Giáo trình cơ sở kỹ thuật nhiệt (nghề kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí trình độ trung cấp)

SỞ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI ĐỒNG THÁP TRƯỜNG TRUNG CẤP THÁP MƯỜI  GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT NGHỀ:KỸ THUÂT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-… ngày…….tháng….năm ………… của……………………………… Đồng tháp TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt giáo trình biên soạn dạng tổng quát cho học sinh, sinh viên ngành lạnh từ kiến thức kiến thức chuyên sâu Giáo trình biên soạn từ tháng năm 2018 Giáo trình mơn học sở chương trình đào tạo nghề kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Giáo trình chia làm chương: Chương Nhiệt động kỹ thuật Chương Truyền nhiệt Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo Sở lao động thương binh xã hội Đồng Tháp tạo điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành giáo trình Đặc biệt giúp đỡ hỗ trợ nhiệt tình bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến trình biên soạn Tham gia biên soạn Trịnh Văn Hùng Lê Chí Tâm MỤC LỤC GIÁO TRÌNH LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC .4 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC CHƯƠNG NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT .7 Bài Các khái niệm mở đầu nhiệt động 1.1 Các khái niệm .7 1.2 Phương trình trạng thái chất khí .11 Bài Định luật nhiệt động I trình nhiệt động khí lý tưởng 13 2.1 Nhiệt, nhiệt dung riêng công .13 2.2 Định luật nhiệt động I .17 2.3 Các q trình nhiệt động khí lý tưởng .19 Bài 3: Định luật nhiệt động II 24 3.1 Chu trình Carnot thuận chiều 24 3.2 Chu trình carno thuận nghịch ngược chiều 25 Bài 4: Các trình nhiệt động thực tế 27 4.1 Quá trình lưu động tiết lưu 27 4.2 Quá trình nén khí 28 4.3 Q trình khơng khí ẩm 31 4.4 Chu trình máy lạnh 41 CHƯƠNG 2: TRUYỀN NHIỆT 45 Bài 1: Dẫn nhiệt ổn định 45 1.1 Dẫn nhiệt 45 1.2 Dẫn nhiệt ổn định dẫn qua vách phẳng 50 1.3 Dẫn nhiệt ổn định qua vách trụ 54 Bài 2: Trao đổi nhiệt đối lưu 58 2.1 Các khái niệm .58 2.3 Công thức thực nghiệm xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu .61 Bài 3.Truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt 72 3.1 Truyền nhiệt qua vách phẳng vách trụ 72 3.2 Truyền nhiệt qua vách có cánh .73 3.3 Thiết bị trao đổi nhiệt .75 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Cơ sở kỹ thuật nhiệt Mã mơn học: MH09 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học Cơ sở kỹ thuật nhiệt bố trí học sau mơn học chung học trước mơn học, mơ đun chun mơn - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở, trang bị cho người học kiến thức định luật, tượng tính tốn thơng số tổn thất chu trình lạnh - Ý nghĩa vai trị môn học: Là môn học sở kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị kiến thức cần thiết cho phần học kỹ thuật chuyên môn Mục tiêu mơn học: - Về kiến thức: + Trình bày khái niệm, định luật, trình nhiệt động truyền nhiệt + Giải thích tượng trình nhiệt + So sánh ưu nhược điểm chu trình nhiệt - Về kỹ năng: + Vận dụng lý thuyết để tính tốn tổn thất nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt +Xác định thông số trạng thái chu trình nhiệt + Xác định trình chu trình nhiệt -Về lực tự chủ trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ tính tốn Nội dung mơn học: CHƯƠNG NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT Giới thiệu: Chương cung cấp cho sinh viên học sinh kiến thức ban đầu sở nhiệt động: khái niệm nhiệt động bản, thông số hơi, chu trình nhiệt động Mục tiêu: - Phân tích khái niệm nhiệt động lực học - Trình bày kiến thức thơng số trạng thái - Trình bày trình nhiệt động - Trình bày chu trình nhiệt động - Phân tích trình, nguyên lý làm việc máy lạnh - Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tư logic, ứng dụng thực tiễn sản xuất áp dụng vào mơn học cho HSSV Nội dung chính: Bài Các khái niệm mở đầu nhiệt động (4h) 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Công nhiệt lượng Khi vật tác động lẫn nhau, chúng trao đổi cho lượng Sự truyền lượng thực hai cách Thực công vật vật Lúc lượng vật tăng lên lượng lượng vật Công nhiệt động kỹ thuật kí hiệu L qui ước cơng vật sinh dương, ngược lai công vật nhận công âm Năng lượng truyền từ vật nóng sang vật lạnh chúng tiếp xúc trực tiếp với Năng lượng trao đổi dạng gọi nhiệt lượng Nhiệt lượng nhiệt động kỹ thuật ký hiệu Q qui ước nhiệt lượng vật nhận đươc nhiệt dương vật nhả âm Đơn vị đo công niệt lượng Joul (J), trước lượng đo đơn vị calo (cal), giửa cal va J có quan hệ sau: 1cal= 4,1868 J 1.1.2 Hệ nhiệt động Tập hợp tất vật có trao đổi nhiệt lẫn với mơi trường xung quanh gọi hệ nhiệt động Nếu hệ nhệt động không trao đổi nhiệt với môi trương xung quanh gọi hệ đoạn nhiệt Hệ không trao đổi nhiệt công với môi trường xung quanh gọi hệ cô lập 1.1.3 Động nhiệt, bơm nhiệt máy lạnh Động nhiệt: loại máy nhận nhiệt sinh công Các máy nhận nhiệt từ nguồn nóng để biến phần nhiệt lượng thành cơng nhả phần nhiệt cịn lại cho nguồn lạnh Ví dụ động đốt trong, động phản lực, thiết bị động lực nước Bơm nhiệt máy lạnh: vế nguyên lý bơm nhiệt máy lạnh giống Các máy nhận công từ bên ngồi để chuyển nhiệt lượng từ mơi trường có nhiệt độ thấp đến mơi trường có nhiệt độ cao Như mục đích bơm nhiệt máy lạnh có khác Về bơm nhiệt người ta quan tâm đến nhiệt lượng mà nguồn nóng nhận được, máy lạnh ngưới ta quan tâm lượng nhiệt nhận từ nguồn lạnh 1.1.4 Chất môi giới trạng thái chất môi giới Để thực trình chuyển hố nhiệt cơng chuyển tải lượng hệ nhiệt động người ta phải dùng chất trung gian gọi chất môi giới Chất môi giới thường gặp kỹ thuật dạng khí hoặt hơi, ví thể khí có khả thay đổi thể tích lớn có khả sinh công lớn Ơ điều kiện khác chất mơi giới có trạng thái khác nhaubiểu thị đại lượng vật lý thường đặt trưng nhiệt độ (T), áp suất (P), thể tích riêng (v) Các thông số dùng để xác định trang thái chất môi giới gọi thông số trạng thái Ở trang thái xác định thơng sốtrạng thái có giá trị xác định Ở trạng thái mà thơng số trạng thái có giá trị giống điểm toàn khối khí thí ta gọi trạng thaí cân bằng, ngược lại ta gọi trạng thái không cân 1.1.5 Các thông số trạng thái chất môi giới a áp suất Áp suất lực tác dụng vật chất lên đơn vị diện tích thành bình chứa Áp suất ký hiệu P, đơn vị N/m2 Khi ta đặt vật rắn lên diện tích áp suất phân đường diện tích Khi ta chứa nước bình áp suất đáy bình áp suất thành bên giảm dần theo chiều cao cột nước Khi nén khí (hoặc hơi) vào bình kín, tác dụng lên phía bình với giá trị áp suất giống Trong kỹ thuật có số khái niệm áp suất sau: áp suất khí quyển, áp suất chân khơng, áp suất dư áp suất tuyệt đối p Pd (áp suất dư) Ptd (as tuyệt đối) Pck as chân không P0 (as khí quyển) - Áp suất khí (P0): đo Barometer atm vật lý biểu thị qua cột thuỷ ngân Baromer cao 760mmHg, diện tích ống đo 1cm (Baromer đặt mặt nứơc biển oC) Trọng lượng thủy ngân: 13,6x0,076 = 1,033kg Vậy áp suất khí Po = atm = 1,033 kg/cm3 (atmosphe vật lý) Áp suất chân không (Pck): áp suất đo Vacummeter, Trị số áp kế nhỏ - áp suất khí Pck < Po Áp suất dư (Pd): áp suất đo Manometer, trị số áp kế lớn áp suất - khí Pd > Po - Áp suất tuyệt đối: khơng đo đạt mà tính tốn đựơc từ áp suất khí quyển, áp suất chân không Ptd = Po + Pd Ptd = Po – Pck b Nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng vật lý, biểu thị mức độ nóng lạnh vật chất Nhiệt độ mức độ vận động rung động trung bình phân tử nội vật chất thời điểm Nếu làm lạnh vật chất đến nhiệt độ -273,15oC tất rung động phân tử biến Nhiệt độ t = -273.15oC gọi “nhiệt độ không tuyệt đối” Hệ đơn vị quốc tế SI sử dụng nhiệt độ bách phân (Celcius) nhiệt độ Kelvin o K làm đơn vị đo nhiệt độ  Thang nhiệt độ Celcius xây dựng sở lấy điểm nước đá tan oC nước sôi 100oC điều kiện chuẩn (P = 1atm = 760mmHg)  Trong kỹ thuật người ta sử dụng nhiệt độ Kelvin oK oK ứng với nhiệt độ không tuyệt đối 0oK = -273.15oC Do đó: T0K = toC +273.15  Hệ đơn vị Anh – Mỹ sử dụng nhiệt độ Fahrenheit ( oF) Quan hệ nhiệt độ toF toC sau: toC = 5/9(toF – 32) toF = 32 + 9/5toC c Thể tích riêng 10 Trong mục 2.2.3 nghiên cứu trình tỏa nhiệt chất lỏng mơi trường pha, tức khơng có biến đổi từ pha sang pha khác trình trao đổi nhiệt Trong kỹ thuật gặp nhiều trường hợp q trình trao đổi nhiệt có kèm theo trình biến đổi pha như: bình ngưng Tuabin ngưng hay thiết bị ngưng tụ hệ thống lạnh có q trình trao đổi nhiệt kèm theo q trình chuyển từ pha sang pha lỏng, hay trình trao đổi nhiệt xảy Lị chu trình Tuabin hơi, thiết bị bay hệ thống lạnh có kèm theo q trình chuyển từ pha lỏng sang pha Trong thiết bị kỹ thuật ta thường gặp trao đổi nhiệt sôi ngưng b) Tỏa nhiệt sôi: + Sôi: Là trình biến đổi từ pha lỏng sang pha xảy toàn khối chất lỏng Điều kiện để xảy q trình sơi chất lỏng phải nhiệt đến nhiệt độ tf lớn nhiệt độ sôi t s ứng với áp suất sơi định phải có tâm hóa + Những yếu tố ảnh hưởng đến trình trao đổi nhiệt sôi: - Ảnh hưởng độ chênh nhiệt độ Δt = tf – ts tf cao khả hình thành bọt nhiều, tăng độ khuấy động chất lỏng làm tăng cường độ trao đổi nhiệt Δt < 50C => Δt ảnh hưởng đến hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cường độ trao đổi nhiệt, q trình sơi đối lưu tự nhiên môi trường pha 50C Δt ảnh hưởng mạnh đến hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cường độ trao đổi nhiệt, trình sơi lúc gọi sơi bọt 22,20C Δt tăng, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giảm, q trình sơi lúc gọi sôi màng không ổn định Δt > 1100C => q trình sơi lúc gọi sơi màng ổn định 68 - Ảnh hưởng góc dính ướt: chất lỏng dính ướt bề mặt dễ sơi màng ngược lại chất lỏng khơng dính ướt bề mặt dễ sôi bọt - Ảnh hưởng áp suất: áp suất bão hịa cao hệ số trao đổi nhiệt đối lưu lớn bọt sinh nhiều - Ảnh hưởng sức căng bề mặt độ nhớt chất lỏng: sức căng lớn số tâm hóa cường độ tỏa nhiệt giảm, hệ số nhớt tăng hệ số trao đổi nhiệt giảm - Ảnh hưởng trạng thái bề mặt đốt nóng: độ nhám bề mặt lớn tâm hóa nhiều - Ảnh hưởng tốc độ chuyển động chất lỏng cách bố trí bề mặt đốt nóng + Tính tốn tỏa nhiệt sơi: Trong đó: b = 0,075 Tính chất vật lý chọn theo nhiệt độ sôi Ts Khi sôi với khoảng áp suất p = 0,2 – 80 bar không gian tự nước: Hoặc Δt = tw – ts : tw : nhiệt độ bề mặt vách ts : nhiệt độ sơi q: mật độ dịng nhiệt c) Tỏa nhiệt ngưng: 69 + Ngưng: Là trình độ biến trạng thái thành trạng thái lỏng trạng thái tinh thể, trình gắn liền với việc biến đổi pha Điều kiện để xảy trình ngưng nhiệt độ bề mặt vật rắn phải thấp nhiệt độ bão hòa áp suất tương ứng bề mặt vật rắn phải có tâm ngưng tụ + Những yếu tố ảnh hưởng đến trình trao đổi nhiệt ngưng: - Ảnh hưởng tốc độ phương hướng lưu động dòng hơi: Trường hợp ngưng ống đứng vách đứng, phương chuyển động dòng trùng với phương trọng trưng, bề dày màng nước ngưng có xu hướng giảm nên làm tăng hệ số trao đổi nhiệt đối lưu Khi dòng chuyển động ngược chiều với lực trọng trường, màng nước ngưng bị hãm lại, bề dày nước ngưng tăng làm giảm hệ số trao đổi nhiệt đối lưu Nếu tốc độ dòng đủ lớn màng nước bị bắn tung làm giảm nhiệt trở hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tăng - Ảnh hưởng khí khơng ngưng lẫn hơi: có lẫn khí khơng ngưng màng ngưng lỏng ngưng tụ cịn khí khơng ngưng tích tụ phía màng ngưng làm ngăn cản trình tiếp xúc với bề mặt vách, trình ngưng bị giảm đáng kể, lúc áp suất tăng nhanh gây nguy hiểm cho thiết bị - Q trình ngưng cịn phụ thuộc vào cách bố trí bề mặt ngưng - Ảnh hưởng trạng thái vật liệu bề mặt ngưng hơi: bề mặt nhám bề mặt có phủ lớp oxit hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giảm khoảng 20 – 30% + Tính toán tỏa nhiệt ngưng: Ngưng vách đứng ống đứng có chiều cao H: Ngưng ống nằm ngang có đường kính d: 70 Trong đó: g (m/s2): gia tốc trọng trường λ (W/m độ): hệ số dẫn nhiệt chất lỏng r (J/kg.độ): nhiệt ẩn hóa ρ (kg/m3): khối lượng riêng chất lỏng υ (m2/s): độ nhớt động học chất lỏng Các thông số vật lý chọn theo tm = 0,5(tw + tf); r chọn theo ts Bài 3.Truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt (12h) 3.1 Truyền nhiệt qua vách phẳng vách trụ 3.1.1 Truyền nhiệt qua vách phẳng Bài toán truyền nhiệt qua vách phẳng hay n lớp có nhiệt trở R, hệ số dẫn nhiệt k mật độ dịng nhiệt tính theo cơng thức sau: 71 Hình 1.31: Quá trình tuyền nhiệt qua vách phẳng 3.1.2 Truyền nhiệt qua vách trụ Hình 1.32: Q trình tuyền nhiệt qua vách trụ 72 Bài tốn truyền nhiệt qua vách trụ hay n lớp có nhiệt trở R, hệ số dẫn nhiệt k mật độ dịng nhiệt tính theo cơng thức sau: Cũng tương tự truyền nhiệt qua vách phẳng, vách trụ nhiều lớp người làm thường cánh 3.2 Truyền nhiệt qua vách có cánh * Cánh thường làm cho vách lớp cánh làm phía có α bé Hình 1.33: Vách có làm cánh Bài tốn truyền nhiệt qua vách có cánh có nhiệt trở R, hệ số dẫn nhiệt k mật độ dịng nhiệt tính theo cơng thức sau: 73 Khi muốn giảm cường độ truyền nhiệt k người ta cách nhiệt mặt vách cách bọc nhiều lớp vật liệu có λ nhỏ Cịn muốn tăng k, người ta làm cánh phía có α bé, chẳng hạn phía chất khí Cơng dụng hai việc làm trái ngược nên không làm cánh vách nhiều lớp * Tăng cường truyền nhiệt cách nhiệt Khi giải vấn đề thực tế truyền nhiệt, số trường hợp cần tăng cường truyền nhiệt số trường hợp yêu cầu ngược lại làm giảm truyền nhiệt Muốn thực vấn đề cần phải dựa vào phương thức truyền nhiệt trình bày để tìm biện pháp có hiệu Giảm chiều dày vách tăng hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm giảm nhiệt trở vách Tăng cường nhiễu loạn tăng tốc độ chuyển động lưu chất tăng cường độ tỏa nhiệt, sơi dung biện pháp tăng cường nhiễu loạn làm chất bẩn bề mặt để tăng cường truyền nhiệt, cuối bề mặt xạ nhiệt tìm cách tăng độ đen nhiệt độ để tăng cường trao đổi nhiệt xạ Trong trình truyền nhiệt, phương thức truyền nhiệt đồng thời xảy làm tăng cường truyền nhiệt cách có hiệu vấn đề phức tạp, vấn đề sau phân tích kỹ trường hợp cụ thể tìm giải pháp tối ưu Để phân tích trường hợp việc nắm vững công thức truyền nhiệt cần thiết Vì thơng qua cơng thức dự tính ảnh hưởng nhân tố tìm khả biện pháp xác giải vấn đề 74 Trường hợp muốn làm giảm truyền nhiệt nói chung cần phải tìm cách tăng nhiệt trở Thông thường thực cách bọc thêm lớp cách nhiệt – loại vật liệu có hệ số dẫn nhiệt bé – lớp phụ dung để làm giảm tổn thất nhiệt môi trường xung quanh Việc lựa chọn loại vật liệu cách nhiệt cho phù hợp phải xét quan điểm kỹ thuật – kinh tế – vệ sinh an toàn 3.3 Thiết bị trao đổi nhiệt 3.3.1 Khái niệm phân loại thiết bị trao đổi nhiệt * Khái niệm: Thiết bị trao đổi nhiệt (TBTĐN) thiết bị thực q trình trao đổi nhiệt (TĐN) chất mang nhiệt, thường chất lỏng, khí * Phân loại: Theo đặc điểm trao đổi nhiệt, TBTĐN chia loại: loại vách ngăn, loại hồi nhiệt loại hỗn hợp - Trong thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn, chất lỏng nóng (CL 1) bị ngăn cách hoàn toàn với chất lỏng lạnh (CL2) bề mặt vách ống vật rắn - Trong thiết bị trao đổi nhiệt loại hồi nhiệt, vách TĐN quay để tiếp xúc với CL1 CL2 cách tuần hoàn, khiến cho trình TĐN ln chế độ khơng ổn định, nhiệt độ vách ln dao động tuần hồn theo chu kỳ quay - Trong thiết bị trao đổi nhiệt loại hỗn hợp, chất lỏng nóng tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng lạnh, khiến cho trình trao đổi chất ln xẩy đồng thời với q trình TĐN hai chất Việc cách li hoàn toàn chất cần gia công với chất tải nhiệt yêu cầu phổ biến nhiều q trình cơng nghệ, TBTĐN loại vách ngăn sử dụng rộng rãi sản xuất Theo chiều chuyển động hai chất lỏng, TBTĐN loại vách ngăn chia kiểu chính: kiểu song song kiểu giao 75 - Trong thiết bị trao đổi nhiệt kiểu song song, véc tơ vận tốc chất lỏng song song ( // ), chiều, ngược chiều hay thay đổi chiều hay gọi song song hỗn hợp - Trong TBTĐN kiểu giao nhau, véc tơ // giao theo góc đó, giao lần hay nhiều lần 3.3.2 Các phương trình để tính nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt * Các phương trình bản: Tính nhiệt cho TBTĐN phép tính xác định thông số cần thiết TBTĐN để thực q trình TĐN chất lỏng mà công nghệ yêu cầu Người ta thường qui ước dùng số chất lỏng nóng chất lỏng lạnh, dấu (‘) (“) để thông số vào khỏi thiết bị TĐN Việc tính nhiệt cho TBTĐN ln dựa vào phương trình sau đây: Phương trình cân nhiệt: W = GCp nhiệt dung toàn phần [W/K] Phương trình truyền nhiệt: Trong : F – diện tích truyền nhiệt, m2 k – độ chênh nhiệt độ trung bình, k = f(α1, α2, λ, δ) (W/m2K) Δt gọi độ chênh trung bình mặt F nhiệt độ chất lỏng - Xác định độ chênh trung bình Δt: 76 Hình 1.34: Sơ đồ song song Sơ đồ song song: - Nhiệt độ trung bình lơgarit - Nhiệt độ trung bình số học Các sơ đồ khác: Biểu thức Δt sơ đồ khác (song song đổi chiều, giao hay nhiều lần) tính theo sơ đồ song song ngược chiều nhân với hệ số kinh nghiệm - Tính nhiệt độ chất khỏi TBTĐN: Khi tính kiểm tra tính chọn TBTĐN có sẵn, thường cho biết t 1’, t2’,k, C1, C2 cần tính nhiệt độ t1”, t2” khỏi TBTĐN để xem nhiệt độ có phù hợp với cơng nghệ hay khơng Phép tính thực cho sơ đồ song song không đổi chiều sau: Biết t’1, t’2, W1, W2, tính t”1, t”2 với nhiệt độ trung bình số học 77 Từ ta suy t1”, t2” Câu hỏi tập: Câu 1: Trình bày thơng số chất mơi giới Câu : Trình bày trình nhiệt động đồ thị lgp – h Câu : Thế trình lưu động tiết lưu ? Giải thích ? Câu : Chu trình nhiệt động ? Phân loại chu trình nhiệt động ? Trình bày cách đánh giá hiệu chu trình nhiệt động Câu : Trình bày chu trình nhiệt động máy lạnh bơm nhiệt Câu : Trình bày chu trình máy lạnh hấp thụ Câu : Hơi nước bão hòa ẩm áp suất p = 2bar, độ khô x = 0,3 Xác định thông số lại Câu : Hơi nước nhiệt độ 150 0C, áp suất 1bar Hỏi nước trạng thái ? Xác định thông số lại 78 Câu : Hơi nước áp suất 30bar, enthalpy i = 1500 kJ/kg cấp nhiệt để đạt đến nhiệt độ 4000C điều kiện áp suất không đổi Cho biết lượng nước khảo sát có khối lượng 250 kg Xác định : a) Trạng thái nước đầu cuối trình khảo sát b) Lượng nhiệt cần cung cấp Câu 10: Các phương thức truyền nhiệt? Cho ví dụ minh họa Trình bày khái niệm dẫn nhiệt, trường nhiệt độ? Mặt đẳng nhiệt gì? Các tính chất mặt đẳng nhiệt? Câu 11: Gradient nhiệt độ gì? Mật độ dịng nhiệt q gì? Phát biểu định luật Fourier dẫn nhiệt? Viết công thức định luật Câu 12: Thiết lập cơng thức tính mật độ dịng nhiệt q cho dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng lớp rộng dài vô hạn điều kiện biên loại có qv = 0? Câu 13: Thiết lập cơng thức tính mật độ dịng nhiệt q cho dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng n lớp rộng dài vô hạn điều kiện biên loại có qv = 0? Câu 14: Mật độ dịng nhiệt truyền qua vách phẳng rộng q = 8000W/m , nhiệt độ bề o o mặt bề mặt ngồi trì khơng đổi t1 = 100 C, t2 = 90 C, hệ số dẫn nhiệt o = 40W/(m C/ Xác định chiều dày (mm) vách? Câu 15: Vách buồng sấy (vách phẳng) dựng hai lớp vật liệu, lớp dày = 250mm, = 0,93W/(m.độ), lớp vật liệu phía ngồi có = o 0,7W/(m.độ) Nhiệt độ bề mặt t1 = 110 C, nhiệt độ bề mặt t3 o = 25 C, mật độ dòng nhiệt q = 110W/m Xác định chiều dày lớp vật liệu thứ hai (mm)? Câu 16: Một đường ống dẫn tác nhân lạnh thép có đường kính 75/ 80 mm, chiều dài L = 10 m, hệ số dẫn nhiệt l2 = 38 W/(m.độ), nhiệt độ bề mặt ống tw1 = - 20 0C Bên ống bọc lớp cách nhiệt có chiều dày 25 mm, l1 = 0,05 W/(m.độ), nhiệt độ bề mặt tw3 = 22 0C 79 a) Tính tổn thất nhiệt toàn đường ống thời gian 30 phút (đơn vị kJ) b) Để tránh tượng đọng sương bên ống, cần tăng chiều dày lớp cách nhiệt lên để tổn thất nhiệt giảm nửa nhiệt độ bề mặt lúc t’w3 = 28 0C Các thông số khác không thay đổi Câu 17: Khái niệm trao đổi nhiệt đối lưu? Những nhân tố ảnh hưởng tới trao đổi nhiệt đối lưu? Câu 18: Trình bày tiêu chuẩn đồng dạng nêu đặc trưng chúng? Câu 19: Điều kiện để q trình sơi xảy ra? Sự hình thành bọt hơi? Câu 20: Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình tỏa nhiệt sơi? Câu 21: Điều kiện để trình ngưng xảy ra? So sánh hệ số tỏa nhiệt ngưng màng ngưng giọt? Câu 22: Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tỏa nhiệt ngưng hơi? Câu 23: Bao lị đặt nằm ngang, đường kính ngồi D = 600 mm, nhiệt độ bề mặt lớp bảo ơn tw = 600C, nhiệt độ khơng khí xung quanh tf = 400C Tính tổn thất nhiệt đối lưu ứng với 1m2 bề mặt bao Câu 24: Nhiệt độ bề mặt ngồi trường lị nung có nhiệt độ t w = 800C, nhiệt độ môi trường không khí xung quanh tf = 350C, chiều cao tường lị H = 2,5 m, tổng diện tích bề mặt xung quanh lị F = 39 m2 Tính cường độ tỏa nhiệt bề mặt vách tổn thất nhiệt bề mặt xung quanh lị, tính tốn bỏ qua tổn thất nhiệt xạ Câu 25: Xác định hệ số dẫn nhiệt tương đương mật độ dịng nhiệt qua lớp khơng khí mỏng nằm bề mặt vách có chiều dày δ = 20 mm, nhiệt độ bề mặt nóng t w1 = 2000C, nhiệt độ bề mặt lạnh tw2 = 800C Hệ số dẫn nhiệt tương đương thay đổi chiều dày lớp khơng khí giảm lần nhiệt độ không thay đổi 80 Câu 26: Khơng khí chảy ống có đường kính d = 60mm, chiều dài L = 4m, tốc độ chảy 3,5 m/s Xác định hệ số tỏa nhiệt biết nhiệt độ trung bình dịng khí t f = 500C Câu 27: Hai phẳng rộng đặt song song môi trường suốt có diện tích m2 Tấm thứ có nhiệt độ t = 450 0C, thứ có nhiệt độ t = 120 0C, độ đen hai 1 = 2 = 0,75 Tính nhiệt lượng trao đổi hai Q12? Câu 28: Một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống có lưu lượng chất lỏng nóng V1 = 0,25 m3/h, ρ1 = 1100kg/m3, cp1 = 3,04kJ/kg.độ, t1’ = 1200C Nước giải nhiệt có V2 = 1000 l/h, ρ2 = 1100kg/m3, cp2 = 3,04kJ/kg.độ, nhiệt độ nước vào t2’ = 100C, t2’’ = 240C Biết hệ số truyền nhiệt thiết bị k = 34,5 W/m2.độ Tính nhiệt lượng truyền thiết bị, nhiệt độ chất lỏng nóng diện tích truyền nhiệt thiết bị trường hợp lưu động ngược chiều * Hướng dẫn trả lời câu hỏi gợi ý giải tập: Câu : Hơi nước bão hòa ẩm áp suất p = 2bar, độ khô x = 0,3 Giá trị thơng số cịn lại : v = 0,26636193 m3/kg ; i = 1165,46 kJ/kg ; s = 3,20924 kJ/kg.độ ; u = 1112,187 kJ/kg Câu : Hơi nước áp suất 1bar có nhiệt độ 150 0C > ts = 99,640C q nhiệt Giá trị thơng số cịn lại : v = 1,9365 m3/kg ; i = 2776,5 kJ/kg ; s = 7,608 kJ/kg.độ ; u = 2582,850 kJ/kg Câu : a) Trạng thái đầu nước có i’ < i1 < i’’ nên bão hịa ẩm Trạng thái cuối nước có t = 400 0C > ts = 233,830C nên nhiệt b) Lượng nhiệt cần cung cấp : Q = G.(i2 – i1) = 432250 kJ Câu 14: δ = 50 mm Câu 15: δ2 = 352 mm 81 Câu 16: a) Q = 7333 kJ; b) δ = 81 mm Câu 23: q = 84 W/m2 Câu 24: α = 5,4 W/m2.độ; Q = 9477 W Câu 25: q = 448 W/m2; λtd giảm 1,68 lần Câu 26: α = 15 W/m2.độ Câu 27: Q12 = 59,45 kW Câu 28: Q = 13 kW; t1’’ = 640C; F = 5,16 m2 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Đình Tín – Lê Chí Hiệp – Nhiệt động lực học kỹ thuật – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003 [2] Hồng Đình Tín – Bùi Hải – Bài tập Nhiệt động lực học kỹ thuật truyền nhiệt – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003 [3] Hồng Đình Tín – Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003 [4] Nguyễn Bốn – Hoàng Ngọc Đồng - Nhiệt kỹ thuật – NXB Giáo Dục [5] Nguyễn Đức Lợi – Kỹ thuật lạnh Cơ sở – NXB Giáo Dục, 2006 [6] Trần Thanh Kỳ – Máy lạnh – NXB Giáo Dục, 2006 [7] Võ Chí Chính – Máy thiết bị lạnh – NXB khoa học kỹ thuật [8] Võ Chí Chính – Thơng gió Điều hịa khơng khí – NXB khoa học kỹ thuật [10] TS Hà Đăng Trung – ThS Nguyễn Quân – Cơ sở kỹ thuật điều tiết khơng khí – NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1997 [11] Nguyễn Đức Lợi – Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí – NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2007 82