Đề thi_Đáp án môn Nhiệt kỹ thuật

Đề thi, đáp án môn Nhiệt kỹ thuật cung cấp cho các bạn một số dạng đề thi đáp án cơ bản nhất. Các bạn có thể tham khảo các đề thi đáp án này để ôn tập và làm bài kiểm tra kết thúc môn Nhiệt kỹ thuật đạt hiệu quả cao nhất.

Trang 1

ĐỀ THI KẾT THÚC MÔN HỌC

Đề thi môn: Kĩ thuật nhiệt

Học phần: Thi hết môn

Đối tượng: Đại học

Chuyên ngành: Máy xây dựng và Cơ khí ô tô

Thời gian làm bài: 90 phút

tw1 = 200oC, nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt tw3 = 50oC Để tổn thất nhiệt không quá ql=300W/m thì bề dày lớp cách nhiệt phải bằng bao nhiêu?

Câu 3 (5 điểm): 1kg không khí được thực hiện chu trình Các-nô giữa nhiệt độ

t1 = 250oC; t2=30oC Áp suất cao nhất của chu trình p1 = 10bar, áp suất thấp nhất

p3 = 1,2bar

Hãy xác định:

- Thông số trạng thái tại các điểm đặc biệt của chu trình

- Lượng nhiệt chất môi giới thu vào và thải ra

- Công và hiệu suất nhiệt của chu trình

Tổng cộng có: 03 câu

……… HẾT ………

Trang 2

ĐỀ SỐ 02

Câu 1 (2 điểm): Trình bày khái niệm về trường nhiệt độ? Mặt đẳng nhiệt là gì? Các

tính chất của mặt đẳng nhiệt?

Câu 2 (3 điểm): Tường lò gồm hai lớp: Lớp trong bằng gạch chịu lửa, lớp ngoài bằng

gạch cách nhiệt Chiều dày lớp gạch chịu lửa: 200mm, hệ số dẫn nhiệt:

λ1 = 1,8W/m.độ Hệ số dẫn nhiệt của gạch cách nhiệt: λ2 = 0,054(1 + 0,0024t)W/m.độ Nhiệt độ mặt trong của vách: tw1 = 800oC

Xác định bề dày của lớp gạch cách nhiệt để tổn thất nhiệt qua tường không quá 1100W/m2 và nhiệt độ mặt ngoài của tường không vượt quá 50oC

Câu 3 (5 điểm): Động cơ đốt trong làm việc theo chu trình lý tưởng với sự cháy

đẳng tích Thể tích công tác Vh = 0,006m3, nhiệt độ t1 = 20oC, áp suất p1 = 1bar Thể tích thừa lớn nhất Vt = V2 = 0,001m3 Áp suất lớn nhất của chu trình p3 = 25bar Hãy tính:

a) Thông số trạng thái tại những điểm đặc trưng

b) Nhiệt mà chất môi giới nhận vào và thải ra (coi nhiệt dung riêng là hằng số) c) Công của chu trình

d) Hiệu suất nhiệt của chu trình

……… HẾT ………

Trang 3

ĐỀ THI KẾT THÚC MƠN HỌC

Đề thi mơn: Kĩ thuật nhiệt

Học phần: Thi hết mơn

Chuyên ngành: Máy xây dựng và Cơ khí ơ tơ

ĐỀ SỐ 03

Câu 1 (2 điểm): Thiết lập công thức tính dòng nhiệt ql cho dẫn nhiệt ổn định qua vách trụ n lớp?

Câu 2 (3 điểm): Tường buồng lửa lị hơi xây bằng hai lớp: Lớp gạch chịu lửa dày

1 = 125mm và lớp gạch đỏ dày 2 = 500mm Nhiệt độ mặt trong và mặt ngồi của tường tw1=1100oC, tw3 = 50oC Hệ số dẫn nhiệt của gạch chịu lửa 1 = 0,28 + 0,00023t W/m.độ, của gạch đỏ 2 = 0,7 W/m.độ

Xác định tổn thất nhiệt qua 1m2

tường buồng lửa và nhiệt độ mặt tiếp xúc giữa hai lớp

Câu 3 (5 điểm): Chu trình động cơ đốt trong với sự cấp nhiệt đẳng áp Hãy xác định:

a) Thơng số trạng thái tại các điểm đặc trưng

b) Lượng nhiệt chất mơi giới nhận vào và nhả ra

c) Cơng và hiệu suất nhiệt của chu trình

Nếu cho trước p1 = 1bar; t = 20oC;  = 12,7;  = 2; k = 1,4 Chất mơi giới là 1kg khơng khí, nhiệt dung riêng coi là hằng số

Tổng cộng cĩ: 03 câu

……… HẾT ………

Trang 4

ĐỀ SỐ 04

Câu 1 (2 điểm): Nêu phương pháp tính mật độ dòng nhiệt qua vách phẳng một lớp

và nhiều lớp

Câu 2 (3 điểm): Bộ quá nhiệt chế tạo bằng các ống thép có đường kính

d1/d2 = 32/42mm, hệ số dẫn nhiệt của thép = 14W/m.độ Nhiệt độ mặt ngoài ống

tw2 = 580oC, nhiệt độ mặt trong tw1 = 450oC Tính mật độ dòng nhiệt trên một đơn vị chiều dài ống

Câu 3 (5 điểm): Chu trình động cơ đốt trong với sự cấp nhiệt đẳng áp Hãy xác định:

a) Thông số trạng thái tại các điểm đặc trưng

b) Lượng nhiệt chất môi giới nhận vào và nhả ra

c) Công và hiệu suất nhiệt của chu trình

Nếu cho trước p1 = 1bar; t = 20oC;  = 12,7;  = 2; k = 1,4 Chất môi giới là 1kg

không khí, nhiệt dung riêng coi là hằng số

……… HẾT ………

Trang 5

ĐỀ THI KẾT THÚC MƠN HỌC

ĐỀ SỐ 05

Câu 1 (2 điểm): Thiết lập công thức tính mật độ dòng nhiệt q cho dẫn nhiệt ổn

định qua vách phẳng n lớp?

Câu 2 (3 điểm): Bộ quá nhiệt chế tạo bằng các ống thép cĩ đường kính

d1/d2 = 32/42mm, hệ số dẫn nhiệt của thép = 14W/m.độ Nhiệt độ mặt ngồi ống

tw2 = 580oC, nhiệt độ mặt trong tw1 = 450oC Tính mật độ dịng nhiệt trên một đơn vị chiều dài ống

Câu 3 (5 điểm): Chu trình động cơ đốt trong với quá trình cấp nhiệt hỗn hợp Cho

biết các thơng số: p1 = 1bar; t1 = 30oC;  = 7;  = 1,2;  = 2

Hãy xác định:

a) Thơng số trạng thái tại các điểm đặc biệt

b) Lượng nhiệt cấp vào và thải của chu trình

c) Cơng và hiệu suất nhiệt của chu trình

Tổng cộng cĩ: 03 câu

……… HẾT ………

Trang 6

ĐÁP ÁN VÀ THANG ĐIỂM

ĐỀ SỐ 01

Câu hỏi 1: Nêu phương pháp tính mật độ dòng nhiệt qua vách trụ một lớp,

Đáp án

0,5

Nội dung ý 1: Vẽ hình đúng:

Nội dung ý 2: Xét một vách hình trụ đồng chất và đẳng hướng (hình 1) có:

+ Chiều dài l, đường kính trong d1, đường kính ngoài d2

+ Hệ số dẫn nhiệt  = const

+ Nhiệt độ mặt trong tw1, mặt ngoài tw2 (tw1>tw2)

Vì chiều dài ống thông thường rất lớn so với đường kính, nên nhiệt độ

chỉ thay đổi theo phương bán kính, các mặt đẳng nhiệt là những mặt trụ

đồng tâm

Các mặt đẳng nhiệt là các mặt trụ có bán kính r với r1 < r <r2 Diện tích

các mặt đẳng nhiệt ở đây khác nhau, do đó mật độ dòng nhiệt q đi qua các

mặt đẳng nhiệt cũng khác nhau Vì vậy ở đây ta phải xác định trực tiếp

dòng nhiệt Q chứ không thể xác định q như đối với các vách phẳng

Trong vách trụ ta tách ra một lớp có bán kính r, có chiều dày dr Theo

định luật Furie thì dòng nhiệt đi qua lớp này là:

Trang 7

 Q =

dr

dt rl

2  

 

r

dr l 2

Q dt

Biểu thức trên cho thấy tw1 tw2 theo quan hệ đường cong lôgarit

Nội dung ý 3: Căn cứ theo điều kiện biên ta có:

Khi r = r1 thì t = tw1 = ln r C

l 2

2

r

r ln l 2

Q r

ln r ln l 2

2 w 1 w

1 2

2 w 1 w

d

d ln

t t l 2 r

r ln

t t l 2

Trong tính toán các vách trụ, người ta thường tính dòng nhiệt cho 1m

chiều dài của ống và kí hiệu ql

1 2

2 w 1 w l

d

d ln

t t 2 l

2 w 1 w l

d

d ln 2 1

t t q





0,5

Nội dung ý 4: Mật độ dòng nhiệt qua vách trụ nhiều lớp:

Trong kĩ thuật người ta thường gặp vách trụ nhiều lớp Giả sử vách trụ

1

2

1

ln 2

1

d

d q

2

3 2

ln 2

1

d

d q

t t

l

w w

3

4 3

ln 2

1

d

d q

t t

l

w w

3 2 3

2 1 2

1

ln

1 ln

1 2 1

4 1

d

d d

d

t t

100/110mm được phủ một lớp cách nhiệt Hệ số dẫn nhiệt của thép 1 =

55W/m.độ; hệ số dẫn nhiệt của chất cách nhiệt 2 = 0,09W/m.độ Nhiệt độ

mặt trong của vách ống tw1 = 200oC, nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt

3

Trang 8

tw3 = 50oC Để tổn thất nhiệt không quá ql=300W/m thì bề dày lớp cách

nhiệt phải bằng bao nhiêu?

1100

110ln55

114,3.21

50200

d

dln

1d

dln

3

2 3

2 1 2

1

3 w 1 w

Nội dung ý 2: Xác định chiều dày lớp cách nhiệt:



2

1300

50200110

dln09,0

1100

110ln55

114,3.2

Câu hỏi 3: 1kg không khí được thực hiện chu trình Các-nô giữa nhiệt độ

t1 = 250oC; t2=30oC Áp suất cao nhất của chu trình p1 = 10bar, áp suất

thấp nhất p3 = 1,2bar

Hãy xác định:

- Thông số trạng thái tại các điểm đặc biệt của chu trình

- Lượng nhiệt chất môi giới thu vào và thải ra

- Công và hiệu suất nhiệt của chu trình

Trang 9

523.2,1T

T.ppT

Tp

pp

p

T

4 , 1 1

k k

3

2 3 2

1 k k

3 2

3 2 k

1 k

52310

TT

pp

T

Tp

pp

p

T

1 4 , 1 4 , 1 1

k k

4 1

1 4

1 k k

4 1

4 1 k

1 k

4 1

523.287p

303.287p

10ln523.287p

plnRT

q

2

1 1

6,1849

,1

2,1ln303.287p

plnRT

q

4

3 3

1,0

Nội dung ý 6: Công và hiệu suất nhiệt của chu trình:

7,136,183,32q

q

l 1  2    (kJ/kg)

%4242,0523

303T

T1q

q1

1 3

Trang 10

ĐỀ SỐ 02

Câu hỏi 1: Trình bày khái niệm về trường nhiệt độ? Mặt đẳng nhiệt là gì?

Đáp án

0,5

Nội dung ý 1: Ta biết rằng nhiệt độ là một thông số trạng thái biểu thị mức

độ nóng, lạnh của vật, trong trường hợp chung trường nhiệt độ t biến đổi

theo tọa độ (x, y, z) và thời gian ( ) Ta có định nghĩa về trường nhiệt độ

như sau:

Trường nhiệt độ là tập hợp tất cả các giá trị nhiệt độ của vật tại một

thời điểm nào đó, chúng ta được một trường gọi là trường nhiệt độ

Phương trình tổng quát của trường nhiệt độ có dạng sau:

t = f(x, y, z, )

Nếu trường nhiệt độ không biến đổi theo thời gian thì gọi là trường

nhiệt độ ổn định

t = f(x, y, z)

và ngược lại thì gọi là trường nhiệt độ không ổn định

Nội dung ý 2: Tùy theo sự biến đổi của nhiệt độ theo các trục tọa độ mà ta

có các trường nhiệt độ khác nhau:

- Nếu trường nhiệt độ chỉ biến đổi theo một chiều của trục tọa độ gọi là

trường nhiệt độ ổn định một chiều:

t y t

- Nếu trường nhiệt độ biến đổi theo hai trục tọa độ gọi là trường nhiệt

- Nếu trường nhiệt độ biến đổi theo ba trục tọa độ gọi là trường nhiệt độ

ổn định ba chiều

0,5

Trang 11

Đơn giản nhất là trường nhiệt độ ổn định một chiều

Nội dung ý 3: Nếu tại một thời điểm nào đó ta nối tất cả các điểm của vật

có cùng nhiệt độ như nhau thì ta được một mặt, gọi là mặt đẳng nhiệt Ta

có định nghĩa về mặt đẳng nhiệt như sau:

Mặt đẳng nhiệt là mặt mà trên đó tất cả các điểm của vật có cùng một

giá trị nhiệt độ ở một thời điểm nào đó, hay nói cách khác nó chính là mặt

đẳng trị

0,5

Nội dung ý 4: Các tính chất:

Vì tại một thời điểm, một điểm bất kỳ trong vật chỉ có một giá trị nhiệt

độ duy nhất, do đó các mặt đẳng nhiệt không cắt nhau, và nhiệt độ chỉ biến

đổi theo phương cắt các bề mặt đẳng nhiệt

Giả sử ta có hai mặt đẳng nhiệt mà hình chiếu của nó lên mặt phẳng là

hai đường t và t +  tnhư hình vẽ sau:

Gọi khoảng cách giữa các bề mặt đẳng nhiệt theo 2 chiều là  n và  x

Nhiệt độ giữa 2 bề mặt đẳng nhiệt thay đổi một lượng là  t

Ta thấy: n < x nên

x

t n

Câu hỏi 2: Tường lò gồm hai lớp: Lớp trong bằng gạch chịu lửa, lớp ngoài

bằng gạch cách nhiệt Chiều dày lớp gạch chịu lửa: 200mm, hệ số dẫn

nhiệt: λ1 = 1,8W/m.độ Hệ số dẫn nhiệt của gạch cách nhiệt: λ 2 = 0,054(1

+ 0,0024t)W/m.độ Nhiệt độ mặt trong của vách: tw1 = 800oC

Xác định bề dày của lớp gạch cách nhiệt để tổn thất nhiệt qua tường

không quá 1100W/m2 và nhiệt độ mặt ngoài của tường không vượt quá

Trang 12

Xét lớp 1 ta có:

6788

,1

2,0.1100800

.qttt

tq

1

1 1

w 2 w

1 1

2 w 1

506782

tt

t  w 2  w 3    (oC)

1 0,0024t 0,00541 0,0024.364 0,10054

,0

506781,0q

ttt

t

2

2 2

3 w 2

Câu hỏi 3: Động cơ đốt trong làm việc theo chu trình lý tưởng với sự cháy

đẳng tích Thể tích công tác Vh = 0,006m3, nhiệt độ t1 = 20oC, áp suất p1 =

1bar Thể tích thừa lớn nhất Vt = V2 = 0,001m3 Áp suất lớn nhất của chu

trình p3 = 25bar Hãy tính:

a) Thông số trạng thái tại những điểm đặc trưng

b) Nhiệt mà chất môi giới nhận vào và thải ra (nhiệt dung riêng là hằng

số)

c) Công của chu trình

d) Hiệu suất nhiệt của chu trình

Trang 13

Nội dung ý 2: Thông số trạng thái tại những điểm đặc trưng:

V1 = Vt + Vh = 0,007m3

Xét quá trình 1-2 (hình 2)

24,157

.1v

vppv

vp

k

2

1 1 2 k

2 1

0293.287

007,0.10.1RT

VpG

.00832,

0

001,0.10.24,15GR

VpT

5 2

,15

25640p

pTTT

Tp

p

2

3 2 3 2

3

2

481640

293.1050T

T.TTT

Tv

vv

vT

T

2

1 3 4 3

4

1 k

4 3

1 k

1 2

1.25p

p.ppp

pT

TT

Tp

p

2

1 3 4 2

1 1 k k

2 1 1

k k

3 4

0TTc.G

29

9,20.00832,

0TTc.G

1,0

Nội dung ý 5: Công của chu trình:

33,113,146,2QQ

Nội dung ý 6: Hiệu suất nhiệt của chu trình:

%5454,046,2

33,11Q

Q1

Trang 14

ĐỀ SỐ 03

Câu hỏi 1: Thiết lập công thức tính dòng nhiệt ql cho dẫn nhiệt ổn định

Đáp án

0,5

Nội dung ý 1: Vẽ hình đúng:

Nội dung ý 2: Xét một vách hình trụ đồng chất và đẳng hướng (hình 1) cĩ:

+ Chiều dài l, đường kính trong d1, đường kính ngồi d2

+ Hệ số dẫn nhiệt  = const

+ Nhiệt độ mặt trong tw1, mặt ngồi tw2 (tw1>tw2)

Vì chiều dài ống thơng thường rất lớn so với đường kính, nên nhiệt độ

chỉ thay đổi theo phương bán kính, các mặt đẳng nhiệt là những mặt trụ

đồng tâm

Các mặt đẳng nhiệt là các mặt trụ cĩ bán kính r với r1 < r <r2 Diện tích

các mặt đẳng nhiệt ở đây khác nhau, do đĩ mật độ dịng nhiệt q đi qua các

mặt đẳng nhiệt cũng khác nhau Vì vậy ở đây ta phải xác định trực tiếp

dịng nhiệt Q chứ khơng thể xác định q như đối với các vách phẳng

Trong vách trụ ta tách ra một lớp cĩ bán kính r, cĩ chiều dày dr Theo

định luật Furie thì dịng nhiệt đi qua lớp này là:

Trang 15

 Q =

dr

dt rl

2  

 

r

dr l 2

Q dt

Biểu thức trên cho thấy tw1 tw2 theo quan hệ đường cong lôgarit

Nội dung ý 3: Căn cứ theo điều kiện biên ta có:

Khi r = r1 thì t = tw1 = ln r C

l 2

2

r

r ln l 2

Q r

ln r ln l 2

2 w 1 w

1 2

2 w 1 w

d

d ln

t t l 2 r

r ln

t t l 2

Trong tính toán các vách trụ, người ta thường tính dòng nhiệt cho 1m

chiều dài của ống và kí hiệu ql

1 2

2 w 1 w l

d

d ln

t t 2 l

2 w 1 w l

d

d ln 2 1

t t q







0,5

Nội dung ý 4: Mật độ dòng nhiệt qua vách trụ nhiều lớp:

Trong kĩ thuật người ta thường gặp vách trụ nhiều lớp Giả sử vách trụ

1

2 1

ln 2

1

d

d q

t t

l

w w







2 3

2

3 2

ln 2

1

d

d q

t t

l

w w







3 4

3

4 3

ln 2

1

d

d q

t t

l

w w







0,5

Trang 16

3 2 3

2 1 2

1

ln

1 ln

1 2 1

4 1

d

d d

d

t t

Câu hỏi 2: Tường buồng lửa lò hơi xây bằng hai lớp:

Lớp gạch chịu lửa dày 1 = 125mm và lớp gạch đỏ dày 2 = 500mm

Nhiệt độ mặt trong và mặt ngoài của tường tw1=1100oC, tw3 = 50oC Hệ số

dẫn nhiệt của gạch chịu lửa 1 = 0,28 + 0,00023t W/m.độ, của gạch đỏ 2

1 1

3 w 1

w ttq

2 w 1 w 1

ttq

1 1

3 w 1

w tt

1 1

2 w 1

w tt

1

1 3

w 1 w 1

1

ttt

0028,

Thay vào phương trình trên ta có phương trình bậc 2 theo tw2

Nội dung ý 2: Xác định được tổn thất nhiệt q:

Giải ra ta có hai nghiệm, chỉ lấy nghiệm dương tw2 = 828 (oC)

1,5

Trang 17

Như vậy 0,5

2

8281100

00023,

0028,0

5,0

125,0

8281100

q

Câu hỏi 3: Chu trình động cơ đốt trong với sự cấp nhiệt đẳng áp Hãy xác

định:

a) Thông số trạng thái tại các điểm đặc trưng

b) Lượng nhiệt chất môi giới nhận vào và nhả ra

c) Công và hiệu suất nhiệt của chu trình

Nếu cho trước p1 = 1bar; t = 20oC;  = 12,7;  = 2; k = 1,4 Chất

môi giới là 1kg không khí, nhiệt dung riêng coi là hằng số

5

Đáp án

1,0

Nội dung ý 1: Chu trình động cơ đốt trong với sự cấp nhiệt đẳng áp:

Nội dung ý 2: Thông số trạng thái tại các điểm đặc trưng:

Điểm 1:

p1 = 1 bar; t1 = 20oC; 0,84

10.1

293.287p

84,0vv7,12v

2 2

Trang 18

,12.293v

vTTv

vT

1 k

2

1 1 2

1 k

2 1

810.287v

v

2 3

2,354,13

pp

4,13132

,0

84,0v

vp

4

4 , 1 k

3 4

2,26.293p

p.TTT

Tp

p

1

4 1 4 1

Tc

29

9,20T

Tc

q2  v 4  1    (kJ/kg)

1,0

Nội dung ý 7: Công và hiệu suất nhiệt của chu trình:

477341

818q

q

l 1  2    (kJ/kg)

%8,54548,0818

477q

lq

qq

1 1

2 1

Trang 19

ĐỀ SỐ 04

Câu hỏi 1: Nêu phương pháp tính mật độ dòng nhiệt qua vách phẳng một

Đáp án

0,5

Nội dung ý 1:

Nội dung ý 2: Cho một vách phẳng đồng chất, đẳng hướng như hình 1

Vách phẳng có: chiều dày  , chiều dài a, chiều rộng b, nhiệt độ hai mặt

vách tw1, tw2

Giả thiết -  = const

- tw1 > tw2

- a, b >> , do đó có thể bỏ qua nhiệt độ truyền qua mặt bên

- Mặt đẳng nhiệt là mặt vuông góc với trục x Xác định mật độ dòng nhiệt q hoặc dòng nhiệt Q

Trên khoảng cách x lấy một lớp có bề dày là dx, giới hạn bởi 2 mặt đẳng

nhiệt Theo định luật Furie ta có

q =

-dx

dtgradt 

Hình 1

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	559,86 KB
File đính kèm	De thi_Dap an mon Nhiet ky thuat.rar (476 KB)