BAITAPTRUYENNHIET (NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC)

VD7 1 Bức tường một phòng có chiều cao 3,3 m, rộng 5 m có 2 lớp lớp ngoài gạch trát vữa dày 250 mm, lớp trong bằng gỗ dày 10 mm, hệ sô dẫn nhiệt lần lượt là 0,7 WmK và 0,4 WmK Nếu biết nhiệt độ mặt tường phía ngoài cùng bằng 400C và phía bên trong cùng là 270C thì lượng nhiệt truyền xuyên qua tường vào trong nhà là bao nhiêu? (chú ý ở loại bài toán này, các thông số cho trước kích thước tường dài rộng, dày, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt độ 2 bề mặt tường) Giải 1 Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường q=.

-   VD7-1: Bức tường phịng có chiều cao 3,3 m, rộng m có lớp lớp ngồi gạch trát vữa dày 250 mm, lớp gỗ dày 10 mm, hệ sô dẫn nhiệt 0,7 W/mK 0,4 W/mK Nếu biết nhiệt độ mặt tường phía ngồi 40 C phía bên 27 C lượng nhiệt truyền xuyên qua tường vào nhà bao nhiêu? (chú ý: loại tốn này, - thơng số cho trước: kích thước tường dài rộng, dày, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt độ bề mặt tường) Giải 1.Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường: q= = 34 W/m 2 Nhiệt lượng truyền qua tường: Q= q.F = 34 (3,3 5) = 561 W Tính nhiệt độ bề mặt tiếp xúc lớp: q = -> tw2 = tw1- q = 40 – 34 = 27,850C VD7-2:Tường xây gạch dày 30cm, hệ số dẫn nhiệt W/m.K, nhiệt độ bề mặt 38 C,bề mặt 28 C.Coi nhiệt độ mặt ngồi- hệ số dẫn nhiệt khơng đổi Nếu chiều dày tường 20 cm, tổn thất củ nhiệt độ bề mặt bao nhiêu? Giải   1.Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường chưa thay đổi: q = (tw1- tw2) / (/λ) = (38-28)/(0,3/2) = 66,7 W/m 2 Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường trường hợp nhau: q = (tw1 - t’w2) /(δ’/λ) = (tw1 - tw2) / (δ/λ) o t’w2= tw1 + q /(δ’/λ) = 38 – 66,7(0,2/2) = 31,3 C   VD7-3: Vách trụ hai lớp có đường kính d1= 100 mm, d2= 200 mm d3= 300 mm Hệ số dẫn nhiệt tương ứng W/m.K 0 W/m.K Biết nhiệt độ bề mặt lớp tw3=150 C, nhiệt độ mặt tw1 = 350 C Tính mật độ dịng nhiệt dài, nhiêt độ bề mặt tiếp xúc tw2 nhiệt lượng truyền qua vách cho chiều dài vách 10m Giải: 1.Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách: ql = = 4346,4 W/m; nhiêt độ bề mặt tiếp xúc tw2 tw2 = tw1 – ql = 190C nhiệt lượng truyền qua vách Q = LqL = 10 x 4346,4 =43464 W   VD7-4: Vách trụ hai lớp có đường kính d1= 100 mm, d2= 200 mm d3= 300 mm Hệ số dẫn nhiệt tương ứng 0,3 W/m.K 0 0,7 W/m.K Biết nhiệt độ tiếp xúc lớp lớp t = 350 C, nhiệt độ bề mặt lớp t 3w3=180 C Xác định nhiệt độ mặt tw1 Giải: 1.Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách: ql = = ql = == 1843 W/m; ql= = 1843 W/m Xác định nhiệt độ mặt cùng: tw1=1843.( )+tw3=1843.+180 =1028 C -  VD7-5: Một ống thẳng có đường kính d=15 mm, dài m, tốc độ nước chảy ống = m/s Nhiệt độ trung bình nước tf = 30 C, nhiệt độ bề mặt vách ống tw = 100 C Tính hệ số truyền nhiệt đối -lưu nhiệt lượng trao đổi trình Giải o 1.Các thông số nước ứng với nhiệt độ tf=30 C λf = 0.618 W/m.K, -6 νf = 0.805.10 m /s, Prf = 5.42, Prw = 1.75 -6 4 2.Tìm Ref = d/νf = 2.0,015 / 0.0805.10 = 3,72.10 > 10 Như chế độ chảy rối, có phương trình tiêu chuẩn: 0.8 0.43 0.25  Nuf = 0.021Ref Prf (Prf/Prw) εlεR εl=1 L/d =2/0.015 > 50 ; εR=1 ống thẳng 4.Thay số vào ta có: 0.8 0.43 0.25 Nuf= 0.021.(3,72.10 ) (5,42) (5.42/1.75) 1.1 = 236,5 α = Nufλ/d=236,5.0,618/0.015 = 9743,8 W/m K Tính nhiệt lượng truyền q trình   VD7-6: Một sấy khơng khí bố tri hình vẻ Bao gồm hang dọc dãy ngang Dường kính ngồi ống d =38 mm, bước ống s 1= s2 =2,5 0 0( d tốc độ dịng khí tiết diên hẹp m/s, nhiệt độ khơng khí t f = 30 C mặt ngồi ống 50 C, góc va 90 = 1) Tính hệ số tỏa nhiệt trung bình chùm ống Giải -2 -6 Tra bảng tf =50 C:λf = 2,83.10 W/mK; vf =17,95.10 m /s; Prf = 0,698 không prf thay đổi nhỏ 3 Tính Ref = = = 16,9.10 > 10 - chảy rối Cơng thức tính cho hàng >=3 Nuf =0,22Ref 0,65 Prf 0,36 = 108 = 80,4 W/m K ch = = 70,34W/m K 0,65 0,36 0,22.(16,9.10 ) (0,698) 1=108 -   VD 10-7 Thiết bi truyền nhiệt cheo theo mơ hình 10-4 Dầu lưu động ống pass có thơng số: nhiệt dung riêng 1,19 kJ/kgK, nhiệt đô 15-85C Hơi bên ngồi chùm ống có thơng số: nhiệt độ 130-110 C, lưu lượng 5,2 kg/s, nhiệt dung W/m 2K Tính diện tích truyền nhiệt thiết bị riêng 1,86 kJ/kgK Cho biết hệ số truyền nhiệt thiết bị 275 - Giải Nhiệt lượng nước nhã ra: Q= 5,2 1,86 (130 -110) = 193 kW tTBn : tmin = 130 - 85 = 45℃ ; tmax = 110 – 15 = 95℃; ∆tTBn = = 66,9 C Fig 10-11: t1 = 15℃; t2 = 85℃; T1 = 130℃; T2 = 110℃ P = = = 0,609; R = = = 0,286- > CF= 0,97 (h.10-11) ∆tTB= 66,9 0,97= 64,9 C F= Q/ k∆tTB = 193.10 / 275 64,9 = 10,81 m - -  VD 10-6 Thiết bị truyền nhiệt kiểu ống lồng ống dùng nước nóng truyền nhiệt cho nước nguội nóng lên Các thông số nước nguội lưu đông ống: lưu lượng 3,783 kg/s, nhiệt độ: 37,78 – 54,44C Các thơng số nước nóng lưu đơng vỏ: lưu lượng 1,982 kg/s, nhiệt độ vào 93,33C.Kích thước ống d=1,905 cm, tốc độ nước ống 0,366 m/s Cho hệ số truyền nhiệt thiết bị 1419 W/m K Tính số pass, số ống pass chiều dài ống với giới hạn - chiều dài 2,438 m Giải Tính nhiệt lượng nước nguội nhận vào: Q= G2Cp2 (t2c – t2đ) = 3,783 4,18.(54,44- 37,78)= 263,6 kW Tính nhiệt độ nước nóng khỏi vỏ: Q= G1Cp1 (t1đ – t1c) 3 -> t1c = t1d - Q / G1Cp1 = 93,33 – 263,6.10 / (1,982 4,18 10 )= 61,5 C tTB tmax = 93,33 – 54,44 = 38,9℃ tmin = 61,5 – 37,78 = 23,7℃; 4.Tính diện tích truyền nhiệt thiết bị F= Q/ ktTB = 263,6.10 / 1419 30,67 = 6,1 m  5 Tính số lượng ống mtu= -> = mtu/ = 3,783/ 1000.0,366 = 0,01034 m 0,01034 = n -> n = (0,01034 4)/ 01905)2 = 36,3 chọn n=36 ống - Diên tích bề mặt xung quanh m ống: = 0,0598 m /m ống Chiều dài ống: n L = 6,1 m -> L = (6,1)/(36.0,0598) = 2,834 m So sánh L= 2,834 m > 2,438 m – khơng đạt Tính số pass ống Tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Q/(k CF tTB ) = 263,6 10 / (1419 0,88 30,67)= 6,88 m CF =0,88 –Fig 10-8 Chọn ống có pass, chiều dài ống pass: F = 2nL - > L = (6,88)/2 (36.0,0598) = 1,6 m 7.Tính kiểm tra lại diện tích bề mặt truyền nhiệt: F =1,6 36 3,14 0,01905 = 6,89 m đạt yêu cầu Tổng hợp: - Số lượng ống pass: 36 ống Số pass: Chiều dài pass: 1,6 m Figure 10-8 Correction-factor plot for exchanger with one shell pass and two, four, or any multiple of tube passes Figure 10-9 Correction-factor plot for exchanger with two shell passes and four, eight, or anymultiple of tube passes - Hình 10-10 Biểu đồ hệ số hiệu chỉnh cho thiết bị trao đổi dòng chảy chéo pass, hai chất lỏng không trộn lẫn - - Figure 10-11 Correction-factor plot for single-pass crossflow exchanger, one fluid mixed, the other unmixed BT 9-3: Một thiết bị truyền nhiệt chuyễn động ngược chiều, nước vào thiết bị có nhiệt độ t 2đ =30 C, khỏi thiết bị 0 t2c = 80 C, lưu lượng nước m2 = kg/s Để gia nhiệt cho nước người ta dùng dầu nhiệt có nhiệt độ vào t 1đ = 250 C, lưu lượng m1= 10 kg/s Cho biết nhiệt dung riêng dầu Cp1 =2 kJ/kgK, nhiệt dung riêng nước Cp2 = 4,18 kJ/kgK, hệ số truyền nhiệt thiết bị k =250 W/m K Tính diện tích truyền nhiệt thiết bị BT 9-4 Thiêt bị truyền nhiệt ống vỏ Nước lưu động pass, dầu pass cắt (h 10-8) Nước làm nóng từ 3080C, lưu lượng 68 kg/s Dầu nóng giảm nhiệt từ 130- 80C, nhiệt dung riêng kJ/kgK Cho biết hệ số truyền nhiệt thiết bị 350 W/m K Tính diện tích truyền nhiệt thiết bị BT 9-5 Thiết bi truyền nhiệt chéo theo mơ hình 10-5 Dầu lưu động ống pass có thông số: nhiệt dung riêng 1,3 kJ/kgK, nhiệt đô 30- 100C Hơi bên ngồi chùm ống có thơng số: nhiệt độ 150-120 C, lưu lượng kg/s, nhiệt dung riêng kJ/kgK Cho biết hệ số truyền nhiệt thiết bị 300 W/m K Tính diện tích truyền nhiệt thiết bị BT 9-6 Thiết bị truyền nhiệt kiểu ống lồng ống dùng nước nóng truyền nhiệt cho nước nguội nóng lên Các thơng số nước nguội lưu đông ống: lưu lượng kg/s, nhiệt độ: 35 – 60C Các thông số nước nóng lưu đơng vỏ: lưu lượng kg/s, nhiệt độ vào 95C.Kích thước ống d= 20 mm, tốc độ nước ống 0,5 m/s Cho hệ số truyền nhiệt thiết bị 1500 W/m K Tính số pass, số ống pass chiều dài ống với giới hạn chiều dài 2,5 m BÀI TẬP VỀ NHÀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC BT1: Một chu trình động đốt cấp nhiệt hỗn (air-standard Diesel Dual cycle) có thơng số hoạt động sau: p =1 bar, T1 = 300 K Tỹ số nén ε = 15.Áp suất cực đại 55 bar Nhiệt lượng cấp vào qinp = qinv (qinp – qúa trình 3-4; qinv – qúa trình 2-3) 1.Tính thơng số p, v, T tai điểm nút chu q trình 2.Tính thơng số chu trình lý tưởng (qin,qout, wcycle hiệu suất) BT2 Tua bin với chu trình Brayton tiêu chuẩn co tỹ số áp suất máy nén 10 Khơng khí vào máy nén có p1 = bar, T1 = 300K , lưu lượng 15 kg/s Nhiệt độ môi chất vào tua bin 1200 K Tính hiệu suất nhiệt cơng suất tinh (net power) chu trình Cho trường hợp : a Các trình tua bin máy nén đoạn nhiệt (hiệu suất đoạn nhiệt =100%) b Các trình tua bin máy nén có hiệu suất đoạn nhiệt = 90% c Các q trình tua bin máy nén có hiệu suất đoạn nhiệt = 90% ,có hồi nhiệt có hiệu suất 80% o BT3: Chu trình Rankin nhiệt lý tưởng có nước vào tuabin có nhiệt 520 C, áp suất 100 bar, áp suất vào bình ngưng 0.04 bar Cho lưu lượng nước qua tua bin 50 kg/s Tính thơng số p,t, h điểm nút chu trình 2.Tính thơng số chu trình Rankin lý tưởng (Qin, Qout, Wcycle hiệu suất ) 3.Tính thơng số chu trình Rankin thực tế (Qin, Qout, Wcycle hiệu suất ) cho hiêu suất đoạn nhiệt tua bin bơm nước 80% o BT4: Chu trình Rankin có nhiệt trung gian lý tưởng có nước vào tuabin có nhiệt 520 C áp suất 100 bar, áp suất vào bình ngưng 0.04 bar Cho biết áp suất hồi nhiệt là10 bar, nhiệt độ sau hồi nhiệt 520 C lưu lượng nước qua tua bin 100 kg/s u cầu:(1) Tính thơng số p,t, h điểm nút chu trình (2).Tính thơng số chu trình khơng bỏ qua cơng bơm nước (Qin, Qout, Wcycle hiệu suất) BÀI TẬP VỀ NHÀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC/ truyền nhiệt   BT 1: Cho máy lạnh cấp hoạt động với môi chất R134a Áp suất ngưng tụ 10 bar, áp suất bốc bar Cho lưu lượng môi chất m= 0,5 kg/s (1)Tính thơng số điểm nút chu trình.và Tính đại lượng chu trình: Q in, Qout, Wc, ε Trong trường hợp: chu trình máy lạnh nén lý tưởng chu trình máy lạnh nén thực với nhiệt độ lỏng lạnh khỏi bình ngưng 34 C hiệu suất đoạn nhiệt máy nén 0,9 BT 2: Một ống thẳng có đường kính d = 20 mm, dài 50 m, tốc độ khơng khí chảy ống =10 m/s Nhiệt độ trung bình khơng khí t f = 140 C, nhiệt độ bề mặt vách ống tw = 40 C Tính hệ số tỏa nhiệt nhiệt lượng truyền từ khơng khí đến vách ống BT 3: Có ống dẫn nước vách trụ lớp Cho biết ống làm thép có chiều dày mm, hệ số dẫn nhiệt 50 W/mK, lớp cách nhiệt bên 2 có chiều dày 50 mm, hệ số dẫn nhiệt 0,5 W/mK Hệ số tỏa nhiệt bề mặt α1 = 220 W/m K α2 = 12W/m K, nhiệt độ tf1 = 140 C khơng khí bên ngồi tf2 = 30 C, chiều dài ống L = 20 m (1)- Tính nhiệt lượng truyền qua vách? (2)-Tính nhiệt độ hai bề mặt vách? BT 4: Theo hình vẻ P3-53 tính nhiêt độ điểm 1,2 phương pháp số Cho biết nhiệt độ bề mặt hình vẻ không thay đổi điểm bề mặt đó, bề mặt đứng bên phải có t3 = 400 C, t4 = 30 ... giới hạn chiều dài 2,5 m BÀI TẬP VỀ NHÀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC BT1: Một chu trình động đốt cấp nhiệt hỗn (air-standard Diesel Dual cycle) có thơng số hoạt động sau: p =1 bar, T1 = 300 K Tỹ số nén ε... qua cơng bơm nước (Qin, Qout, Wcycle hiệu suất) BÀI TẬP VỀ NHÀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC/ truyền nhiệt   BT 1: Cho máy lạnh cấp hoạt động với môi chất R134a Áp suất ngưng tụ 10 bar, áp suất bốc bar Cho... crossflow exchanger, one fluid mixed, the other unmixed BT 9-3: Một thiết bị truyền nhiệt chuyễn động ngược chiều, nước vào thiết bị có nhiệt độ t 2đ =30 C, khỏi thiết bị 0 t2c = 80 C, lưu lượng