ĐỀ THI CUỐI KÌ MÔN TRUYỀN NHIỆT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH * * * * * * ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ Môn học : TRUYỀN NHIỆT Ngày thi : 19/06/2011; (Sinh viên sử dụng tài liệu) Thời gian : 90 phút Bài (4,5 điểm): Ở thiết bị đun nước bão hòa khơ, nước chảy ống thép có đường kính dtr/dng = 28/32 mm Biết lưu lượng nước ống G = kg/s; nhiệt độ nước đầu vào t’2 = 25oC đầu t’’2 = 95oC ; vật liệu ống có hệ số dẫn nhiệt λv = 45 W/(mK); nhiệt độ bão hòa t1 = 140oC hệ số tỏa nhiệt phía ngưng tụ α1 = 4000W/(m2K) a Hãy xác định hệ số toả nhiệt phía nước α2 (Xem hệ số (Prf/Prw)0.25 = 1) b Tính hệ số truyền nhiệt đường kL mật độ dòng nhiệt trung bình mét ống qL c Chiều dài cần thiết L ống bao nhiêu? d Tính lượng cần cung cấp giờ, Gh e Vẽ đồ thị trao đổi nhiệt (t-F), có ghi cụ thể giá trị nhiệt độ vào & môi chất Bài (3 điểm): Một vách phẳng làm hai kim loại mỏng cách 40 mm Nhiệt độ độ đen mặt bên hai t1 = 120o C , e1 = 0,6 t2 = 40o C , e = 0,5 Diện tích bề mặt vách F = 12 m2 Xem không gian hai kim loại khơng khí khơ có áp suất khí Hãy tính nhiệt lượng trao đổi qua vách hai trường hợp: a Vách đặt nằm, nóng nằm phía b Vách đặt đứng Bài (2,5 điểm): Khảo sát thiết bị trao đổi nhiệt loại lưu động ngược chiều, cho thấy: - Lưu lượng chất lỏng nóng cần làm nguội m3/h, khối lượng riêng ρ1 = 1104 kg/m3 nhiệt dung riêng cp1 = 2,5 kJ/(kg.K) Nhiệt độ chất lỏng nóng vào thiết bị t’1 = 90oC - Lưu lượng nước làm nguội m3/h, khối lượng riêng ρ2 = 992 kg/m3 nhiệt dung riêng cp2 = 4,18 kJ/(kg.K) Nhiệt độ nước vào thiết bị t’2 = 30oC - Thiết bị có diện tích trao đổi nhiệt F = 10 m2 , hệ số truyền nhiệt k = 460 W/(m2.K) Hãy xác định: a Năng suất nhiệt Q thiết bị b Nhiệt độ hai môi chất khỏi thiết bị Người đề TS Nguyễn Văn Tuyên ĐÁP ÁN Bài (4,5 điểm) a) Hệ số toả nhiệt a2 (2 điểm ) Nhiệt độ trung bình nước ống: t2 = 0,5(25 + 95) = 60 oC Thông số vật lý nước r = 983,2 kg/m3 ; cp = 4,179 kJ/kgK ; l = 65,9.10 -2 W/mK ; n = 0,478.10 -6 m2/s ; Prf = 2,98 Vận tốc nước ống: w = 4G ´1 = = 1,65 rpd tr2 983,2 ´ p ´ 0,0282 Re f = Tiêu chuẩn Reynolds: m/ s wd tr 1,65 ´ 0,028 = = 96652 > 10 -6 n 0,478 10 Do cheá độ chảy rối, giả thiết L/d > 50 , ta coù PTTC: Nuf = 0,021Ref0,8Prf0,43 = 0,021 x 966520,8 x 2,980,43 = 326,76 l 65,9.10-2 a = Nu f = 326,76 = 7690,5 dtr 0,028 W / m2 K b) Hệ số tr uyền nhiệt đườn g kL = kL = (1 điểm ) d ng 1 + ln + a1d ng 2lv d tr a d tr 1 32 + ln + 4000 ´ 0,032 ´ 45 28 7690,5 ´ 0,028 = 73,24 W /( mK ) Mật độ dòng nhiệt trung bình: qL = pkL(t1 – t2) = p x 73,24(140 – 60) = 18,398 kW/m c) Chieàu dài ốn g cần thiết (0.5 điểm ) Nhiệt cần cấp cho nước: Q = G2c p (t 2'' - t 2' ) = 1´ 4,179(95 - 25) = 292,53 Số mét chiều dài ống: Kiểm tra tỷ số L/d: L= Q 292,53 = = 15,9 qL 18,398 m 15,9 / 0,028 = 568 > 50 kW d) Lượn g cần cung cấp (0,5 điểm ) Hơi nước ôû ts = 140 oC coù r = 2145 kJ/kg Từ PT cân nhiệt Q = Ghr Gh = Q / r = 292,53 / 2145 = 0,136 kg/s = 491 kg/h (0,5 điểm ) e) Vẽ đồ thị t-F Bài 2) (3 điểm) a) Trường hợp vách đặt nằm, nóng nằm phía - Trao đổi nhiệt xạ (1,5 điểm) (1 điểm) ìïỉ Tw1 ö æ Tw ö üï 4 q o = Co ì ớỗ ữ -ỗ ữ ý = 5,67 ´ 3,9315 - 3,1315 = 809,37 W m ùợố 100 ứ ố 100 ứ ùỵ 1 e12 = = = 0,375 1 1 + -1 + -1 e1 e 0,6 0,5 { } qbx = e 12 × qo = 303,5 W m Qbx = F × qbx = 3642 W - D ẫn nhiệt (0.5 điểm) Tại nhiệt độ trung bình tk = 80 oC l = 3,05.10 -2 W/mK Qdn = 12 x 3,05.10 -2 x (120 – 40)/ 0,04 = 732 W Tổng nhiệt lượng trao đổi: Q = Qbx + Qdn = 3.642 + 732 = 4.374 W b) Trường hợp vách đặt đứng - Đối lưu khơng gian hẹp ìl = 0,0305 W ( m.K ) ï -6 ïn = 21,09.10 m s · Nhiệt độ tính tốn tk = 80 oC => íPr f = 0,692 ï ïb ~ T K -1 k ỵ · Kích thước tính tốn : d = 40 mm = 0,04 m · Tiêu chuẩn Grashof (1,5 điểm) g × b × d × Dt 9,81´ 0,043 ´ 80 Gr f = = = 31,976.10 2 -12 n 353,15 ´ 21,09 10 Ra f = (Gr × Pr ) f = 31,976.10 ´ 0,692 = 22,127.10 > 103 etđ = 0,18 × Ra 0f , 25 = 3,9 Qđl = εtđ Qdn = 3,9 x 732 = 2.854,8 W Tổng nhiệt lượng trao đổi: Q = Qbx + Qđl = 3.642 + 2.854,8 = 6.496,8 W Bài (2,5 điểm) Sử dụng phương pháp NTU C1 = G1 cp1 = 1104 2,5 / 3600 = 2,3 kW/K = Cmin (0,5 điểm) C2 = G2 cp2 = 992 4,18 / 3600 = 4,6 kW/K = Cmax C* = Cmin / Cmax = 2,3 / 4,6 = 0,5 NTU = kF/Cmin = 460 10 / 2300 = Hiệu suất thiết bò (tra đồ thò / tính theo cơng thức): e = 0,77 (1 điểm) Nhiệt lượng truyền cực đại: Qmax = Cmin (t’1 - t’2 ) = 2,3 (90 – 30) = Nhiệt lượng trao ñoåi: Q = e Qmax = 0,77 138 = Nhiệt độ chất lỏng nóng ra: Nhiệt độ nước ra: 138 kW 106,3 kW (0,5 điểm) t1’’ = t1’ – Q/C1 = 90 – 106,3 / 2,3 = 43,8 oC t2’’ = t2’ + Q/C2 = 30 + 106,3 / 4,6 = 53,1 oC (0,5 điểm) ... Tiêu chuẩn Reynolds: m/ s wd tr 1,65 ´ 0,028 = = 96652 > 10 -6 n 0,478 10 Do chế độ chảy rối, giả thi t L/d > 50 , ta có PTTC: Nuf = 0,021Ref0,8Prf0,43 = 0,021 x 966520,8 x 2,980,43 = 326,76 l 65,9.10-2... dòng nhiệt trung bình: qL = pkL(t1 – t2) = p x 73,24(140 – 60) = 18,398 kW/m c) Chiều dài ốn g cần thi t (0.5 điểm ) Nhiệt cần cấp cho nước: Q = G2c p (t 2'' - t 2' ) = 1´ 4,179(95 - 25) = 292,53... = 4,6 kW/K = Cmax C* = Cmin / Cmax = 2,3 / 4,6 = 0,5 NTU = kF/Cmin = 460 10 / 2300 = Hiệu suất thi t bò (tra đồ thò / tính theo cơng thức): e = 0,77 (1 điểm) Nhiệt lượng truyền cực ñaïi: Qmax