ĐỀ THI MÔN TRUYỀN NHIỆT

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  0,5878W 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 khơng nói thêm nên ta quy ước ống đặt nằm ngang: t '  t '' f 55  65   60o C - Nhiệt độ tính tốn: t f  f 2 - Kích thước tính tốn: L = d = 0,02m - Từ nhiệt độ tf = 60oC, ta tìm thơng 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  ... 273   0,4 0,05   378,8 oK  100    5,67  100  tc  378,8  273  105,8o C Bài (2 điểm): Thi t bị trao đổi nhiệt lưu động ngược chiều có diện tích truyền nhiệt F = 12m2, hệ số truyền nhiệt