Bài tập kỹ thuật nhiệt part 9 potx

99
769
5,46.2
10.1.10.7,69
20
2
rq
tt
36
0v
fw
=+=

+=

C
0
,

Nhiệt độ tại tâm dây:

5,17.4
10.10.1.7,69
5,46.2
10.1.10.7,69
20r
4
q
2
rq

tt
6636
2
0
v0v
f0

+=

+

+=
t
0
= 770 C
0
.


Bài 3.7 Một tấm cao su dày = 2 mm, nhiệt độ ban đầu t
0
= 140
0
C đợc làm
nguội trong môi trờng không khí có nhiệt độ t
f
= 140
0
C. Xác định nhiệt độ bề
mặt và nhiệt độ tâm của tấm cao su sau 20 ph. Biết hệ số dẫn nhiệt của cao su

= 0,175 W/mK, hệ số dẫn nhiệt độ a = 8,33.10
-8
m
2
/s. Hệ số toả nhiệt từ bề mặt
tấm cao su đến không khí = 65 W/m
2
.K.

Lời giải


71,3
075,0
01,0.65
Bi ==


= ,


1
01,0
60.20.10.33,8.a
Fo
2
8
2
==

=



Căn cứ Bi = 3,71 và Fo = 1, từ đồ thị hình 3-2 và 3-1 ta có:

038,0*
1X
=
=


26,0*
0X
=
=

Vậy nhiệt độ bề mặt:
t
X=

= t
f
+ *
X=

.(t
0
-t

f
)
t
X=

= 15 + 0,038.(140 15) = 25,4 C
0
,
Nhiệt độ tai tâm:
t
X=0
= t
f
+ *
X=0
.(t
0
-t
f
)
t
X=0
= 15 + 0,26.(140 15) = 47,5 C
0
,


Bài 3.8 Một tờng gạch cao 5 m, rộng 3m, dày 250 mm, hệ số dẫn nhiệt của
gạch = 0,6 W/mK. Nhiệt độ bề mặt tờng phía trong là 70
0

C và bề mặt tờng
phía ngoài là 20
0
C. Tính tổn thất nhiệt qua tờng.

Trả lời Q = n1800W,

3.4. BàI tập về toả nhiệt đối lu


100
Bài 3.9 Bao hơi của lò đặt nằm ngang có đờng kính d = 600 mm. Nhiệt độ mặt
ngoài lớp bảo ôn t
W
= 60
0
C, nhiệt độ không khí xung quanh t
f
= 40
0
C. Xác định
lợng nhiệt toả từ 1 m
2
bề mặt ngoài của bao hơi tới không khí xung quanh.

Lời giải

Từ nhiệt độ không khí t
f
= 40

0
C tra bảng 6 trong phần phụ lục của không
khí ta có:
= 0,00276 W/m.K , = 16,69.01
-6

[
]
sm /
2
, Pr
f
= 0,699,
Cũng từ bảng 6 với t
f
= 40 C
0
, ta có: Pr
W
= 0,696. Ta nhận thấy Pr
f
Pr
W

nên
1
Pr
Pr
25,0
WƯ

f
=








,
Theo tiêu chuẩn Gr:
2
3
f
tlg.
Gr

=
..

ở đây g = 9,81 m/ s
2
, 0032,0
27340
1
T
1
f
=

+
== , t = t
W
t
f
= 20
0
C.

8
26
3
10.87,4
)10.69,16(
20.0,6 0,0032. 9,81.
==

f
Gr
Gr
f
.Pr
f
= 4,87.10
8
.0,699 = 3,4.10
8
Ta dùng công thức (3-11):
Nu
f

= 0,5.(Gr
f
.Pr
f
)
0,25
= 0,5.(3,4.10
8
)
0,25
= 68.
Nu
f
=

d.

Vậy hệ số toả nhiệt đối lu:

6,0
027,0.68
d
.Nu
ù
=

=
Lợng nhiệt toả từ 1 m
2
bề mặt ngoài của bao hơi:

Q = .t = 3,13.20 = 62,6 W/m
2
.


Bài 3.10 Tính hệ số toả nhiệt trung bình của dầu máy biến áp chảy trong ống có
đờng kính d = 8 mm, dàI 1 m, nhiệt độ trung bình của dầu t
f
= 80
0
C, nhiệt độ
trung bình của váchống t
W
= 20
0
C. tốc độ chảy dầu trong ống = 0,6m/s.

Lời giải

Kích thớc xác định : đờng kính trong d = 8.10
-3
m.
Nhiệt độ xác định: t
f
= 80
0
C.
Tra các thông số của dầu biến áp theo t
f
= 80

0
C, ở bảng 8 phụ lục:
= 0,1056 W/m.K , = 3,66.10
-6

[
]
sm /
2
,
= 7,2.10
-4

0
K
-1
, Pr
f
= 59,3, Pr
W
= 298 Tra theo t
W
= 20
0
C,

1310
10.66,3
10.8.6,0l
Re

6
3
==


=




101
Re
f
< 2300 dầu chảy tầng, do đó:
25,0
WƯ
f
1,0
f
43,0
Pr
Pr
GrRe15,0

=
f
0,33
ff
PrNu
Tính
26
94
)10.66,3(
)2080.(01.8.10.2,7.81,9..



=

=
2
3
f
tlg.
Gr


16198=
f
Gr
Nu
f
= 0,15.1310

0,33
.16198
0,1
.59,3
0,43 25,0
298
3,59







Nu
f
= 16,3
Tính
215
10.8
1056,0.3,16
d
.Nu
3
ff
==

=

W/m

2
.K


Bài 3.11 Biết phơng trình tiêu chuẩn trao đổi nhiệt đối lu của không khí
chuyển động trong ống Nu = 0,021Re
0,5
. Nếu tốc độ của không khí giảm đI 2 làn
còn các đIều kiện khác không đổi, lúc này hệ số toả nhiệt
2
sẽ là bao nhiêu so
với
1
. Ngợc lại nếu tốc độ tăng lên 2 lần thì
2
bằng bao nhiêu?

Lời giải

Vì Nu =

l
;


=
l
Re nên ta có:
Nu = 0,021.Re
0,5

,

5,0
d
021,0
l








=



Chỉ khi có tốc độ thay đổi, các thông số khác không đổi, ta có:

0,5
( tỷ lệ với
0,5
)

1

1
0,5
;

2

2
0,5

1
5,0
1
2
1
2
2
1
;
2
1
==










=

2

Vậy hệ số toả nhiệt
2
giảm đi 2 lần so với
1
.
Ngợc lại, nếu tốc độ tăng lên 2 lần thì
2
tăng lên 2 lần so với
1
. Chú
ý nếu tốc độ giữ không đổi còn đờng kính giảm đi 2 lần thì
2
tăng lên 2 lần,
khi đờng kính tăng lên 2 lần thì
2
giảm đi 2 lần so với
1
.


Bài 3.12 Không khí ở nhiệt độ 27 C
0
có độ nhớt động học 16.10
-6
m
2
/s, trao đổi
nhiệt đối lu tự nhiên với ống trụ nằm ngang đờng kính 80 mm với nhiệt độ bề

mặt 67 . Xác định tiêu chuẩn đồng dạng.

Lời giải


102
Tiêu chuẩn đồng dạng Gr
f
với ống trụ nằm ngang có kích thớc xác định
l =d:

2
3
f
tlg.
Gr

=
..

ở đây: g = 9,81 m/s
2
( gia tốc trọng trờng),
300
1
27273
1
T
1
f

=
+
==
d = 80 mm = 0,08 m; t = t
W
t
f
= 67 27= 40 C
0
; = 16.10
-6
m
2
/s.

6
26
3
10.616,2
)10.16.(300
40.9,81.0,08.
==

f
Gr .


Bài 3.13 Một chùm ống so le gồm 10 dãy. Đờng kính ngoàI của ống d = 38
mm. Dòng không khí chuyển động ngang qua chùm ống có nhiệt độ trung bình t
f

= 500 C
0
. Tốc độ dòng không khí là 12 m/s. Xác định hệ số toả nhiệt trung bình
của chùm ống.

Lời giải

Kích thớc xác định: d = 38.10
-3
m,
Nhiệt độ xác định: t
f
= 500 C
0
.
Tra các thông số vật lý của không khí ứng với 500 C
0
ở bảng 6 phụ lục, ta
có:
= 5,74.10
-2
W/m.K , = 79,38.10
-6

[
]
sm /
2
, Pr

f
= 0,687.
Tính:
6
3
è
10.38.79
10.38.12d.
Re


=


=
Re
f
= 5745,
Tính theo (3-16) với hàng ống thứ 3:
33,0
Re41,0
f
0,6
ff
PrNu = (với không khí coi Pr
f
= Pr
W
và bỏ qua ảnh
hởng của bớc ống

S
= 1),
33,0
5745.41,0 .0,687Nu
0,6
f
=
Nù
= 65,2.

Tính
3
2
ù
3
10.38
10.74,5.2,65
d
.Nu


=

=


2
= 98,5 W/m
2
.K,

Hệ số toả nhiệt trung bình của chùm ống so le:

n
).2n(
321


+
+
=


6,91
10
3,9
10
).210(.7,0.6,0
3333
=

=


+

+
=
W/m
2
.K.

103
Bài 3.14 Xác định hệ số toả nhiệt và lợng hơi nhận đợc khi nớc sôi trên bề
mặt có diện tích 5 m2. Biết nhiệt độ của vách t
W
= 156
0
C và áp suất hơi p = 4,5
bar.

Lời giải

Nhiệt độ sôi (nhiệt độ bão hoà ) tơng ứng với p = 4,5 bar là t
s
= 148
0
C.
Nhiệt ẩn hoá hơi r = 2120,9 kJ/kg. (tra bảng 4 phụ lục):
t = t
W
t
s
= 156 148 = 8
0
C,
Hệ số toả nhiệt khi sôi bọt theo (3-17):
= 46. t
2,33

.p
0,5
= 46.8
2,33
.4,5
0,5

= 12404 W/m
2
.K.
Nhiệt lợng bề mặt vách truyền cho nớc:
Q = .F.( t
W
t
s
) = 12404.5.(156 148)
Q = 496160 W,
Lợng hơI nhận đợc sau 1 giờ:
842
10.9,2120
3600.496160
G
3
== kg/h.

116
Chơng 4
trao đổi nhiệt bức xạ và truyền nhiệt

4.1. trao đổi nhiệt bức xạ

4.1.1 Hai tấm phẳng song song














+






=
4
1
4
1
0qd12
100

T
100
T
.C.q , (W/m
2
). (4-1)
Độ đen qui dẫn:
1
11
1
21
qd


+

=
(4-2)
Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối:
C
0
= 5,67 W/m
2
.K
4


4.1.2 Hai tấm phẳng song song có mằng chắn
Khi có n máng chắn ở giữa với độ đen
m

=
1
=
2
, lúc này bức xạ từ tấm
phẳng 1 sang tấm phẳng 2 sẽ giảm đi (m+1) lần:
)1m(
q
)q(
12
m12
+
=
(4-3)
4.1.3 Hai vật bọc nhau:














+

=
4
1
4
1
10qd12
100
T
100
T
.F.C.q , (W/m
2
). (4-4)
Độ đen qui dẫn:

+

=
1
1
F
F
1
1
22
1
1
qd
(4-5)
F
1
diện tích bề mặt vật bị bọc (vật nhỏ)
F
2
diện tích bề mặt vật bọc (vật lớn)
Chú ý: Nếu hai tấm phẳng hoặc hai vật là vật trắng tuyệt đối (vật có hệ số phản xạ
R = 1, hệ số hấp thụ A và độ đen : A = = 0) thì độ đen qui dẫn
qd
= 0 hay Q
12
=
0.


4.2.

truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt

4.2.1 Truyền nhiệt

4.2.2.1. Truyền nhiệt qua vách phẳng

)tt(kq
2f1f
= (4-6)



117

Hệ số truyền nhiệt của vách phẳng n lớp:

2
n
1i
i
i
1
11
1
k

+


+

=

=
; W/m
2.K
,
t
f1
, t
f2
- nhiệt độ của môi chất nóng và lạnh;

1
,
2
- hệ số toả nhiệt từ bề mặt đến môi chất,

i
,
i
chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp thứ i.

4.2.1.2 Truyền nhiệt qua vách trụ

)tt(kq
2f1f11

= ; W/m, (4-7)

1n2
n
1
i
1i
i11
1
d
1
d
d
ln
2
1
d
1
1
k
+
+

+

+

=

; W/m.K

k

1
- hệ số truyền nhiệt qua vách trụ n lớp.

4.2.1.2 Truyền nhiệt qua vách trụ có cánh


)tt(kQ
2f1fc
= ; W (4-8)

22111
c
F
1
FF
1
1
k

+


+

=
; W/K
k - hệ số truyền nhit của vách có cánh. Ngời ta làm cánh ở bề mặt phía có
giá trị hệ số nhỏ.
Mật độ dòng nhiệt phía không làm cánh với hệ số làm cánh:
1

2
c
F
F
=

)tt(kq
2f1f11

= ; W/m
2
(4-9)


c21
1
.
11
1
k

+


+

=
; W/m
2
.K,

Mật độ dòng nhiệt phía làm cánh:


)tt(kq
2f1f22

= ; W/m
2
(4-10)


2
c
1
c
2
1
.
1
k

+


+


=
; W/m
2

.K,

c
1
2
q
q

=

118
Ta thấy khi hệ số làm cánh
c
tăng mật độ dòng nhiệt phía không làm cánh
q
1
tăng và ngợc lại
c
giảm thì q
1
giảm. Còn khi tăng hệ số làm cánh
c
mật độ
dòng nhiệt phía làm cánh q
2
sẽ giảm và ngợc lại khi
c
giảm thì q
2
tăng

4.2.2 Thiết bị trao đổi nhiệt

4.2.2.1 Các phơng trình cơ bản tính toán thiết bị trao đổi nhiệt loại vách
ngăn

a) Phơng trình truyền nhiệt:
Q = k.F. t; W, (4-11)
trong đó:
Q - lợng nhiệt trao đổi giữa hai môi chất,
F - diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m
2

k - là hệ số truyền nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt, W/m
2
K;
t
x
- độ chênh nhiệt độ trung bình.
b) Phơng trình cân bằng nhiệt
Q = G
1
C
p1
(t
1
t
1
) = G
2

C
p2
(t
2
t
2
), (W) (4-12)
Chỉ số 1 là của chất lỏng nóng, chỉ số 2 là của chất lỏng lạnh.
- ký hiệu - các thông số đi vào thiết bị,
- ký hiệu - các thông số đi ra khỏi thiết bị,
G lu lợng khối lợng, kg/s:
G = V.
V - lu lợng thể tích, m
3
/s
- khối lợng riêng, kg/ m
3

C
p
nhiệt dung riêng đẳng áp, J/kg.K.
c) Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit

2
1
21
t
t
ln
tt

t



= , (4-13)
Đối với dòng chất lỏng chuyển động song song cùng chiều
t
1
= t
1
- t
2


;
t
2
=

t
1
- t
2

Đối với dòng chất lỏng chuyển động song song ngợc chiều
t
1
= t
1
t

2
;
t
2
=

t
1
- t
2



4.2.2.2. Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt


t
k
Q
F

=
(4-14)

4.3. BàI tập về bức xạ nhiệt và truyền nhiệt