ĐỀ THI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MƠN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH GV đề ThS Phan Thành Nhân ĐỀ THI CUỐI KỲ- HỌC KỲ II NĂM HỌC (2011-2012) Môn: THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Thời gian: 90’ Ngày thi: 19/06/2012 - Ghi chú: Sinh viên sử dụng tài liệu Bài (3 điểm) Dầu máy biến áp có nhiệt độ 800C chảy ống với tốc độ 1,2 m/s Cho biết đường kính ống 40 mm, chiều dài ống m nhiệt độ bề mặt ống 650C a Xác đònh hệ số tỏa nhiệt đối lưu dầu vách ống b Nếu sử dụng nhiệt lượng tỏa từ bề mặt ống để gia nhiệt cho khối nước tích 500 lít, tính thời gian (giờ) cần thiết để nhiệt độ trung bình khối nước tăng 200C (bỏ qua nhiệt trở vách ống thép tính toán) Chú ý: tra bảng, hệ số dẫn nhiệt dầu máy biến áp nhiệt độ 80oC  = 0,1056W/mđộ Bài 2: (4 điểm) Xét thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống vỏ, khơng khí áp suất khí có nhiệt độ khơng khí vào 500oC chuyển động ống với lưu lượng 1,5kg/s thiết bị có 200 ống với đường kính ống 2cm, chiều dài ống 4m nhiệt độ khơng khí khỏi thiết bị 100oC Giả tỷ lệ độ mở độ co từ đường ống D/Do = 0,5 để xác định hệ số tính tổn thất áp suất qua tiết diện co đầu vào giãn nở từ ống Hãy xác định: a) Tổn thất áp suất qua đoạn co hẹp đầu vào (the abrupt contraction) b) Tổn thất áp suất ma sát (friction) c) Tổn thất áp suất gia tốc (acceleration)  1   ; với G = ρ Gợi ý: p a  G     vào   (ρ: trọng lượng riêng giá trị nhiệt độ trung bình; : tốc độ chuyển động dòng khí ống) d) Tổn thất áp suất qua đoạn mở rộng (Enlargement) e) Tổng tổn thất áp suất Bài 3: (3 điểm) Nêu khái niệm phân loại thiết bị trao đổi nhiệt phân loại, cho ví dụ cụ thể minh họa (có giải thích rõ nguyên lý thiết bị) IH KHO ĐÁP ÁN: Bài 1: (3 điểm) Re = 13114,7541 > 104 Nu = 222,3  α = 586,872 Q = 8849,82W Qn = 41800kJ Thời gian cần thiết: τ = Qn / Q = 4723,26 giây = 1,312 Bài 2: (4 điểm) tvào = 500oC ; tra = 100oC Lưu lượng 1,5kg/s Số ống n = 200 ống d = 2cm, L = 4m Giả tỷ lệ độ mở độ co từ đường ống D/Do = 0,5 o ttb = 300 C  ρ = 0,615kg/m3  = 38,818m/s Re = 16063,73 f = 0,079Re-0,25 = 7,01723.10-3 a) Tổn thất áp suất qua đoạn co hẹp đầu vào (the abrupt contraction) + Cách 1: D/Do = 0,5  k = 0,4 pc = 185,34 Pa + Cách 2: D/Do = 0,5  Le/d = 20 pc = 260,116 Pa b) Tổn thất áp suất ma sát (friction) pf = 2601,16 Pa c) Tổn thất áp suất gia tốc (acceleration)  1   ; với G = ρ Gợi ý: p a  G     vào   pa = 647,376 Pa d) Tổn thất áp suất qua đoạn mở rộng (Enlargement) V =  = 38,818m/s Vo = o = 9,7045m/s pr = 434,393 Pa e) Tổng tổn thất áp suất p = 3868,269Pa Bài 3: (3 điểm) Nêu khái niệm phân loại thiết bị trao đổi nhiệt phân loại: lý thuyết Cho ví dụ cụ thể minh họa (có giải thích rõ ngun lý thiết bị): tùy thuộc vào ví dụ sinh viên ĐỀ KIỂM TRA GIỮA KỲ - HỌC KỲ II – NĂM HỌC (2011 - 2012) Môn: Thiết bị trao đổi nhiệt Thời gian: 45’ Ngày thi: 05/04/2011 - Ghi chú: Sinh viên sử dụng tài liệu ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MƠN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH GV đề ThS.Phan Thành Nhân Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống, lưu động ngước chiều: - Ống nhỏ φd = 19/21mm; Ống lớn φD = 38/42mm - Dầu máy biến áp chuyển động bên ống nhỏ, với lưu lượng 0,4kg/s, nhiệt độ giảm từ t’ = 70oC xuống t’’ = 40oC Cho biết thơng số nhiệt vật lý trung bình dầu sau: ρ d = 859,05kg/m3; C pd = 1,8845kJ/kgđộ; λ d = 0,2154W/mđộ; υ d = 6,68.10-6m2/s; β d = 7,075.10-4 (1/K); Pr d = 99,4 - Nước chuyển động bên ống nhỏ có lưu lượng 0,2kg/s, nhiệt độ nước tăng từ t’ = 15oC đến t’’ = ? lấy gần nhiệt dung riêng nước C pn 4,174kJ/kgđộ; ρ n = 995,175kg/m3; λ n = 61,439.10-2W/mđộ; υ n = 0,8432.10-6m2/s; Pr n = 5,724 Hãy xác định: a/ Hệ số tỏa nhiệt phía nước α2 Cho phép bỏ qua ảnh hưởng phương hướng dòng nhiệt, tức (Pr f /Pr w )0,25 = b/ Hệ số tỏa nhiệt phía dầu α1 (Lấy gần nhiệt độ bề mặt vách trao đổi phía dầu t wd = 35oC  Pr wd = 173,5) c/ Hệ số truyền nhiệt tổng k Biết nhiệt trở dẫn nhiệt vách ống xét phía bề mặt ngồi ống nhỏ Rv = 0,0002m2độ/W (Bỏ qua nhiệt trở cáu cặn bề mặt vách ống trao đổi nhiệt) d/ Biểu diễn sơ đồ t-F Tính diện tích truyền nhiệt thiết bị Hết ĐÁP ÁN: Dầu: (3 điểm) Nước: (3 điểm) ω d = 0,591m/s Q d = Q n  t’’ = 42,09oC Re = 1504,042  chảy tầng ω n = 0,7081m/s Gr = 15283,3756 Re = 15955,76376  chảy rối Nu = 27,63 Nu = 102,415  α d = 350,11  α n = 3311,7287 Hệ số truyền nhiệt tổng: (1 điểm) k = 295 W/m2độ Diện tích truyền nhiệt: (2 điểm) Q = kF ∆t = 22,614kW ∆t = 26,423 F = 2,9m Biểu diễn sơ đồ t-F: (1 điểm)