Đối lưu nhiệt

Lời giải:Nhiệt độ trung bình của lớp không khí:... Bài 6: Xác định hệ số toả nhiệt từ vách ống bình ngưng của tuabin hơi đến nước làm là 2 m/s.. Xác định lượng nhiệt truyền cho nước làm

Chương 6 đối lưu nhiệt

1 Bài tập giảI mẫu

Bài 1:

2,5 m

Lời giải:

Hệ số toả nhiệt trong trường hợp này được xác định bằng phương trình tiêu chuẩn:

( )n

m

Nu =

(80 35) 57,7 C 5

, 0

K / 1 5 , 330

1 T

10,696

Pr 18,72.10 m /s

0

m m

2 6

0 2

=

= β

=

=

=

λ

−

−

Do đó:

11

2 6

3

2

3 m

10 595 , 0

35 5 80 5 , 2 5 , 330

1 81 , 9 v

t h g Gr

=

−

−

=

∆ β

m

m Pr 0 , 595 10 0 , 696 0 , 414 10

Trong trường hợp này ta có:

C = 0,135; n = 1/3

(Gr Pr ) 0 , 135 (0 , 414 10 ) 467

135 , 0

m m

Vậy hệ số toả nhiệt là:

K m / W 3 , 5 5

, 2

10 89 , 2 467 h

.

=

Bài 2:

Tìm hệ số dẫn nhiệt tương đương của một khe hẹp không khí do hai tấm phẳng

1

2

W =

Lời giải:

Nhiệt độ trung bình của lớp không khí:

5 , 0 t

t t 5 , 0 t

0 m

2 w 1 w m

= +

=

688 , 0

Pr 23,13.10 m /s

v

K m / W 031 , 0

2 6 0

=

=

= λ

−

Do đó:

4

2 6

3

2 3

10 709 , 7 Gr

10 13 , 23

50 150 10 025 , 0 373

1 81 , 9 v

t g Gr

=

−

=

∆ δ β

Ta có: (Gr Pr)= 7 , 709 10 4 0 , 688 = 5 , 3 10 4

td = 0 , 18 Gr Pr = 0 , 18 5 , 3 10

ε

73 , 2

td =

ε

Hệ số dẫn nhiệt tương đương:

K m / W 0846 , 0 031 , 0 73 , 2

td

td = ε λ = =

λ

Mật độ dòng nhiệt truyền:

2 2 w 1 w td

m / W 3384 q

50 150 025 , 0

0846 , 0 t

t q

=

−

=

− δ

λ

=

Bài 3:

Tính hệ số toả nhiệt trung bình dầu máy biến áp chảy trong ống có đường kính

Lời giải:

f =

298

Pr 7,2.10 1/ K

s / m 10 66 , 3

w f

0 4

2 6 0

=

=

=

β =

= λ

−

−

Từ đó tính:

1310 10

66 , 3

10 8 6 , 0 v

d

Ref = ω = −−63 =

Ta có:

25 , 0

w

f 43 , 0 f 1 , 0 f 33 , 0 f

Pr Pr Gr Re 15 , 0 Nu









=

20 80 10 8 10 2 , 7 81 , 9 v

t d g

6

3 3 4

2

3

3 , 59 3 , 59 16198

1310 15 , 0

Nuf = 16,3

10 8

1056 , 0 3 , 16 d

3 f

=

Bài 4:

Nước chảy trong ống đường kính d = 17mm, dài 1,5 m, với tốc độ 2m/s Biết

Lời giải:

Kích thước xác định:

d = 17.10-3m

Nhiệt độ xác định:

tf = 300C

55 , 2

w f

2 6 0

=

=

=

=

λ

−

10 805 , 0

10 17 2 v

d

Ref = ω = −−36 =

Do đó:

25 , 0

w

f 43 , 0 f 8 , 0 f

Pr Pr Re 021 , 0 Nu









=

55 , 2

42 , 5 42 , 5 42236

021 , 0 Nu

25 , 0 43

, 0 8

, 0











=

Hệ số toả nhiệt:

K m / W 9597 10

17

618 , 0 264 d

3 f

=

Bài 5:

Không khí chuyển động trong ống đường kính d = 50 mm, dài 1,75 m, với tốc

Lời giải:

s / m 10 13 , 23

v 0,0321 W6/m2 K

0

−

=

= λ

10 13 , 23

10 50 10 v

d

Ref = ω = −−63 =

f

f 0 , 018 Re

Nu =

(21616) 53

018 , 0

10 50

0321 , 0 53 d

3 f

=

Vậy: α = 1 , 035 34 = 35 , 19 W / m 2 0 K

Bài 6:

Xác định hệ số toả nhiệt từ vách ống bình ngưng của tuabin hơi đến nước làm

là 2 m/s Xác định lượng nhiệt truyền cho nước làm mát và chiều dài ống Hệ số toả

thay đổi

Lời giải:

64 , 4

Pr 5,42

Pr

K kg / kJ 174 , 4

C 995,7kg/m

s / m 10 805 , 0

v 0,618 W/m K

w f

0 p

3

2 6 0

=

=

=

=

ρ =

= λ

−

Từ đó tính: 39752

10 805 , 0

10 16 2 v

d

Ref = ω = −−36 =

Giả thiết l/d > 50 nên ε1 = 1

Vậy ta có:

25 , 0

w

f 43 , 0 f 8 , 0 f

Pr Pr Re 021 , 0 Nu









=

( ) (0 , 8 )0 , 43 0,25

42 , 5 42 , 5 39752

021 , 0

Nuf = 216

10 16

618 , 0 216 d

3

=

Lưu lượng nước chảy qua ống:

kg 4 , 0 7 , 995 4

016 , 0 14 , 3 2 f

Lượng nhiệt truyền qua ống:

Q = G Cp(tf2 − tf1)= 0 , 4 4 , 174 (33 − 27) = 10 kJ / s = 10 kW

Chiều dài ống từ công thức:

( ) 8343.3,14.16.10 (37 30) 3,4m

10 10 t

t d

Q l

t t l d Q

3 3

f w

f w

=

−

=

− π

α

=

− π

α

=

−

Vậy giả thiết chọn như ban đầu đặt ra là đúng

Khi tốc độ dòng chảy tăng 2 lần thì α tăng 2 0 , 8lần

Bài 7:

hệ số toả nhiệt và lượng nhiệt toả ra trên bề mặt tấm

Lời giải:

s / m 10 06 , 15

v 0,0258 W6/m2 K

0

−

=

= λ

6

10 06 , 15

2 , 1 6 v

d

Ref = 4,78.105 > 105 nên chế độ chảy của không khí là chảy rối

Do đó: Nu 0 , 032 Re 0 , 8 0 , 032 (4 , 78 10 5) 1119

f

Hệ số toả nhiệt:

K m / W 24 2

, 1

0258 , 0 1119 d

.

=

=

λ

= α

Lượng nhiệt toả ra trên toàn bộ bề mặt tấm là:

(t t ) 24 1 1 , 2 (80 20) 1728 W F

.

Bài 8:

Nước chảy ngang qua một ống thẳng có đường kính 20mm, với tốc độ 0,5 m/s,

Lời giải:

21 , 2 Pr

27 , 8 Pr

s / m 10 156 , 1 v

K m / W 10 58 , 58

w f

2 6

0 2

=

=

=

= λ

−

−

10 156 , 1

10 20 5 , 0 v

d

Ref =ω = −−63 =

Từ đó:

25 , 0

w

f 38 , 0 f 6 , 0 f

Pr Pr Re 25 , 0 Nu









=

( ) (0 , 6 )0 , 38 0,25

27 , 8 27 , 8 8650 25 , 0

Nuf = 179

10 20

10 58 , 58 179 d

.

3

2

=

0

90 α ε

=

αψ ψ

Tra bảng với ψ = 500 tìm được εψ = 0,88

K m / W 4614 5243

88 ,

=

Bài 9:

Một dây dẫn bằng đồng d = 15mm, được làm nguội bằng dòng khí chảy ngang

mặt dây dẫn đến không khí và cường độ dòng điện cho phép qua dây để nhiệt độ bề

Lời giải:

s / m 10 06 , 15 v

K m / W 0259 , 0

2 6

0

−

== λ

10 06 , 15

10 15 1 v

d

3

f =ω = −− =

f

f 0 , 44 Re

Nu =

(996) 13 , 9

44 , 0

Nuf = 0,5 =

Hệ số toả nhiệt:

K m / W 24 10

15

0259 , 0 9 , 13 d

3 f

=

Nhiệt lượng bề mặt toả ra ứng với 1m dây là:

(80 20) 67,8W/m

1 10 15 14 , 3 24 Q

t t l d

Q

3 f w

=

−

=

−

Điện trở của một mét dây:

4

15 14 , 3

1 0175 , 0 S

l

ρ

Vậy cường độ dòng điện cho phép là:

Q = I2.R

10 908 , 9

8 , 67 R

Q

5 =

Bài 10:

Tính hệ số toả nhiệt của cụm ống song song gồm 4 dãy ống biết đường kính ống d

độ của khói tại chỗ hẹp nhất là 8m/s

Lời giải:

Nhiệt độ xác định: tf = 6000C

686 , 0 Pr

62 , 0 Pr

s / m 10 61 , 93 v

K m / W 0742 , 0

w f

2 6 0

=

=

=

= λ

−

10 61 , 93

10 60 8 v

d

3

f =ω = −− =

Do đó:

25 , 0

w

f 33 , 0 f 65 , 0 f f

Pr

Pr Pr Re 26 , 0 Nu









=

( )0 , 65( )0 , 33 0,25

62 , 0 62 , 0 5127 26 , 0











=

56

Nuf =

Hệ số toả nhiệt:

K m / W 69 10

60

0742 , 0 56 d

3 f

f

Hệ số toả nhiệt trung bình của chùm ống:

( ) n

2

2

1+α + − α α

= α

( ) n

2 n 9 , 0 6 ,

0 α3+ α3+ − α3

= α

K m / W

60 2 0

=

2 Bài tập tự luyện

Bài 11:

Một dây dẫn bằng nhôm đường kính d = 5mm, được làm nguội bằng dũng khụng khớ

nhiệt từ bề mặt dây vào không khí và cường độ dũng điện cho phép chạy trong dây

thỡ hệ số tỏa nhiệt là bao nhiờu khi cỏc điều kiện khác không thay đổi?

Trả lời: αkk = 41 , 4W/m2.oK; I = 188A; αn = 14200W/m2. oK

Bài 12:

Nước chảy ngang qua một chùm ống bố trí so le Đường kính ngoài của ống

Trả lời: α = 8000W/m2. oK

Bài 13:

Dầu máy biến áp chảy qua chùm ống bố trí so le đường kính ngoài của ống d =

hẹp nhất ω = 0 , 6m/s Nhiệt độ trung bỡnh của dầu tf = 400C Nhiệt độ bề mặt ống tw =

Trả lời: α 90 0 = 1130W/m2. oK; α 60 0 = 1060W/m2. oK

Bài 14:

Bộ sấy không khí gồm 20 ống bố trí so le, đường kính ngoài của ống d = 38mm Dũng khụng khớ chuyển động ngang qua chùm ống với vận tốc ở tiết diện hẹp nhất

Trả lời: α =95,5 W/m2.oK; α 90 0 = 80W/m2.oK

Bài 15:

le gồm 8 dây ống Đường kính ống d = 60mm, tốc độ trung bỡnh của khúi ở chỗ tiết

trung bỡnh của chựm ống Nếu chựm ống bố trí so le, các điều kiện khác không đổi thỡ hệ số tỏa nhiệt bằng bao nhiờu?

Trả lời: ásole=73,5 W/m2.oK; ásongsong= 64 W/m2.oK

Bài 16:

Xác định hệ số tỏa nhiệt trung bỡnh của dũng khúi chảy ngang qua chựm ống bố trớ song song đường kính ống d = 38mm, số dãy ống 30, nhiệt độ khói trước chùm ống

10 m/s Nếu bố trí so le, các điều kiện khác không đổi thỡ hệ số tỏa nhiệt bằng bao nhiờu?

Trả lời: ásole = 96,5 W/m2.oK; ásongsong= 99,5 W/m2. oK

Bài 17:

Trong một thiết bị sinh hơi, nước sôi ở áp suất p = 10 bar, độ chênh nhiệt độ giữa bề

qua vỏch?

Bài 18:

Xác định hệ số tỏa nhiệt và lượng hơi nhận được sau 1h Khi nước sôi trên bề mặt có

Bài 19:

Hơi nước bóo hũa khụ ỏp suất 0,04 bar được ngưng trên ống đường kính 40mm, đặt

nước ngưng sau 1h?

Bài 20:

Hơi bóo hoà khụ ỏp suất 0,04 bar được ngưng trên ống đặt nằmg ngang đường kính

và lượng nước ngưng sau 1h?