Bài tập truyền nhiệt

Bài tâp:1- 4/trang75sgk: Tường phẳng 2 lớp, Lớp thép không gỉ dày 5 mm Lớp cách nhiệt là vải amiăng 300 mm Nhiệt độ hai bên tường lần lượt là 120 0 C và 45 0 C.Biết hệ số dẫn nhiệt của thép không rỉ và của amiăng lần lượt là: 17,5λ 1 = w/ mđộ 0,279λ 2 = w/ mđộ ,Tính nhiệt tổn thất qua 1 m 2 tường và nhiệt độ tiếp xúc Giải a) Nhiệt tổn thất Theo phương trình dẫn nhiệt qua tường phẳng ta có q= ( ) ( ) ++ − = ++ − 0,279 0,3 17,5 0,005 45120 λ δ λ δ tt 2 2 1 1 T2T1 =69,73 [w/m 2 ] b)Tính ta, Do truyền nhiệt ổn định q=q 1 =q 2 q 1 =q= ( ) 1 a T11 δ ttFλ − 17,5 0,005 120 λ δ qtt 1 1 T1 a 73,69 −=−= =119,98 0 C Bài tập 1-5(trang 75/sgk): Một tường lò hai lớp có lớp trong là gạch chịu lửa có chiều dày δ 1 =300 mm, và vỏ bọc ngoài bằng thép có chiều dày δ=10 mm, với hệ số dẫn nhiệt của gạch và thép lần lượt là 1 kcal/mh độ, và 40 kcal/mh độ. nhiệt độ trong lò, t 1 =800 0 C và nhiệt độ bên ngoài môi trường bằng t 2 =35 0 C .Cho hệ số cấp nhiệt của không khí nóng trong lò và hệ số cấp nhiệt của môi trường ngoài lần lượt là α 1 =30 kcal/m 2 h độ, và α 2 =14 kcal/m 2 h độ. Tính: a) Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh? b)Nhiệt độ giữa hai lớp tường lò? Giải : a) Theo phương trình truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng ta có lượng nhiệt truyền đi theo công thức sau. Q= KF ∆ t ∆ t = t 1 – t 2 =800 – 35 =765 o C. Hệ số truyền nhiệt K = 2 1 2 2 1 1 1 1 1 αλ δ λ δ α +++ K = 14 1 40 01.0 1 3.0 30 1 1 +++ = 2,469 [kcal/m 2 h.độ] q= k ∆ t =2,469.765 = 1888,78 [kcal/m 2 h] b)Nhiệt độ giữa hai vách tường: Vì truyền nhiệt ổn định nên q 1 =q = 1 α (t 1 -t T1 ) ⇒ t T1 = t 1 - 1 α q = 800 - 30 78,1888 = 737,04 0 C mà q 2 =q = 1 1 δ λ ( t T1 – t a ) ⇒ t a = t T1 - 1 1 λ δ q = 737,04 - 1 3,0.78,1888 = 170,4 0 C Bài tập 1- 6(trang75/sgk): Một thiết bị phản ứng có có 3 lớp vỏ, lớp trong bằng thép không gỉ, lớp giữa là bông thủy tinh và lớp ngoài là thép thường. Biết nhiệt độ thành trong thiết bị có nhiệt độ là 90 C° và nhiệt độ bề mặt ngoài là 40 C° . Cho chiều dày lần lượt 3 lớp tường thép không gỉ, bông thủy tinh và thép thường, 20mmδ 1 = , 100mmδ 2 = , 5mmδ 3 = . Hệ số dẫn nhiệt lần lượt các bức tường là: 17,5λ 1 = ,w/mđộ 0,0372λ 2 = w/mđộ, 46,5λ 3 = w/mđộ Xác định : a)Lượng nhiệt tổn thất qua 1m 2 tường b)Nhiệt độ tiếp xúc giữa các vách tường Giải a)Nhiệt tổn thất Vì thiết bị phản ứng có chiều dày mỏng do đó coi như tường phẳng Theo phương trình dẫn nhiệt qua tường phẳng ta có q= ( ) ( ) 46,5 0,005 0,0372 0,1 17,5 0,02 4090 λ δ λ δ λ δ tt 3 3 2 2 1 1 T2T1 ++ − = ++ − q=18,59 [W/m 2 ] b)Tính ta, tb : Do truyền nhiệt ổn định q=q 1 =q 2 =q 3 q 1 =q= ( ) 1 a T11 δ ttFλ − 17,5 0,02 18,5990 λ δ qtt 1 1 T1 a −=−= t a =89,97 0 C mà q 2 =q= ( ) b a 2 2 tt δ λ − 2 2 λ δ qtt a b −=⇒ t b =89,97-18,59 40,0052 0,0372 0,1 = 0 C hoặc q 3 =q= ( ) T2b 3 3 tt δ λ − t b =t T2 + q 46,5 0,05 18,5940 3 λ 3 δ += t b = 40,0019 0 C Bài tâp 1-7(trang76/sgk): Tường lò có hai lớp Lớp gạch chịu lửa dày δ 1 = 400 mm Lớp gạch thường dày δ 2 = 200 mm Nhiệt độ bên trong của lò t 1 = 1000 0 C, nhiệt độ của phòng xung quanh lò t 2 = 35 0 C.Cho hệ số dẫn nhiệt của gạch chịu lửa λ 1 = 1,005 w/m o C và của gạch thường λ 2 = 0,28 w/mđộ. Biết hệ số cấp nhiệt từ khí trong lò tới tường α 1 = 30 Kcal/m 2 .h độ. Hệ số cấp nhiệt từ tường đến không khí α 2 = 14 Kcal/m 2 h độ. Xác định: a) Nhiệt tổn thất từ bề mặt tường. b) Nhiệt độ tại vùng tiếp xúc giữa gạch chịu lửa và gạch thường và nhiệt độ hai bề mặt tường. Giải a) Nhiệt tổn thất Theo phương trình dẫn nhiệt qua tường phẳng ta có: Vì truyền nhiệt đẳng nhiệt tính qua một m 2 ta có q 1 = q 2 =q q =k ∆ t ∆ t = t 1 – t 2 = 1000 – 35 = 965 o C Hệ số truyền nhiệt: K = 2211 α 1 λ 2 δ λ 1 δ α 1 1 +++ Mà λ 1 = 1,005 [w/m độ] = 1,005. 0,86= 0,8643 [Kcal/m.h.độ]. λ 2 = 0,28 [ w/mđộ]. = 0,28 . 0,86 = 0,2408 [Kcal/m.h.độ]. α 1 = 30 [Kcal/m 2 .h.độ]. α 2 = 14 [Kcal/m 2 h.độ]. K = 14 1 2408.0 2,0 8643,0 4,0 30 1 1 +++ = 0,715 [kcal/m 2 h.độ] q= 0,715.965 =689,97 [kcal/m 2 h ] b) xác định nhiệt độ t T1, t T2 , t a ? Từ phương trình q =q 1 = 1 α (t 1 – t T1 ) ⇒ t T1 = t 1 - 1 α q = 1000 - 30 689,97 = 977 o C mà q 2 =q = 1 1 δ λ ( t T1 – t a ) ⇒ t a = t T1 - 1 1 λ qδ t a = 977 - 0,8643 0,4 689,97. = 657,6 0 C mà q 3 =q = 2 δ 2 λ ( t a – t T2 ) ⇒ t T2 = t a - 2 λ 2 qδ t T2 =657,6 - 2408,0 2,0.97,689 =84,6 o C Bài tâp 1-8(trang76 sgk): Quá trình trao đổi nhiệt giữa hai lưu thể qua tường phẳng một lớp nhiệt độ hai dòng lưu thể lần lược t 1 = 115 0 C t 2 = 40 0 C. Bề dày tường δ = 10 mm. Biết hệ số dẫn nhiệt của tường là 46,5 w/m.độ, hệ số cấp nhiệt từ lưu thể tới tường và từ tường đến lưu thể lần lược là α 1 = 250 W/m 2 độ; α 2 = 12 W/m 2 độ. Xác định: a) Hệ số truyền nhiệt ? b) Lượng nhiệt truyền đi từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội? Giải : a)Theo phương trình truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng một lớp ta có công thức tính hệ số truyền nhiệt như sau; K = 2 1 1 1 1 αλ δ α ++ = 12 1 5,46 01,0 250 1 1 ++ = 11,42 [w/m 2 .độ] b) Lượng nhiệt truyền đi từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội. Áp dụng công thức tính lượng nhiệt truyền đi theo công thức sau. Q= KF ∆ t ∆ t = t 1 – t 2 =115 – 40 =75 o C. F =1m 2 q= k ∆ t =11,42.75 = 856,5 [w/m 2 ] Bài tập1-9(trang 77 SGK): Một tường lò 2 lớp, gồm Lớp vữa chịu lửa dày δ 1 = 500mm, và lớp gạch dày δ 2 = 250 mm, diện tích bề mặt truyền nhiệt là 20 m 2 . Nhiệt độ là 1300 0 C. Nhiệt độ bên ngoài lò 40 0 C.biết hệ số cấp nhiệt của không khí nóng tới tường là α 1 = 35 kcal/m 2 h độ, hệ số cấp nhiệt từ tường tới không khí bên ngoài là α 2 = 8 kcal/m 2 h.độ, cho λ 1 = 3 kcal/m.h.độ, λ 2 = 0,5 kcal/m.h.độ. Xác định: a) Lượng nhiệt truyền đi qua tường b) Nhiệt độ t a giữa 2 lớp tường Giải tương tự bài các bài trên. Bài tập 1-10 (trang 77 SGK): Một lò đốt ba lớp hình trụ, có đường kính trong lò là 1m, lớp trong xây bằng gạch chịu lửa dày 25 cm, lớp giữa là bông thuỷ tinh dày 30 cm, lớp ngoài cùng băng thép dày 1cm, chiều dài tương bằng 3 m. Biết nhiệt độ trong lò t 1 =850 0 C, nhiệt độ không khí bên ngoài lò băng t 2 = 30 0 C. Cho hệ só cấp nhiệt của không khí nóng và của không khí bên ngoài lần lượt là α 1 =30kcal/m 2 h.độ và α 2 =11kcal/m 2 h.độ. Tính : a) Lương nhiệt tổn thất ra môi trường? b) Nhiệt độ t T1, t T2 , t a ? giải a) Lương nhiệt tổn thất ra môi trường: Ta sẽ có phương trình: Q = K 2 L π [t 1 –t 2 ] Hay : Q = K 2 L π ∆ t [kcal] K = 4 23 4 32 3 21111 rα 1 r r ln. λ 1 r r .ln λ 1 r r .ln λ 1 rα 1 1 ++++ 2 λ :hệ số dẫn của vật liệu tra bảng 3 giáo trình học viên ( quá trình thiết bị truyền nhiệt dành cho ngành lọc hóa dầu ( trình độ lành nghề) thư viện có cho mượn, hãy vào thư viện để tham khảo 11.1,06 1 1,05 1,06 .ln 46,5.0,86 1 0,75 1,05 .ln 60,0372.0,8 1 0,5 0,75 ln 1,005.0,86 1 30.0,5 1 1 K ++++ = K = 0,08977 9 (kcal/ m 2 h.độ) Q = 0,08977. 2. 3,14.3.(850 – 30) = 1386,8 (kcal/h) b) Nhiệt độ t T1, t T2 , t a Vì truyền nhiệt ổn định nên Q 1 =Q = 1 α F(t 1 -t T1 ) F = 2 π r 1 L = 2.3,14.0,5.3 =9,42 m 2 ⇒ t T1 = t 1 - Fα Q 1 = 850 - 30.9,42 1386,8 = 845,1 0 C Tính nhiệt độ t a Q= 1 2 1 ln. 1 .2 r r l λ π (tT 1 –t a ) ⇒ t a =t T1 – Q [ l r r 2 ln. 1 1 2 1 π λ ] t a =845,1–1386,8[ 3.14,3.2 5,0 ,75,0 ln. 86,0.005,1 1 ] =810,5 0 C Tính nhiệt độ t T2 Tương tự ta tính được t b = 41,5 0 C Theo phương trình cấp nhiệt từ tường ngoài tới môi trường ta có: Q 5 = Q= 2 α (tT 2 - t 2 ) 2 π r 4 L =Q= 2 α (tT 2 - t 2 ) F Mà F =2. 3,14.1,06.3 = 19,97 m 2 t T2 = t 2 + 2 F.α Q = 30 + 19,97.11 1386,8 = 36,3 0 C Bài tập 1-11( trang 77 sgk): Một thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruật gà với ống truyền nhiệt có đường kính φ100×2 mm dài 20 m được làm bằng đồng đỏ. Biết lưu thể nóng đi trong ống truyền nhiệt là hơi nước bão hoà có áp suất tuyệt đối bằng 2 at, nhiệt độ của lưu thể nguội bên ngoài ống truyền nhiệt là 108 0 C, hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hoà là 9800 w/m 2 độ, hệ số cấp nhiệt của lưu thể nguội là 350w/m 2 độ. Tính: a) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị? b)Lương nhiệt truyền đi từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội? Giải a) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị? Vì tỷ số 1 2 r r = 048,0 05,0 〈 2 , do vậy ta có thể áp dụng phương trình truyền nhiệt qua tường phẳng một lớp trong trường hợp này được. Q =KF(t 1 –t 2 ) 21 11 1 α λ δ α ++ = K λ :hệ số dẫn nhiệt đồng đỏ tra bảng 3 giáo trình học viên ta có: λ =384 W/m.độ Thay số vào ta có: K= 350 1 384 002,0 9800 1 1 ++ = 337,3 [w/m 2 độ ] Lương nhiệt truyền đi từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội? F = 2 π rtbL = 2.3,14.0,049.20 =6,15 m 2 Áp suất hơi nước bão hoà bằng 2at, tra bẳng tính chất của hơi nước bão hoà ta có nhiệt độ tương ứng t D = 119,6 0 C ∆ t = t 1 – t 2 = 119,6 – 108 = 11,6 o C Q =kF ∆ t = 337,3.6,15.11,6 = 24062,9 [w] Bài tập 1-12 ( trang 77-sgk): Một thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với số ống truyền nhiệt là 90 đường kính 60 × 2 mm. Chiều dài ống dài 3 m, ống làm bằng đồng thau. Thiết bị dùng làm nguội dung dịch từ 120 0 C xuống 40 0 C bằng nước lạnh chảy ngược chiều, nước vào 20 0 C và đi ra 35 0 C. Biết hệ số cấp nhiệt của dung dịch là 240 Kcal/m 2 h độ, hệ số cấp nhiệt của nước lạnh là 150 Kcal/m 2 h.độ. Xác định : a) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị. b) Lượng nhiệt trao đổi giữa 2 lưu thể. GIẢI a) Áp dụng phương trình truyền nhiệt mà 2 54 60 2 d 1 d <= do vậy ta áp dụng phương trình truyền nhiệt của tường phẳng cho tường ống này được. Q=KF ∆ t lg K= 21 α 1 λ 1 α 1 1 ++ λ :hệ số dẫn nhiệt đồng thau tra bảng 3 giáo trình học viên ta có: λ =93 W/m.độ δ =2 mm =0,002 m K= 92 150 1 93.0,86 0,002 240 1 1 = ++ [ kcal/m 2 h.độ ]. Diện tích truyền nhiệt của thiết bị [...]... 400C Chiều dày lớp bọc cách nhiệt là 300 mm Nhiệt kế cắm sâu vào 80 mm kể từ bề mặt ngoài và chỉ Hình 6-21 700C Hệ số dẫn nhiệt của lớp bọc cách nhiệt 0,279 w/mđộ, của inox là 30 w/mđộ Giải a) Nhiệt tổn thất Do truyền nhiệt ổn định nên lượng nhiệt qua hai lớp tường bằng nhau và q =q1= q2 chính bằng lượnh nhiệt truyền đi qua chiều dày của lớp cách nhiệt là 80 mm kể từ vị trí đầu nhiệt kế ra bề mặt ngoài... trao đổi nhiệt và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp tường Giải bài này tương tự bài 6-1 Đs : Qtt = 93 w/m2 ,tT1= 79,53oC ,ta =79,5 oC tT2= 37,79oC Bài tập 1-18 Cho thiết bị truyền nhiệt loại ống chùm dùng hơi nước bão hòa có áp suất dư là 1 at, nhiệt độ là 119,6 oC, để gia nhiệt cho dung dịch bên trong Vỏ thiết bị được làm bằng thép dày 4 mm Nhiệt độ không khí xung quanh là 30 0C cho hệ số cấp nhiệt của... 5 Bài tập 2-10(12/147sgk): Một thiết bị truyền nhiệt ống chùm dùng làm nguội khí Nitơ từ nhiệt độ 80 0C xuống 350C bằng nước lạnh chảy ngược chiều có nhiệt độ vào 22 0C và đi ra 320C Năng suất ở diều kiện tiêu chuẩn là 1240m 3/h Khối lượng riêng của khí Nitơ là 1,25Kg/m 3 nhiệt dung riêng của khí Nitơ là Cn=0,25 Kcal/Kg độ Hệ số truyền nhiệt của thiết bị K=60 kcal/m2h độ X ác định: a)Lượng nhiệt truyền. .. đổi là 1000C Hơi nước có hàm nhiệt là 2677.103J/kg dung môi được đun nóng có lưu lượng là 800 kg/h từ 250C lên 700C, với nhiệt dung riêng của dung môi coi như không đổi và bằng 3200 J/Kg độ Nhiệt tổn thất bằng 5% tổng lượng nhiệt vào, cho hệ số truyền nhiệt là 570 Kcal/m2h.độ Tính: a) Lưu lượng hơi đốt cần dùng b) Bề mặt truyền nhiệt cần thiết Giải bài này tương tự bài các bài trên Đs : a) D = 55,73... độ] F∆tlg 10.31,9 Bài tập 2-5(7/146sgk): Một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, dùng làm lạnh một dung dịch có lưu lượng là 90 kg/phút từ nhiệt độ 120oC đến 50oC Dung dịch được làm lạnh bằng nước lạnh chảy ngược chiều, có nhiệt độ vào là 20oC, đi ra có nhiệt độ là 45oC Cho nhiệt dung riêng trung bình của dung dịch và của nước lần lượt là 2800 J/kg độ và 4186 J/kg độ, hệ số truyền nhiệt của thiết... và ẩn nhiệt ngưng tụ rB=9,45 Kcal/Kg nước dùng làm lạnh có nhiệt độ vào 240C và nhiệt độ ra 340C, diện tích bề mặt truyền nhiệt là 20 m2 Cho Qtt = 0 Xác định : a)Lượng nước đưa vào thiết bị b)Lượng nhiệt trao đổi c)Hệ số K GIẢI a)Lượng nước đưa vào thiết bị Gn = DrB Cn (t c − t d ) 1000.9,45 Gn = =945 1 34 −24 ) ( [kg/h] b) L ượng nhiệt trao đổi Q=DrB=1000.9,45=9450 Kcal/h c)Tính hệ số truyền nhiệt. .. +104,6 λ 30 =152,43 C 1 Bài tâp 1-17: Thiết bị trao đổi nhiệt làm bằng thép không gỉ có chiều dày δ1= 5mm Lớp cách nhiệt làm bằng sợi amiăng có chiều dày δ2=50 mm, và hệ số dẫn nhiệt là 0,1115 w/m.độ Cho α1 = 200 w/m2độ ; α2 = 12 w/m2độ Nhiệt độ chất lỏng bên trong thiết bị trao đổi nhiệt t1 = 800C Nhiệt độ không khí bên ngoài t 2 = 300C Xác định nhiệt độ tổn thất ra môi trường và nhiệt độ bên trong tT1... lần lượt là 16 kcal/m2h độ và 11500 kcal/m 2h độ Tính lượng nhiệt tổn thất và nhiệt độ hai bên bề mặt tường của vỏ thiết bị Giải bài này tương tự các bài trên Đs : Qtt = 1432.5 kcal/m2hđộ ,tT1 = 119,47oC ,tT2 =119,3 oC Bài tập 1-19: Cho thiết bị truyền nhiệt loại vỏ bọc Dùng hơi nước bão hòa có áp suất dư là 2 at, nhiêt độ 132,9 oC, để gia nhiệt cho dung dịch bên trong Vỏ bọc bên ngoài được làm bằng... nhập liệu có nhiệt độ đầu là 200C và sản phẩm ra có nhiệt độ 1100C, nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch bằng 107 0C Nhiệt dung riêng của dung dịch coi như không đổi và bằng 0,8 kcal/kg độ Hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất tuyệt đối ở 3 kg/cm 2, nhiệt độ của hơi đốt là 132,80C, ẩn nhiệt ngưng tụ là 518,1 kcal/kg, và hàm nhiệt của hơi thứ là 639 kcal/kg Biết diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết... riêng 0,88 Kcal/Kg độ Dung dịch vào có nhiệt độ 340C và nhiệt độ dung dịch ra là 73 0C, nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch là 700C hơi đốt vào thiết bị có áp suất 4at, nhiệt độ 1430C và ẩn nhiệt r=511,1 Kcal/Kg Thiết bị làm việc ở áp suất chân không với áp suất tuyệt đối là 0,2 at hàm nhiệt hơi thứ I=2609KJ/Kg Cho nhiệt tổn thất Qtt=1500Kcal/h, diện tích truyền nhiệt F=50m2 Tính: a)Lượng hơi thứ bay . đổi nhiệt và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp tường . Giải bài này tương tự bài 6-1 Đs : Q tt = 93 w/m 2 ,t T1 = 79,53 o C ,t a =79,5 o C t T2 = 37,79 o C Bài tập 1-18 Cho thiết bị truyền nhiệt. nhiệt ? b) Lượng nhiệt truyền đi từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội? Giải : a)Theo phương trình truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng một lớp ta có công thức tính hệ số truyền nhiệt như sau; K. độ, hệ số cấp nhiệt của lưu thể nguội là 350w/m 2 độ. Tính: a) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị? b)Lương nhiệt truyền đi từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội? Giải a) Hệ số truyền nhiệt của thiết