Nhiệt động hoc ky thuat trường đại bách khoa tp hcm

đây là bộ đề thi phần nhiệt động các năm của trường đai hoc bách khoa tphcm. có đáp án lời giải chi tiết cho các bạn có thể đáp ứng nhu cầu làm bài. lời giải do một số thầ hướng dẫn đảm bảo độ chính xác cao.

TRUYỀN NHIỆT Đề thi cuối kì (01/10/2007 – Chính quy) – 90 phút (ID Code facebook: - http://tinyurl.com/nganhangdethi-bkhcm) Bài (3 điểm): Một hình trụ có đường kính d = 2,5mm, chiều dài L = 12 cm, hệ số dẫn nhiệt   115 W/(mK) Một đầu gắn vào vách có nhiệt độ tg = 80oC Nhiệt độ môi trường xung quanh tf = 30oC Hệ số tỏa nhiệt đối lưu từ bề mặt đến môi trường xung quanh   32 W/(m2K) Xác định nhiệt độ đỉnh (1,5 điểm) Xác định nhiệt lượng truyền qua (W) (1,5 điểm) Giải 1: TÓM TẮT SỐ LIỆU: d = 2,5mm; tf = 30oC   115 W/(mK); L = 12 cm; tg = 80oC;   32 W/(m2K) Ta có: m  U  f   d 4  32    21,1 d d 115  2,5.103  Và: mh  21,1 12.10  2    2,532 Trong đó: h – chiều dài 12cm = 0,12m ch  mh   ch  2,532   6,329 th  mh   th  2,532   0,987 Nhiệt độ thừa gốc thanh: o  tg  t f  80  30  50o C Suy nhiệt độ thừa đỉnh thanh: 1  h  o  50  7,9o C 6,329 ch  mh  Nhiệt độ đỉnh thanh: th  t f  7,9o C  th  7,9  t f  7,9  30  37,9o C  h   mh   mh   2,532  Ta tìm: ch  m  x  h   ch  m   h    ch     ch    ch           2  1,914 Với x = h/2 (giữa thanh) Nhiệt độ thừa vị trí thanh: ch  m  x  h   1,914   o   50  15,12o C 6,329 ch  mh  Suy nhiệt độ thanh: t  t f  15,12o C  t  15,12  t f  15,12  30  45,12o C Xác định nhiệt lượng truyền qua thanh: Ta có: Q   mf o th  mh    m  0,5878 W d  o th  mh   115  21,1   2,5.103   50  0,987 Bài (3 điểm): Nước chảy ống thẳng có đường kính d = 20mm với vận tốc   1,1 m/s Nhiệt độ nước vào tương ứng t ' f  55o C t '' f  65o C Chiều dài ống L = 3m Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (1,5 điểm) Xác định nhiệt lượng trao đổi nhiệt độ trung bình vách (1,5 điểm) Cho biết Prf/Prw = 1,28 Giải 2: TÓM TẮT SỐ LIỆU: ống thẳng đứng d = 20mm;   1,1 m/s; t ' f  55o C ; t '' f  65 o C ; L = 3m; Prf/Prw = 1,28 Vì đề không nói thêm nên ta quy ước ống đặt nằm ngang: t '  t '' f 55  65   60o C - Nhiệt độ tính toán: t f  f 2 - Kích thước tính toán: L = d = 0,02m - Từ nhiệt độ tf = 60oC, ta tìm thông số vật lý nước: o   983,2 kg/m3 o cp  4,179 kJ/kgoK o  f  65,9.102 W/moK o  f  0,478.106 m2/s Prf  2,98 o -  L 1,1 0,02   46025  104 Dòng chảy rối 6  0,478.10 Tỉ số L/d = 3/0,02 = 150 > 50 Suy  l  Do ống thẳng nên ta có  R  Tiêu chuẩn Reynolds: Re f  Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu xác định theo công thức sau:  f L 0,021Re 0,8 f Pr 0,43 f  Prf     Prw  0,25  65,9.102 0,021 460250,8  2,980,43 1,280,25 0,02  6326,8 W/m2 K Nhiệt lượng trao đổi xác định theo công thức sau: Q   F tw  t f  Gc p t '' f  t ' f (1)  Ta có:      V G 4G  d 1,1 983,2  0,022    G    0,34 kg/s F  F  d 4 Như vậy: Q  0,34  4,179   65  55  14,2 kW Từ (1), ta có:   Q   F tw  t f  tw  Q Q 14,2.103  tf   tf   60 F  dL 6326,8    0,02   71,9o C Vậy: Nhiệt lượng trao đổi Q = 14,2 kW Nhiệt độ trung bình vách tw = 71,9oC Bài (2 điểm): Hai vách phẳng đặt song song - Vách I: nhiệt độ t1 = 150oC; độ đen 1  0,4 - Vách II: nhiệt độ t2 = 40oC; độ đen   0,6 Xác định mật độ dòng nhiệt xạ hai vách (1 điểm) Đặt hai vách màng chắn có độ đen   0,05 Xác định lại mật độ dòng nhiệt xạ nhiệt độ màng chắn (1 điểm) Giải 3: TÓM TẮT SỐ LIỆU: t1 = 150oC; t2 = 40oC; 1  0,4 ;   0,6 ;   0,05 Mật độ dòng nhiệt xạ hai vách:  T   T    150  273 4  40  273 4  Co 5,67    q12           1 1 100 100  100   100         1      1  0,4 0,6  401,4 W/m Khi đặt vách màng chắn có   0,05 mật độ dòng nhiệt thay đổi sau:  T   T   Co       q12  1    100   100      1 1  1      150  273 4  40  273   5,67       1 100   100        2  0,4 0,6 0,05  30,14 W/m2 Nhiệt độ màng chắn xác định bởi: 1  q   1 12   T   T   1   Co  T   1  q12         T  100  1 100  Co  100   100     1   1 4    30,14    1  150  273   0,4 0,05   378,8 oK  100    5,67  100  tc  378,8  273  105,8o C Bài (2 điểm): Thiết bị trao đổi nhiệt lưu động ngược chiều có diện tích truyền nhiệt F = 12m2, hệ số truyền nhiệt kF = 2700 W/m2 K - Lưu chất I: t '1  90o C ; G1 = kg/s; cp1 = 4,18 kJ/kgK - Lưu chất II: t '2  30o C ; G2 = 5,5 kg/s; cp2 = 3,1 kJ/kgK Xác định nhiệt lượng trao đổi hai lưu chất (1 điểm) Xác định nhiệt độ hai lưu chất (1 điểm) Giải 4: TÓM TẮT SỐ LIỆU lưu động ngược chiều, F = 12m2; kF = 2700 W/m2 K; t '1  90o C ; G1 = kg/s; cp1 = 4,18 kJ/kgK t '2  30o C ; G2 = 5,5 kg/s; cp2 = 3,1 kJ/kgK Ta có: Cmin  G1cp1   4,18.103  16720 W/K Cmax  G2cp  5,5  3,1.103  17050 W/K Nhiệt lượng trao đổi hai lưu chất xác định theo: Q   Q   Qmax   Cmin  t '1  t '2  (1) Qmax đó: Q – dòng nhiệt thực chất lỏng nóng truyền cho chất lỏng lạnh Qmax – dòng nhiệt tối đa truyền Và ta có kF 2700  12 NTU    1,938 Cmin 16720 Cmin 16720   0,981 Cmax 17050 Do lưu động ngược chiều nên ta có:  exp   NTU 1  C   exp  1,938 1  0,981    C exp   NTU 1  C   0,981exp  1,938 1  0,981  0,664 Theo (1) ta xác định được: Q   Qmax   Cmin  t '1  t '2   0,664 16720   90  30   666124,8 W = 666,124 kW C Xác định nhiệt độ hai lưu chất, nhiệt độ t ''1 t ''2 Ta có: Q  G2cp  t ''2  t '2   17050   t ''2  30   666124,8 666124,8  30  69,07o C 17050 Q  G1c p1  t '1  t ''1   16720   90  t ''1   666124,8  t ''2  666124,8  50,16o C 16720 Vậy: t ''1  50,16o C ; t ''2  69,07 o C  t ''1  90 