bài tập phần đối lưu cưỡng bức

Bài 1 (10.14)
Dầu máy biến áp chảy trong ống d = 10 mm, t
f
’= 80
o
C, t
f
’’= 40
o
C, với lưu
lượng G = 120 kg/h. Nhiệt độ bề mặt ống t
w
= 30
o
C,
- Tính chiều dài ống L.
- Tính Q của 5 ống (song song).
Nhiệt độ trung bình của dầu:
t
f
= 0,5 (t
f
’+ t
f
’’) = 0,5 (80 + 40) = 60
o
C
Tra thông số vật lý của dầu máy biến áp ở 60
o
C (PL Bảng 24):
3

856 m/kg=ρ
c
p
= 1, 905 kJ/kgK
mKW,10720=λ
sm ,
2
6
10765
−
×=ν
β = 7,1.10
-4
1/K
887,Pr
f
=
202=
w
Pr
Giải:
Tốc độ dầu chảy trong ống
=
ρπ
==
2
4
d
G
F

V
w
s/m,
,
4960
0108563600
1204
2
=
⋅π⋅⋅
⋅
;
;
;
;;
Tiêu chuẩn Reynolds:
=
ν
ω
=
f
f
d
Re
858
10765
0104960
6
=
×

×
−
,
,,
Vì Re
f
< 2200 : chảy tầng
()
()
56254
10765
30600101017819
2
6
34
,
,
,,,
=
⋅
−⋅⋅⋅
−
−
PTTC khi chảy tầng, giả thiết L/d ≥ 50 :
25,0
w
f
1,0
f
43,0

f
33,0
ff
Pr
Pr
GrPrRe15,0Nu
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
5818
202
887
56264887858150
250
10430330
,
,
,,,
,
,,,
=
⎟
⎠
⎞

⎜
⎝
⎛
⋅⋅⋅=
Hệ số tỏa nhiệt:
=
λ
=α
d
Nu
f
f
KmW ,
,
,
,
2
1199
010
10720
5818 =
()
=
ν
−β
=
2
3
wf
ttdg

Gr
Nhiệt lượng dầu nhả
ra trong 1 ống:
Q
1
= Gc
p
(t
f
’ – t
f
’’) =
()
kW,, 54240809051
3600
120
=−⋅
Từ PT: Q
1
= απdL(t
f
–t
w
)
¾ Chiều dài ống
Suy ra
()
=
−απ
=

wf
ttd
Q
L
1
()
m,
,,
5413
30600101199
2540
=
−⋅π⋅
Kiểm tra
50
,
,
d
L
>== 1354
010
5413
do đó hệ số ε
l
= 1.
 Năng suất của thiết bò có 05 ống:
Q = nQ
1
= 5 x 2,54 = 12,7 kW
BÌNH NGÖNG

 Bài 2: Bình ngưng có 150 ống (song song), đường kính trong d = 20 mm.
Lưu lượng nước vào bình G = 84 kg/s, t
f
’= 30
o
C, t
f
’’= 50
o
C. Nhiệt độ trung
bình BM ống t
w
= 70
o
C.
- Tính hệ số tỏa nhiệt α trong ống.
-TínhL mỗi ống.
a) Hệ số toả nhiệt α
Nhiệt độ trung bình của nước:
t
f
= 0,5(30 + 50) = 40
o
C
ρ = 992,2 kg/m
3
; c
p
= 4,174 kJ/kgK ; λ = 63,5.10
-2

W/mK
ν = 0,659.10
-6
m
2
/s ; Pr
f
= 4,31 ; Pr
w
= 2,55
TSVL
Giải:
Tốc độ nước chuyển động trong ống
=
ρπ
=
nd
G
w
2
4
s/m,
,,
81
1500202992
844
2
=
⋅⋅π⋅
⋅

=
ν
=
wd
Re
f
4
6
1054628
106590
02081
>=
⋅
⋅
−
,
,,
Giả thiết L/d > 50 -> ε
l
= 1
PTTC có dạng:
250
43080
0210
,
w
f
,
f
,

ff
Pr
Pr
PrRe,Nu
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
58276
552
314
314546280210
250
43080
,
,
,
,,
,
,,
=
⎟
⎠
⎞
⎜

⎝
⎛
⋅=
=
λ
=α
d
Nu
f
Km/W,
,
,
,
2
2
58781
020
10563
58276 =
⋅
−
b) Nhiệt lượng nước nhận được
Q = Gc
p
(t
f
’’ – t
f
’) =
Chiều dài mỗi ống

tdn
Q
L
Δαπ
=
()
m,
,,
8252
407002058781150
107012
3
=
−⋅π⋅⋅
⋅
=
Kiểm tra lại giả thiết L/d = 2,825/0,02 = 141 > 50: thoả mãn
84 x 4,174(50 – 30) = 7012 kW
 Bài 3: (như 10.23)
Khói chuyển động trong ống (0,4 x 0,8) m, L = 10 m. Lưu lượng G = 4,8
kg/s, nhiệt độ trung bình t
f
= 300
o
C.
Tính hệ số tỏa nhiệt α . Xem Pr
f
= Pr
w
.

KTXĐ: Þ tương đương
U
F4
d
tđ
=
()
m,
,,
,,
5330
80402
80404
=
+
⋅
⋅
=
Khi t
f
= 300
o
C, TSVL của khói (PL B. 23)
TSVL: ρ = 0,617 kg/m
3
; λ = 4,84.10
-2
W/mK ;
ν = 45,81.10
-6

m
2
/s; Pr = 0,65
Tốc độ khói trong ống
F
G
F
V
w
ρ
==
s/m,
,,,
,
324
80406170
84
=
⋅⋅
=
f
f
d
Re
ν
ω
=
4
6
10282730

108145
5330324
>=
⋅
⋅
=
−
,
,,
Giải:
Chế độ chảy rối
PTTC:
l
,
w
f
,
f
,
ff
Pr
Pr
PrRe,Nu ε
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝

⎛
=
250
430800
0210
= 0,021.282730
0,8
.0,65
0,43
.1,05 = 420
Vì
718
5330
10
,
,d
L
==
nên hệ số ε
l
= 1,05 (Bảng 8.1)
Do đó
d
Nu
f
f
λ
=α
KmW ,
,

,
2
138
5330
2
10844
420 =
−
⋅
=
Bài 4: (như 10.37)
Ống dẫn khí nóng d = 500 mm, đặt ngoài trời, gió thổi ω = 2 m/s xiên góc
60
o
. Nhiệt độ môi trường t
f
= 30
o
C, nhiệt độ BM ống t
w
= 470
o
C. Tính tổn thất
nhiệt /1 m ống.
KmW,
f
2
1072
−
×=λ

sm
2
f
6
1016
−
×=ν
7010,Pr
f
=
f
f
d
Re
ν
ω
=
4
10256
6
1016
502
⋅=
−
×
⋅
= ,
,
Đối với không khí, khi Re > 10
3

ψ
ε=
60
2450
,
Re,Nu
(
)
86171930102562450
60
4
,,,,
,
=⋅⋅=
d
Nu
λ
=α
KmW ,
,
,
,
2
289
50
1072
86171
2
=
⋅

=
−
Tổn thất nhiệt do đối lưu
Giải: KTXĐ d = 0,5 m NĐXD t
f
= 30
o
C
Q
đl
= απdL(t
w
–t
f
)
= 9,28 . π . 0,5 . 1.(470 – 30) = 6411 W
 Bài 5 (10.42)
Chùm ống song song gồm 8 hàng, d = 60 mm, nhiệt độ trung bình của
dòng khói t
f
= 600
o
C, tốc độ ở chỗ hẹp nhất w = 8 m/s. Nhiệt độ trung bình của
vách t
w
= 120
o
C. Tính hệ số α của chùm ống trong 2 trường hợp:
a. Góc va ψ = 90
o

b. Góc va ψ = 60
o
TSVL của khói ở t
f
= 600
o
C
mKW ,
f
2
10427
−
×=λ
sm ,
2
f
6
106193
−
×=ν
620,Pr
f
=
Pr
w
= 0,69
f
f
d
Re

ν
ω
=
3
6
10175127
106193
0608
⋅>=
⋅
×
=
−
,
,
,
PTTC cho hàng ống thứ 3:
Nếu góc va ϕ = 90
o
thì
250
360650
220
,
w
f
,
f
,
ff

Pr
Pr
PrRe,Nu
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
546
250
,
0,69
0,62
0,625127,7 0,22
,
0,360,65
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⋅⋅=
Giải:
d

Nu
f
f
λ
=α
3
K
2
mW ,
,
,
, 557
060
07420
546 ==
 Không khí:
650
1940
,
ff
Re,Nu =
= 50 sai số là 7,5%
HSTN trung bình của chùm 8 dãy ống :
(
)
8
289060
333
90
α−+α+α

=α
,,
KmW ,,
2
95393750
3
=α=
Khi góc va ψ = 60
o
: Tra bảng 8.5 tìm được ε
ψ
= 0,94.
Do đó
ψψ
ε×α=α
90
KmW ,,,
2
750940953 ≈×=