
=
− + + +
=
ε
ε ε ε ε ε
T2
Bài 3:
=316,3K
Nhiệt lượng trao đổi
Q=G.cp(t2’’-t1’
Hệ số truyền nhiệt )=333,92kW
K m / W 2400 1
1
1
2 1
= +
=
α
α
a Diện tích truyền nhiệt
Phương pháp ε −NTU
max 2
2 2
min 1
1 1
C K / kW 696 , 16 C
G C
C K / kW 5 , 7 C G C
→
=
=
→
=
=
685 , 0 Q / Q
kW 5 , 487 t
t C Q
max
, 2 , 1 min max
=
=
→
=
−
= ε
449 , 0 C
C C
max min =
=
2 min
m 467 , 4 F C
F k 4296 , 1 1 C
1 ln
1 C
1
−
−
−
=
ε ε Phương pháp LMTD
C 47 , 50 t
kW 92 , 333 t
t C G t t C G Q
0 ,
1
, 2 , 2 2 2 , 1 , 1 1 1
=
→
=
−
=
−
=
C 47 , 20 30 47 , 50 t
C 45 50 95 t
0 min
0 max
=
−
=
=
−
=
∆
∆
C 14 , 31
t= 0
∆
2
m 467 , 4 F kW 92 , 333 t F k
b hiệu suất
Hệ số truyền nhiệt
K m / W 1200 1
1
1
2 c c 1
= + +
=
α λ
δ α NTU=0,71472 →ε =46 , 7 %
Nhiệt lượng trao đổi
Q=0,467.487,5=227,66kW
Nhiệt độ nước ra
t2’’=43,630C