BAITAPTRUYENNHIET (NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC)

.
.


-

.

.


 

VD7-1: Bức tường một phịng có chiều cao 3,3 m, rộng 5 m có 2 lớp. lớp ngồi gạch trát vữa dày 250 mm, lớp trong bằng gỗ
0
dày 10 mm, hệ sô dẫn nhiệt lần lượt là 0,7 W/mK và 0,4 W/mK. Nếu biết nhiệt độ mặt tường phía ngồi cùng bằng 40 C và phía
0
bên trong cùng là 27 C thì lượng nhiệt truyền xuyên qua tường vào trong nhà là bao nhiêu? (chú ý: ở loại bài toán này, các

-

.

thơng số cho trước: kích thước tường dài rộng, dày, hệ số dẫn nhiệt,. nhiệt độ 2 bề mặt tường)
Giải
1.Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường:
q= = 34 W/m

2

2. Nhiệt lượng truyền qua tường:

Q= q.F = 34. (3,3. 5) = 561 W
3. Tính nhiệt độ bề mặt tiếp xúc giữa 2 lớp:

q = -> tw2 = tw1- q = 40 – 34 = 27,850C .


0
VD7-2:Tường xây bằng gạch dày 30cm, hệ số dẫn nhiệt bằng 2 W/m.K, nhiệt độ bề mặt ngoài là 38 C,bề mặt trong

.

0
là 28 C.Coi nhiệt độ mặt ngoài- và hệ số dẫn nhiệt là không đổi. Nếu chiều dày tường chỉ là 20 cm, còn tổn thất vẫn
.
như củ thì nhiệt độ bề mặt trong là bao nhiêu?
Giải

 

1.Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường khi chưa thay đổi:
q = (tw1- tw2) / (/λ) = (38-28)/(0,3/2) = 66,7 W/m

2

2. Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường trong 2 trường hợp
là bằng nhau:
q = (tw1 - t’w2) /(δ’/λ) = (tw1 - tw2) / (δ/λ)
o
t’w2= tw1 + q /(δ’/λ) = 38 – 66,7(0,2/2) = 31,3 C

 

VD7-3: Vách trụ hai lớp có đường kính d1= 100 mm, d2= 200 mm và d3= 300 mm. Hệ số dẫn nhiệt tương ứng là 3 W/m.K và 7
0
0
W/m.K. Biết nhiệt độ bề mặt lớp ngoài cùng là tw3=150 C, nhiệt độ mặt trong cùng tw1 = 350 C. Tính mật độ dòng nhiệt dài,
.
nhiêt độ bề mặt tiếp xúc tw2 và nhiệt lượng truyền qua vách khi cho chiều
dài vách là 10m.

.

Giải: 1.Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách:

ql = = 4346,4 W/m;
2. nhiêt độ bề mặt tiếp xúc tw2
tw2 = tw1 –

ql

= 190C

3. nhiệt lượng truyền qua vách
Q = LqL = 10 x 4346,4 =43464 W


 

VD7-4: Vách trụ hai lớp có đường kính d1= 100 mm, d2= 200 mm và d3= 300 mm. Hệ số dẫn nhiệt tương ứng là 0,3 W/m.K và

0
0
0,7 W/m.K. Biết nhiệt độ tiếp xúc giữa lớp 1 và lớp 2 là t 2 = 350 C, nhiệt độ bề mặt lớp ngoài cùng là t 3w3=180 C. Xác định nhiệt
.
độ mặt trong cùng tw1

.

Giải: 1.Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách:

ql = =
ql = == 1843 W/m;
ql= = 1843 W/m
2. Xác định nhiệt độ mặt trong cùng:

0
tw1=1843.( )+tw3=1843.+180 =1028 C


-

.

.


 VD7-5:

Một ống thẳng có đường kính d=15 mm, dài 2 m, tốc độ nước chảy trong ống

0
= 2 m/s. Nhiệt độ trung bình của nước tf = 30 C, nhiệt độ bề mặt vách ống
0
tw = 100 C. Tính hệ số truyền nhiệt đối -lưu và nhiệt lượng trao đổi trong q trình.
.

.

Giải.
o
1.Các thơng số của nước ứng với nhiệt độ tf=30 C là
λf = 0.618 W/m.K,
-6 2
νf = 0.805.10 m /s, Prf = 5.42, Prw = 1.75.
-6
4
4
2.Tìm Ref = d/νf = 2.0,015 / 0.0805.10 = 3,72.10 > 10
2. Như vậy chế độ chảy rối, có phương trình tiêu chuẩn:
0.8 0.43
0.25
 Nuf = 0.021Ref
Prf
(Prf/Prw)
εlεR
εl=1 do L/d =2/0.015 > 50 ; εR=1 do ống thẳng
4.Thay số vào ta có:
4 0.8
0.43
0.25

Nuf= 0.021.(3,72.10 )
(5,42)
(5.42/1.75)
.1.1 = 236,5
2
α = Nufλ/d=236,5.0,618/0.015 = 9743,8 W/m .K
3. Tính nhiệt lượng truyền trong quá trình


 

VD7-6: Một bộ sấy khơng khí bố tri như hình vẻ. Bao gồm 4 hang dọc và 4 dãy ngang. Dường kính ngồi ống d =38 mm, bước ống s 1= s2 =2,5
0
0
0(
d. tốc độ dịng khí tại tiết diên hẹp nhất là 8 m/s, nhiệt độ khơng khí t f = 30 C và mặt ngoài ống là 50 C, góc va 90 = 1). Tính hệ số tỏa nhiệt

.

trung bình của chùm ống.
Giải

0
-2
-6 2
Tra bảng tf =50 C:λf = 2,83.10 W/mK; vf =17,95.10 m /s; Prf = 0,698
không khi prf thay đổi rất nhỏ.
3
3
Tính Ref = = = 16,9.10 > 10 - chảy rối

Cơng thức tính cho hàng >=3
Nuf =0,22Ref

0,65

Prf

0,36

2
= 108 = 80,4 W/m K
2
ch = = 70,34W/m K

3 0,65
0,36
0,22.(16,9.10 )
.(0,698)
.1=108

.



2
0
0
VD7-7: Một phịng diện tích 5 m có trần nhà ở nhiệt độ 28 C, sàn nhà có nhiệt độ không đổi 20 C. Bốn bức tường
 

xung quanh được cách nhiệt lý tưởng. Độ đen trần nhà 0,62, độ đen của sàn nhà 0,75. Hãy tính lượng nhiệt trao đổi

bằng bức xạ giữa trần nhà và sàn nhà
Giải
1.Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách:
4
4
q= [(T1/100) –(T2/100) ]
4
4
2
q= [(301/100) –(293/100) ] =122,14 W/m
2.Nhiệt lượng trao đổi:
Q=q.F
Q =122,14. 5 = 610,7 W

.

.


 

VD7-8: Có hai tấm phẳng đặt song song,tấm thứ nhất có nhiệt độ t = 673C, độ đen ε1= 0,9, tấm thứ hai có t2= 127C, độ đen ε2=0,5. Tính nhiệt lượng trao
2
đổi nhiệt bức xạ khi cho biết diện tích của hai bề mặt nhau và bằng 5m , trong hai trường hợp:

-

1.Giữa hai tấm khơng có màn chắn

2.Giữa hai tấm có một màn chắn có độ đen là 0,05.
Bài giải:
1.Giữa hai tấm khơng có màn chắn
T==t1+273=627+273=900 K
T2=t=+273=127+273=400 K
q12 =(- (] =(- (]=17023,5 W/m2
Q12=q12.F=1778,6 .5=8893 W
\

.

.


 

2.Giữa hai tấm có một màn chắn có độ đen là 0,05.
q12m =(- (]

-

.

.

q12m =(- (]=891,5W
Q12 = q12m.F=891,5.5=4475,5 W
So sánh : = =19,1
Như vậy khi sử dụng một màn chắn có độ đen là 0,05 thì nhiệt bức xa giảm đi gần 20 lần.

0
VD7-10:Xác định tổn thất nhiệt do bức xạ từ bề mặt một ống thép có đường kính 0,07m, dài 3m, độ đen bề mặt là 0,9, nhiệt độ bề mặt là 327 C, trong hai
 

trường hợp:

-

0
1.Ống đặt trong phòng rộng, nhiệt độ vách phòng là 27 C.

.

.

2.Ống đặt trong cống gạch có kích thước 0,5x0,5m, độ đen bề mặt là 0,5, nhiệt độ bề mặt là 27C.
Bài giải:
0
1.Ống đặt trong phịng rộng, nhiệt độ vách phịng là 27 C.
Cơng thức tính nhiệt lượng trao đổi bức xạ nhiệt:
Q12 = ε1 F1. C0(- (]
Diện tích bề mặt ống hơi: F1=3,14. 0,07. 3= 0,66m
Thay số:Q12 = 0,9. 0,66. 5,67(- (]= 4088,4 W

2


 

2.Ống đặt trong cống gạch có kích thước có kích thước 0,5x0,5m, độ đen bề mặt là 0,5, nhiệt độ bề mặt là 27C.

-

Diện tích bề mặt trong của cống: F2=0,5.3.4= 6m

2

Cơng thức tính:Q12 = εqd F1C0(- (]
Diện tích bề mặt trong của cống: F2=0,5.3.4= 6m

2

Độ đen qui dẫn:
εqd = = = 0,82
Q12 = 0,82. 0,66. 5,67(- (]
Nhiệt lượng trao đổi:Q12 = 0,82. 0,66. 5,67(- (]= 3728 W

.

.


2
VD7-9: Một bề mặt có độ đen 0.8.Năng suất bức xạ của .bề mặt đo được là 4000 W/m ,năng suất bức xạ đi tới

 

2
bề mặt là 5800 W/m .Tính nhiệt độ bề mặt.

-

Giải

.

1.Năng suất bức xạ bề mặt đo được là năng suất bức xạ hiệu dụng
EHD = 4000 W/m

2

-Năng suất bức xạ đi tới Et= 5800 W/m

2

A=ε
2.Tính năng suất bức xạ riêng
EHD = E + (1- ε)Et
E = EHD- (1- ε)Et= 4000 - (1- 0.8) 5800 = 2840 W/m

2

3.Tính nhiệt độ bề mặt vật
4
E= C0(T/100)
0.25
0,25
T= (E/ε C0 )
100 = (2840/0.8 x 5.67)

.100 = 500 K


BT 7-1: Có một vách phẳng làm bằng thép có chiều dày là 20 mm, hệ số dẫn nhiệt là 50 W/mK, nhiệt độ 2 mặt vách
0
0
2
là tw1 = 80 C và tw2 = 20 C, diện tích bề mặt F = 5 m .

-

Tính nhiệt lượng truyền qua vách?

.

.
BT 7- 2: Có một vách trụ, đường kính trong là 0,5m, chiều
dày là 20 mm, vật liệu là thép có hệ số dẫn nhiệt là 50
0
0
W/mK, nhiệt độ 2 mặt vách là tw1 = 80 C và tw2 = 20 C, chiều dài vách L = 5 m.
- Tính nhiệt lượng truyền qua vách?


 

.
BT 7-3: Một ống thẳng có đường kính d = 50 mm, dài 20 m, tốc độ khơng khí

chảy trong ống =10 m/s. Nhiệt độ trung bình

0
0
của khơng khí tf = 140 C, nhiệt độ bề mặt vách ống t w = 40 C. Tính hệ số tỏa nhiệt và nhiệt lượng truyền từ khơng khí đến
vách ống.

.

.
BT 7-4: Xác định hệ số toả nhiệt từ bề mặt tấm phẳng có chiều cao H = 2 m đặt thẳng đứng trong mơi trường khơng khí, từ đó
0
xác định mật độ dòng nhiệt bức xạ từ bề mặt tấm phẵng ra môi trường. Cho biết nhiệt độ bề mặt tấm là 100 C và môi trường
0
là 20 C.

BT 7-5: Một bộ sấy khơng khí bố tri như hình vẻ. Bao gồm 5 hàng dọc và 4 dãy
.
ngang.
Đường kính ngồi ống d = 40 mm, bước ống s 1= s2 = 3 d. tốc độ dịng khí tại
0
0
tiết diên hẹp nhất là 10 m/s, nhiệt độ khơng khí t f = 30 C và mặt ngồi ống là 50 C,
0
góc va 90 . Tính hệ số tỏa nhiệt trung bình của chùm ống.


.
2
0
0

BT 7-6: Một phịng diện tích 5m có trần nhà ở nhiệt độ 50 C, sàn nhà có nhiệt độ không đổi 20 C. Bốn bức tường xung

.

quanh được cách nhiệt lý tưởng. Độ đen trần nhà 0,6, độ đen của sàn nhà 0,7. Hãy tính lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ
.
giữa trần nhà và sàn nhà.
BT 7-7: Hai hình hộp lập phương có cạnh 5 cm và 20 cm
bao bọc nhau. Bề mặt trong của hộp ngồi có độ đen 0,5
0
và nhiệt đơ 100 C. Mặt ngồi của hộp trong có độ đen 0,4
0
và nhiệt độ 700 C. Tính nhiệt lượng trao đổi bức xạ.
BT 7-8: Theo hình vẻ P3-53 hãy tính nhiêt độ tại các
điểm 1,2 bằng phương pháp số. Cho biết nhiệt độ 3 bề
mặt như trong hình vẻ là khơng thay đổi đối với các điểm
0
0
trên bề mặt đó, bề mặt đứng bên phải có t3 = 400 C, t4 = 300 C.


 

VD 8-1: Bức tường một phịng có chiều cao 3,3 m, rộng 5 m có 2 lớp. Lớp ngồi bằng gạch dày 250 mm, lớp
trong gỗ dày 10 mm, hệ số dẫn nhiệt lần lượt là 0,7 W/mK và 0,4 W/mK. Mặt bên ngồi tường có hệ số tỏa nhiệt

.

2
2

0
200 W/m K và mặt trong tường -10 W/m K. Nếu biết nhiệt độ
. của mơi trường phía bên ngồi tường bằng 40 C và
0
phía bên trong tường là 27 C cần tính lượng nhiệt truyền xuyên qua tường vào trong nhà và nhiệt độ bề mặt
vách trong và vách ngoài của tường?
Giải
1.Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường:
q= = 26,7 W/m

2

2. Nhiệt lượng truyền qua tường: Q= q.F = 26,69. 3,3. 5 = 440,385 W
3. Nhiệt độ bề bề mặt vách trong: tw1 = tf1 – q. = 40 – 26,7. = 39,8 C
4. Nhiệt độ bề mặt vách ngoài: tw2 = tf2 + q. = 27 + 26,7. = 29,7 C


2
8-2: Có một vách phẳng bằng thép có chiều dày 10 mm, hệ số dẫn nhiệt là 50 W/m.K, hệ số tỏa nhiệt là α1 = 220 W/m .K và
2
2
α2 =12 W/m .K, nhiệt độ chất lỏng nóng tf1=75 và chất lỏng lạnh tf2=15,diện tích bề mặt F = 2 m .
.
-Tính nhiệt lượng truyền qua vách.
 VD

-

.

-Nếu cần tăng nhiệt lượng truyền qua vách thì làm cánh về phía vách nào, cho biết hệ số cánh β= F2/F1= 13 thì nhiệt lượng khi
có cánh tăng lên bao nhiêu lần?
Giải
1.Khi vách không làm cánh
Q = kF(tf1 - tf2)
K=

= = 11,3 W/m2-K

Q =11,3. 2. (75-15) =1356 W
2.Khi làm cánh - Làm cánh để tăng Q, làm cánh ở mặt có hệ số tỏa nhiệt nhỏ
Qc= F1. = =10169,5 W
Qc/Q = 10169,5/1356 = 7,5


 VD

8-3: Một ống dẫn hơi, ống thép bên trong và bên ngồi có lớp cách nhiệt, có đường kính d1= 0,2 m, d2= 0,216 m và d3= 0,456 m. Hệ số
0
dẫn nhiệt tương ứng là 46 W/m.K và 0,116 W/m.K. ống thẳng, dài 5 m. Nhiệt độ và hệ số tỏa nhiệt của hơi nước trong ống t f1= 300 C, 1=

.

2
0
116 W/m .K và của khơng khí bên ngồi tf2 =- 25 C; = 10 W/m2.K. Tính hệ
. số truyền nhiệt dài, nhiệt lượng truyền trong quá trình và nhiệt độ
2 bề mặt vách.
Giải.
1.Cơng thức tính nhiệt lượng truyền qua vách: Q = q l L = kL(tf1 –tf2)L

kL = = = 0,9 W/m.K
2. Q = 0,9 (300 -25).5 = 247,5. 5= 1237,5 W.
3.Nhiệt độ 2 bề mặt vách.
0
0
tw1= tf1 – ql = 300 – 0,9 = 300 C; tw2= tf2 + ql = 30 + 0,9 = 42 C


 

VD8-4: Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu, nhiêt lượng khi sôi bọt. và lượng hơi sinh ra trong 1 giờ. Cho biết bề mặt
2
0
đốt có diện tích F= 5m , nhiệt độ tw= 156 C, hơi nước ngưng tụ có áp suất sơi ps = 4,5 bar,
-

.

Giai:
0
ps = 4,5 bar-> ts =148 C, r = (hg –hf) = (2743.9- 623,25) = 2121 kJ/ kg.
0
Δt= tw –ts = 156 - 148 = 8 C
0.5 2.33
Công thức : = 45,3 p Δt
= 45,3 . 4,5

0,5

.8

2,33

2
= 12215,3 W/m .K

Q = α F(tw - ts) = 12215,3. 5. (156 - 148) = 488612 W
Lượng hơi sinh ra trong 1 h:
m = 0,23 kg/s = 829,3 kg/h


.
VD 8-5: Xác định hệ số tỏa nhiêt , nhiêt lượng tỏa ra khi ngưng
màng của hơi nước bảo hòa, có p s=0,04 bar. Cho bề mặt
0
ngưng là 1 ống thẳng đứng có d = 30 mm, H = 3m, tw = 11 C.
0
Giải: 1. Ông đứng: ps = 0,04 bar-> ts = 29 C, r = (hg –hf) = 2433 kJ/ kg.
0
0
Δt = tw – ts = 29 – 11 = 18 C; tm = 0,5( 29 +11) = 20 C-> A = 120 (bảng)
2
Công thức : α = 2,04A => α = 2,04.120 = 3566,5 W/ m K
 

.

Nhiệt lượng nhã khi ngưng tụ: Q = α F(tw- ts) = 3566,5. (3,14. 0,03. 3).18 = 18142 W
3

Lượng nước ngưng sinh ra trong 1 h: m = 18142.3600 /2433.10 = 26,844 kg/h
2.Trường hợp các thông số như trên nhưng ngưng tu bên ngoài ống nằm ngang:
2
Ống nằm ngang : α = 1,28A = 1,28.120 = 7077 W/m K
Nhiệt lượng nhã khi ngưng tụ: Q= α F(tw- ts) = 7077.0,283.18 = 3600W


.

 

BT 8-1: Có một q trình truyền nhiệt qua vách phẵng 2 lớp. Cho biết vách có chiều dày 2 lớp lần lượt 10 mm và 20 mm,
2
hệ số dẫn nhiệt là 1= 50 W/mK và 2=0,5 mm, hệ số truyền nhiệt đối lưu 2 bề mặt là α1 = 220 W/m K và α2 = 20
.
2
0
0
2
W/m K, nhiệt độ chất lỏng nóng tf1 = 90 C và chất lỏng lạnh tf2 = 30 C, diện tích bề mặt F = 4 m .
- Tính nhiệt lượng truyền qua vách?

-

Tính nhiệt độ hai bề mặt vách và nhiệt độ bề mặt tiếp xúc giữa 2 lớp?

BT 8- 2: Có một ống dẫn hơi nước là vách trụ 2 lớp. Cho biết ống làm bằng thép bên trong có chiều dày là 5 mm, hệ số
dẫn nhiệt là 50 W/mK, lớp cách nhiệt bên ngồi có chiều dày là 50 mm, hệ số dẫn nhiệt là 0,5 W/mK. Hệ số tỏa nhiệt 2 bề
2
2

0
0
mặt là α1 = 220 W/m K và α2 = 12W/m K, nhiệt độ hơi tf1 = 140 C và khơng khí bên ngồi tf2 = 30 C, chiều dài ống L
= 20 m.
- Tính nhiệt lượng truyền qua vách?

-

Tính nhiệt độ hai bề mặt vách?