Đề thi cuối kỳ môn truyền nhiệt

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM - Khoa CƠ KHÍ
BM CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH


ĐỀ THI CUỐI KỲ (LẦN I)
Môn Thi :
Truyền Nhiệt

Thời gian : 90 phút Ngày thi : 01/10/2007
----- W  X -----
Ghi chú: SV được sử dụng tài liệu
Bài 1: (3 điểm)
Một thanh hình trụ có đường kính
mm.5,2d =
, chiều dài
cm.12L =
, hệ số dẫn nhiệt
)K.m/(W115=λ
. Một đầu thanh được gắn vào vách có nhiệt độ .
C80t
o
g
=
Nhiệt độ môi trường xung quanh .
C30t
o
f
=
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu từ bề mặt thanh đến môi trường xung quanh
)K.m(W32
2

=α
.
1. Xác đònh nhiệt độ đỉnh thanh và giữa thanh. (1,5 điểm)
2. Xác đònh nhiệt lượng truyền qua thanh (W). (1,5 điểm)
Bài 2: (3 điểm)
Nước chảy trong ống thẳng có đường kính
mm.20d =
với vận tốc
sm1,1=ω
.
Nhiệt độ nước vào và ra tương ứng và .
C55't
o
f
= C65"t
o
f
=
Chiều dài của ống là .
m.3L =
1. Xác đònh hệ số trao đổi nhiệt đối lưu. (1,5 điểm)
2. Xác đònh nhiệt lượng trao đổi và nhiệt độ trung bình của vách. (1,5 điểm)
Cho biết
()
28,1PrPr
wf
≈
.
Bài 3: (2 điểm)
Hai vách phẳng đặt song song

Vách I nhiệt độ độ đen
C150t
o
1
= 4,0
1
=ε

Vách II nhiệt độ độ đen
C40t
o
2
= 6,0
2
=ε

1. Xác đònh mật độ dòng nhiệt bức xạ giữa hai vách. (1 điểm)
2. Đặt giữa hai vách một màng chắn có độ đen
05,0=ε
.
Xác đònh lại mật độ dòng nhiệt bức xạ và nhiệt độ màng chắn. (1 điểm)
Bài 4: (2 điểm)
Thiết bò trao đổi nhiệt lưu động ngược chiều có diện tích truyền nhiệt ,
hệ số truyền nhiệt
2
m.12F =
)K.m(W2700k
2
F
= .

Lưu chất I
C90't
o
1
=
skg4G
1
=

)K.kg(kJ18,4c
1p
=

Lưu chất II
C30't
o
2
=
skg5,5G
2
=

)K.kg(kJ1,3c
2p
=

1.

Xác đònh nhiệt lượng trao đổi của hai lưu chất. (
1 điểm

)
2.

Xác đònh nhiệt độ ra của hai lưu chất. (
1 điểm
)
Chủ nhiệm BM



PGS. TS. Lê Chí Hiệp

GV ra đề



Nguyễn Toàn Phong
Page 1 of 5 01.10.2007

Bài giải

Bài 1: (3 điểm)
Một thanh hình trụ có đường kính
mm.5,2d =
, chiều dài
cm.12L =
, hệ số dẫn nhiệt
)K.m/(W115=λ
. Một đầu thanh được gắn vào vách có nhiệt độ .
C80t

o
g
=
Nhiệt độ môi trường xung quanh .
C30t
o
f
=
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu từ bề mặt thanh đến môi trường xung quanh
)K.m(W32
2
=α
.
1.

Xác đònh nhiệt độ đỉnh thanh và giữa thanh. (
1,5 điểm
)
2.

Xác đònh nhiệt lượng truyền qua thanh (W). (
1,5 điểm
)
Lời Giải
Sử dụng công thức thanh dài hữu hạn, bỏ qua tỏa nhiệt ở đỉnh
Để bù vào giả thuyết bỏ qua tỏa nhiệt ở đỉnh, ta tăng chiều dài thanh lên một đoạn
• Chiều cao cánh tính toán

( )
( )

mm.625,12045,21204dh
d.4d.hUfh'h
2
=+=+=
ππ+=+=

• Thông số m

()
98776,0'h.mth
5452,2120625,01,21'h.m
m1,21
1150025,0
324
d
4
f
U
m
1
=
=×=
=
×
×
=
λ⋅
α⋅
=
⋅λ

⋅α
=
−

1. Xác đònh nhiệt độ đỉnh thanh và giữa thanh.
C8,37
412,6
50
30
)5452,2(ch
50
30
)'h.m(ch
1
tt
o
gfL
=+=+=
θ+=
(
0,75 điểm
)
C45
412,6
925,1
5030
)5452,2(ch
)2726,1(ch
5030
)'h.m(ch

)
2
'h.m
(ch
tt
o
gf2/L
=×+=×+=
θ+=
(
0,75 điểm
)
2. Xác đònh nhiệt lượng truyền qua thanh (W).
( )
W5883,0
98776,0501,2110.908,4115
'h.mthm
fQ
6
gc1
=
××××=
⋅θ⋅⋅⋅λ=
−
(
1,5 điểm
)
Page 2 of 5 01.10.2007
Bài 2: (3 điểm)
Nước chảy trong ống thẳng có đường kính

mm.20d =
với vận tốc
sm1,1=ω
.
Nhiệt độ nước vào và ra tương ứng và .
C55't
o
f
= C65"t
o
f
=
Chiều dài của ống là .
m.3L =
1.

Xác đònh hệ số trao đổi nhiệt đối lưu. (
1,5 điểm
)
2.

Xác đònh nhiệt lượng trao đổi và nhiệt độ trung bình của vách. (
1,5 điểm
)
Cho biết
()
28,1PrPr
wf
≈
.

Lời Giải
1. Xác đònh hệ số trao đổi nhiệt đối lưu.
Tra bảng các tính chất vật lý của nước ở 60
o
C:
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
=ρ
=
=ν
=
=λ
−
3
f
26
f
p
f
mkg2,983
98,2Pr
sm10.478,0
)K.k(kJ179,4c

)K.m(W659,0

Tiêu chuẩn Reynolds:
4
6
f
f
10.6025,4
10.478,0
02,01,1d
Re =
×
=
ν
⋅ω
=
−

Tiêu chuẩn Nusselt :
)10(Re
4
>
192
110636,1599,121,5375021,0
Pr
Pr
PrRe021,0Nu
R
25,0
w

f
43,0
f
8,0
f
=
×××××=
ε⋅ε⋅
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⋅⋅⋅=
l

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu:
)K.m(W6327
02,0
659,0
192
d
Nu
2
tđ
=×=
λ

⋅=α
(
1,5 điểm
)
2. Xác đònh nhiệt độ trung bình của vách
Nhiệt lượng trao đổi
( )
kW2,1410179,437065,0tcGQ
skg34,01,12,98301,0fG
fpnn
2
n
=××=Δ⋅⋅=
=×××π=ω⋅⋅ρ=
(
0,75 điểm
)
Nhiệt độ trung bình của vách
( )
()
C91,71
302,06327
10.2,14
60
F
Q
tt
ttFQ
o
3

fw
fw
=
××π×
+=
⋅α
+=→
−⋅⋅α=
(
0,75 điểm
)
Page 3 of 5 01.10.2007
Bài 3: (2 điểm)
Hai vách phẳng đặt song song
Vách I nhiệt độ độ đen
C150t
o
1
=
4,0
1
=ε

Vách II nhiệt độ độ đen
C40t
o
2
= 6,0
2
=ε

1.

Xác đònh mật độ dòng nhiệt bức xạ giữa hai vách. (
1 điểm
)
2.

Đặt giữa hai vách một màng chắn có độ đen
05,0=ε
.
Xác đònh lại mật độ dòng nhiệt bức xạ và nhiệt độ màng chắn. (
1 điểm
)
Lời Giải
1. Xác đònh mật độ dòng nhiệt bức xạ giữa hai vách
()
()
2
otđbx
2448
4
2
4
1oo
21
tđ
mW402qq
mW6,127215,31315,42310.67,5
TTq

3158,0
1
6,0
1
4,0
1
1
111
1
=⋅ε=
=−×=
−⋅σ=
=
−+
=
−ε+ε
=ε
−
(
1 điểm
)
2. Khi đặt vào màng chắn
•
Mật độ dòng nhiệt bức xạ
2
otđbx
2c1
tđ
mW18,306,127202371,0qq
023715,0

2
6,0
1
05,0
1
2
4,0
1
1
21121
1
=×=⋅ε=
=
−+×+
=
−ε+ε⋅+ε
=ε
(
0,5 điểm
)
•
Nhiệt độ màng chắn
()
4
c
4
1oc1c1
c1
c1
TTq

0465,0
1
05,0
1
4,0
1
1
111
1
−⋅σ⋅ε=
=
−+
=
−ε+ε
=ε

C8,105K93,378
0465,010.67,5
18,30
15,423
q
TT
o
25,0
8
4
25,0
oc1
c1
4

1c
==
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
×
−=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
σ⋅ε
−=→
−
(
0,5 điểm
)
Page 4 of 5 01.10.2007
Bài 4: (2 điểm)
Thiết bò trao đổi nhiệt
lưu động ngược chiều
có diện tích truyền nhiệt ,
hệ số truyền nhiệt

2
m.12F =
)K.m(W2700k
2
F
=
.
Lưu chất I
C90't
o
1
=
skg4G
1
=

)K.kg(kJ18,4c
1p
=

Lưu chất II
C30't
o
2
=
skg5,5G
2
=

)K.kg(kJ1,3c

2p
=

1.

Xác đònh nhiệt lượng trao đổi của hai lưu chất. (
1 điểm
)
2.

Xác đònh nhiệt độ ra của hai lưu chất. (
1 điểm
)
Lời Giải
Đương lượng của hai lưu chất
9806,005,1772,16CCC
CKW10.05,1710.1,35,5cGC
CKW10.72,1610.18,44cGC
maxmin
max
33
2p22
min
33
1p11
===→
⎪
⎩
⎪
⎨

⎧
==×=⋅=
==×=⋅=
&

Đơn vò chuyển nhiệt
9378,1
10.72,16
122700
C
Fk
NTU
3
min
F
=
×
=
⋅
=

Hiệu suất nhiệt
( ){ }
(){}
6638,0
C1NTUexpC1
C1NTUexp1
=
−⋅−⋅−
−⋅−−

=ε
&&
&

1. Nhiệt lượng trao đổi của hai lưu chất.
() ( )
kW6662,10036638,0QQ
W10.2,1003309010.72,16't'tCQ
lt
33
21minlt
=×=⋅ε=→
=−×=−⋅=
(
1 điểm
)
2. Nhiệt độ ra của hai lưu chất
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
=+=+=
=−=−=
C06,69
05,17
666
30

C
Q
't"t
C17,50
72,16
666
90
C
Q
't"t
o
2
22
o
1
11
(
1 điểm
)

Page 5 of 5 01.10.2007
ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tp. HCM -
Trường ĐH BÁCH KHOA
Khoa CƠ KHÍ
Bm CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Chủ nhiệm BM GV ra đề
ĐỀ THI HỌC KỲ II – NĂM HỌC 2007-2008
Đề thi lần II - Hệ Không Chính Quy
Môn Thi : Truyền Nhiệt (210060)

Thời gian : 90 phút Bắt đầu : 15
h
05
NgàyThi : 11.10.2008


PGS. TS. Lê Chí Hiệp Nguyễn Toàn Phong
----- W  X -----
Ghi chú: SV được sử dụng tài liệu
Đề thi gồm một trang A4
Bài 1
(3 điểm)
Một thanh nhôm (hệ số dẫn nhiệt
)K.m(W115=λ
) có đường kính , chiều
dài . Một đầu thanh được gắn vào vách có nhiệt độ 120
o
C, hệ số tỏa nhiệt đối
lưu trên bề mặt thanh
cm3d =
cm15L =
)K.m(W30
2
=α
, nhiệt độ không khí xung quanh 45
o
C.
Khi tính toán có thể bỏ qua tỏa nhiệt ở đỉnh thanh.
Hãy xác đònh:
1. Nhiệt độ đỉnh thanh và giữa thanh.

2. Nhiệt lượng tỏa ra trên thanh.
Bài 2
(4 điểm)
Nước được gia nhiệt đi trong ống có đường kính
mm27d =
, nhiệt độ bề mặt ống
hằng số . Nước vào ống có nhiệt độ , ra khỏi ống có nhiệt độ
, vận tốc trung bình của nước trong ống là
C110t
o
w
=
C
o
C50
o
't
f
=
90"t
f
=
sm6,1

Hãy xác đònh:
1. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nước chảy trong ống.
2. Chiều dài cần thiết của ống trao đổi nhiệt.
Bài 3
(3 điểm)
Một thiết bò trao đổi nhiệt kiểu chùm ống có cánh có thông số làm việc như sau:

Khói nóng (có
)K.kg(kJ13,1c
p
=
) chuyển động bên ngoài chùm ống với nhiệt độ
vào 275
o
C và ra là 165
o
C.
Nước chuyển động trong ống có lưu lượng 16,5
hm
3
được hâm nóng từ 30
o
C đến 90
o
C.
Hệ số truyền nhiệt của thiết bò
)K.m(W215k
2
F
=
Hãy xác đònh diện tích truyền nhiệt của thiết bò.
Lưu y
ù: Hệ số hiệu chỉnh
tΔ
ε
tra theo hình 1 (trang 386 hoặc 428) nếu tính theo phương pháp
nhiệt độ trung bình logarith LMTD.

Hiệu suất tra theo hình e (trang 387 hoặc 429)
Sách bài tập nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt
NTU−ε
----- Hết -----
Page 1 of 4
Bài giải

Bài 1: (3 điểm)
• Các thông số cơ bản

885,0h.m
898,5
03,0115
304
d
.4
f
U
m
=
=
×
×
=
⋅λ
α
=
⋅λ
⋅α
=

1. Nhiệt độ giữa thanh và đỉnh thanh

( )
()
()
C91,97
417,1
75
45
h.mcosh
ttt
C23,99
417,1
024,1
7545
h.mcosh
2h.mcosh
ttt
o
g
fhfh
o
gf2/hf2/h
=+=
θ
+=θ+=
=×+=
⋅θ+=θ+=
(

1,5 điểm
)
2. Nhiệt lượng truyền qua thanh

()
W485,257087,075898,510.07,7115
h.mthm
fQ
4
g
=××××=
⋅θ⋅⋅⋅λ=
−
(
1,5 điểm
)
Bài 2: (4 điểm)
1. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nước trong ống
•
Thông số vật lý của nước ở 70
o
C

⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=
=ρ

=λ
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=
=
=ν
−
)K.kg(kJ187,4c
mkg8,977
)K.m(W668,0
6,1Pr
55,2Pr
sm10.415,0
p
3
w
f
26

•
Tiêu chuẩn Reynolds

44
6
1010.41,10
10.415,0
027,06,1d

Re >=
×
=
ν
⋅ω
=
−

•
Tiêu chuẩn Nusselt

31,345123,142,110.32,10021,0
Pr
Pr
PrRe021,0Nu
3
R
25,0
w
f
43,0
f
8,0
=×××=
ε⋅ε⋅
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

⎜
⎝
⎛
⋅⋅⋅=
l

•
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu

)K.m(W8543
027,0
668,0
31,345
d
Nu
2
=×=
λ
⋅=α
(
2 điểm
)
Page 2 of 4
2. Chiều dài cần thiết của ống trao đổi nhiệt
•
Nhiệt lượng trao đổi

()
kW1505090187,48957,0tcGQ
skg8957,010.72,56,18,977fG

fp
4
=−××=Δ⋅⋅=
=××=⋅ω⋅ρ=
−

•
Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa ống và nước

()
C41,36
3ln
2060
t
t
ln
tt
t
o
min
max
minmax
=
−
=
Δ
Δ
Δ−Δ
=Δ

•
Chiều dài ống trao đổi nhiệt

m685,5
027,0
4822,0
d
F
m4822,0
41,368543
10.150
t
Q
F
2
3
=
×π
=
⋅π
=
=
×
=
Δ⋅α
=
Σ
l
(
2 điểm

)
3. Nhiệt độ nước tại vò trí giữa ống
•
Hệ số NTU

55,0
187.48957,0
2411,08543
cG
'F
'NTU
m2411,02F'F
p
2
=
×
×
=
⋅
⋅α
=
==

•
Nhiệt độ nước
(
0 điểm
)
()
()

C36,75577,050110110
e'tttt
o
'NTU
fww
=×−−=
⋅−−=
−
Bài 3: (3 điểm)
•
Thông số vật lý của nước ở 60
o
C

⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=ρ
=
3
n
pn
mkg2,983
)K.kg(kJ174,4c

•
Năng suất nhiệt của thiết bò

()
kW566,112860174,42,983
3600
5,16
tcVQ
npnnn
=××
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
×=Δ⋅⋅ρ⋅=
(
1 điểm
)
Page 3 of 4
1. Xác đònh diện tích truyền nhiệt theo phương pháp LMTD
•
Chênh lệch nhiệt độ theo sơ đồ ngược chiều

C69,158
135
185
ln
135185
t
o
ng

=
−
=Δ

•
Hệ số hiệu chỉnh
ε
Δ
t


95,0
83,1
3090
165275
't"t
"t't
R
245,0
30275
3090
't't
't"t
P
t
22
11
21
22
=ε⇒

⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
=
−
−
=
−
−
=
=
−
−
=
−
−
=
Δ

•
Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarith LMTD

C7,150tt
o
ng
t

=Δ⋅ε=Δ
Δ

•
Diện tích truyền nhiệt

2
3
F
m82,34
7,150215
10.566,1128
tk
Q
F
≈
×
=
Δ⋅
=
(
3 điểm
)
2. Xác đònh diện tích truyền nhiệt theo phương pháp
ε
- NTU
•
Nhiệt dung lưu lượng khối lượng

⎪

⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
=⋅=
==
Δ
==
===
−
−
=
KkW26,10CCC
KkW81,18
60
566,1128
t
Q
CC
C
C
5454,0
110
60
165275
3090

C
maxmin
n
2max
2
1
&
&

•
Hiệu suất thiết bò

() ( )
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
≈==ε
=−×=−⋅=
449,0
7,2513
56,1128
Q
Q
kW7,25133027526,10't'tCQ
max
21minmax

•

Đơn vò chuyển nhiệt
Đồ thò hình 6.e
7,0NTU =

•
Diện tích truyền nhiệt

2
3
F
min
m4,33
215
10.26,10
68,0
k
C
NTUF ≈×=⋅=
(
3 điểm
)
Page 4 of 4
Page 1 of 4 Monday, August 18, 2008
ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tp. HCM -
Trường ĐH BÁCH KHOA
Khoa CƠ KHÍ
Bm CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Chủ nhiệm BM GV ra đề
ĐỀ THI HỌC KỲ III – NĂM HỌC 2007-2008

Đề thi lần I - Hệ Không Chính Quy
Môn Thi : Truyền Nhiệt (210060)
Thời gian : 90 phút Bắt đầu : 7
h
20
NgàyThi : 23.08.2008


PGS. TS. Lê Chí Hiệp Nguyễn Toàn Phong
----- W  X -----
Ghi chú: SV được sử dụng tài liệu
Đề thi gồm một trang A4
Bài 1
(3 điểm)
Một thanh nhôm có tiết diện hình chữ nhật cạnh
cm43ba ×=×
, chiều dài
cm35L =

và hệ số dẫn nhiệt
)K.m(W115=λ
). Một đầu thanh được gắn vào vách có nhiệt độ
110
o
C, hệ số tỏa nhiệt đối lưu trên bề mặt thanh
)K.m(W28
2
=α
, nhiệt độ không khí
xung quanh 45

o
C.
Khi tính toán có thể bỏ qua tỏa nhiệt ở đỉnh thanh.
Hãy xác đònh:
1. Nhiệt độ đỉnh thanh và giữa thanh.
2. Nhiệt lượng tỏa ra trên thanh.
Bài 2
(4 điểm)
Nước được gia nhiệt đi trong ống có đường kính
mm34d =
, nhiệt độ bề mặt ống
hằng số
C100t
o
w
=
. Nước vào ống có nhiệt độ
C50't
o
f
=
, ra khỏi ống có nhiệt độ
C90"t
o
f
=
, vận tốc trung bình của nước trong ống là
sm5,1

Hãy xác đònh:

1. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nước chảy trong ống.
2. Chiều dài cần thiết của ống trao đổi nhiệt.
Bài 3
(3 điểm)
Một thiết bò trao đổi nhiệt kiểu chùm ống có cánh có thông số làm việc như sau:
Khói nóng (có
)K.kg(kJ13,1c
p
=
) chuyển động bên ngoài chùm ống với nhiệt độ
vào 280
o
C và ra là 155
o
C.
Nước chuyển động trong ống có lưu lượng 16,5
hm
3
được hâm nóng từ 35
o
C đến 85
o
C.
Hệ số truyền nhiệt của thiết bò
)K.m(W225k
2
F
=
Hãy xác đònh diện tích truyền nhiệt của thiết bò.
Lưu y

ù: Hệ số hiệu chỉnh
tΔ
ε
tra theo hình 1 (trang 386 hoặc 428) nếu tính theo phương pháp
nhiệt độ trung bình logarith LMTD.
Hiệu suất
NTU−ε
tra theo hình e (trang 387 hoặc 429)
Sách bài tập nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt
----- Hết -----
Page 2 of 4 Monday, August 18, 2008
Bài giải

Bài 1: (3 điểm)
• Các thông số cơ bản

()
865,1h.m
33,5
10.12115
2810.72
ba
ba2
f
U
m
4
2
=
=

×
××
=
×⋅λ
α⋅+
=
⋅λ
⋅α
=
−
−

1. Nhiệt độ giữa thanh và đỉnh thanh

( )
()
()
C66,6466,1945
307,3
65
45
h.mcosh
ttt
C84,7384,2845
307,3
467,1
6545
h.mcosh
2h.mcosh
ttt

o
g
fhfh
o
gf2/hf2/h
=+=+=
θ
+=θ+=
=+=×+=
⋅θ+=θ+=
(
1,5 điểm
)
2. Nhiệt lượng truyền qua thanh

( )
W57,45953,06533,510.12115
h.mthm
fQ
4
g
=××××=
⋅θ⋅⋅⋅λ=
−
(
1,5 điểm
)
Bài 2: (4 điểm)
1. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nước trong ống
• Thông số vật lý của nước ở 70

o
C

⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=
=ρ
=λ
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=
=
=ν
−
)K.kg(kJ187,4c
mkg8,977
)K.m(W668,0
75,1Pr
55,2Pr
sm10.415,0
p
3
w
f

26

• Tiêu chuẩn Reynolds

44
6
1010.29,12
10.415,0
034,05,1d
Re >=
×
=
ν
⋅ω
=
−

• Tiêu chuẩn Nusselt

93,4061,149,110.792,11021,0
Pr
Pr
PrRe021,0Nu
3
R
25,0
w
f
43,0
f

8,0
=×××=
ε⋅ε⋅
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⋅⋅⋅=
l

• Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu

)K.m(W7995
034,0
668,0
93,406
d
Nu
2
=×=
λ
⋅=α
(
2 điểm
)
Page 3 of 4 Monday, August 18, 2008

2. Chiều dài cần thiết của ống trao đổi nhiệt
• Nhiệt lượng trao đổi

()
kW02,2235090187,4332,1tcGQ
skg332,110.95,18,977fG
fp
4
=−××=Δ⋅⋅=
=××=⋅ω⋅ρ=
−

• Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa ống và nước

()
C85,24
5ln
1050
t
t
ln
tt
t
o
min
max
minmax
=
−
=

Δ
Δ
Δ−Δ
=Δ

• Chiều dài ống trao đổi nhiệt

m51,10
034,0
1224,1
d
F
m1224,1
85,247995
10.02,223
t
Q
F
2
3
=
×π
=
⋅π
=
=
×
=
Δ⋅α
=

Σ
l
(
2 điểm
)
Bài 3: (3 điểm)
•
Thông số vật lý của nước ở 60
o
C

⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=ρ
=
3
n
pn
mkg2,983
)K.kg(kJ174,4c

•
Năng suất nhiệt của thiết bò

()
kW47,94050174,42,983
3600

5,16
tcVQ
npnnn
=××
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
×=Δ⋅⋅ρ⋅=
(
1 điểm
)
1. Xác đònh diện tích truyền nhiệt theo phương pháp LMTD
•
Chênh lệch nhiệt độ theo sơ đồ ngược chiều

C477,154
120
195
ln
120195
t
o
ng
=
−
=Δ

•
Hệ số hiệu chỉnh
ε
Δ
t


94,0
5,2
3585
155280
't"t
"t't
R
204,0
35280
3585
't't
'
t"t
P
t
22
11
21
22
=ε⇒
⎪
⎪
⎩

⎪
⎪
⎨
⎧
=
−
−
=
−
−
=
=
−
−
=
−
−
=
Δ

•
Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarith LMTD

C145tt
o
ng
t
=Δ⋅ε=Δ
Δ

•
Diện tích truyền nhiệt

2
3
F
m83,28
145225
10.47,940
tk
Q
F
≈
×
=
Δ⋅
=
(
2 điểm
)
Page 4 of 4 Monday, August 18, 2008
2. Xác đònh diện tích truyền nhiệt theo phương pháp
ε
- NTU
•
Nhiệt dung lưu lượng khối lượng

⎪
⎪
⎪

⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
=⋅=
==
Δ
==
===
−
−
=
KkW028,9CCC
KkW571,22
50
566,1128
t
Q
CC
C
C
4,0
125
50
155280
3585
C
maxmin

n
2max
2
1
&
&

•
Hiệu suất thiết bò

() ( )
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
≈==ε
=−×=−⋅=
425,0
2212
47,940
Q
Q
kW221235280028,9'
t'tCQ
max
21minmax

•
Đơn vò chuyển nhiệt

Đồ thò hình 6.e
68,0NTU =

•
Diện tích truyền nhiệt

2
3
F
min
m28,27
225
10.028,9
68,0
k
C
NTUF ≈×=⋅=
(
2 điểm
)
Page 1 of 4
ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tp. HCM -
Trường ĐH BÁCH KHOA
Khoa CƠ KHÍ
Bm CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Chủ nhiệm BM GV ra đề
ĐỀ THI HỌC KỲ I – NĂM HỌC 2007-2008
Đề thi lần I - Hệ Không Chính Quy
Môn Thi : Truyền Nhiệt (210060)

Thời gian : 90 phút Bắt đầu : 18
h
30
NgàyThi : 12.07.2008


PGS. TS. Lê Chí Hiệp Nguyễn Toàn Phong
----- W  X -----
Ghi chú: SV được sử dụng tài liệu
Đề thi gồm một trang A4
Bài 1
(3 điểm)
Một thanh nhôm (hệ số dẫn nhiệt
)K.m(W115=λ
) có đường kính
cm3d =
, chiều
dài
cm35L =
. Một đầu thanh được gắn vào vách có nhiệt độ 140
o
C, hệ số tỏa nhiệt đối
lưu trên bề mặt thanh
)K.m(W35
2
=α
, nhiệt độ không khí xung quanh 50
o
C.
Khi tính toán có thể bỏ qua tỏa nhiệt ở đỉnh thanh.

Hãy xác đònh:
1. Nhiệt độ đỉnh thanh và giữa thanh. (1,5 điểm)
2. Nhiệt lượng tỏa ra trên thanh. (1,5 điểm)
Bài 2
(4 điểm)
Nước được gia nhiệt đi trong ống có đường kính
mm34d =
, nhiệt độ bề mặt ống
hằng số
C120t
o
w
=
. Nước vào ống có nhiệt độ
C50't
o
f
=
, ra khỏi ống có nhiệt độ
C90"t
o
f
=
, vận tốc trung bình của nước trong ống là
sm2

Hãy xác đònh:
1. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nước chảy trong ống. (2 điểm)
2. Chiều dài cần thiết của ống trao đổi nhiệt. (1,5 điểm)
3. Nhiệt độ của nước tại vò trí giữa ống. (0,5 điểm)

Bài 3
(3 điểm)
Một thiết bò trao đổi nhiệt kiểu chùm ống có cánh có thông số làm việc như sau:
Khói nóng (có
)K.kg(kJ13,1c
p
=
) chuyển động bên ngoài chùm ống với nhiệt độ
vào 245
o
C và ra là 155
o
C.
Nước chuyển động trong ống có lưu lượng 16,5
hm
3
được hâm nóng từ 30
o
C đến 90
o
C.
Hệ số truyền nhiệt của thiết bò
)K.m(W225k
2
F
=
Hãy xác đònh diện tích truyền nhiệt của thiết bò.
Lưu y
ù: Hệ số hiệu chỉnh
tΔ

ε
tra theo hình 1 (trang 386 hoặc 428) nếu tính theo phương pháp
nhiệt độ trung bình logarith LMTD.
Hiệu suất
NTU−ε
tra theo hình e (trang 387 hoặc 429)
Sách bài tập nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt
----- Hết -----
Page 2 of 4
Bài giải

Bài 1: (3 điểm)
• Các thông số cơ bản

23,2h.m
37,6
03,0115
354
d
.4
f
U
m
=
=
×
×
=
⋅λ
α

=
⋅λ
⋅α
=

1. Nhiệt độ giữa thanh và đỉnh thanh

( )
()
()
C14,6959,2150
702,4
90
50
h.mcosh
50tt
C32,8232,3250
702,4
688,1
9050
h.mcosh
2h.mcosh
50tt
o
g
hfh
o
g2/hf2/h
=+=+=
θ

+=θ+=
=+=×+=
⋅θ+=θ+=
(
1,5 điểm
)
2. Nhiệt lượng truyền qua thanh

( )
W54,4598,09037,610.07,7115
h.mthm
fQ
4
g
=××××=
⋅θ⋅⋅⋅λ=
−
(
1,5 điểm
)
Bài 2: (4 điểm)
1. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nước trong ống
•
Thông số vật lý của nước ở 70
o
C

⎪
⎩
⎪

⎨
⎧
=
=ρ
=λ
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=
=
=ν
−
)K.kg(kJ187,4c
mkg8,977
)K.m(W668,0
47,1Pr
55,2Pr
sm10.415,0
p
3
w
f
26

•
Tiêu chuẩn Reynolds

44

6
1010.38,16
10.415,0
034,02d
Re >=
×
=
ν
⋅ω
=
−

•
Tiêu chuẩn Nusselt

06,53515,149,110.845,14021,0
Pr
Pr
PrRe021,0Nu
3
R
25,0
w
f
43,0
f
8,0
=×××=
ε⋅ε⋅
⎟

⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⋅⋅⋅=
l

•
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu

)K.m(W512.10
034,0
668,0
06,535
d
Nu
2
=×=
λ
⋅=α
(
2 điểm
)
Page 3 of 4
2. Chiều dài cần thiết của ống trao đổi nhiệt
•
Nhiệt lượng trao đổi

()
kW36,2975090187,47755,1tcGQ
skg7755,110.928,977fG
fp
4
=−××=Δ⋅⋅=
=××=⋅ω⋅ρ=
−

•
Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa ống và nước

()
C2,47
37ln
3070
t
t
ln
tt
t
o
min
max
minmax
=
−
=
Δ

Δ
Δ−Δ
=Δ

•
Chiều dài ống trao đổi nhiệt

m61,5
034,0
599,0
d
F
m599,0
2,47512.10
10.36,297
t
Q
F
2
3
=
×π
=
⋅π
=
=
×
=
Δ⋅α
=

Σ
l
(
1,5 điểm
)
3. Nhiệt độ nước tại vò trí giữa ống
•
Hệ số NTU

424,0
187.47755,1
3,0512.10
cG
'F
'NTU
m2996,02F'F
p
2
=
×
×
=
⋅
⋅α
=
==

•
Nhiệt độ nước

()
()
C2,74655,050120120
e'tttt
o
'NTU
fww
=×−−=
⋅−−=
−
(
0,5 điểm
)
Bài 3: (3 điểm)
•
Thông số vật lý của nước ở 60
o
C

⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=ρ
=
3
n
pn
mkg2,983

)K.kg(kJ174,4c

•
Năng suất nhiệt của thiết bò

()
kW566,112860174,42,983
3600
5,16
tcVQ
npnnn
=××
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
×=Δ⋅⋅ρ⋅=
(
1 điểm
)
Page 4 of 4
1. Xác đònh diện tích truyền nhiệt theo phương pháp LMTD
•
Chênh lệch nhiệt độ theo sơ đồ ngược chiều

C46,139
125
155

ln
125155
t
o
ng
=
−
=Δ
•
Hệ số hiệu chỉnh
ε
Δ
t


945,0
5,1
3090
155245
't"t
"t't
R
28,0
30245
3090
't't
't"t
P
t
22

11
21
22
=ε⇒
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
=
−
−
=
−
−
=
=
−
−
=
−
−
=
Δ

•
Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarith LMTD

C132tt
o
ng
t
=Δ⋅ε=Δ
Δ

•
Diện tích truyền nhiệt

2
3
F
m38
132225
10.566,1128
tk
Q
F ≈
×
=
Δ⋅
=
(
2 điểm
)
2. Xác đònh diện tích truyền nhiệt theo phương pháp
ε
- NTU
•

Nhiệt dung lưu lượng khối lượng

⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
=⋅=
==
Δ
==
===
−
−
=
KkW54,12CCC
KkW81,18
60
566,1128
t
Q
CC
C
C
667,0
90

60
155245
3090
C
maxmin
n
2max
2
1
&
&

•
Hiệu suất thiết bò

() ( )
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
≈==ε
=−×=−⋅=
418,0
1,2696
56,1128
Q
Q
kW1,26963024554,12'
t'tCQ

max
21minmax

•
Đơn vò chuyển nhiệt
Đồ thò hình 6.e
7,0NTU =

•
Diện tích truyền nhiệt

2
3
F
min
m39
225
10.54,12
7,0
k
C
NTUF ≈×=⋅=
(
2 điểm
)
Đại Học Quốc Gia Tp. HCM
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA - Khoa CƠ KHÍ
Bm Công Nghệ Nhiệt Lạnh
GV duyệt GV ra đề
ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ II – NĂM HỌC 2007-2008

Môn Thi :
Truyền Nhiệt và TB Trao Đổi Nhiệt
Thời gian : 90 phút Ngày thi : 12.06.2008
TS. Nguyễn Văn Tuyên Nguyễn Toàn Phong
----- W  X -----
Ghi chú: SV được sử dụng tài liệu
Bài 1
(3,5 điểm)
Buồng đốt có kích thước ba chiều dài, rộng, cao như sau
234HWL ××=××
m, nhiệt độ
bề mặt , độ đen . Môi trường không khí xung quanh có nhiệt độ .
C240t
o
w
=
7,0
w
=ε
C40t
o
f
=
1. Tính tổng tổn thất nhiệt từ các bề mặt xung quanh vách ra môi trường Q
t
[kW].
2. Nếu bọc vách bằng lớp cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt
)K.m(W07,0
CN
=λ

.
Giả thiết nhiệt độ vách buồng đốt tiếp xúc lớp cách nhiệt không thay đổi, hệ số trao
đổi nhiệt đối lưu giữ nguyên như vừa tính ở trên, độ đen mặt ngoài của vách
0
*
w
=ε

a. Xác đònh chiều dày lớp cách nhiệt để tổn thất nhiệt giảm 12 lần.
b. Tính nhiệt độ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt.
Bài 2
(4 điểm)
Trong hệ thống sấy người ta dùng hơi nước để gia nhiệt cho không khí. Thiết bò trao đổi
nhiệt là chùm ống bố trí song song, ống có kích thước
2127φ
mm, số hàng ống theo chiều
chuyển động của không khí .
12n
=
Hơi nước đi vào trong ống có áp suất
4p
=
bar, độ khô
1x
= , ra khỏi ống ở trạng thái lỏng
sôi. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của hơi bên trong ống
)K.m(W7000
2
h
=α

Không khí có lưu lượng
hm5000V
3
kk
= vào chùm ống có nhiệt độ , ra khỏi
chùm ống có nhiệt độ . Vận tốc qua chổ hẹp nhất
C30't
o
f
=
C110"t
o
f
=
sm10
max
=ω

Bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống, hãy xác đònh:
1.

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình về phía không khí.
2.

Năng suất nhiệt Q [kW] và tổng chiều dài ống truyền nhiệt
Σ
l
[m] của thiết bò.
3.

Lưu lượng hơi nước cần cung cấp là bao nhiêu G
h
[kg/h].
Bài 3
(2,5 điểm)
Thiết bò trao đổi nhiệt
lưu động ngược chiều
có diện tích truyền nhiệt ,
hệ số truyền nhiệt
2
m16F =
)K.m(W2100k
2
=
. Biết:
Lưu chất I có
C120't
o
1
= skg6G
1
=

)K.kg(kJ2,3c
1p
=

Lưu chất II có
C30't

o
2
=
skg5,5G
2
=

)K.kg(kJ18,4c
2p
=

1.

Xác đònh năng suất nhiệt của thiết bò.
2.

Tính nhiệt độ ra của hai lưu chất.
3.

Trường hợp
lưu động cùng chiều
thì năng suất nhiệt của thiết bò tăng hay giảm?
Giải thích tại sao?
‐‐‐‐‐ Hết ‐‐‐‐‐
Page 1 of 6 6/12/2008