Bo mon Cong nghe Nhiet Lanh Ñaïi Hoïc Quoác Gia Tp HCM TRÖÔØNG ÑH BAÙCH KHOA Khoa CÔ KHÍ Bm Coâng Ngheä Nhieät Laïnh GV duyeät ñeà GV ra ñeà ÑEÀ THI CUOÁI HOÏC KYØ I – NAÊM HOÏC 2007 2008 Moân Thi Tru[.]
Đại Học Quốc Gia Tp HCM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA - Khoa CƠ KHÍ Bm Công Nghệ Nhiệt Lạnh GV duyệt đề ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ I – NĂM HỌC 2007-2008 Môn Thi : Truyền Nhiệt TB Trao Đổi Nhiệt Thời gian : 90 phút Ngày thi : 14.01.2008 GV đề - W X Ghi chú: SV sử dụng tài liệu TS Nguyễn Văn Tuyên Nguyễn Toàn Phong Bài (3 điểm) Hơi nước bão hòa khô chuyển động ống thép có đường kính d1 d = 190 210 mm, hệ số dẫn nhiệt λ t = 46,5 W (m.K) Lưu lượng nước G h = 8.10 kg h , áp suất bar Ống bọc cách nhiệt có chiều dày δ CN = 70 mm, hệ số dẫn nhiệt λ CN = 0,07 W (m.K) Không khí bên có nhiệt độ t f = 30 o C , hệ số trao đổi nhiệt đối löu α f = 12 W (m K ) Ống có chiều dài l = 200 m Tính hệ số trao đổi nhiệt đối lưu nước bên ống (1,5 điểm) (khi tính toán bỏ qua ảnh hưởng phương hướng dòng nhiệt) Tính nhiệt lượng trao đổi ống môi trường Q [kW] (1,5 điểm) Bài (3 điểm) Xét vách kính hai lớp với thông số sau: Kính có chiều dày hệ số dẫn nhiệt: δ k = mm, λ k = 0,7 W (m.K) Khoâng khí hai lớp kính có chiều dày δ kh = 20 mm Không khí trời có nhiệt độ t f = 36 o C , hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α1 = 15 W (m K ) Không khí phòng có nhiệt độ t f = 24 o C , h/s trao đổi nhiệt đối lưu α = 12 W (m K ) Tính mật độ dòng nhiệt qF [ W m ] trao đổi hai trường hợp: Lớp không khí hai lớp kính xem đứng yên Tính nhiệt độ phía hai lớp kính (1,5 điểm) Có xét đến ảnh hưởng đối lưu lớp không khí hai lớp kính (1,5 điểm) Lưu ý: Cho phép lấy thông số vật lý không khí 30oC Bài (4 điểm) Cho thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc – chùm ống Hơi nước bão hòa ngưng tụ phía vỏ bọc thành lỏng sôi, nước gia nhiệt chùm ống Hơi nước có hệ số trao đổi nhiệt đối löu α h = 7.500 W (m K ) , áp suất p h = bar Nước chảy chùm ống có lưu lượng V = 27 m h , nhiệt độ nước vào t '2 = 30 o C , nhiệt độ nước t"2 = 55o C , hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α n = 6.000 W /(m K ) Bỏ qua nhiệt trở vách ống Xác định diện tích trao đổi nhiệt cần thiết F [m2] (2 điểm) Sau thời gian vận hành, bị bám cáu bẩn nên nhiệt độ nước đạt 50oC Hãy xác định nhiệt trở lớp cáu Chiều dày trung bình lớp cáu, biết hệ số dẫn nhiệt lớp cáu khoảng λ cáu = 1,5 W (m.K ) (2 điểm) Đáp án 14.01.2008 Bài (3 điểm) Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu • Thông số vật lý ⎧λ = 3,012.10 −2 W (m / K ) ⎪ −6 ⎪ν = 4,39.10 m s o p h = bar → t h = 158,84 C → ⎨ ⎪Pr = 1,18 ⎪ρ = 3,258 kg m ⎩ • Kích thước tính toán d tđ = d = 190 mm = 0,19 m • Vận tốc tính toán G 4⋅G × 8.10 = = = 24 m s f ⋅ ρ π.d 2tđ ⋅ ρ 3600 × π.0,19 × 3,258 ω= • Tiêu chuẩn Reynolds Re = ω ⋅ d tđ 24 × 0,19 = 104,118.10 = −6 ν 4,39.10 • Tiêu chuẩn Nusselt Re > 10 ,8 Nu = 0,021 ⋅ Re ⋅ Pr , 43 ⎛ Pr ⎞ ⋅ ⎜⎜ f ⎟⎟ ⎝ Prw ⎠ ,25 ⋅ εl ⋅ εR = 0,021 × 65166 × 1,074 = 1469 • Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α h = Nu × λ 0,03012 = 1469 × = 233 W (m K ) d tđ 0,19 (1,5 điểm) Nhiệt lượng trao đổi kl = = ⇒ π d d 1 1 ln + ln + + α h ⋅ d1 2.λ t d1 2.λ CN d α k ⋅ d π = 0,8 W (m.K ) 1 21 35 + ln + ln + 233 × 0,19 × 46,5 19 × 0,07 21 12 × 0,35 Nhiệt lượng tổn thất Q = l ∑ ⋅ k l ⋅ Δt = 200 × 0,8 × (158,84 − 30 ) = 20.701 W = 20,7 kW (1,5 điểm) Bài (3 điểm) Trường hợp xem không khí đứng yên • Thông số vật lý lớp không khí ⎧λ = 0,027 W (m / K ) ⎪ t tb = 30 o C → ⎨ν = 16.10 −6 m s ⎪Pr = 0,701 ⎩ • Mật độ dòng nhiệt q= t f1 − t f δ1 δ δ + + + + α1 λ1 λ λ α 36 − 24 = = 12,67 W / m 0,005 0,02 0,005 + + + + 15 0,7 0,027 0,7 (0,5 điểm) • Nhiệt độ bên lớp kính ⎧ ⎛ 0,005 ⎞ o ⎪t = t f1 − q ⋅ ⎜ 15 + 0,7 ⎟ = 35,06 C ⎪ ⎝ ⎠ ⎨ ⎪t = t + q ⋅ ⎛⎜ 0,005 + ⎞⎟ = 25,67 o C f2 ⎪⎩ 8⎠ ⎝ 0,7 (0,5 điểm) Trường hợp có xét đến ảnh hưởng đối lưu • Tiêu chuaån Rayleigh g ⋅ β ⋅ d ⋅ Δt Ra = Gr ⋅ Pr = ⋅ Pr ν2 9,81 × 0,02 × (35,06 − 25,67) = × 0,701 = 6660 > 10 −12 303 × 16 10 • Hệ số dẫn nhiệt hiệu chỉnh lại ε tñ = 0,18 ⋅ Ra 0,25 = 1,626 λ tñ = ε tđ ⋅ λ = 1,626 × 0,027 = 0,044 W (m.K ) • Mật độ dòng nhiệt q= t f1 − t f δ1 δ δ + + + + α1 λ1 λ λ α 36 − 24 = = 18,14 W / m 0,005 0,02 0,005 + + + + 15 0,7 0,044 0,7 (0,5 điểm) Bài (4 điểm) Xác định diện tích trao đổi nhiệt thiết bị • Nhiệt độ bão hòa nước p h = bar → t1 = 151,84 o C • Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarith 151,84oC Δt = 25 = 108,86 o C 121,84 ln 96,84 96,84oC o 121,84 C 55oC 30oC F • Hệ số truyền nhiệt kF = 1 + αh αn = 1 + 7.500 6.000 = 3333 W /(m K ) • Nhiệt lượng trao đổi ⎛ 27 ⎞ × 992,2 ⎟ × 4,174 × 25 = 776,52 kW Q = G n cpn Δt n = ⎜ ⎝ 3.600 ⎠ • Diện tích truyền nhiệt Q 776,52.10 F= = = 2,14 m k F Δt 3333 × 108,86 (2 điểm) Xác định nhiệt trở lớp cáu • Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarith 151,84oC Δt' = 20 = 111,54 o C 121,84 ln 101,84 101,84oC o 121,84 C 50oC 30oC F • Hệ số truyền nhiệt bị bám cáu ⎧⎪Q = G n c pn Δt n = k F F.Δt Q' Δt' k' Δt' → = n = F ⎨ Q Δt n k F Δt ⎪⎩Q' = G n c pn Δt'n = k'F F.Δt' Hay k'F = k F Δt ' n Δt 20 108,86 = 3333 × × = 2602 W /(m K ) Δ t n Δt ' 25 111,54 • Nhiệt trở lớp cáu 1 = + Rc k' F k F k − k' F 3333 − 2602 → Rc = F = k F k' F 3333 × 2602 (1 điểm) = 8,4245.10 −5 (m K ) / W • Chiều dày trung bình lớp cáu Rc = δc → δ c = R c ⋅ λ c = 8,4245.10 −5 × 1,5 = 0,126.10 −3 m λc = 0,126 mm (0,5 điểm) Xác định áp suất làm việc • Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarith Q = k F F.Δt = k' F F.Δt"⇒ Δt" = Δt ⋅ kF 3333 = 108,86 × = 139,44 o C k' F 2602 • Nhiệt độ ngưng tụ tk Δt" = 25 = 139,44 o C t k − 30 ln t k − 55 55oC 30oC ln t k − 55 t k − 30 t k − 30 25 = = 0,179 → t k = 182,3o C → p k ≈ 10,58 bar t k − 55 139,44 F (0,5 điểm) Đại Học Quốc Gia Tp HCM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA - Khoa CƠ KHÍ Bm Công Nghệ Nhiệt Lạnh GV duyệt đề ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ I – NĂM HỌC 2008-2009 Môn Thi : Truyền Nhiệt TB Trao Đổi Nhiệt Thời gian : 90 phút Ngày thi : 15.01.2009 GV đề - - Ghi chú: SV sử dụng tài liệu TS Nguyễn Văn Tuyên TS Bùi Ngọc Hùng Bài (4,5 điểm) Một ống thép dẫn nước nóng có thông số sau: Đường kính d ng 114 mm , bề dày ống mm , chiều dài 200 m , hệ số dẫn nhiệt 45 W (m.độ) Nước chảy ống với lưu lượng G 10 kg s nhiệt độ trung bình t n 60 o C Khi tính toán bỏ qua ảnh hưởng phương hướng dòng nhiệt lưu chất vách ống Hãy xác định: Tổn thất nhiệt từ ống môi trường dòng không khí có tốc độ = m s nhiệt độ trung bình t f 30 o C thổi vuông góc với trục ống Chênh lệch nhiệt độ nước qua ống Bài (3 điểm) Một vách phẳng đặt thẳng đứng làm kim loại mỏng có ñoä ñen 1 0,6 Khoảng cách kim loại cm , không khí Cho biết nhiệt độ bề mặt vách phía t w1 80 o C nhiệt độ bề mặt vách phía t w 20 o C Diện tích bề mặt vách F 10 m , bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt kim loại Tính nhiệt lượng tổng cộng truyền qua vách [W] Nếu vách đặt nằm ngang với mặt nóng nằm phía nhiệt lượng truyền qua bao nhiêu? Bài (2,5 điểm) Một thiết bị dùng nước để giải nhiệt với yêu cầu sau: Lưu chất nóng với lưu lượng V1 400 h làm lạnh từ nhiệt độ t '1 120 o C xuống t"1 60 o C , khối lượng riêng 1 1150 kg m , nhiệt dung riêng c p1 kJ (kg.độ) Nước giải nhiệt có lưu lượng V2 1800 h , khối lượng riêng 1000 kg m , nhiệt dung riêng c p 4,18 kJ (kg.độ) , nhiệt độ vào t ' 30 o C Biết hệ số truyền nhiệt thiết bị k 1350 W (m độ) Hãy xác định diện tích truyền nhiệt thiết bị hai trường hợp bố trí lưu động chiều ngược chiều - Hết - Đáp án 15.01.2009 Bài (4,5 điểm) Tổn thất nhiệt từ ống môi trường a Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía nước Nhiệt độ tính toán t n ~ 60 o C 0,659 W (m.K ) 6 0,478.10 m s Prf 2,98 983,2 kg m t w ~ t n Prw ~ Prf Kích thước tính toán d tr 114 14 100 mm 0,1 m Vận tốc tính toán 4G 10 1,295 m s .d tr 983,2 .0,01 Tiêu chuẩn Reynolds Re 1,295 0,1 27,1.10 6 0,478.10 Tiêu chuẩn Nusselt Re 10 ,8 Nu 0,021 Re Pr , 43 Pr f Prw ,25 R 0,021 22196 1,6 745,43 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu n Nu 0,659 745,43 4912 W (m K ) 0,1 b Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía không khí Nhiệt độ tính toán t k ~ 30 o C 0,027 W (m.K ) 6 16.10 m s Pr 0,701 f Kích thước tính toán d ng 114 mm 0,114 m (1,5 điểm) Tiêu chuẩn Reynolds 0,114 57.10 6 16.10 Re Tiêu chuẩn Nusselt Re 10 ,6 Nu 0,28 Re Pr ,36 Pr f Prw ,25 0,28 713,7 0,88 175,85 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu k Nu 0,027 175,85 41,648 W (m K ) 0,114 (1,5 điểm) c Tổn thất nhiệt Hệ số truyền nhiệt k d ng 1 ln n d tr 2. d tr k d ng 1 114 ln 4912 0,1 45 100 41,65 0,114 (0,5 điểm) 14,673 W (m.K ) Tổn thất nhieät Q k t n t k 14,673 200 30 88 kW (0,5 điểm) Chênh lệch nhiệt độ nước t n Q 88 2,1o C G n C pn 10 4,179 (0,5 điểm) Bài (3 điểm) Nhiệt lượng trao đổi hai vách đặt thẳng đứng a Trao đổi xạ Tw1 Tw 4 q o C o 5,67 3,5315 2,9315 463,16 W m 100 100 12 0,4286 1 1 1 q bx 12 q o 198,5 W m Q bx F q bx 1985 W (1 điểm) b Đối lưu tự nhiên khe hẹp Hệ số dẫn nhiệt tương đương 0,0283 W (m.K ) t f 50 o C 17,95.10 m s Pr 0,698 f g t 9,81 0,04 60 Grf 36,18.10 12 2 323,15 17,95 10 Ra f Grf Prf 25,25.10 10 Nu f 0,18 Ra f ,25 4,035 tñ Nu f 0,1142 W m.K Nhiệt lượng đối lưu tự nhiên tđ 0,1142 t 60 171,3 W m 0,04 Q ñl q ñl F 1713 W q ñl (1 điểm) c Nhiệt lượng trao đổi hai vách q q bx q đl 369,8 W m Q 3698 W Nhiệt lượng trao đổi hai vách mặt nóng nằm phía a Trao đổi xạ không thay đổi b Dẫn nhiệt qua khe hẹp 0,0283 t 60 42,45 W m 0,04 q dn F 424,5 W q dn Q dn (0,5 điểm) c Nhiệt lượng trao đổi hai vách q q bx q đl 241 W m Q 2410 W (0,5 điểm) Bài (2,5 điểm) Năng suất nhiệt thiết bị Q TB Q1 G1 C p1 t 1150 0,4 120 60 23 kW 3600 Nhiệt độ nước giải nhiệt t"2 t ' Q TB 23 30 41o C 1800 G C p2 4,18 3600 (0,5 điểm) a Khi bố trí thuận chiều Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarith t tb 120 30 60 41 45,648o C ln 120 30 60 41 Dieän tích truyền nhiệt Fth Q TB 23 0,373 m k t tb 1,35 45,65 (1 điểm) b Khi bố trí ngược chiều Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarith t tb 120 41 60 30 50,61o C ln 120 41 60 30 Diện tích truyền nhiệt Fng Q TB 23 0,337 m k t tb 1,35 50,61 (1 điểm) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH o0o ĐỀ THI HỌC KỲ Môn thi Ngày thi Thời gian : TRUYỀN NHIỆT : 30/05/2006 : 90 phút (Sinh viên phép sử dụng tài liệu) Bài (3 điểm) Một đường ống dẫn có đường kính dng = 100 mm đặt nằm ngang phòng rộng Cho biết nhiệt độ không khí phòng tf = 270C , nhiệt độ bề mặt ống tw = 3730C, chiều dài ống L = 10 m, độ đen bề mặt ống 0,8 Tính tổn thất nhiệt toàn đường ống Bài (4 điểm) Một ống dẫn nước nóng có thông số sau: Đường kính ống d1 200 mm, chiều dài ống L = 10 m, nước chảy ống với tốc độ 1 1,2 m / s , nhiệt độ trung bình nước t f 70 C , nhiệt độ trung bình bề mặt bên ống t w1 69,50 C , ống cấu tạo lớp vật liệu : lớp thép có chiều dày 15 mm, hệ số dẫn nhiệt 1 60 W / m độ, lớp cách nhiệt có chiều dày mm, ống đặt nằm ngang trời có gió thổi qua với tốc độ m / s , nhiệt độ môi trường không khí xung quanh t f 300 C Xác định: abc- Tổn thất nhiệt từ ống môi trường (bỏ qua tổn thất nhiệt xạ) Độ chênh lệch nhiệt độ nước đầu vào đầu ống Hệ số dẫn nhiệt 2 lớp vật liệu cách nhiệt Bài (3 điểm) Có phẳng đặt song song, diện tích F = 5m2 , thứ có thông số t1 = 10000C, 0,8 thứ có thông số t2 = 1000C, 0,7 a – Tính nhiệt lượng trao đổi xạ b – Nếu có đặt màng chắn có độ đen c 0,05 nhiệt lượng trao đổi xạ ? Vị trí màng chắn có ảnh hưởng đến dòng nhiệt xạ hay không, giải thích ? Chủ nhiệm Bộ môn GV Ra đề PGS.TS.LÊ CHÍ HIỆP TS BÙI NGỌC HÙNG 0123456274896 74 314 454 40545454 61445 4 !"#$ %$&'( %&)'(* +,-#&4 44xy]e\z{|}4 /01234156784137951:;4 34 ?44@ABC'D # %&)'(* E,F @ @A,! G!H) %&)'(* IJ34K31>4?4LM4 9NO4 K1JP4O344?4MQMRSMMT4 UUUUU4V4W 4X4UUUUUY4 Z[\]^[_`abcdbefgh^bijkblmnopbqrstbutvwmb 6~O46 >K41>4I34>IN74I274627471N74>3~O476N46IJ>K4 >4SMM441O4>14>K1>K4O6>K4 >1J4I>K43~O46~41J46~4>4O=>441O41J4O TM41J4MR44 3~O46~4 6=>K4 4O6>K4>1J4I>K41J4OM64>K476N473941J34M4 Q >4>3~O4I2>K4O164634K3146 >K41J46=34OIJ>K4x]e\z{|}4 S >4>3~O4I2>K4O164634O6>K4OIJ>K4I2 46 >K41O4>K61J34OIJ364K36N4O634>K1>K46 >K4 IN341~>4O6 744 S43 O4>3~O46~46=>K441>41J4M4xĂ]e\z{|}4 Â4xSÊ]e\z{|} 641341N74 1Ô>K41O46>K46>K476N461>K471N74>6464IN343~>4O746341N74 Ơ1N74Ư?4 3~O46~4OQST64 06~4>4QMĐ4 Ơ1N74ƯƯ?4 3~O46~4OSQST64 06~4>4SML4 3 O46=34OIJ>K4K3141341N741J471=>46=>K4 Qă1N74â>41~O46~46J>K4>3~O4O164634K3141341N74ê4ôơSư4xđÊ]e\z{|}4 S 94K3141341N741O41341J>K471>476N479J>K46~4>47MQ4O4>3~O4I2>K4O164 634K3141341N741J4164>3=943~O46~41J>K471>4xĂÊ]e\z{|}4 3134O74O1234164â4O41J>K471>4 1Ô>K46=>K41>4I>K4 >4>3~O4I2>K4O164634 N74124xđÊ]e\z{|}4 Â4xÊ]e\z{|} 64O3 O4â4O164634>3~O461234646274479J46 >K45I34>IN741646J14>K>K4O924 1464 6274O1J>46>K46=34>IN74I274K314>3~O434O6>K479J46 >K4 5I34>IN7476N4~46 4O164634>3~O46 3494TMMơ xS}41N 491 O4 S14 IN7471P4O6>K479J46 >K476N494I2>K4ƠQ4>3~O46~4>IN741J64OàSS64 >3~O46~4>IN7414OảS64~46 4O164634>3~O46 3494>RMMMơ xS}4 64ê914>3~O4OI41N746 >K4 Qă1N74â>43~>4O74O164634>3~O471>4O3 O4Ã4ôSư4xĂÊ]e\z{|}4 S 64OIJ34K31>4O1J>46 >K44 614>IN74â41N471N941J4K314~46 4O9P>4>3~O4 >=>4>3~O46~4>IN74147á412O4M451P41N74â>4>3~O4OI4IN 471N94xĂÊ]e\z{|}4 6>K4OIJ>K4I2 4O3 O4â4714â41N471N94> 94I34>IN741J43~74I41N 491 O4Q414 O4>3~O46~4>IN74141J4164>3=94ạ94I2>K41J4>3~O46~4>IN741J646=>K4O1P46344 xĂÊ]e\z{|}4 Ơ4144 94>3~449P~O4 4 4 ằ4 ằ4ạ=4453~ 4 K9P>4 61J>46>K4 0123 4523677 89 88 7 777 0! "#00$% 0&'()0)$ 0 !' 0* + '!' !0#!', 0)'$0&$-.0 !./0)0&$%.01 20 34!$5 06$%07'0)018900 =:A>8J8 IGP NENF C E NM @ > J H O : 7 RE >O8DQB :8J HI :: C9 :;?>G G F 34STU!0)! 9U0)T !0)$'9 0 VRW>V> 88EE>8J E7 34./520U!2'- 0X'81/.!0 G Z ? V \]>[L KL> @ _R KL 7 G^Y8 H J I ^ J >G G^9 JHO 98C9 ^8J HI> J9 98 34./520U!2'- 0`266/1)0 a]bcZ798 97 \]g 98 f989G B = >88JJG9GGGO7 hi>Q \]c>8J9GO^d J9 98 e8JGGG>G J 34j/06$%0)'$0&$-.0 !./0)0&$%.01 20 k>hi^VA >G J ^8J88J IG>OJ OP NE F7 RW 34`!./0)01 " 0)'$0&$-.0l$0&$%.01 20 mWn>k V pe _R>OJ O^do^8J ^Y8e^Y8>OG8 JIP 77 q!' !0#!', 0)'$0&$-.0 !./0)0q 9U0*'"0 Y t Y{ ~ t v mwx>do VRW pe Q8 ||988C98u8yy } z 7 >do^8J ^Y8e^8J ^OJ 98CI^GYGYCG8GY >Y J P 4 `!./0)01 " 0)$- 0)!'%)0 m>mWnmwx>HHG8JOP 7 7 d e r s 0123456789 89 897 467 3 89 " %;#)+)7(6 /50/43 :;#9)< 8 PR)MNO+ L)KK JQI 01S< >?8 < @>?8 ?8T3GB48 < @>?8 8>< 8 IV)WV'PV)][\! J*KK ZXY*J J) %# )IUV 01S >8D^83_5`>8>345678 abc)#I&&)!! ! !*% ! ) ! UV 01d4568AB787345B78E^8 g)(efP(abc) !% 012h>?8AB78>3456788j87345B78E^8 mNf)IUVkL"(L"Vl) %*kKK J( %l) # 012h>?8AB78>34567879_5i>8j87345B78E^8 m)gmNf)! K# 012345678FG68>< 898 LnV)L"V,Im ) %, ! K%)J %QI -./01234567 V ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ II – NĂM HỌC 2007-2008 Đại Học Quốc Gia Tp HCM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA - Khoa CƠ KHÍ Bm Công Nghệ Nhiệt Lạnh Môn Thi : Truyền Nhiệt TB Trao Đổi Nhiệt Thời gian : 90 phút Ngày thi : 12.06.2008 GV duyệt GV đề TS Nguyễn Văn Tuyên Nguyễn Toàn Phong - W X Ghi chú: SV sử dụng tài liệu Bài (3,5 điểm) Vách buồng đốt có kích thước ba chiều dài, rộng, cao sau L × W × H = × × m, nhiệt độ bề mặt t w = 240 o C , độ đen ε w = 0,7 Môi trường không khí xung quanh có nhiệt độ t f = 40 o C Tính tổng tổn thất nhiệt từ bề mặt xung quanh vách môi trường Qt [kW] Nếu bọc vách lớp cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt λ CN = 0,07 W (m.K ) Giả thiết nhiệt độ vách buồng đốt tiếp xúc lớp cách nhiệt không thay đổi, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữ nguyên vừa tính trên, độ đen mặt vách ε*w = a Xác định chiều dày lớp cách nhiệt để tổn thất nhiệt giảm 12 lần b Tính nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt Bài (4 điểm) Trong hệ thống sấy người ta dùng nước để gia nhiệt cho không khí Thiết bị trao đổi nhiệt chùm ống bố trí song song, ống có kích thước φ 27 21 mm, số hàng ống theo chiều chuyển động không khí n = 12 Hơi nước vào ống có áp suất p = bar, độ khô x = , khỏi ống trạng thái lỏng sôi Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu bên ống α h = 7000 W (m K ) Không khí có lưu lượng Vkk = 5000 m h vào chùm ống có nhiệt độ t 'f = 30 o C , khỏi chùm ống có nhiệt độ t"f = 110 o C Vận tốc qua chổ hẹp ωmax = 10 m s Bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt vách ống, xác định: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình phía không khí Năng suất nhiệt Q [kW] tổng chiều dài ống truyền nhiệt l Σ [m] thiết bị Lưu lượng nước cần cung cấp Gh [kg/h] Bài (2,5 điểm) Thiết bị trao đổi nhiệt lưu động ngược chiều có diện tích truyền nhiệt F = 16 m , hệ số truyền nhiệt k = 2100 W (m K ) Biết: Lưu chất I có t '1 = 120 o C G1 = kg s c p1 = 3,2 kJ ( kg.K ) Löu chất II có t'2 = 30 o C G = 5,5 kg s c p = 4,18 kJ ( kg.K ) Xác định suất nhiệt thiết bị Tính nhiệt độ hai lưu chất Trường hợp lưu động chiều suất nhiệt thiết bị tăng hay giảm? Giải thích sao? ‐‐‐‐‐ Hết ‐‐‐‐‐ Page of 6/7/2008 Đáp án 12.06.2008 Bài (3,5 điểm) Tổng tổn thất nhiệt từ vách đến môi trường Q tt = Q đl + Q bx • Thông số vật lý lớp không khí nhiệt độ trung bình 140oC ⎧λ = 0,0349 W (m.K ) ⎪ t tb = 140 o C → ⎨ν = 27,8.10 − m s ⎪Pr = 0,684 ⎩ • Tiêu chuẩn Grashof Gr = g ⋅ β ⋅ H ⋅ Δt 9,81 × 23 × (240 − 40 ) = = 4,917.1010 12 2 413 ì 27,8 10 ã Tiêu chuẩn Rayleigh ( Ra = Gr ⋅ Pr = 4,917.1010 ì 0,684 = 3,3636.1010 2.10 ữ 1013 ) • Các hệ số từ bảng 10.1 ⎧C = 0,135 ⎨ ⎩n = 0,333 • Tiêu chuẩn Nusselt ( Nu = C ⋅ Ran = 0,135 × 3,364.1010 ) ,333 = 435,43 • Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α = Nu ⋅ λ 0,0349 = 435,43 × = 7,6 W (m K ) H (1,5 điểm) • Mật độ dòng nhiệt ⎧q đl = α ⋅ (t w − t f ) = 7,6 × (240 − 40 ) = 1520 W m ⎪⎪ ⎧⎪⎛ Tw ⎞ ⎛ Tf ⎞ ⎫⎪ ⎨ 4 ⎟ −⎜ ⎟ ⎬ = 0,7 × 5,67 × 5,13 − 3,13 = 2368 W m ⎪q bx = ε ⋅ Co ⋅ ⎨⎜ ⎪⎩⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠ ⎪⎭ ⎪⎩ → q = q ñl + q bx = 3888 W m { } ã Toồn thaỏt nhieọt F = ì (W + L ) × H = × (3 + ) × = 28 m Q đl = q đl ⋅ F = 1520 × 28 = 42.560 W = 42,56 kW Q bx = q bx ⋅ F = 2368 × 28 = 66.304 W = 66,30 kW (1 điểm) Q = q ⋅ F = 3888 × 28 = 108.864 W = 108,86 kW Page of 6/7/2008 Vách bọc cách nhiệt • Mật độ dòng nhiệt yêu cầu q' = q = 324 W m 12 i Chiều dày lớp cách nhiệt tw − tf δCN + λ CN α ⎧t − t 1⎫ = λ CN ⋅ ⎨ w f − ⎬ α⎭ ⎩ q q= → δCN (0,5 điểm) ⎧ 240 − 40 ⎫ = 0,07 × ⎨ − ⎬ = 0,034 m 7,6 ⎭ ⎩ 324 ii Nhiệt độ bề mặt q = α ⋅ (t 'w −t f ) q 324 → t 'w = t f + = 40 + = 82,6o C α 7,6 Page of (0,5 điểm) 6/7/2008