Bài tập kỹ thuật nhiệt - Chương 6 ppt

trờng đại học công nghiệp hà nội 72 bài tập kỹ thuật nhiệt
Chng 6
đối lu nhiệt
1. Bài tập giảI mẫu
Bài 1:
Nhiệt độ mặt ngoài tờng lò nung là 80
0
C. Nhiệt độ không khí xung quanh là
35
0
C. Tính hệ số toả nhiệt từ tờng lò đến không khí biết chiều cao của tờng lò là
2,5 m.
Lời giải:
Hệ số toả nhiệt trong trờng hợp này đợc xác định bằng phơng trình tiêu
chuẩn:

()
n
m
m
Pr.GrCNu =
Kích thớc xác định là chiều cao:
h = 2,5 m
Nhiệt độ xác định là:
(
)
fwm
tt.5,0t
+
=

(
)
C7,5735805,0t
0
m
=+=

Tra bảng thông số vật lý của không khí theo nhiệt độ 57,7
0
C ta đợc:

K/1
5,330
1
T
1
696,0Pr
s/m10.72,18v
Km/W10.89,2
0
m
m
26
02
==
=
=
=

Do đó:
()
()
11
2
6
3
2
3
m
10.595,0Gr
10.72,18
35580.5,2.
5,330
1
.81,9
v
t.h g
Gr
=

=

=


Vì vậy:

()
1111
mm
10.414,0696,0.10.595,0Pr.Gr ==
Trong trờng hợp này ta có:

C = 0,135; n = 1/3.

()
(
)
46710.414,0.135,0Pr.Gr.135,0Nu
3/1
11
3/1
mmm
===
Vậy hệ số toả nhiệt là:

K.m/W3,5
5,2
10.89,2.467
h
.Nu
02
2
m
==

=

.
Bài 2:
Tìm hệ số dẫn nhiệt tơng đơng của một khe hẹp không khí do hai tấm phẳng
tạo nên. Chiều dày của khe hẹp
.mm25
=

Nhiệt độ bề mặt nóng C150t
0
1W
= nhiệt
độ bề mặt lạnh
.C50t
0
2W
=

trờng đại học công nghiệp hà nội 73 bài tập kỹ thuật nhiệt
Lời giải:
Nhiệt độ trung bình của lớp không khí:

()
()
C10050150.5,0t
tt.5,0t
0
m
2w1wm
=+=

+=

Tra thông số vật lý của không khí theo t
m
ta đợc:

688,0Pr
s/m10.13,23v
Km/W031,0
26
0
=
=
=


Do đó:
()
()
4
2
6
3
2
3
10.709,7Gr
10.13,23
50150.10.025,0.
373
1

.81,9
v
t g
Gr
=

=

=


Ta có:
()
44
10.3,5688,0.10.709,7Pr.Gr ==
Nên:
()
(
)
4/1
4
4/1
td
10.3,5.18,0Pr.Gr18,0 ==

73,2
td
=

Hệ số dẫn nhiệt tơng đơng:

Km/W0846,0031,0.73,2.
0
tdtd
===

Mật độ dòng nhiệt truyền:

()
()
2
2w1w
td
m/W3384q
50150.
025,0
0846,0
tt.q
=
=


=

Bài 3:
Tính hệ số toả nhiệt trung bình dầu máy biến áp chảy trong ống có đờng kính
d = 8mm, chiều dài 1m, nhiệt độ trung bình của dầu
,C80t
0
f

= nhiệt độ trung bình
của vách ống
,C20t
0
w
= tốc độ chảy của dầu trong ống .s/m6,0
=


Lời giải:
Kích thớc xác định đờng kính trong:
d = 8.10
-3
m
Nhiệt độ xác định:
C80t
0
f
=
Tra các thông số của dầu máy biến áp theo nhiệt độ t
f
ta đợc:

298Pr
3,59Pr
K/110.2,7
s/m10.66,3v
Km/W1056,0
w
f

04
26
0
=
=
=
=
=



Từ đó tính:

trờng đại học công nghiệp hà nội 74 bài tập kỹ thuật nhiệt
1310
10.66,3
10.8.6,0
v
d.
Re
6
3
f
==

=



Re

f
= 1310 < 2300 nên chế độ chảy trong ống là chế độ chảy tầng.
Ta có:
25,0
w
f
43,0
f
1,0
f
33,0
ff
Pr
Pr
.Pr.Gr.Re.15,0Nu








=

Mặt khác:
(
)
(
)

()
16198
10.66,3
2080.10.8.10.2,7.81,9
v
t.d g
Gr
2
6
3
34
2
3
f
=

=

=



Vậy:
()( )()
25,0
43,01,033,0
f
298
3,59
.3,59.16198.1310.15,0Nu

=

Nu
f
= 16,3
Do đó: K.m/W215
10.8
1056,0.3,16
d
.Nu
02
3
ff
==

=


Bài 4:
Nớc chảy trong ống đờng kính d = 17mm, dài 1,5 m, với tốc độ 2m/s. Biết
nhiệt độ trung bình của nớc là 30
0
C. Xác định hệ số toả nhiệt.
Lời giải:

Kích thớc xác định:
d = 17.10
-3
m.
Nhiệt độ xác định:
t
f
= 30
0
C.
Tra các thông số vật lý của nớc tơng ứng với nhiệt độ t
f
ta đợc:

55,2Pr
42,5Pr
s/m10.805,0v
Km/W618,0
w
f
26
0
=
=
=
=


Tính Re
f:

42236
10.805,0
10.17.2
v
d.
Re
6
3
f
==

=



Do đó:
25,0
w
f
43,0
f
8,0
ff
Pr
Pr
.Pr.Re.021,0Nu

=


()()
264
55,2
42,5
.42,5.42236.021,0Nu
25,0
43,08,0
f
=






=

Hệ số toả nhiệt:

K.m/W9597
10.17
618,0.264

d
.Nu
02
3
ff
==

=



trờng đại học công nghiệp hà nội 75 bài tập kỹ thuật nhiệt
Bài 5:
Không khí chuyển động trong ống đờng kính d = 50 mm, dài 1,75 m, với tốc
độ 10m/s. Biết nhiệt độ trung bình của nớc là 100
0
C. Xác định hệ số toả nhiệt.
Lời giải:
Kích thớc xác định:
d = 50.10
-3
m.
Nhiệt độ xác định:
t
f
= 100
0
C.
Tra các thông số vật lý của không khí tơng ứng với nhiệt độ t
f

ta đợc:

s/m10.13,23v
Km/W0321,0
26
0

=
=

Tính Re
f
:

21616
10.13,23
10.50.10
v
d.
Re
6
3
f
==

=



Do đó:

8,0
ff
Re.018,0Nu =


()
5321616.018,0Nu
8,0
f
==
Hệ số toả nhiệt:
K.m/W34
10.50
0321,0.53
d
.Nu
02
3
ff
==

=


Vì hệ số l/d = 1,75/0,05 = 35 nên phải nhân kết quả với hệ số hiệu chỉnh
1

tra đợc
theo bảng ứng với l/d = 35 thì
1

= 1,035.
Vậy:
K.m/W19,3534.035,1
02
== .
Bài 6:
Xác định hệ số toả nhiệt từ vách ống bình ngng của tuabin hơi đến nớc làm
mát. Biết rằng nhiệt độ trung bình của vách ống t
w
= 37
0
C, đờng kính ống d = 16
mm, nhiệt độ nớc vào là 27
0
C, nhiệt độ nớc ra là 33
0
C. Tốc độ trung bình của
nớc là 2 m/s. Xác định lợng nhiệt truyền cho nớc làm mát và chiều dài ống. Hệ
số toả nhiệt thay đổi thế nào nếu tốc độ của nớc tăng 2 lần khi các điều kiện khác
không thay đổi.
Lời giải:
Kích thớc xác định:
d = 16.10
-3
m
Nhiệt độ xác định:
(
)
C3033275,0t
0

f
=+=
Tra các thông số của nớc theo nhiệt độ t
f
ta đợc:

64,4Pr
42,5Pr
Kkg/kJ174,4C
m/kg7,995
s/m10.805,0v
Km/W618,0
w
f
0
p
3
26
0
=
=
=
=
=
=



trờng đại học công nghiệp hà nội 76 bài tập kỹ thuật nhiệt
Từ đó tính:

39752
10.805,0
10.16.2
v
d.
Re
6
3
f
==

=



Giả thiết l/d > 50 nên
1
= 1.
Vậy ta có:
25,0
w
f
43,0
f
8,0
ff
Pr
Pr
.Pr.Re.021,0Nu

=


()()
25,0
43,08,0
f
64,4
42,5
.42,5.39752.021,0Nu






=

Nu
f
= 216
Do đó: K.m/W8343
10.16

618,0.216
d
.Nu
02
3
f
==

=


Lu lợng nớc chảy qua ống:

kg4,07,995.
4
016,0.14,3
.2.f.G
2
===
Lợng nhiệt truyền qua ống:

(
)
(
)
kW10s/kJ102733.174,4.4,0ttC.GQ
1f2fp
=
=

=

=

Chiều dài ống từ công thức:

(
)
()
()
m4,3
3037.10.16.14,3.8343
10.10
tt.d
Q
l
tt.l.d Q
3
3
fw
fw
=

=

=


=

Thử lại kết quả:
l/d = 3,4/0,016 = 212,5 > 50
Vậy giả thiết chọn nh ban đầu đặt ra là đúng
Khi tốc độ dòng chảy tăng 2 lần thì tăng
8,0
2 lần.
Bài 7:
Có một tấm phẳng trơn chiều rộng 1m, chiều dài 1,2m. Nhiệt độ bề mặt vách
t
w
= 80
0
C. Nhiệt độ dòng khí t
f
= 20
0
C, tốc độ dòng chảy ngang qua tấm = 6m/s.
Tính hệ số toả nhiệt và lợng nhiệt toả ra trên bề mặt tấm.
Lời giải:
Kích thớc xác định là chiều dài tấm:
l = 1,2m
Nhiệt độ xác định:
t
f
= 20
0
C
Tra các thông số vật lý của không khí tơng ứng với nhiệt độ t
f

ta đợc:

s/m10.06,15v
Km/W0258,0
26
0

=
=

Tính Re
f
:


5
6
f
10.78,4
10.06,15
2,1.6
v
d.
Re ==

=


Re
f

= 4,78.10
5
> 10
5
nên chế độ chảy của không khí là chảy rối.

trờng đại học công nghiệp hà nội 77 bài tập kỹ thuật nhiệt
Do đó:
(
)
111910.78,4.032,0Re.032,0Nu
58,0
ff
===

Hệ số toả nhiệt:

K.m/W24
2,1
0258,0.1119
d
.Nu
02
ff
==

=
Lợng nhiệt toả ra trên toàn bộ bề mặt tấm là:

()

(
)
W17282080.2,1.1.24tt.F.Q
fw
=== .
Bài 8:
Nớc chảy ngang qua một ống thẳng có đờng kính 20mm, với tốc độ 0,5 m/s,
và nhiệt độ trung bình của nớc t
f
= 15
0
C. Nhiệt độ bề mặt ống t
w
= 80
0
C. Tính hệ số
toả nhiệt. Nếu nớc chảy xiên đi 1 góc là 50
0
C thì hệ số toả nhiệt bằng bao nhiêu.
Lời giải:
Kích thớc xác định:
d = 20.10
-3
m.
Nhiệt độ xác định:
C15t
0
f
=
.

Tra các thông số của nớc theo nhiệt độ t
f
ta đợc:

21,2Pr
27,8Pr
s/m10.156,1v
Km/W10.58,58
w
f
26
02
=
=
=
=



Từ đó tính:
8650
10.156,1
10.20.5,0
v
d.
Re
6
3
f
==

=



Từ đó:
25,0
w
f
38,0
f
6,0
ff
Pr
Pr
.Pr.Re.25,0Nu








=


()()
25,0
38,06,0

f
21,2
27,8
.27,8.8650.25,0Nu






=

Nu
f
= 179
Do đó: K.m/W5243
10.20
10.58,58.179
d
.Nu
02
3
2
f
==

=

Khi nớc chảy xiên góc = 50
0
hệ số toả nhiệt sẽ bằng:

0
90
.=


Tra bảng với = 50
0
tìm đợc

= 0,88
Vậy khi nớc chảy xiên góc = 50
0
thì hệ số toả nhiệt là:

K.m/W46145243.88,0
02
==

.

trờng đại học công nghiệp hà nội 78 bài tập kỹ thuật nhiệt
Bài 9:
Một dây dẫn bằng đồng d = 15mm, đợc làm nguội bằng dòng khí chảy ngang
qua với tốc độ là 1m/s. Nhiệt độ của không khí t
f
= 20

0
C. Tính hệ số toả nhiệt từ bề
mặt dây dẫn đến không khí và cờng độ dòng điện cho phép qua dây để nhiệt độ bề
mặt dây không quá 80
0
C. Biết rằng điện trở suất của dây m/mm0175,0
2
= .
Lời giải:
Kích thớc xác định:
d = 15.10
-3
m.
Nhiệt độ xác định:
t
f
= 20
0
C
Tra các thông số vật lý của không khí tơng ứng với nhiệt độ t
f
tra đợc:
s/m10.06,15v
Km/W0259,0
26
0

=
=

Tính Re
f
:

996
10.06,15
10.15.1
v
d.
Re
6
3
f
==

=



Do đó:
5,0
ff
Re.44,0Nu =
()
9,13996.44,0Nu
5,0
f
==
Hệ số toả nhiệt:

K.m/W24
10.15
0259,0.9,13
d
.Nu
02
3
ff
==

=


Nhiệt lợng bề mặt toả ra ứng với 1m dây là:

(
)
()
m/W8,672080.1.10.15.14,3.24Q
tt.l.d Q
3
fw
==
=


Điện trở của một mét dây:
R= m/908,9
4
15.14,3

1
.0175,0
S
l
.
2
==
Vậy cờng độ dòng điện cho phép là:
Q = I
2
.R
I =
A827
10.908,9
8,67
R
Q
5
==

.
Bài 10:
Tính hệ số toả nhiệt của cụm ống song song gồm 4 dãy ống biết đờng kính ống
d = 60mm, nhiệt độ trung bình của khói t
f
= 600
0
C, nhiệt độ bề mặt ống t
w
= 120

0
C.
Tốc độ của khói tại chỗ hẹp nhất là 8m/s.
Lời giải:
Kích thớc xác định:
d = 60.10
-3
m

trờng đại học công nghiệp hà nội 79 bài tập kỹ thuật nhiệt
Nhiệt độ xác định: t
f
= 600
0
C
Tra các thông số vật lý của khói tơng ứng với nhiệt độ t
f
ta đợc:

686,0Pr
62,0Pr
s/m10.61,93v
Km/W0742,0
w
f
26
0
=
=
=

=


Tính Re
f
:

5127
10.61,93
10.60.8
v
d.
Re
6
3
f
==

=



Do đó:
25,0
w
f
33,0
f
65,0
ff

Pr
Pr
.Pr.Re.26,0Nu








=


()()
25,0
33,065,0
f
686,0
62,0
.62,0.5127.26,0Nu






=

56Nu
f
=

Hệ số toả nhiệt:

K.m/W69
10.60
0742,0.56
d
.Nu
02
3
ff
3
==

=


Hệ số toả nhiệt trung bình của chùm ống:

()
n
2n
321
++
=

()
n
2n.9,0.6,0
333

+
+

=


K.m/W60
02
= .

trờng đại học công nghiệp hà nội 80 bài tập kỹ thuật nhiệt
2. Bài tập tự luyện

Bi 11:
Mt dõy dn bng nhụm ng kớnh d = 5mm, c lm ngui bng dũng khụng
khớ cú tc = 1 m/s, nhit t
f
= 10
0
C. Nhit mt dõy t
w
=90
0
C. Xỏc nh h
s ta nhit t b mt dõy vo khụng khớ v cng dũng in cho phộp chy

trong dõy. Bit iện tr sut ca dõy = 1/35

mm
2
/m. Nu dõy c lm ngui
bằng nc thỡ h s ta nhit l bao nhiờu khi cỏc iu kin khỏc khụng thay i?
Tr li:
4,41
=
kk

W/m
2
.
o
K; I = 188A; 14200=
n

W/m
2
.
o
K.
Bi 12:
Nc chy ngang qua mt chựm ng b trớ so le. ng kớnh ngoi ca ng
d=20mm. Bc ng ngang S
t
= 2,5d, bc ng dc S
2
= 1,5d. Tc trung bỡnh ca

nc chỗ hp nht = 0,6m/s. Nhit trung bỡnh ca nc t
f
= 90
0
C, nhit b
mt ng t
w
= 40
0
C. Xỏc nh h số ta nhit ca dãy ng th ba?
Tr li:
8000=
W/m
2
.
o
K.
Bi 13:
Du mỏy bin ỏp chảy qua chựm ng b trí so le ng kớnh ngoi ca ng d =
20mm, bc ng ngang S
1
= 2,5d, bc súng dc S
2
= 1,5d. Tc trung bỡnh ch
hp nht
6,0=

m/s. Nhit trung bỡnh ca du t
f
= 40

0
C. Nhit b mt ng t
w
= 90
0
C. Xỏc nh h s ta nhit t b mt ng n du khi gúc = 90
0
v =60
0
?
Tr li:
1130
0
90
=

W/m
2
.
o
K;
1060
0
60
=
W/m
2
.
o
K

Bi 14:
B sy khụng khớ gm 20 ống b trớ so le, ng kớnh ngoi ca ng d = 38mm.
Dũng khụng khớ chuyn ng ngang qua chựm ng vi vn tc tit din hp nht
bng 12m/s. Nhit khụng khớ t
f
= 550
0
C. Xỏc nh h s ta nhit trung bỡnh ca
chựm ng. Nu gúc ti = 60
0
thỡ h s ta nhit trung bỡnh bng bao nhiờu?
Tr li:
=

95,5 W/m
2
.
o
K; 80
0
90
=

W/m
2
.
o
K
Bi 15:
Khúi cú thnh phn 11% H

2
O,13% CO
2
v 7% N
2
chy ngang qua chựm ng b trớ
so le gm 8 dõy ng. ng kớnh ng d = 60mm, tc trung bỡnh ca khúi ch
tit din hp nht = 10m/s. Nhit ca khói trc chựm ng l 1200
0
C v sau
chựm ng l 80
0
C. Gúc ti = 50
0
. Nhit b mt ng t
w
=311
0
C. Xỏc nh h s
ta nhit trung bỡnh ca chựm ng Nu chựm ng b trớ so le, cỏc iu kin khỏc
khụng i thỡ h s ta nhit bng bao nhiờu?
Tr li:
sole
=73,5 W/m
2
.
o
K;
songsong
= 64 W/m

2
.
o
K
Bi 16:
Xỏc nh h s ta nhit trung bỡnh ca dũng khúi chy ngang qua chựm ng b trớ
song song ng kớnh ng d = 38mm, s dãy ng 30, nhit khúi trc chựm ng
l 650
0
C v sau chựm ng l 350
0
C. Tc trung bỡnh ca khúi ch hp nht

=
10 m/s. Nu b trớ so le, cỏc iu kin khỏc khụng i thỡ h s ta nhit bng bao
nhiờu?
Tr li:
sole
= 96,5 W/m
2
.
o
K;
songsong
= 99,5 W/m
2
.
o
K

trờng đại học công nghiệp hà nội 81 bài tập kỹ thuật nhiệt
Bi 17:
Trong mt thit b sinh hi, nc sụi ỏp sut p = 10 bar, chờnh nhit gia b
mt vỏch v hi l 12
0
C. Xỏc nh h s ta nhit khi sụi v mt dũng nhit
truyn qua vỏch?
Tr li:

= 47560 W/m
2
.
o
K; Q = 570720 W/m
2
.
Bi 18:
Xỏc nh h s ta nhit v lng hi nhn c sau 1h. Khi nc sụi trờn b mt
cú din tớch F = 5m
2
. Bit nhit đ ca vỏch l 166
0
C v ỏp sut hi l 6 bar?
Tr li:

= 10493 W/m
2
.
o
K; G = 634 Kg/h

Bi 19:
Hi nc bóo hũa khụ ỏp sut 0,04 bar c ngng trờn ng ng kớnh 40mm, t
ng, cao 2m. Nhit b mt ng t
w
= 11
0
C. Xỏc nh h s ta nhit v lng
nc ngng sau 1h?
Tr li:

= 3248 W/m
2
.
o
K; G = 16,3 Kg/h
Bi 20:
Hi bóo ho khụ ỏp sut 0,04 bar c ngng trờn ng t nmg ngang ng kớnh
d = 50mm nhit b mt ng t
w
= 11
0
C. Chiu di ng 3m. Xỏc nh h s ta
nhit v lng nc ngng sau 1h?
Tr li:

= 3507 W/m
2
.
o
K; G = 44 Kg/h