Đề kiểm tra giữa học kỳ I Truyền nhiệt và TB trao đổi nhiệt

Đề kiểm tra giữa học kỳ I Truyền nhiệt và TB trao đổi nhiệt gồm 3 đề thi cuối kỳ môn Truyền nhiệt và TB trao đổi nhiệt. Mỗi đề thi gồm hai phần đề thi và hướng dẫn giải, nội dung bám sát chương trình học, thuận tiện cho sinh viên học tập, ôn luyện kỹ năng trước khi thi.

Đại Học Quốc Gia Tp HCM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA Khoa CƠ KHÍ Bm Công Nghệ Nhiệt Lạnh ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ I — 2007/2008 Môn Học : Truyền Nhiệt TB Trao Đổi Nhiệt Thời gian : 50 phút Ngày KT : 31.10.2007 - W X - Ghi chú: SV sử dụng tài liệu Bài (5 điểm) Thanh nhôm có tiết diện không đổi hình vuông cạnh a = cm , chiều dài L = 25 cm gắn vào vách có nhiệt độ t g = 120o C Biết nhôm có hệ số dẫn nhiệt λ = 180 W (m.K) , không khí xung quanh có nhiệt độ t f = 40 o C , hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α = 25 W (m K) Khi tính toán bỏ qua tỏa nhiệt đỉnh Tính nhiệt lượng truyền qua nhiệt độ Thanh xem dài vô hạn nhiệt thừa đỉnh θ L ≤ 1,5o C Hãy xác định chiều dài tối thiểu để xem dài vô hạn Tính nhiệt lượng truyền qua Khi thiết kế có nên chọn làm việc điều kiện dài vô hạn không? Tại sao? Bài (5 điểm) Một ống thép đường kính d1 d = 100 114 mm , hệ số dẫn nhiệt λ t = 46,5 W (m.K) dẫn nước bão hòa có nhiệt độ t f1 = 160 o C đặt nhà xưởng có nhiệt độ t f = 30 o C Ống bọc cách nhiệt dày δ CN = 50 mm , hệ số dẫn nhiệt λ CN = 0,055 W (m.K) Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía không khí α = W (m K) Nhiệt độ đo mặt lớp cách nhiệt 42oC Tính nhiệt lượng tổn thất ứng với mét chiều dài ống q l [ W / m ] Xác định nhiệt độ tiếp xúc vách thép lớp cách nhiệt Ống có chiều dài L = 150 m , tính lượng nước ngưng tụ cuối đường ống Chủ nhiệm BM GV đề PGS TS Lê Chí Hiệp Nguyễn Toàn Phong Page of 31.10.2007 Bài giải Bài (5 điểm) Tính nhiệt lượng, nhiệt độ ủổnh ã Thoõng soỏ m .U 4 ì 25 = = = 5,27 λ.f λ.a 180 × 0,02 m.L = 1,3176 m= • Tiết diện dẫn nhiệt f = a = 0,02 × 0,02 = 4.10 −4 m • Nhiệt lượng truyền qua Q c = m.λ.f θo th (mL ) = 5,27 × 180 × 4.10 − × 80 × 0,866 = 26,3 W (1 điểm) • Nhiệt độ θ L = θo ⋅ ch(mL 2) 1,225 = 80 × = 49o C → t L = 89o C ch(mL) 2,001 (1 điểm) Chiều cao tối thiểu dài vô hạn Nhiệt lượng truyền qua • Chiều cao tối thiểu dài vô hạn θo ≤ 1,5o C ch (m.x ) arch(θo 1,5) →x≥ = 0,886 m = 88,6 cm m θx = (1 điểm) • Nhiệt lượng truyền qua Q c = m.λ.f θo = 5,27 × 180 × 4.10 −4 × 80 = 30,36 W (1 điểm) Chọn điều kiện làm việc (1 điểm) Page of 31.10.2007 Bài (5 điểm) Tổn thất nhiệt 1m chiều dài ống q l = α ⋅ Fl ⋅ (t w − t f ) (2 điểm) = × (π × 0,214) × (42 − 30) = 64,54 W m Nhiệt độ tiếp xúc t w2 − t w3 d ⋅ ln 2π.λ CN d2 d 214 64,54 ⋅ ln = 42 + × ln = 159,62 o C 114 2π × 0,055 d2 ql = → t w2 = t w3 + ql 2π.λ CN (2,5 điểm) Lượng nước ngưng tụ • n nhiệt hóa r = 2082 kJ kg • Tổng tổn thất nhiệt Q = L × q l = 150 × 64,54 = 9681 W • Lượng nước ngưng G= Q 9681 = = 4,65.10 −3 kg s = 16,74 kg h r 2082 Page of (0,5 điểm) 31.10.2007 Đại Học Quốc Gia Tp HCM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA Khoa CƠ KHÍ Bm Công Nghệ Nhiệt Lạnh ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ II — 2007/2008 Môn Học : Truyền Nhiệt TB Trao Đổi Nhiệt Thời gian : 45 phút Ngày KT : 25.03.2008 - W X - Ghi chú: SV sử dụng tài liệu Bài (6 điểm) ng dẫn nước có đường kính 38 mm, chiều dày mm thép có hệ số dẫn nhiệt λ th = 45 W (m.K) đặt môi trường không khí có nhiệt độ 35oC với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α ng = 20 W (m K) Nước nóng chảy ống có nhiệt độ trung bình 90oC với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α tr = 4000 W (m K) Hãy xác định Tổng nhiệt trở truyền nhiệt tổn thất nhiệt ứng với m chiều dài ống Tổn thất nhiệt bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt qua vách ống Nhận xét ng bọc cách nhiệt vật liệu có hệ số dẫn nhiệt λ CN = 0,055 W (m.K) daøy δCN = 30 mm ; Giả sử hệ số trao đổi nhiệt đối lưu bề mặt không thay đổi Xác định phần trăm tổn thất nhiệt giảm so với trường hợp không bọc cách nhiệt Bài (4 điểm) Thanh trụ có đường kính 2,5 cm làm nhôm có hệ số dẫn nhiệt λ = 237 W (m.K) đặt môi trường không khí có nhiệt độ 35oC với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu bề mặt α = 40 W (m K) Một đầu gắn vào vách có nhiệt độ t g = 100 o C Khi tính toán bỏ qua tỏa nhiệt đỉnh Xác định chiều dài nhiệt lượng tỏa 81% so với trường hợp dài vô hạn Xác định nhiệt lượng dẫn qua thanh, nhiệt độ bao nhiêu? Tại tính tỏa nhiệt qua thường bỏ qua tỏa nhiệt đỉnh? Việc ảnh hưởng đến kết tính nào? Giải thích? GV duyệt GV đề TS Nguyễn Văn Tuyên Nguyễn Toàn Phong Page of 25.03.2008 Bài giải Bài (6 điểm) Tổn thất nhiệt ứng với m ống • Hệ số truyền nhiệt nhiệt trở kl = = RΣ 2π 1 r + ⋅ ln + r1 ⋅ α tr λ th r1 r2 ⋅ α ng 2π = 2,622 W (m.K) 1 42 + ⋅ ln + 0,019 × 4000 45 38 0,021 × 20 R Σ = 0,3814 (m.K) W = • Tổn thất nhiệt ứng với m ống q l = k l ⋅ (t f1 − t f ) = 2,622 × (90 − 35) = 144,21 W m (2 điểm) Bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt kl = = RΣ 2π 1 + r1 ⋅ α tr r2 ⋅ α ng 2π = 2,624 W (m.K) 1 + 0,019 × 4000 0,021 × 20 q l = k l ⋅ (t f1 − t f ) = 2,624 × (90 − 35) = 144,34 W m = (2 điểm) Lượng nhiệt giảm bọc cách nhieät kl = = = RΣ 2π r 1 r 1 + ⋅ ln + ⋅ ln + r1 ⋅ α tr λ th r1 λ CN r2 r3 ⋅ α ng 2π 1 42 102 + ⋅ ln + ⋅ ln + 0,019 × 4000 45 38 0,055 42 0,051 × 20 = 0,367 W (m.K) q' l = k l ⋅ (t f − t f ) = 0,367 ì (90 35) = 20,17 W m ã Tổn thất nhiệt giảm q l − q'l 144,21 − 20,17 = = 86% ql 144,21 Page of (2 điểm) 25.03.2008 Bài (4 điểm) Xác định chiều dài • Thông số m= α.U 4⋅α × 40 = = = 5,196 λ.f λ.d 237 × 0,025 • Chiều dài Q c = λ ⋅ f ⋅ m ⋅ θg ⋅ th(m.L)⎫ Qc = th(m.L) = 81% ⎬→ Q ∞ = λ ⋅ f ⋅ m ⋅ θg Q ∞ ⎭ L= arth(0,81) 1,127 = = 0,217 m m 5,196 (1,5 điểm) Nhiệt độ f = π.d = 4,9087.10 −4 m Q c = λ ⋅ f ⋅ m ⋅ θg ⋅ th(m.L) = 237 × 4,9.10 −4 × 5,2 × 65 × 0,81 = 31,83 W θL = θg ⋅ 1,163 ch(mL ) = 65 × = 44,34 o C 1,705 ch(mL ) (2 điểm) o → t L = 79,34 C Giải thích (0,5 điểm) Page of 25.03.2008 Đại Học Quốc Gia Tp HCM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA Khoa CƠ KHÍ Bm Công Nghệ Nhiệt Lạnh ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ I — 2008/2009 Môn Học : Truyền Nhiệt Thời gian : 45 phút Ngày KT : 20.10.2008 -    - Ghi chú: SV sử dụng tài liệu Bài (5 điểm) Cánh tam giác thép có hệ số dẫn nhiệt   52 W (m.K ) , chieàu cao H  35 mm , chiều dày chân cánh   10 mm gắn dọc theo chiều dài vách có nhiệt độ t g  120 o C Vách có kích thước dài  rộng  800  500 mm, không khí xung quanh có nhiệt độ t f  35o C , hệ số trao đổi nhiệt đối lưu   25 W (m K) Bằng phương pháp hiệu suất xác định nhiệt lượng truyền qua cánh Nếu cánh gắn lên vách với bước S  25 mm, xác định nhiệt lượng truyền qua vách Bài (5 điểm) Một ống thép trao đổi nhiệt có đường kính 27 31 mm, hệ số dẫn nhiệt  t  46,5 W (m.K) Nước chảy ống có nhiệt độ trung bình t f  130 o C , hệ số trao đổi nhiệt đối lưu  tr  6000 W (m K ) Khói lưu động bên có nhiệt độ trung bình t f  450 o C hệ số trao đổi nhiệt đối löu  ng  125 W (m K ) Tính nhiệt lượng trao đổi ứng với mét chiều dài ống q  [ W / m ] Sau thời gian vận hành ống bị bám cáu nên suất trao đổi nhiệt giảm 85% (so với chưa bám cáu phía nước) Giả thiết thông số cho giữ không đổi bỏ qua ảnh hưởng bề dày lớp cáu tới nhiệt trở phía nước Hãy xác định chiều dày lớp cáu hệ số dẫn nhiệt cáu  c  0,3 W (m.K ) Duyệt GV đề TS Nguyễn Văn Tuyên Nguyễn Toàn Phong Page of October 22, 2008 Bài giải Bài (5 điểm) Nhiệt lượng truyền qua cánh  Hiệu suất cánh 1 fp     H   10  35.10 6  1,75.10 4 m 2 12     H 3c      f p    c  96% 12 25    0,035   4   52  1,75.10  32  0,343  Nhiệt lượng cánh lý tưởng a  52  352   35,355mm 12 Fc   a  L   35,355  800.10 6  0,05659 m Q lt    Fc  g  25  0,05659  120  35  120,208 W  Nhiệt lượng truyền qua cánh thực tế Q1c  c  Q lt  0,96  120,208  115,4 W Nhieät lượng truyền qua bề mặt 500  20 cánh 25 Q oc    S     L g n  25  25  10   800.10 6  85  25,5 W Q"  n  Q1c  Q oc   20  115,4  25,5  2818 W Page of October 22, 2008 Bài (5 điểm) Nhiệt lượng trao đổi 1m chiều dài ống k   1 d   ln  d1   tr 2. t d1 d   ng   1 31   ln  0,027  6000  46,5 27 0,031  125 q   k   t f  t f   3783,3 W m  11,8228 W m.K  Trường hợp có bám cáu  Hệ số truyền nhiệt bám cáu k'  0,85  11,8228  10,0494 W m.K   Nhieät trở lớp cáu Rc  1 1     0,014926 m.k  W k' k  10,0494 11,8228  Chiều dày cáu Rc  d  ln 2. c dc  d c  d1  e 2 .c Rc  27  exp 2  0,3  0,014926   26,25 mm   c  0,5  27  26,25  0,3745 mm Page of October 22, 2008 ... (0,5 ? ?i? ??m) 31.10.2007 Đ? ?i Học Quốc Gia Tp HCM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA Khoa CƠ KHÍ Bm Công Nghệ Nhiệt Lạnh ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ II — 2007/2008 Môn Học : Truyền Nhiệt TB Trao Đ? ?i Nhiệt Th? ?i gian :... số trao đ? ?i nhiệt đ? ?i lưu  tr  6000 W (m K ) Kh? ?i lưu động bên có nhiệt độ trung bình t f  450 o C hệ số trao đ? ?i nhiệt đ? ?i lưu  ng  125 W (m K ) Tính nhiệt lượng trao đ? ?i ứng v? ?i mét chiều... C Gi? ?i thích (0,5 ? ?i? ??m) Page of 25.03.2008 Đ? ?i Học Quốc Gia Tp HCM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA Khoa CƠ KHÍ Bm Công Nghệ Nhiệt Lạnh ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ I — 2008/2009 Môn Học : Truyền Nhiệt Th? ?i gian