Đề thi hoc ky 2 2011 2012 Môn Truyền Nhiệt

Đại Học Quốc Gia Tp HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BM CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH ĐỀ THI HỌC KỲ — 2011/2012 Môn thi : TRUYỀN NHIỆT Thời gian : 90 phút Ngày thi : 11.06.2012 -    - Ghi chú: SV sử dụng tài liệu Ø1 10 Ø100 Bài 1: (4đ) Khảo sát thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống có thơng số sau: - Nước nóng chuyển động bên ống nhỏ có tốc độ trung bình ω1 =1,2m/s nhiệt độ trung bình t f1 =800C - Nước lạnh chuyển động khơng gian hình vành khăn 00 ống có lưu lượng G =32,61kg/s có nhiệt độ trung Ø2 bình t f2 =40 C - Chiều dài thiết bị L=6m - Bỏ qua ảnh hưởng phương hướng dòng nhiệt nhiệt trở dẫn nhiệt vách ống Hãy xác định a Hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước nóng nước lạnh b Độ chênh nhiệt độ nước nóng vào khỏi thiết bị Bài 2: (3đ) Một vách phẳng làm kim loại đặt song song có diện tích F=10m2 Khoảng cách nhỏ so với diện tích Nhiệt độ độ đen thứ t =1270C ε =0,8 Độ đen thứ hai ε =0,4 Giữa có đặt màng chắn có độ đen ε c =0,1 ε c =0,05 Biết nhiệt độ màng chắn thứ t c2 =800C Hãy xác định a Nhiệt lượng trao đổi xạ b Nhiệt độ thứ hai c Ý nghĩa nhiệt trở không gian nhiệt trở bề mặt Bài 3: (3đ) Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống lưu động ngược chiều có thơng số sau: - Lưu chất nóng chuyển động bên ống có lưu lượng G =150kg/phút, nhiệt dung riêng C p1 =3kJ/(kgK), nhiệt độ vào t 1, = 95 o C , hệ số tỏa nhiệt đối lưu α =4000W/m2K - Lưu chất lạnh nước chuyển động bên khơng gian hình vành khăn ống có lưu lượng G =240kg/phút, nhiệt độ vào t 2, = 30 C nhiệt độ t 2,, = 50 C , hệ số tỏa nhiệt đối lưu α =6000W/m2K - Bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt vách ống Hãy xác định: a Diện tích truyền nhiệt thiết bị theo phương pháp ε − NTU LMTD b Sau thời gian làm việc bên ống có hình thành lớp cáu có chiều dày δ c =0,5mm hệ số dẫn nhiệt lớp cáu λ c =1,2W/mK Hãy xác định hiệu suất thiết bị nhiệt độ nước khỏi thiết bị Bài a Nước nóng • Nhiệt độ tính toán t f = 80o C • Kích thước tính tốn d=0,1m λ = 0,674W ( m.K )  −6 ν = 0,365.10 m s   Pr f = 2,21   ρ = 971,8 kg m c p = 4,195 kJ ( kg K )  • Tiêu chuẩn Reynolds ω ⋅δ ,2 × ,1 = = 328767 Re = ν ,365.10 −6 • Tiêu chuaån Nusselt ,43 Nu = ,021 ⋅ Re ,8 ⋅ Pr f ⋅ ε  ⋅ ε R = 765 ,27 • Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu λ ,674 α = Nu × = 765 ,27 × = 5158 W ( m K ) δ ,1 Nước lạnh • Nhiệt độ tính toán t f = 40 o C • Kích thước tính tốn D-d =0,2-0,11=0,09m λ = ,635 W ( m K )  −6 ν = ,659.10 m s   Pr f = ,31   ρ = 992 ,2 kg m c = ,174 kJ ( kg K )  p • Tốc độ nước lạnh ω= G 32 ,61.4 = = ,5 m / s ρS 992 ,2.π ,2 − ,112 ( ) • Tiêu chuẩn Reynolds ω ⋅δ ,5 × ,09 Re = = = 204855 ν ,659.10 −6 • Tiêu chuẩn Nusselt ,43 Nu = ,021 ⋅ Re ,8 ⋅ Pr f ⋅ ε  ⋅ ε R = 698 ,5 • Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu λ ,635 α = Nu × = 698 ,5 × = 4928 ,7 W ( m K ) δ ,09 b Độ chênh nhiệt độ nước vào Nhiệt lượng trao đổi π L( t f − t f ) π 6.40 Q= = = 199296W 1 1 + + 5158.0 ,1 4928 ,7.0 ,11 α 1d α d Q 199 ,296 = = ,18 C ∆t = π ,1 G C p 971 ,8.4 ,195 ,2 Bài a Nhiệt lượng trao đổi ε 1c = + ε1 + ε c1 ε c2 = ,0254777 −2  T1   Tc   Q = ε 1c C F    = 145 ,5W  −  100   100   b Nhiệt độ thứ ε 12 = ε1 + ε c1 + ε c2 + ε2 = ,0165 −3  T1   T2   Q = ε 12 C F   −   = 145 ,5W  100   100   T =316,3K Bài 3: Nhiệt lượng trao đổi Q=G.c p (t ’’-t ’)=333,92kW Hệ số truyền nhiệt k= 1 + = 2400W / m K α1 α2 a Diện tích truyền nhiệt Phương pháp ε − NTU C = G1 C p = ,5 kW / K → C C = G2 C p = 16 ,696 kW / K → C max ( ) Qmax = C t 1, − t 2, = 487 ,5 kW → ε = Q / Qmax = ,685 C C = = ,449 C max NTU = k F  ε −1  ln → F = ,467 m  = ,4296 = C −  ε C −  C Phương pháp LMTD ( ) ( ) Q = G1 C p t 1, − t 1,, = G2 C p t 2,, − t 2, = 333 ,92 kW → t 1,, = 50 ,47 C ∆t max = 95 − 50 = 45 C ∆t = 50 ,47 − 30 = 20 ,47 C ∆t = 31 ,14 C Q = k F ∆t = 333 ,92 kW → F = ,467 m b hiệu suất Hệ số truyền nhiệt k= 1 α1 + δc + λc α = 1200W / m K → ε = 46 ,7% NTU=0,71472 Nhiệt lượng trao đổi Q=0,467.487,5=227,66kW Nhiệt độ nước t ’’=43,630C ... • Tốc độ nước lạnh ω= G 32 ,61.4 = = ,5 m / s ρS 9 92 ,2. π ,2 − ,1 12 ( ) Tieõu chuaồn Reynolds ,5 ì ,09 Re = = = 20 4855 ν ,659.10 −6 • Tiêu chuẩn Nusselt ,43 Nu = , 021 ⋅ Re ,8 ⋅ Pr f ⋅ ε  ⋅... ,195 ,2 Bài a Nhiệt lượng trao đổi ε 1c = + ε1 + ε c1 ε c2 = , 025 4777 2  T1   Tc   Q = ε 1c C F    = 145 ,5W  −  100   100   b Nhiệt độ thứ ε 12 = ε1 + ε c1 + ε c2 + 2 = ,0165... f = 2, 21   ρ = 971,8 kg m c p = 4,195 kJ ( kg K )  • Tiêu chuẩn Reynolds ω ⋅δ ,2 × ,1 = = 328 767 Re = ν ,365.10 −6 • Tiêu chuẩn Nusselt ,43 Nu = , 021 ⋅ Re ,8 ⋅ Pr f ⋅ ε  ⋅ ε R = 765 ,27 •