BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG HỌC KỸ THUẬT

Thành Viên Tuổi Học Trò
123doc.org

BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG HỌC KỸ THUẬT
I. Môi chất chuyển động ngoài vật
Bài 1: Một dây dẫn điện làm từ nhôm có đường kính là
5 mm ở nhiệt độ không đổi là . Dòng không khí chuyển động
vuông góc với dây dẫn có áp suất là 1,01bar ở nhiệt độ và
vận tốc của không khí là 1m/s. Điện trở xuất của Nhôm là
1/35 olm . Hãy xác định hệ số tỏa nhiệt giữa không khí và dây
dẫn. Hệ số tỏa nhiệt sẽ bằng bao nhiêu ở các điều kiện sau:
a. Tăng vận tốc dòng khí lên 2 lần.
b. Tăng đường kính dây dẫn lên 2 lần.
c. Không khí được thay là khí hiđrô, quan hệ giữa các thông
số vậy lý của khí lý hiđrô không khí như sau:
Đáp số: độ
a. độ
b.độ
c. độ
Bài 2: Khói chuyển động vuông góc một chùm ống
trong lò hơi được bố trí so le với 4 hàng ống , đường kính
ngoài của ống là 83mm. Khoảng cách giữa các ống theo
phương chuyển động của dòng khói là 350mm và theo
phương vuông góc với dòng khói là 200mm. Nhiệt độ trung
bình của khói trước khi vào ống là và ra khỏi chùm ống là .
Vận tốc trung bình của khói ở tiết diện bé nhất là 11m/s. Hãy
xác định hệ số tỏa nhiệt giữa khói và chùm ống.
Đáp số: 56,4 độ
Bài 3: Hãy xác định hệ số tỏa nhiệt giữa khói và chùm
ống của lò hơi. Nếu dòng khói chuyển động vuông góc với
0

90 C
0
10 C
2
/mm m
2
48,9W/mm
α
=
2
67,4W/mm
α
=
2
33,7W/mm
α
=
2
130 /W mm
α
=
0
1020 C
0
950 C
2
W/m
0
680 C
0

345 C
Thành Viên Tuổi Học Trò
123doc.org
chùm ống có vận tốc trung bình tại tiết diện bé nhất là 11m/s.
Đường kính ngoài của ống là 38mm. Chùm ống được bố trí
đặt so le trong (như hình vẽ 3.7/t42). Chùm ống có 30 hàng
ống. Khoảng cách giữa các ống theo phương chuyển động của
dòng khí là 75mm và vuông góc là 95mm. Nhiệt độ của khói
trước và sau chùm ống là và . Hệ số tỏa nhiệt sẽ bằng bao
nhiêu nếu:
a. Chùm ống bố trí đặt song song như hình vẽ 3.8/t43.
b. Dòng khói chuyển động xuyên góc với chùm ống 1
góc .
Đáp số: độ
a.độ
b. … độ
Bài 4: Các ống thiết bị quá nhiệt của nồi hơi được bố
trí như trên hình vẽ 3.9/t43. Khói chuyển động trong ống có
đường kính trong là 68mm và hơi chuyển động trong ống nhỏ
có đường kính trong là 20mm và ngoài là 24mm. Hãy xác
định hệ số tỏa nhiệt giữa khói và ống dẫn hơi nếu vận tốc
trung bình và nhiệt độ của nước là 26m/s và . Ống có chiều
dài là 1,9m và nhiệt độ bề mặt ngoài của ống dẫn hơi là
Đáp số: = 273 W/m2.
II. Tỏa nhiệt khi chất lỏng chuyển động cưỡng bức.
Bài 1: Hãy xác định chế độ chuyển động của chất lỏng
và hệ số tỏa nhiệt khi nước chảy trong ống có đường kính
trong là 10mm, chiều dài ống là 2m, nhiệt độ trung bình của
nước là , nhiệt độ thành ống là , vận tốc của nước là 0,13m/s.
Đáp số: độ

Bài 2: Một nồi hơi khói chuyển động bên ngoài
song song với trục ống như trên hình… Đường kính ngoài của
ống là 83mm, chiều dài ống là 4,5m, vận tốc và nhiệt độ trung
0
60
2
84 /W m
α
=
2
78 /W m
α
=
α
=
2
W/m
0
500 C
0
250 C
α
0
60 C
0
20 C
2
930W/m
α
=

0
1000 C
Thành Viên Tuổi Học Trò
123doc.org
bình của khói là 5m/s và .Hãy xác định:
a. Hệ số tỏa nhiệt giữa các ống và khói ?
b. Nếu vận tốc trung bình của khói tăng lên 15m/s thì hệ số
tỏa nhiệu là bao nhiêu ?
Đáp số: a. độ
b. độ
Bài 3: Một ống xoắn ruột gà như trên hình vẽ. Có đường
kính trung bình là 300mm. Nước đi trong ống có đường kính
trong là 12mm. Vận tốc và nhiệt độ trung bình của nước là
0,6m/s và . Hãy xác định:
a. Hệ số tỏa nhiệt giữa nước và thành ống ?
b. Nếu vận tốc của nước giảm xuống cồn 0,1m/s thì hệ số tỏa
nhiệt là bao nhiêu ?
Đáp số: a.
b.
Bài 4: Xác định hệ số tỏa nhiệt giữa nước và thành
ống khi nước đi trong ống có đường kính trong là 17mm,
chiều dài là 2m, vận tốc trung bình và nhiệt độ của nước là
2m/s và .
Đáp số: độ
Bài 5: Một ống dẫn nước nóng cung cấp cho thành
phố có đường kính trong là 32mm. Vận tốc và nhiệt độ trung
bình của nước đi trong ống là 0,5m/s và . Hãy xác định hệ số
tỏa nhiệt giữa nước và thành ống.
Đáp số: độ
Bài 6: Hãy xác định hệ số tỏa nhiệt giữa hơi và thành ống

của thiết bị quá nhiệt hơi nước khi hơi đi trong ống có đường
kính trong là 31mm, vận tốc là 25m/s, và nhiệt độ trung bình
là ở áp suất 39,2bar.
Đáp số: độ
Bài 7: Nước đi trong ống có tiết diện là mm. ở áp suất
2
4,96 /W m
α
=
2
11,95 /W m
α
=
0
50 C
2
4340 /W m
α
=
2
925 /W m
α
=
0
20 C
2
7160 /W m
α
=
0

200 C
2
4220 /W m
α
=
0
400 C
2
1069 /W m
α
=
20 20×
0
60 C
0
20 C
Thành Viên Tuổi Học Trò
123doc.org
là 0,98bar, nhiệt độ là với vận tốc trung bình là 1m/s. Hãy
xác định hệ số tỏa nhiệt và lượng nhiệt thải ra giữa nước và
thành ống nếu nhiệt độ thành ống là .
Đáp số: độ
Bài 8: Một vách phẳng có
chiều cao là 5m và dài là 8m. Không khí chuyển động dọc
theo chiều dài của vách có vận tốc là 2m/s và nhiệt độ là .
Trong quá trình trao đổi nhiệt độ của vách từ giảm xuống
còn . Hãy xác định hệ số tỏa nhiệt giữa không khí và vách
ống.
Đáp số: độ
III. Truyền nhiệt

Bài 1: Một nồi hơi với khói
đi trong ống với nhiệt độ là hệ số tỏa nhiệt là độ. Nước
sôi bên ngoài ống có nhiệt độ là hệ số tỏa nhiệt là độ. Ống
được làm từ thép có độ dày là 10mm và cho biết tỷ số giữa
đường kính ngoài và trong của ống nhỏ hơn nhiều so với <<
2. Hãy xác định mật độ dòng nhiệt và nhiệt độ trên hai bề mặt
của vách ống.
Đáp số:
Bài 2: Với các số liêu của
bài tập (1) hãy xác định
mật độ dòng nhiệt và nhiệt độ tiếp xúc giữa các lớp. Nếu bề
mặt trong của ống có một lớp muội khói có độ dày là 1mm và
hệ số dẫn nhiệt là 0,093W/m độ. Bề mặt ngoài của ống có một
lớp cặn của nước với độ dày là 5mm và hệ số dẫn nhiệt là
0,93W/m độ.
Đáp số:
Bài 3: Hãy xác định hệ
2
4430 /W m
α
=
4
4,25.10 WQ =
0
60 C
0
300 C
0
150 C
2

6,3 /W m
α
=
0
1000 C
2
35 /W m
0
150 C
2
5800 /W m
2
dn
dT
==
2
29350 /q W m
=
0
1
0
2
w 162
w 155,1
t C
t C
=
=
2
18900W/mq =

0
2
0
3
w 257
w 253
t C
t C
=
=
4 2
1.10 m
δ
λ
−
=
2
1
50,100,250w/m
α
=
2
2
2000,10000 /w m
α
=
1 1
( )k f
α
=

2
2
2000 /w m
α
=
2 2
( )k f
α
=
2
1
50 /w m
α
=
Thành Viên Tuổi Học Trò
123doc.org
số truyền nhiệt của vách phẳng nến trở nhiệt của độ/w. Hệ số
tỏa nhiệt độ và độ. Vẽ đồ thị khi độ và khi độ.
Bài 4: Một lò sưởi làm bằng
gạch chịu lửa có chiều dày là 25mm, nhiệt độ của khói bên
trong là và hệ số tỏa nhiệt là độ. Nhiệt độ bên ngoài lò sưởi là
và hệ số tỏa nhiệt là độ. Hãy xác định mật độ dòng nhiệt của
lò sưởi ?
Đáp số: .
Bài 5: một lò sưởi được làm
bằng gạch 2 lớp, lớp trong là gạch chịu lửa có chiều dày là
250mm, hệ số dẫn nhiệt là độ và lớp ngoài là gạch hồng có
chiều dày là 250mm. Hãy xác định mật độ dòng nhiệt qua
vách và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai vách nếu nhiệt độ của khói
bên trong là , hệ số tỏa nhiệt là . Không khí bên ngoài có nhiệt

độ là và hệ số tỏa nhiệt là độ.
Đáp số:
Bài 6: Hãy xác định
mật độ dòng nhiệt qua 1 vách phẳng có độ dày là 25cm và hệ
số dẫn nhiệt là độ. Khói bên trong vách có nhiệt độ là , hệ số
tỏa nhiệt là độ. Không khí ngoài vách có nhiệt độ là và hệ số
tỏa nhiệt là độ.
Đáp số: độ.
Bài 7: Một ống thép có
đường kính ngoài là 75mm và trong là 65mm, Chiều dài 1m.
Bên ngoài được làm các cánh tản nhiệt với hệ số cánh là 10.
Khói xung quanh cánh có nhiệt độ là và hệ số tỏa nhiệt là độ.
Nước đi trong ống có nhiệt độ là và hệ số tỏa nhiệt là độ. Hiệu
suất cánh là 0,8. Hãy xác định lượng nhiệt mà khói truyền cho
nước ? Hãy so sánh với trường hợp không làm cánh ?
Bài 8*:Đường kính ngoài
của một ống thép là 108mm và nhiệt độ trên bề mặt ông là .
0
600 C
2
23 /w m
0
30 C
2
9,3 /w m
2
1118 /q w m
=
0,35 /W m
0

1300 C
2
35 /W m
0
20 C
2
12 /W m
2
0
2
857 /
w 655
q W m
t C
=
=
3
0,01815(1 0,3.10 )w/mt
λ
−
= +
0
850 C
2
23 /W m
0
50 C
2
12 /W m
2

212 /q W m=
0
320 C
2
23 /W m
0
120 C
2
5200 /W m
0
330 C
0
25 C
2
175 /W m
Thành Viên Tuổi Học Trò
123doc.org
Nhiệt độ không khí xung quanh ống là . Hãy xác định chiều
dày của lớp cách nhiệt để tổn thất nhiệt không quá độ.
Bài 9: Một ống dẫn không
khí nóng làm bằng gạch cho hệ số dẫn nhiệt là độ và có
đường kính trong là 1m, vận tốc trung bình và nhiệt độ của
không khí khi đi trong ống là 35m/s và . Ở áp suất khí quyển
chiều dày của lớp ống được bọc bởi hai lớp 25cm, lớp thứ
nhất là thép với độ dày 1cm và lớp thứ hai là vật liệu cách
nhiệt dày 20cm với hệ số dẫn nhiệt là độ. Ống được đặt tự do
trong môi trường không khí và dòng khí chuyển động vuông
góc với ống có vận tốc 4m/s ở nhiệt độ . Nhiệt tổn thất trên
1m chiều dài ống nhiệt độ tiếp xúc ở lớp thép. Cho biết hệ số
dẫn nhiệt của gạch là độ, và của thép là độ.

Đáp số:
Bài 10*: Một ống dẫn hơi
có đường kính ngoài là 100mm, nhiệt độ trên bề mặt ống là ,
ống được bọc một lớp cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt là độ.
Môi trường không khí xung quanh có nhiệt độ là . Hỏi đường
kính ngoài của lớp cách nhiệt bằng bao nhiêu để tổn thất nhiệt
không quá 350W/m ống.
Đáp số: .
Bài 11*: Người ta muốn bọc
một lớp cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt là 0,11W/mđộ cho một
ống dẫn. Hỏi đặt ống trog điều kiện nào để hệ số tỏa nhiệt
giữa không khí và lớp cách nhiệt là độ.
Bài 12: Nhiệt độ môi trường
không khí làm lạnh một dây dẫn điện có đường kính 2mm ở
nhiệt độ . Hệ số tỏa nhiệt giữa dây dẫn và không khí là độ.
Ống dẫn được bọc một lớp cách nhiệt bằng cao su dày 4mm.
Khi đó cường độ dòng điện đi trong dây dẫn không thay đổi
và hệ số tỏa nhiệt giữa bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt với
2
0,84 /W m
0
800 C
2
0,17 /W m
0
0 C
2
0,84 /W m
2
45,5 /W m

2370 /
L
q w m=
0
2
w 561t C=
0
500 C
2
0,07 /W m
0
20 C
2
376d mm=
2
12 /W m
0
20 C
0
90 C
2
23 /W m
2
12 /W m
Thành Viên Tuổi Học Trò
123doc.org
môi trường không khí là độ. Hỏi mật độ dòng nhiệt và nhiệt
độ bề mặt ngoài của ống dẫn thay đổi như thế nào ?
Đáp số: không thay đổi
Bài 13: Hãy xác định nhiệt

tải cho một thiết bị làm sôi nước có chiều cao là 1m, đặt thẳng
đứng. Bề mặt đốt nóng bên trong là hơi nước bão hòa khô
ngưng tụ ở áp suất 0,85bar(8at). Và bề mặt ngoài là nước sôi
có áp suất là 1,96bar(2at). Vách ngăn cách giữa hơi và nước
sôi là một vách phẳng dày 5mm và làm bằng thép.
Đáp số: .
IV. Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt
Bài 1: Trong một thiết bị trao đổi cần làm nguội một dung
dịch có nhiệt độ ban đầu là 300C xuống 200C bằng một nửa
chất lỏng khác có nhiệt độ vào là 25C và ra là 175C. Hãy so
sánh hiệu số nhiệt độ trung bình logarit, diện tích bề mặt trao
đổi nhiệt trong hai trường hợp thiết bị trao đổi nhiệt cùng
chiều và ngược chiều. Thiết bị nào kinh tế hơn ? Nếu hệ số
truyền nhiệt của thiết bị như nhau và nhiệt dung riêng của các
dung dịch không thay đổi .
Bài 2: Với các số liệu của bài 1. Hãy xác định hiệu số nhiệt
độ trung bình logarit ở điều kiện tiến hành trong thiết bị trao
đổi nhiệt chéo nhau. So sánh hiệu số nhiệt độ trung bình
logarit và diện tích bề mặt trao đổi nhiệt với thiết bị trao đổi
nhiệt cùng chiều và ngược chiều.
Bài 3: Hãy xác định nhiệt độ đầu ra của các dung dịch và
lượng nhiệt trao đổi trong một thiết bị trao đổi nhiệt cùng
chiều có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là 2m2. Nếu nhiệt độ
đầu vào của dung dịch nóng lạnh là 120C và 10C. Hệ số
truyền nhiệt của thiết bị K=100 W/m2 độ và W1=W2=1000
L
p
=
' 0
1

w 58,2t C=
2
11550 /q kcal hm
=
Thành Viên Tuổi Học Trò
123doc.org
W/độ.
Bài 4: Từ các số liệu trên bài 3. Hãy giải trong trường hợp đối
với thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều.
Bài 5: Hãy xác định bề mặt trao đổi nhiệt và một số kích
thước chính của thiết bị trao đổi nhiệt như trên hình vẽ. Nếu
vận tốc nước đi trong ống không quá 2m/s. Nhiệt độ của nước
sạch vào và ra khỏi thiết bị là 60C và 50C. Nhiệt độ của nước
công nghiệp vào là 21C và làm nóng lên 24C. Lượng nhiệt
trao đổi trong thiết bị là 1,4.10^6 W. Bề mặt trong của ống
thép bên trong có một lớp cặn nước độ dày là 1mm và hệ số
dẫn nhiệt là 1W/m độ.
Bài 6: Một thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều làm nước nóng,
thiết bị có số ống là 53 ống. Nước sôi đi trong các ống có
đường kính ngoài là 16mm và trong ống là 14mm, được làm
từ đồng vàng có (lam đa = ) nhiệt độ của nước sôi
được giảm từ 130C xuống 100C. Trong quá trình trao đổi
nhiệt nước đi bên ngoài ống nhiệt độ tăng từ 67,5C lên 92,5C.
Đường kính trong của vỏ thiết bị là 203mm, lượng nhiệt trao
đổi là 1,5.10^6W. Hãy xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
của thiết bị .
a). Bề mặt hoàn toàn sạch.
b). Bề mặt có cáu cặn của nước ở bề mặt bên ngoài có chiều
dày rô=0,3mm và hệ số dẫn nhiệt 2W/mđộ
Đáp số: a). F=16m2

b). F=22,4m2
Bài 7: Hãy xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của một
thiết bị làm nóng không khí như trên hình vẽ . Nếu khói đi
trong ống được làm bằng thép . Nhiệt độ giảm từ 345C xuống
còn 160C, và lưu lượng khói là 35m3/s. Không khí được làm
nóng từ nhiệt độ 20C lên 250C với lưu lượng là 23m3/s. Cả
khí và khói đều có áp suất là 1,013bar. Đường kính trong của
Thành Viên Tuổi Học Trò
123doc.org
ống thép là 53mm và ngoài là 50mm. Các ống được bố trí lắp
đặp ghép so le. Không khí chuyển động vuông góc với ống.
Khoảng cách giữa các ống theo chiều chuyển động của ống
khí là 60mm và số hàng ống là 77. Khoảng cách giữa các ống
theo chiều chuyển động của không khí là 60mm và số hàng
ống là 27. Chiều rộng b=5,4m.
Đáp số: F=2830m2
Bài 8: Hãy xác định diện tích bề mặt của thiết bị làm nước
nóng (như trên hình vẽ). Được làm từ các ống đồng vàng có
đường kính trong là 18mm và ngoài là 20mm. Nước chuyển
động trong ống với vận tốc trung bình 1,35m/s. Hơi nước bão
hòa khô ngưng tụ ở áp suất là 1,432bar. Lượng nhiệt trao đổi
là 1.10^7W