Bài Tập Kỹ Thuật Nhiệt

Đề bài tập môn Kỹ thuật nhiệt của Đại học Xây dựng. Bao gồm các phần: Các quá trình nhiệt động của khí lý tưởng (14 bài), dẫn nhiệt (9 bài), trao đổi nhiệt đối lưu (10 bài), bức xạ nhiệt (6 bài), truyền nhiệt (10 bài) và thiết bị trao đổi nhiệt (7 bài).

Trang 1

BÀI TẬP KỸ THUẬT NHIỆT

1 CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

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/K)

- 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)

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

- 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 chứa không khí có thể tích V= 0.028 m3 ở áp suất p1 = 1,008 bar và nhiệt

độ t1= 33 oC Không khí được cấp nhiệt đẳng tích Q= 18kJ

Xác định:

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

Trang 2

- Khối lượng không khí trong bình G (kg)

Bài tập 4

Có 5 kg không khí 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 = 1,4

Xác định:

- Thể tích đầu và cuối: V1, V2 (m3)

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

S (kJ/K)

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

Bài tập 5

Có 0,6 kg không khí 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)

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

Bài tập 6

Cho 0,15 kg không khí 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 = 1,4

Xác định:

- Các thông số : V1 (m3), V2 (m3)

- Nhiệt lượng của quá trình: Q (kJ)

Trang 3

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)

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/K)

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)

Trang 4

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

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)

Bài tập 11

Cho 0,8 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 )

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

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

Trang 5

- 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)

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)

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

Trang 6

2 DẪN NHIỆT

Bài 1

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

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

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

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

Nhiệt độ bề mặt bên trong vách là 1200°C, bên ngoài vách là 70°C

Xác định:

- Lượng nhiệt truyền qua vách trong 2 giờ

- Nhiệt độ giữa các lớp của vách

Bài 2

Một vách buồng sấy được xây bởi 2 lớp:

- Lớp thứ nhất bằng gạch đỏ có độ dàyG = 250 mm, G = 0,75 W/m.K

- Lớp thứ hai nỉ cóN = 0,15 W/m.K

Xác định:

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

120 W/m2

- Tính nhiệt độ tiếp xúc giữa các lớp

Bài 3

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

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

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

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

Xác định:

- Lượng nhiệt truyền qua vách trong một giờ

- Xác định vị trí có nhiệt độ 1100°C

Bài 4

Một tường lò có diện tích F = 11,5 m2 xây bằng 2 lớp:

- Lớp gạch Samốt SM = 113 mm, SM = 0,93 W/m.K

- Lớp gạch đỏ D = 110 mm, D = 0,7 W/m.K

Nhiệt độ bề mặt vách trong là 1300°C, vách ngoài là 60°C luôn không đổi

Trang 7

- Xác định lượng nhiệt truyền qua vách trong 1,5 giờ

- Nếu thêm vào giữa lớp samốt và gạch đỏ 1 lớp xỉ than có x = 110 mm, x = 0,5 W/m.K thì bề dày lớp gạch đỏ là bao nhiêu để tổn thất nhiệt qua tường giảm đi 1/3 Tính nhiệt độ giữa các lớp khi có thêm lớp xỉ (tw2, tw3 )

Bài 5

Một đoạn ống gió vuông có tiết diện 500×250 mm, chiều dài l = 1,2 m được chế tạo bằng tôn mạ kẽm dày T = 0,75mm có hệ số dẫn nhiệt T=55 W/m.K, được bọc cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày B = 20 mm, hệ số dẫn nhiệt B=0,05 W/m.K 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/m.K thì lượng nhiệt tổn thất sẽ như thế nào

Bài 6

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

- Lớp thứ nhất có chiều dày δCN1 = 40 mm, hệ số dẫn nhiệt CN1 = 0,25 W/m.K

- Lớp thứ hai có chiều dày δCN2 = 70 mm, hệ số dẫn nhiệt CN2 = 0,12 W/m.K Nhiệt độ mặt trong của ống tw1 = 380°C, nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt thứ hai

tw4 = 50 °C Xác định:

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

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

Bài 7

Một ống thép dài 10m đường kính d1/d2 = 240mm/250 mm, hệ số dẫn nhiệt 1 = 50 W/m.K, được bọc một lớp cách nhiệt có chiều dày δ = 50 mm, hệ số dẫn nhiệt 2 = 0,05 W/m.K

Nhiệt độ mặt trong của ống tw1 = 120°C, nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt thứ hai

tw3 = 50 °C

Xác định tổn thất nhiệt trong một ngày đêm

Bài 8

Một ống thép đường kính d1/d2 = 100mm/120 mm, hệ số dẫn nhiệt T = 55 W/m.K, được bọc một lớp cách nhiệt có 2 = 0,09 W/m.K Nhiệt độ mặt trong của ống tw1 = 200°C, nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt tw3 = 50 °C

Trang 8

Xác định chiều dày d2 và nhiệt độ tw2 để tổn thất nhiệt không vượt quá 300W/m

Bài 9

Đường ống nước lạnh bằng thép đường kính d2/d1 = 220mm/200 mm, hệ số dẫn nhiệt

Nhiệt độ mặt trong của ống 10°C, nhiệt độ mặt ngoài của ống là 30°C

Xác định:

- Tổn thất nhiệt trên 20m 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

Trang 9

3 TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU

Bài 1

Ống dẫn nước lạnh có đường kính ngoài d = 50 mm, nhiệt độ mặt ngoài 9 °C, nhiệt độ không khí xung quanh tf = 25 °C

Xác định:

- Trị số Gratgốp: Gr

- Trị số Nutxen: Nu

- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu:

- Lượng nhiệt trao đổi giữa 10 m bề mặt ống với không khí trong 1,5 giờ

Bài 2

Một dây dẫn điện có đường kính d =4 mm, dài l = 0.8 m, nhiệt độ bề mặt tw = 80 °C, đặt trong ống nước nằm ngang có nhiệt độ tn = 30 °C

Xác định:

- Trị số Rayleigh: Ra

- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: 

- Lượng nhiệt trao đổi giữa dây dẫn và nước trong 1,5 giờ

Bài 3

Mặt ngoài của tường có kích thước là h = 3,5m, b = 4 m, nhiệt độ bề mặt tw = 30 °C, không khí có nhiệt độ tk = 25 °C

Xác định:

- Trị số Rayleigh: Ra

- Lượng nhiệt trao đổi giữa bề mặt tường và không khí trong 3 giờ

Bài 4

Bề mặt một đoạn đường có kích thước là a = 10 m, b = 3,5 m, nhiệt độ bề mặt tw = 30 °C, không khí có nhiệt độ tk = 25 °C

Xác định:

- Trị số Gratgốp: Gr

- Lượng nhiệt trao đổi giữa bề mặt đường và không khí trong 2 giờ

Trang 10

Bài 5

Nước chảy trong ống có đường kính d = 40 mm, dài l = 12 m với tốc độ = 1 m/s Nhiệt

độ trung bình của nước trong ống tf = 10°C và của bề mặt vách: tw = 14 °C

Xác định:

- Trị số Rây nôn: Re

- Lượng nhiệt trao đổi giữa nước và vách ống trong 2,5 giờ

Bài 6

Không khí lưu động trong ống có đường kính d = 350 mm, dài l = 6 m với tốc độ  =7.5 m/s Nhiệt độ trung bình của không khí trong ống tf = 20 °C và của bề mặt vách: tw = 23°C

Xác định:

- Trị số Rây nôn: Re

- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu : 

- Lượng nhiệt trao đổi giữa không khí và vách ống trong 10 giờ

Bài 7

Tính hệ số tỏa nhiệt trung bình dầu máy biến áp chảy trong ống nằm ngang có đường kính d = 10 mm, dài l = 2 m với tốc độ = 0,7 m/s Nhiệt độ trung bình của dầu tf = 80 °C

và của bề mặt vách: tw = 20 °C

Bài 8

Khói chuyển động trong ống nằm ngang có đường kính d = 200 mm, dài l = 15 m với tốc

độ  = 10 m/s Nhiệt độ trung bình của khói tf = 300 °C và của bề mặt vách: tw = 40 °C Xác định dòng nhiệt đối lưu

Bài 9

Khói chuyển động trong ống nằm ngang có đường kính d = 105 mm, dài l = 11 m với tốc độ = 8,5 m/s Nhiệt độ trung bình của khói tf = 100 °C và của bề mặt vách: tw = 50 °C Xác định dòng nhiệt đối lưu

Bài 10

Trang 11

Bao hơi của lò hơi đặt nằm ngang có đường kính d = 500 mm Nhiệt độ không khí xung quanh tf = 40 °C và của bề mặt ngoài lớp bảo ôn: tw = 50 °C Xác định lượng nhiệt tỏa ra

từ 1 m2 bề mặt ngoài của bao hơi tới không khí xung quanh

Trang 12

4 BỨC XẠ NHIỆT

Bài 1

Xác định nhiệt lượng trao đổi bằng bức xạ của 2 tấm phẳng song song có kích thước (4x5)m

Biết:

- Nhiệt độ tấm 1: Tw1 = 700 K

Hệ số bức xạ của tấm 1 và tấm 2 là: C1 = C2 = 4,8 W/m2K4

Đặt giữa 2 tấm một màn chắn có hệ số bức xạ CM = 4,8 W/m2K4 Xác định lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ của 2 tấm và nhiệt độ của màn chắn

Bài 2

Xác định nhiệt lượng trao đổi bằng bức xạ của 2 tấm phẳng song song có kích thước (4x6) m

Biết:

Độ đen của tấm 1 và tấm 2 là: 1 =  0,8 W/m2

Đặt giữa 2 tấm một màn chắn có hệ số bức xạ M = 0,8 W/m2 Xác định lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ của 2 tấm và nhiệt độ của màn chắn

Bài 3

Hai tấm phẳng rộng đặt gần nhau, nhiệt độ và hệ số hấp thụ của hai tấm tương ứng là

t1 = 527°C, A1=0,7; t2 = 27°C, A2=0,2

Xác định năng suất bức xạ hiệu quả của mỗi tấm, dòng nhiệt bức xạ hiệu quả giữa hai tấm Nếu đặt một màn chắn có độ đen M 0,5 vào giữa chúng thì dòng nhiệt bức xạ giảm bao nhiêu phần trăm

Bài 4

Hai tấm phẳng đặt song song, tấm thứ nhất có nhiệt độ t1= 627°C, độ đen 1  0,8; tấm

thứ hai có nhiệt độ t2= 25°C, độ đen 2  0,6 Tính khả năng bức xạ của mỗi tấm, đen quy dẫn và lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ giữa hai tấm phẳng

Trang 13

Bài 5

Xác định tổn thất nhiệt do bức xạ từ bề mặt ống thép có đường kính d=70mm, dài 3m, nhiệt độ bề mặt ống t1=227°C, trong hai trường hợp:

Bài 6

Một bề mặt có độ đen  0,62 Năng suất bức xạ đo được của bề mặt là 49000W/m2 Biết năng suất bức xạ của nguồn sáng chiếu tới l à 6250 W/m2 Xác định nhiệt độ bề mặt

đó

Trang 14

5 TRUYỀN NHIỆT

Bài 1

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

- Lớp trong bằng vữa bata dày δ1 =15mm có 1 = 0,8 W/m.K

- Lớp giữa bằng gạch đỏ dày δ2 = 220mm có 2 = 0,75 W/m.K

- Lớp ngoài bằng vữa bata dày δ3 = 15mm có 3 = 0,8 W/m.K

Nhiệt độ không khí bên trong tường là 27°C, bên ngoài tường là 35°C Hệ số toả nhiệt bên trong tường là 8 W/m2K, bên ngoài tường là 25 W/m2K

Xác định:

- Lượng nhiệt truyền trong 1 giờ

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

Bài 2

Về mùa đông nhiệt độ ngoài trời tf2 =15°C, nhiệt độ trong phòng tf1 =25°C Tường nhà xây gạch đỏ có chiều dày  = 250mm, hệ số dẫn nhiệt của gạch =0,7 W/m.K Hệ số TĐNĐL tự nhiên phía trong và phía ngoài tường tương ứng bằng α1=8 W/m2K, α2= 13 W/m2K

Hãy xác định:

- Mật độ dòng nhiệt

- Nhiệt độ trên hai mặt của tường nhà

Bài 3

Một tường lò bên trong là gạch chịu lửa, dày 250mm, hệ số dẫn nhiệt là 0,348W/m.K, bên ngoài là gạch đỏ dày 250mm, hệ số dẫn nhiệt bằng 0,695W/m.K Nếu khói trong lò

có nhiệt độ bằng 1300°C, hệ số toả nhiệt từ khói đến gạch là 34,8W/m2K; nhiệt độ không khí xung quanh là 30°C Hệ số toả nhiệt từ gạch đến không khí là 11,6W/m2K

- Tìm mật độ dòng nhiệt truyền qua tường lò và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp gạch

- Tìm vị trí có nhiệt độ là 500°C

Bài 4

Truyền nhiệt qua vách phẳng 2 lớp có chiều dày và hệ số dẫn nhiệt: δ1= 100mm; δ2 = 200mm; λ1 = 0,4W/m2K; λ2 = 4W/m2K Dòng chất khí nóng có tf1= 300°C, hệ số toả nhiệt

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	1 MB