De thi truyennhiet hkii 2010 2011

Đại Học Quốc Gia Tp. HCM
ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ II – NĂM HỌC
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA - Khoa CƠ
2010-2011
KHÍ
Môn Thi : Truyền Nhiệt và TB Trao
Bm Công Nghệ Nhiệt Lạnh
Đổi Nhiệt
Thời gian
:90 phút Ngày thi
GV ra đề
: 01.07.2011
-----    -----
Ghi chú: SV được sử dụng tài liệu
ThS. Võ Kiến Quốc

Bài 1: (4,5đ)
Một đường ống dẫn nước nóng làm bằng thép có đường kính trong là d1=100mm, đường kính ngồi
λ =46 W /(mK )

là d2=110mm, hệ số dẫn nhiệt của ống là 1
. Nước chảy trong ống có nhiệt độ trung bình
ω=1,5
m/s
0
là tf1=80 C, vận tốc nước là
. Bên ngồi ống có bọc một lớp cách nhiệt có chiều dày là
0
δ 2 =25 mm
t =45 C
. Nhiệt độ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt là w 3

. Nhiệt độ khơng khí xung quanh là
0
tf2=35 C. Ống đặt nằm ngang trong nhà xưởng, biết chiều dài ống là L=200m. Bỏ qua ảnh hưởng
của phương hướng dòng nhiệt. Hãy xác định
a. Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước chảy trong ống
b. Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của khơng khí bên ngồi ống
c. Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt
d. Hệ số truyền nhiệt kL
e. Độ chênh nhiệt độ nước vào và ra khỏi ống
Bài 2: (3đ)
Một vách phẳng được làm bằng 2 tấm kim loại đặt song song có diện tích là F=12m2. Nhiệt độ và
ε

độ đen của tấm thứ nhất là t1=1270C và 1 =0,8. Nhiệt độ của tấm thứ hai là t2=570C, nhiệt lượng
trao đổi bằng bức xạ giữa 2 tấm là 2,61kW. Hãy xác định
a. Độ đen của tấm thứ hai
ε c=

ε2

4 , hãy xác định nhiệt lượng trao đổi
b. Nếu giữa 2 tấm có đặt 2 màng chắn có cùng độ đen
bằng bức xạ giữa 2 tấm kim loại và nhiệt độ của 2 màng chắn

Bài 3: (2,5đ)
Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống lưu động ngược chiều có các thơng số như sau:
- Lưu chất nóng chuyển động bên trong ống có lưu lượng là G1=120kg/phút, nhiệt dung riêng
,
o
Cp1=3kJ/(kgK), nhiệt độ vào là t 1=95 C

-

Lưu chất lạnh là nước chuyển động bên trong khơng gian hình vành khăn giữa 2 ống có lưu
,
0
lượng là G2=180kg/phút, nhiệt độ vào là t 2=35 C

- Hiệu suất của thiết bị là ε =75 %
- Hệ số truyền nhiệt của thiết bị là k=1600W/(m2K)
Hãy xác định:
a. Diện tích truyền nhiệt của thiết bị theo 2 phương pháp ε −NTU và LMTD
b. Để tăng hiệu suất của thiết bị lên thì cần có những thay đổi nào?


Đáp án
Bài 1
a. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu về phía nước
o
 Nhiệt độ tính toán t f 1 =80 C

{λ=0,674W/(m.K)¿{ν=0,365.10 m/s¿{Prf=2,1¿{ρ=971,8kg/m¿
−6 2

3

 Tiêu chuẩn Reynolds
Re=

ω⋅δ
1,5×0,1

=
=410958 , 9
ν
0 ,365 . 10−6

 Tiêu chuẩn Nusselt
0,8

Nu=0 , 021⋅Re ⋅Pr

f

0 , 43⋅ε ℓ⋅ε R =914

,84

 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu

λ
0 , 674
α n =Nu× =914 , 84×
=6166 W /(m2 . K )
δ
0,1
b. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu về không khí
 Nhiệt độ tính toán

t m=

t f 2 +t w 3

2

=40 o C

−6 2
{
{λ=0,0276W/(m.K)¿ ν=16,69.10 m /s¿ ¿
 Tieâu chuẩn Grashof
Gr=

gβ . Δt . δ 3
=4608631
ν2

 Tiêu chuẩn Ra
Ra=Gr . Pr =3221433

 Tiêu chuẩn Nu
n

Nu=C . Ra =0 , 54 .3221433

0 , 25

=22 , 877

 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu

λ
0 , 0276

α kk =N =22 , 877×
=3 ,946 W /(m2 . K )
δ
0 , 16
c. Chiều dày lớp cách nhiệt
q l=α kk . d ng . π . ( tw 3 −t f 2 ) =3, 946 .3 ,14159 .0 ,16 . 10=19 ,836 W /m


q l=α n . d tr . π . ( t f 1 −t w 1 ) =

2 π ( t w1 −t w 2 )
d
1
ln 2
λ1 d 1

=

2 π ( t w 2 −t w3 )
d
1
ln 3
λ2 d 2

=

→ λ 2 =0 ,0338 W /mK

d. Hệ số truyền nhiệt kL
k L=

qL

19 , 836
=0 ,14 W /m2 K
π . Δt 3 , 14159. 45
=

e. Độ chênh nhiệt độ nước vào và ra
Δt =

−3

Q
19 ,836 . 200 .10
=
=0 ,0826 0 C
2
G .C p
π .0,1
1,5 .
. 971 ,8 . 4 ,195
4

Bài 2
a. Độ đen tấm kim loại thứ 2
Q=ε 12 .C 0 . F .
→ε 2 =0,3

[( ) ( ) ]

4

T1

−

100

T2

4

100

=2610 W →ε 12=0 ,279

b. Nhiệt lượng trao đổi giữa 2 vách
ε 12 =

1

1 4 1
+ + −3
ε1 ε c ε2

1

=

1

4
1
+
+
−3
0,8 0 , 075 0,3

Q=170,24W
Nhiệt độ màng chắn thứ nhất
Q=ε 1c1 . C 0 . F .
ε 1 c1 =0 , 0736

[( ) ( ) ]
T1

100

4

−

T c1

4

= 170 ,24 W

100

→t c 1=1130 C

Nhiệt độ màng chắn thứ hai
Q=ε c 22 . C 0 . F .
ε c 22 =0 , 06383

[( ) ( ) ]
T c2

100

4

−

T2

100

4

=170 , 24 W

→t c 2 =81 , 40 C

Bài 3:
a. Diện tích truyền nhiệt
Phương pháp

ε −NTU

C 1=G1 . C p1 =6 kW / K →Cmin
C 2=G2 . C p2 =12 , 54 kW /K →C max

=0 ,0182

2 π ( t w1 −t w 3 )

d
d
1
1
ln 2 + ln 3
λ1 d 1 λ2 d 2

=

π ( t f 1 −t w3 )

d
d
1
1
1
+
ln 2 +
ln 3
α n . d 1 2 λ1 d 1 2 λ2 d 2


Qmax =C min ( t ,1−t ,2 )=360 kW

→Q=ε. Qmax =270 kW
C=

C min
C max

NTU =

=0 , 47847

(

)

1
ε−1
k. F
ln
=1 , 80584=
→F=6 ,77 m2
C−1 ε . C−1
C min

Phương pháp LMTD
Q=G1 .C p 1 (t ,1 −t ,,1 )=G2 .C p 2 (t ,,2 −t ,2 )=270 kW

→t 1,,=50 0 C

→t 2,,=56 , 530 C

Δt max =95−56 ,53=38 , 470 C
Δt min =50−35=150 C
0

Δt =24 , 92 C

Q=k. F . Δt=270 kW → F=6, 77 m

2

b. Phương pháp tăng hiệu suất
-

Tăng diện tích của thiết bị bằng cách tăng chiều dài của thiết bị

-

Tăng hệ số truyền nhiệt của thiết bị