đề thi cao học Nhiệt động lực học & đáp án ĐHBK

ĐỀ THI CAO HỌC

Bài 1:
Một động cơ đốt trong 4 thì hoạt động theo chu trình động cơ Diesel cấp nhiệt đẳng áp, các
thông số cần thiết như sau: không khí hút vào có p
1
= 100 kPa, t
1
= 27
0
C, tỉ số nén ε =
18, nhiệt độ cực đại của chu trình T
max
= 2653,3
0
K.
1/ Xác đònh thông số p, v, T tại các điểm đặc trưng của chu trình.
2/ Xác đònh hiệu suất nhiệt η
t
của chu trình.
3/ Biểu diễn chu trình trên đồ thò T-S và thể hiện bằng diện tích các phần
năng lượng liên quan: q
1
,
2
q , l.
Chất môi giới xem như không khí; nhiệt dung riêng xem là hằng số.

Bài 2:
Một dàn làm lạnh không khí có các thông số được biết như sau: không khí vào có
lưu lượng thể tích V = 5000 m

3
/h, nhiệt độ nhiệt kế khô chỉ t
1
= 35
0
C, nhiệt độ nhiệt kế ướt
chỉ t
1ư
= 30
0
C, nhiệt độ không khí ra khỏi dàn lạnh t
2
= 15
0
C và ϕ
2
= 80%. Độ tăng
nhiệt độ của nước lạnh sau khi qua dàn lạnh Δt
n
= 5
0
C, nhiệt dung riêng của nước
c
pn
= 4,18 kJ/kgđộ.
1/ Tính năng suất lạnh của dàn lạnh Q
0
[kW].
2/ Tính lưu lượng nước lạnh và nước ngưng tụ [kg/h].
3/ Biểu diễn quá trình không khí ẩm trên đồ thò I-d và t-d.

Khi tính không sử dụng đồ thò I-d và t-d. p suất khí trời xem là p
kt
= 1 bar.

Bài 3:
Một thiết bò động lực hơi nước hoạt động theo chu trình quá nhiệt trung gian,
các thông số cần thiết như sau:
Hơi vào tầng đầu của tuabin p
1
= 10 MPa, t
1
= 450
0
C
Hơi vào bộ quá nhiệt trung gian là hơi bão hòa khô (x
2
= 1)
Hơi ra khỏi bộ quá nhiệt trung gian có nhiệt độ t
3
= 450
0
C
p suất ngưng tụ của bình ngưng p
4
= 0,05 bar
Khi tính có thể bỏ qua công tiêu hao của bơm cấp, quá trình giãn nở trong tuabin xem là
đoạn nhiệt lý tưởng.
1/ Biểu diễn chu trình trên đồ thò i-s và T-s
2/ Tính hiệu suất nhiệt η
t

của chu trình
3/ Nếu công suất phát trên trục tuabin là N
T
= 100MW thì năng suất lò hơi là bao
nhiêu T/h.

Bài 4:
Để đo nhiệt độ dòng khí người ta sử dụng cặp nhiệt điện bố trí như hình vẽ,
các thông số kỹ thuật cần thiết được biết như sau: H = 100 mm, d = 15 mm, δ = 1 mm,
λ = 45W/m
0
C, t
0
= 50
0
C, α = 40 W/m
2 0
C. Khi tính toán bỏ qua toả nhiệt ở đỉnh thanh.
1/ Nếu nhiệt độ thực của dòng khí là t
f
= 250
0
C thì nhiệt kế chỉ bao nhiêu độ,
sai số đo Δt là bao nhiêu.
2/ Nếu thay vỏ bọc trên bằng một vỏ bọc khác có δ
’
= 0.5 mm, λ
’
= 15W/m
0

C, các
thông số còn lại vẫn như cũ thì lúc này nhiệt kế chỉ bao nhiêu? Sai số khi đo phạm phải là
bao nhiêu.
t
t
f
t
0
H
d
α
δ

Bài 5:
Một vách phẳng được cấu tạo từ hai tấm tôn có diện tích F = 2 m
2
, khoảng cách giữa chúng
δ = 5 cm. Vách được bố trí thành 4 trường hợp như hình vẽ. Độ đen của bề mặt là ε
w
= 0.2.
Nhiệt trở dẫn nhiệt của tôn có thể bỏ qua. p suất không khí giữa hai tấm tôn xem bằng áp
suất khí trời (B = 760 mmHg).






a)
b)

C
0
40
C
0
20−
C
0
40
C
0
20−
Không khí B = 760 mmHg
δ
δ
QQ
Không khí B = 760 mmHg

c)
d)
C
0
40
C
0
20−
C
0
40
C

0
20−
Chân không
δ
δ
QQ
Chân không

1/ Tính nhiệt lượng truyền qua tấm trong trường hợp a và b.
2/ Tính nhiệt lượng truyền qua tấm trong trường hợp c và d.











ĐÁP ÁN

Bài 1: (2 điểm)
p
v
3
4
1
2

S = const
q
1
q
2
S = const

1. Xác đònh thông số tại các điểm đặc trưng
* Trạng thái 1:
p
1
= 100 kPa = 10
5
Pa = 1 bar
T
1
= 27 + 273 = 300
0
K
p
1
v
1
= RT
1
=> v
1
= RT
1
/ p

1
861,0
101
300287
5
1
=
×
×
=v m
3
/kg
* Trạng thái 2:
1
2
1
12
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
k
v
v

TT
=> T
2
= 300 × 18
0,4
= 953,3
0
K = 680,3
0
C ;
v
2
= v
1
/ ε = 0,861 / 18 = 0,0478 m
3
/kg
k
v
v
pp
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=

1
2
12
= 1× 18
1,4
= 57,2 bar = p
max
* Trạng thái 3:
T
3
= T
max
=> q
1
= C
p
( T
3
– T
2
) = ( C
μ p
/ μ ) ( T
3
– T
2
)
()
6,17173,9533,2653
29

3,29
11
=−==
p
qq kJ/kg
p
3
= p
2
= 57,2 bar

1331,0
102,57
3,2653287
5
3
3
3
=
×
×
==
p
RT
v
m
3
/kg
* Trạng thái 4:
v

4
= v
1
= 0,861 m
3
/kg
35,1257
861,0
1331,0
3,2653
4,0
1
4
3
34
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝

⎛
=
−k
v
v
TT

0
K
19,4
861,0
1331,0
2,57
4,1
4
3
34
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

⎜
⎝
⎛
=
k
v
v
pp
bar
2. Tính
t
η
:
q
v
=
2
q
= C
v
( T
4
– T
1
) =
μ
μ
v
C
( T

4
– T
1
) =
29
9,20
( 1257,35 – 300 ) = 689,95 kJ/kg
%8.59598,0402,01
6,1717
95,689
11
1
2
1
==−=−=−==
q
q
q
l
t
η


3. Biểu diễn các phần năng lượng:
T
3
4
2
1
q

1
q
2
l
MN

q
1
= dt (M1234NM)
2
q
= dt (14NM)
l = dt (12341)

* Bài 1: 2 điểm
câu 1: 1 điểm
câu 2: 0,5 điểm
câu 3: 0,5 điểm

Bài 2: (2 điểm)

Sơ bộ vẽ đồ thò để đònh hướng vấn đề (và cũng có thể để kiểm tra kết quả sau khi
tính toán)
1
ϕ
I
1
Ct
0
1

35=
%100
=
ϕ
1
C
0
30=
d1 d
I
d1ư
t1ư
1ư

1.
t
1
= 35
0
C Ỉ bảng hơi bão hoà Ỉ p
1bh
= 0,05622 bar
t
u1
= 30
0
C Ỉ bảng hơi bão hoà Ỉ p
1ư bh
= p
bh

= 0,04241 bar
Trạng thái 1ư là không khí ẩm bão hoà ứng với nhiệt độ 30
0
C, do đó:
d
1ư
= 55,27
04241,01
04241,0
622622 =
−
=
−
bh
bh
PB
p
g/kgkk
I
1ư
= t
1ư
+ d
1ư
(2500 + 2t
1ư
) = 30 + 53,100)3022500(
10
55,27
3

=×+ kJ/kgkk
I
1ư
= I
1
= t
1
+ d
1
(2500 + 2t
1
)
100,53 = 35 + Ỉ d)3522500(
1
×+d
1
= 25,5 g/kgkk
d
1
=
1
1
622
h
h
PB
p
−
Ỉ p
h1

= 0,03938 bar

7,0
05633,0
03938,0
1
1
1
===
hbh
h
p
p
ϕ
(ϕ
1
= 70%)
t = 35
0
C Ỉ bảng không khí khô Ỉ ρ
k1
= 1,1465 kg/m
3
V
G
=
ρ
Ỉ G
k
= ρ

k
V
k
= 59,1
3600
5000
1465,1 =× kg/s
Q
0
= G
k
( I
1
– I
2
)
Không khí ra khỏi dàn lạnh:
t
2
= 15
0
C Ỉ bảng hơi bão hoà Ỉ p
2bh
= 0,017041 bar
bh
h
p
p
2
2

2
=
ϕ
Ỉ p
h2
= ϕ
2
p
2bh
= 0,8 × 0,017041 = 0,01363 bar
d
2
= 59,8
9863,0
01363,0
622622
2
2
==
−
h
h
PB
p
g/kgkk
I
2
= t
2
+ d

2
(2500 + 2 t
2
) = 15 + 7,36)1522500(
10
59,8
3
=×+ kJ/kgkk
Q
0
= 1,59 ( 100,53 – 36,7) = 101,5 kW
2. Q
0
= G
n
× C
pn
× Δt
n

Ỉ 856,4
518,4
5,101
0
=
×
=
Δ×
=
npn

n
tC
Q
G
kg/s = 17,482 m
3
/h
G
ng
= G
k
( d
1
– d
2
) = 1,59 (25,5 – 8,59 ) = 26,9 g/s = 96,8 kgnước/h.
2
ϕ
1
ϕ
I
1
I
2
2
t
100=
ϕ
%
1

t
1
2
d2 d1
d
I
d
1ư
t1ư
1ư

t
1
ư
t
1
t
2
t
1
ϕ
2
ϕ
d
2
d
1
d
1ư
I

1
I
2
2
1
%
t
1
ư

=

c
o
n
s
t
1ư


* Bài 2: 2 điểm
câu 1: 1 điểm
câu 2: 0,5 điểm
câu 3: 0,5 điểm

Bài 3: (2 điểm)
1. Vẽ sơ đồ và xây dựng đồ thò i-
s và T-s
* Trạng thái 1:
p

1
= 10 Mpa = 100 bar, t
1
= 450

0
C => bảng hơi quá nhiệt Ỉ i
1
= 3239 kJ/kg
s
1
= 6,416 kJ/kgđộ
* Trạng thái 2:
s
2
= s
1
= 6,416 kJ/kgđộ
x
2
= 1
Ỉ bảng hơi bão hoà Ỉ p
2
≈ 16 bar
i
2
= i” = 2793 kJ/kg
* Trạng thái 3:
p
3

= p
2
= 16 bar
t
2
= 450
0
C
Ỉ bảng hơi quá nhiệt Ỉ i
3
= 3363 kJ/kg
s
3
= 7,390 kJ/kgđộ
* Trạng thái 4:
p
4
= 0,05 bar
s
4
= s
3
= 7,390 kJ/kgđộ
p
4
= 0,05 bar Ỉ bảng hơi bão hoà Ỉ i
4
’ = 137,83 kJ/kg
i
4

” = 2561 kJ/kg
r
4
= 2423 kJ/kg
s
4
’ = 0,4761 kJ/kgđộ
s
4
” = 8,393 kJ/kgđộ
873,0
4761,0393,8
4761,039,7
'
4
"
4
'
44
4
=
−
−
=
−
−
=
ss
ss
x

1
N
T
= 100 MW
2
3
4
5
G
h
p
1
, t
1
p
3
, t
3
II
I

5
1
4
x
4
p
1

p
4
t
1 =
t
3
q
1
q
2
T
S
X
=

0
X

=

1
2
3
S
5
i
S
3
1
2

5
4
X

=

1
K
S
4
x
4
t1 = t3
p4

2. Tính hiệu suất nhiệt η
t
:
i
4
= i
4
’+ r
4
x
4
= 137,83 + 2423×0,873 = 2253,1 kJ/kg
Công sinh ra của tuabin:
l
Σ

= l
I
+ l
II
= (i
1
– i
2
) + (i
3
– i
4
)
= (3239 – 2793) + (3363 – 2253,1)
= 1555,9 kJ/kg
Nhiệt lượng cấp:
q
1
= (i
1
– i
4
’) + (i
3
– i
2
) = (3239 – 137,83) + (3363 – 2793)
= 3671,2 kJ/kg

%38,424238,0

2,3671
9,1555
1
====
Σ
q
l
t
η

3. Tính năng suất lò hơi:
Lưu lượng hơi lò cung cấp:
27,64
9,1555
000.100
===
Σ
l
N
G
T
h
kg/s
= 268,2313600
10
27,64
3
=× T/h

* Bài 3: 2 điểm

câu 1: 0,5 điểm
câu 2: 1 điểm
câu 3: 0,5 điểm

Bài 4: (2 điểm)

H
f
U
mH
λ
α
= f = πdδ U = πd
1) 98,21,0
001,045
40
=×
×
==
HmH
λδ
α

Ch (2,98) = 9,87
t
H
- t
f
= t
H

- 250

= 26,20
87,9
25050
)(
0
−=
−
=
−
mHCh
tt
f

0
C = Δt
t
H
= 250

- 20,26 = 229,74
0
C ( Nhiệt độ nhiệt kế chỉ)
2) 3,71,0
0005,015
40
''
' =×
×

== HHm
δλ
α

Ch (7,3) = 740
Ỉ 27,0
740
200
)'(
0
'
−=
−
=
−
=−
HmCh
tt
tt
f
fH
0
C

Δt’ = 0,27
0
C
t’
H
= 250

- 0,27 = 249,73
0
C

* Bài 4: 2 điểm
câu 1: 1 điểm
câu 2: 1 điểm

Bài 5: (2 điểm)
1. Trường hợp a và b:
a) Khi tấm nóng ở trên, tấm lạnh ở dưới, không khí giữa 2 tấm đứng yên nên chỉ tồn tại dẫn
nhiệt và bức xạ

()
10)2040(5,05,0
21
=
−
=
+=
wwf
ttt
0
C
t
f
= 10
0
C Ỉ tra bảng tính chất vật lý của không khí khô Ỉ λ = 2,51 × 10

-2
W/m
0
C
ν

= 14,16

× 10
-6
m
2
/s , Pr
f
= 0,705
12,3060
105
1051,2
2
2
=
×
×
=Δ=
−
−
tq
δ
λ
λ

W/m
2
T
1
= 40 + 273 = 313
0
K
T
2
= -20 + 273 = 253
0
K
()()
[]
65,3453,213,3
1
2,0
2
67,5
100100
1
11
44
4
2
4
1
21
0
=−

−
=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−+
=
TT
C
q
εε
ε

W/m
2
q
a
= q
λ
+ q
ε
= 30,12 + 34,65= 64,77 W/m
2

Q
a
= q
a
× F = 64,77 × 2 = 129,54 W

b) Khi bố trí bề mặt nóng ở dưới, lạnh ở trên Ỉ đối lưu tự nhiên trong khe hẹp Ỉ
q
b
= q
α
+ q
ε
6
26
32
2
3
103,1

)1016,14(283
60)105(81,9
×=
××
×××
=
Δ
=
−
−
ν
β
tlg
Gr

( Gr×Pr) = (1,3×10
6
) × 0,705 = 9×10
5
> 10
3
Ỉ ε
tđ
= 0,105 (Gr.Pr)
0,3
= 6,4 Ỉ q
α
= 193 W/m
2
q

b
= q
α
+ q
ε
= 193 + 34,65 = 227,65 W/m
2
Q
b
= 455,3 W
* Nếu dùng công thức ε
tđ
= 0,18 (Gr.Pr)
0,25
= 5,54 thì
q
α
= 167 W/m
2
và q
b
= 201,65 W/m
2
Q
b
= 403,3 W
2.
Trường hợp c và d:
Ở giữa là chân khôngg nên chỉ tồn tại phần bức xạ do đó vò trí không ảnh hưởng
q

c
= q
d
= q
ε
= 34,65 W/m
2

Q
c
= Q
d
= 69,3 W/m
2


* Baøi 5: 2 ñieåm
caâu 1: 1,5 ñieåm
caâu 2: 0,5 ñieåm



ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TSSĐHB02
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
HỘI ĐỒNG TUYỂN SINH SĐH

ĐỀ THI SAU ĐẠI HỌC NĂM 2007
Tuyển sinh: Cao học
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT
Môn thi: CƠ SỞ

Thời gian làm bài: 180 phút (Thí sinh được sử dụng tài liệu)
Đề thi số: 2 Đề thi gồm 2 trang
_____________________________________________
Bài 1 (2 điểm)

Chu trình tuabin khí thực tế hoạt động với các thơng số kỹ thuật sau:
Khơng khí hút vào máy nén : t
1
= 22
o
C, p
1
= 100 kPa
Khơng khí ra khỏi máy nén : p
2
= 600 kPa
Sản phẩm cháy vào tuabin : t
3
= 800
o
C
Hiệu suất đoạn nhiệt của máy nén : η
cs
= 0,85
Q trình giãn nở trong tuabin là q trình đoạn nhiệt thực nên khí ra khỏi tuabin có
độ tăng entropy là Us = 0,098 kJ/kg.K so với giãn nở đoạn nhiệt lý tưởng (s = const).
Sản phẩm cháy xem như khí lý tưởng có k = 1,4, c
p
= 1,03 kJ/kg.K,R = 0,287 kJ/kg.K
1/ Biểu diễn chu trình trên đồ thị T-s và xác định hiệu suất nhiệt của chu trình η

t

2/ Xác định hiệu suất đoạn nhiệt (hiệu suất đẳng entropy) của tuabin khí η
TS


Bài 2 (2 điểm)
Một xilanh kín được làm bằng thép bọc cách nhiệt rất tốt, ở giữa xilanh lắp đặt
1 piston có thể dịch chuyển qua lại xem như khơng có ma sát và cũng được cách nhiệt rất
tốt. Ban đầu piston ở vị trí giữa xilanh và chia xilanh thành 2 dung tích chứa khí bằng
nhau là V
A
và V
B
, khối lượng khí trong mỗi dung tích là 1 kg, nhiệt độ ban đầu tB
1
= 20 C
và p
o
1
= 0,2 MPa. Trong dung tích A có lắp một điện trở gia nhiệt còn dung tích B thì
khơng có.
Người ta bắt đầu gia nhiệt từ từ cho khối khí trong dung tích A, piston dịch chuyển
dần dần sang phía B cho đến khi p
A2
=

p
B2
= 0,4 MPa thì dừng lại.

1/ Xác định thể tích cuối của 2 khối khí V
A2
và V
B2

2/ Xác định : - Nhiệt độ cuối t
A2
và t
B2
- Nhiệt lượng cung cấp cho khối khí A
Nhiệt dung riêng xem là hằng số: c
p
= 1,01 kJ/kg.K
c
v
= 0,72 kJ/kg.K

Bài 3 (2 điểm)
Có một máy lạnh 1 cấp hoạt động theo chu trình thực, lãnh chất sử dụng là NH
3
,
thơng số hoạt động của thiết bị như sau:
Nhiệt độ ngưng tụ : t
k
= 30
o
C
Nhiệt độ bốc hơi : t
o
= -15

o
C
Lãnh chất trước van tiết lưu có nhiệt độ t
3’
= 25
o
C nhờ quá lạnh trực tiếp bằng
nước giải nhiệt của bình ngưng. Hơi hút về máy nén là hơi bão hoà khô.
Người ta đo được nhiệt độ hơi ra khỏi máy nén t
2
= 105
o
C và năng suất lạnh của
thiết bị Q
o
= 167200 kJ/h
1/ Biểu diễn chu trình trên đồ thị T-s và lgp-i
2/ Xác định lưu lượng tuần hoàn của lãnh chất m
a
[kg/s]
3/ Tính hệ số làm lạnh ε và công suất máy nén P [kW]
4/ Xác định hiệu suất đoạn nhiệt (hiệu suất đẳng entropy) của máy nén η
cs

Bài 4 (2 điểm)
Một đường ống dẫn hơi làm bằng thép có đường kính trong d
1
= 100 mm, chiều dày
ống δ
1

= 2 mm, chiều dài đường ống L = 30 m, hệ số dẫn nhiệt của ống thép
λ
1
= 45W/m.K, hơi chuyển động trong ống là hơi bão hòa khô có p = 10 bar, cường độ
tỏa nhiệt về phía hơi α
1
= 100 W/m
2
K. Phía ngoài ống bọc 1 lớp cách nhiệt có hệ số dẫn
nhiệt λ
2
= 0,1W/m.K, chiều dày δ
2
= 100 mm. Không khí ngoài trời có nhiệt độ t
f
= 20
o
C
được gió thổi ngang qua ống với tốc độ ω = 5 m/s.
1/ Xác định nhiệt độ bề mặt trong cùng t
1
và bề mặt ngoài cùng t
3
, bỏ qua ảnh hưởng
của trao đổi nhiệt bức xạ.
2/ Tính tổn thất nhiệt của đường ống hơi Q.

Bài 5 (2 điểm)
Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống lưu động ngược chiều có diện tích
truyền nhiệt F = 60 m

2
. Chất lỏng nóng là dầu, nhiệt độ vào t’
1
= 60
o
C, chất lỏng lạnh là
nước có nhiệt độ vào t’
2
= 20
o
C. Lưu lượng nước m
2
= 48000 kg/h, lưu lượng dầu
m
1
= 45000 kg/h, c
p1
= 1,9 kJ/kg.K, hệ số truyền nhiệt của thiết bị k = 300W/m
2
.K
1/ Xác định nhiệt độ ra của các chất lỏng t”
1
và t
”
2
.
2/ Tính công suất nhiệt của thiết bị Q [kW].
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TSSĐHB02
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
HỘI ĐỒNG TUYỂN SINH SĐH

ĐỀ THI SAU ĐẠI HỌC NĂM 2006
Tuyển sinh: Cao học
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT
Môn thi: CƠ SỞ
Thời gian làm bài: 180 phút (Thí sinh được sử dụng tài liệu)
Đề thi số: 1 Đề thi gồm 2 trang
________________________________________________________
Bài 1.
Động cơ đốt trong hoạt động theo chu trình cấp nhiệt đẳng áp (air-standard Diesel
cycle), công suất phát của động cơ N = 3700 kW, chu trình hoạt động với thông số:
Tỷ số nén ε = 14
Tỷ số giãn nở sớm ρ = 2
Nhiên liệu sử dụng cho động cơ có nhiệt trò phát ra khi cháy:
H
p
Q
= 4,16 x 10
4
kJ/kg
1- Biểu diễn chu trình trên đồ thò p-v và T-s.
2- Xác đònh hiệu suất nhiệt của chu trình.
3- Tính lượng nhiên liệu tiêu hao của động cơ trong 1 giờ G
nl
[kg/h]
Khi tính toán chất môi giới xem như không khí (μ
k
= 29), nhiệt dung riêng (NDR)
xem là hằng số.

Bài 2.
Có 4 kg khí lý tưởng chứa trong hệ kín, nhiệt độ ban đầu của khí t
1
= 300
0
C,
khí được giãn nở theo quá trình đa biến thuận nghòch đến trạng thái 2 có t
2
= 60
0
C và
thể tích V
2
= 3V
1
. Trong quá trình giãn nở khí nhận một nhiệt lượng Q = 167,472 kJ và
sinh công W = 837,36 kJ.
1- Xác đònh số mũ đa biến của quá trình n.
2- Tìm giá trò nhiệt dung riêng c
p
và c
v
.

Bài 3.
Để sưởi ấm cho một công trình kiến trúc, người ta dùng quạt có lưu lượng
V= 5000 m
3
/h để hút không khí ngoài trời có nhiệt độ t
1

= 5
0
C, độ ẩm ϕ
1
= 80%
sau đó đẩy qua bộ gia nhiệt hỗn hợp như hình vẽ:

1 2
Hơi nước p = 1,5 bar , x = 0,8
%50
C25t
2
0
2
=ϕ
=
%80
C5t
1
0
1
=ϕ
=
Thổi vào
công trình
Không khí
ngoài trời
V = 5000
h
/

m
3
Q

Hơi phun vào có áp suất tuyệt đối p = 1,5 bar, độ khô x = 0,8, không khí ra khỏi bộ
gia nhiệt hỗn hợp có t
2
= 25
0
C và ϕ
2
= 50% được thổi vào công trình. p suất khí trời
p
b
= 98 kPa, trong quá trình hoạt động của thiết bò xem như áp suất dòng không khí là
không đổi.
1- Xác đònh lượng hơi nước cần cung cấp cho thiết bò G
h
[kg/h]
2- Tính nhiệt lượng cung cấp cho bộ gia nhiệt Q [kW]



Bài 4.
Một thiết bò đun nước nóng dạng vỏ bọc chùm ống có 30 ống, nước chảy trong ống
có đường kính d = 20 mm và đi 1 hành trình (1 pass), chiều dài một ống L = 2,5 m,
nhiệt độ trung bình của nước t
f
= 50
0

C, nhiệt độ bề mặt vách ống t
w
= 90
0
C, lưu lượng
nước chảy qua thiết bò G = 14 kg/s.
Khi tính toán xem khối lượng riêng của nước ρ
n
= 1000 kg/m
3
, NDR của nước
c
pn
= 4,18 kJ/kg
0
K.
1- Tính công suất nhiệt của thiết bò Q [kW]
2- Xác đònh nhiệt độ nước vào và ra khỏi thiết bò và
'
f
t
"
f
t
.


Bài 5.
Có 2 tấm phẳng đặt song song, tấm thứ 1 có t
1

= 300
0
C, ε
1
= 0,9; tấm thứ 2:
t
2
= 100
0
C, ε
2
= 0,8, giữa 2 tấm là không khí, khoảng cách giữa 2 tấm δ = 20 mm.
1- Xác đònh nhiệt lượng trao đổi nhiệt giữa 2 tấm q
12
, tỷ lệ thành phần trao đổi nhiệt
bức xạ và đối lưu của dòng nhiệt toàn phần.
2- Nếu giữa 2 tấm có đặt 3 màng chắn bức xạ có độ đen ε
c
= 0,05 thì nhiệt lượng trao
đổi nhiệt bằng bức xạ giữa 2 tấm q
12εc
là bao nhiêu?
ĐỀ THI

Môn: NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT
(Kỳ thi tuyển sinh cao học ngành Công Nghệ Nhiệt – 2005)
Thời gian làm bài : 180 phút
Ghi chú : Thí sinh được sử dụng tài liệu.
Ngày 06.5.2005

Bài 1

Không khí trước khi đi vào máy nén có áp suất và nhiệt độ lần lượt là p
1
= 1
bar và t
1
= 32
o
C, sau khi ra khỏi máy nén áp suất của không khí là p
2
= 3 bar.
a. Xác đònh công tiêu tốn bởi máy nén.
b. Xác đònh độ biến thiên entropy giữa đầu ra và đầu vào tính theo 1 kg không
khí. Nhận xét?
c. Biểu diễn quá trình trên đồ thò T-s.
Cho biết quá trình nén là đa biến với n = 1,2 và lưu lượng không khí đi qua máy
nén là 1,34 kg/s.

Bài 2

Khảo sát một bình kín có thể tích V = 200 lít bên trong có chứa 1,6 kg hơi nước.
Sau khi nhận vào một nhiệt lượng Q, người ta thấy nhiệt độ của hơi nước trong bình
tăng thêm 25,3
o
C. Cho biết vào lúc ban đầu số chỉ của áp kế là 1,3 bar.
a. Nêu đúng tên gọi của trạng thái đầu và trạng thái cuối. Xác đònh rõ vào
cuối quá trình áp kế chỉ bao nhiêu? Biểu diễn quá trình trên đồ thò p-v.
b. Tính toán giá trò của Q.
Trong quá trình tính toán xem như áp suất khí quyển có giá trò là 1 bar.

Bài 3
Không khí ẩm trước khi đi vào thiết bò A có t
1
= 30
o
C và ϕ
1
= 75%, sau khi ra
khỏi thiết bò đó người ta thấy t
2
= 47
o
C và độ chứa hơi d
2
nhỏ hơn d
1
một lượng là 10
gam hơi nước/kg không khí khô.
a. Xác đònh enthalpy của không khí ẩm trước và sau khi ra khỏi thiết bò A.
b. Xác đònh nhiệt độ đọng sương t
đs2
của không khí sau khi ra khỏi thiết bò A.
c. Xác đònh năng suất lạnh và công lý thuyết cấp cho máy nén của máy lạnh
B. Cho biết, máy lạnh B được dùng để giảm nhiệt độ của không khí từ trạng
thái 2 (ra khỏi thiết bò A) đến trạng thái 3 với t
3
= t
đs2
+ 3,5

o
C, lưu lượng
không khí đi qua dàn lạnh của máy lạnh B là 10000 kg không khí khô/h, hệ
số làm lạnh của máy lạnh B là 3,5.
d. Biểu diễn toàn bộ quá trình trên đồ thò t-d.
Cho biết áp suất khí quyển là 1 bar.
Yêu cầu: thực hiện các câu hỏi nêu trên bằng biện pháp tính toán, đồ thò chỉ
được dùng để minh họa.

Bài 4
Khảo sát thiết bò trao đổi nhiệt loại ống lồng ống với đường kính ống nhỏ (ống
lồng bên trong) là 30 mm, chiều dài ống là L. Cho biết:
-Dầu máy biến áp chuyển động bên trong ống nhỏ, bề dày ống xem như không
đáng kể, nhiệt độ dầu vào và ra khỏi ống lần lượt là 65
o
C và 75
o
C, tốc độ chuyển động
của dầu trong ống là 1,6 m/s.
-Hơi nước chuyển động trong không gian giới hạn giữa ống lớn và ống nhỏ với
nhiệt độ ở đầu vào là 110
o
C, áp suất 1,2 bars. Cho biết lưu lượng hơi nước đi qua thiết
bò trao đổi nhiệt là 0,014 kg/s.
-Hiệu suất thiết bò trao đổi nhiệt được xem là 100%, trong quá trình tính toán có
thể xem nhiệt độ bề mặt vách ống nhỏ là t
w
= 100
o
C.

a. Xác đònh hệ số tỏa nhiệt đối lưu α
1
giữa dầu và vách trong của ống nhỏ.
b. Tính chiều dài L của ống.
c. Xác đònh enthalpy của hơi nước ở đầu ra của thiết bò trao đổi nhiệt, có nhận
xét gì về trạng thái tương ứng của hơi nước ở đầu ra?
d. Xác đònh hệ số tỏa nhiệt đối lưu trung bình α
2
giữa hơi nước và vách ngoài
của ống nhỏ.

Bài 5
Khảo sát hai tấm phẳng rộng đặt song song có nhiệt độ và độ đen lần lượt là t
1

= 300
o
C, t
2
= 150
o
C, ε
1
= 0,8 và ε
2
= 0,7.
a. Xác đònh mật độ dòng nhiệt trao đổi bằng phương thức bức xạ giữa hai tấm
phẳng.
b. Để làm giảm mật độ dòng nhiệt, người ta đặt một màn chắn có độ đen ε
C

=
0,025 vào giữa hai tấm phẳng đang khảo sát, tính nhiệt độ tấm chắn T
C
và
mức độ giảm của mật độ dòng nhiệt.

THANG ĐIỂM
Câu 1 – 2 điểm Câu 2 – 2 điểm Câu 3 – 2,5 điểm
Câu 4 – 2,5 điểm Câu 5 – 1 điểm


BÀI GIẢI

Bài 1
a. Công đơn vò tiêu tốn bởi máy nén: (0,75 điểm)
w =
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

⎜
⎝
⎛
−
−
−
1
p
p
RT
1n
n
n/)1n(
1
2
1
= -105419,979 J/kg
Công tiêu tốn:
W = 141,26 kW
b. Độ biến thiên entropy tính trên 1 kg chất làm việc: (0,75 điểm)
Δs = c
p
.ln(v
2
/v
1
) + c
v
.ln(p
2

/p
1
)
Với c
p
= 1,0089 kJ/kg.K và c
v
= 0,72069 kJ/kg.K
Từ phương trình pv
n
= const, ta viết được:
p
1
v
1
n
= p
2
v
2
n

Suy ra:
v
2
/v
1
= (p
1
/p

2
)
1/n
Từ đó:
Δs = -0,131899 kJ/kg.K
Nhận xét: entropy của không khí ra khỏi máy nén nhỏ hơn entropy của không khí đi
vào máy nén, điều này cho thấy trong thực tế máy nén này được làm mát tương đối
tốt.
c. Biểu diễn trên đồ thò T-s (0,5 điểm)
p
1
p
2
T
1
T
2
1
2
T
S

Bài 2
Thể tích riêng của hơi nước đang chứa trong bình:
v = 0,2/1,6 = 0,125 m
3
/kg
p suất ban đầu của hơi nước: p
1
= 1,3 + 1 = 2,3 bar

a. (0,75 điểm) Như vậy, vào lúc ban đầu, trạng thái hơi nước là bão hòa ẩm với độ
khô x
1
có giá trò là:
x
1
=
0010646,07768,0
0010646,0125,0
−
−
= 0,15976
Nhiệt độ ban đầu của hơi nước:
t
1
= 124,71
o
C
Nhiệt độ hơi nước ở trạng thái cuối:
t
2
= 150,01
o
C
Số chỉ của áp kế vào cuối quá trình:
p
2
= 4,76 – 1 = 3,76 bar
Ta cũng xác đònh được, vào cuối quá trình, hơi nước trong bình cũng có trạng thái
bão hòa ẩm với độ khô x

2
có giá trò là:
x
2
=
0010906,03926,0
0010906,0125,0
−
−
= 0,31649
Đồ thò p-v minh họa (0,25 điểm):
P
1
P
2
v
1
=v
2
P
V
2
1

b. (1 điểm) Xác đònh giá trò của Q
Từ phương trình đònh luật nhiệt động thứ nhất, do quá trình là đẳng tích ta có:
Q = G.Δu = G.(u
2
– u
1

)
Trong đó:
u
2
= i
2
– p
2
.v
2

u
1
= i
1
– p
1
.v
1

Với:
i
2
= (1-0,31649).632,2 + 0,31649.2746 = 1301,196 kJ/kg
i
1
= (1-0,15976).524 + 0,15976.2713 = 873,714 kJ/kg
u
2
– u

1
= 1301,196 – 873,714 + (p
1
– p
2
)v = 396,732 kJ/kg
Q = 634,77 kJ

Bài 3
a. (0,75 điểm) Phân áp suất của hơi nước có trong không khí ẩm ứng với trạng
thái ban đầu:
p
h1
= 0,75.0,04241 = 0,0318 bar
Độ chứa hơi ứng với trạng thái ban đầu của không khí ẩm:
d
1
= 0,622.
0318,01
0318,0
−
= 0,02043 kg hơi nước/kg không khí khô
Enthalpy ứng với trạng thái ban đầu của không khí ẩm:
I
1
= 1,0048.30 + 0,02043.(2500 + 1,806.30) = 82,325 kJ/kg không khí khô
Độ chứa hơi ứng với trạng thái 2 của không khí ẩm:
d
2
= 0,02043 – 0,010 = 0,01043 kg hơi nước/kg không khí khô

Enthalpy ứng với trạng thái 2 của không khí ẩm:
I
2
= 1,0048.47 + 0,01043.(2500 + 1,806.47) = 74,186 kJ/kg không khí khô
b. (0,75 điểm) Xác đònh nhiệt độ đọng sương t
đs2

Phân áp suất của hơi nước có trong không khí ẩm ứng với trạng thái 2:
p
h2
=
622,0d
p.d
2
2
+
= 0,01649 bar
Từ p
h2
ta suy ra được nhiệt độ đọng sương:
t
đs2
= 14,514
o
C
c. (0,75 điểm) Ta có:
t
3
= t
đs2

+ 3,5
o
C = 18,014
o
C
Enthalpy ứng với trạng thái 3 của không khí ẩm:
I
3
= 1,0048.18,014 + 0,01043.(2500 + 1,806.18,014) = 44,5148 kJ/kg không khí
khô
Năng suất lạnh của máy lạnh:
Q
o
=
3600
10000
(74,186 – 44,5148) = 82,42 kW
Công lý thuyết cấp cho máy nén:
W =
5,3
42,82
= 23,548 kW
d. (0,25 điểm) Biểu diễn toàn bộ quá trình trên đồ thò t-d
t
d
1
2
3
ϕ
=

1
0
0
%
d
1
d
2
t
1
t
2
t
đs2


Bài 4
a. (1 điểm) Dầu máy biến áp chuyển động trong ống có đường kính 30 mm với
nhiệt độ trung bình là 70
o
C, các thông số vật lý tương ứng là:
ν = 4,54.10
–6
m
2
/s
λ = 0,1064 W/m.K
a = 6,36.10
–8
m

2
/s
Pr
f
= 71,3
Pr
w
= 43,9
c
p
= 1,964 kJ/kg.K
ρ = 850 kg/m
3
Tiêu chuẩn Reynolds:
Re =
υ
ωd.
=
6
10.54,4
03,0.6,1
−
= 10572,6872
Như vậy, dầu chảy rối trong ống. Công thức tính Nusselt có dạng:
Nu
f
= 0,021.Re
f
0,8
. Pr

f
0,43
.(Pr
f
/Pr
w
)
0,25
= 246,066
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu giữa dầu và vách trong của ống nhỏ:
α
1
= Nu.λ/d = 872,715 W/m
2
.K
b. (0,25 điểm) Chiều dài ống
Nhiệt lượng do dầu máy biến áp nhận vào trong 1 giây:
Q = 1,964.[3,14.(0.03)
2
/4].1,6.850.(75-65) = 18,87089 kW
Ta cũng viết được:
Q = α
1
.F.(100 – 70) = 10
–3
.872,715.3,14.0,03.L.(100 – 70)
Suy ra chiều dài L của ống:
L = 7,65 m
c. (0,75 điểm) Hơi nước đi vào thiết bò trao đổi nhiệt có trạng thái quá nhiệt với
enthalpy là i

1
. Nội suy ta có:
i
1
= 2683 +
()
81.104120
81.104110
.26832715
−
−
− = 2693,933 kJ/kg

Gọi i
2
là enthalpy của hơi nước khi ra khỏi thiết bò trao đổi nhiệt, ta viết được:
Q = 0,014.(i
1
– i
2
)
Suy ra:
i
2
= 1346,0122 kJ/kg
Hơi nước ở đầu ra của thiết bò trao đổi nhiệt là hơi bão hòa ẩm với độ khô x có
giá trò là:
x = (1346,0122 – 439,4)/(2683 – 439,4) = 0,404
d. (0,5 điểm) Hệ số tỏa nhiệt đối lưu trung bình α
2

giữa hơi nước và vách ngoài
của ống nhỏ.
Do hiệu suất của thiết bò trao đổi nhiệt được xem là 100%, ta có thể viết:
Q =
α
2
.F.(t
h
– 100)
Nhận xét, ta thấy trong số nhiệt lượng 18,87089 kJ do hơi nước nhả ra trong 1
giây, có đến 0,014.(2683 – 1364,0122) = 18,465 kJ nhả ra cùng với sự biến đổi pha, tức
là ở nhiệt độ bão hòa 104,81
o
C. Do đó có thể lấy t
h
= 104,81
o
C.
Kết quả:

α
2
= 5444,21 W/m
2
.K

Bài 5
a. (0,5 điểm) Mật độ dòng nhiệt trao đổi bằng phương thức bức xạ giữa hai
tấm phẳng:
q = ε

qd
.C
o
.
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
4
2
4
1
100

T
100
T

Trong đó:
ε
qd
=
1
11
1
21
−
ε
+
ε
= 0,59574
T
1
= 573 K
T
2
= 423 K
Kết quả:
q = 2559,878 W/m
2

b. (0,5 điểm) Trong trường hợp có màn chắn, mật độ dòng nhiệt được xác đònh
bằng công thức sau:
q

C
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
ε
+
ε
+
ε
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
2
121
C

1
100
T
100
T
2C1o
4
2
4
1
= 53,26 W/m
2
Nhiệt độ T
C
của tấm chắn:
q
C
= ε
qdc
.C
o
.
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
4
C
4
1
100
T
100
T

Trong đó:
ε
qdc
=
1
11
1
C1

−
ε
+
ε
= 0,0248447
T
C
= 514,353 K
Như vậy, do có tấm chắn mật độ dòng nhiệt giảm 48 lần.
ĐỀ THI

Môn : NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT
(Kỳ thi tuyển sinh cao học ngành Công Nghệ Nhiệt – 2004)
Thời gian làm bài : 180 phút
Ghi chú : Thí sinh được sử dụng tài liệu.
Ngày 07.5.2004

Bài 1

Không khí ẩm trước khi đi vào dàn lạnh có t
1
= 32
0
C
và ϕ
1
= 80
%
. Sau khi
ra khỏi dàn lạnh, người ta thấy t

2
= t
đs1
– 10
0
C
và ϕ
2
= 100
%
, trong đó t
đs1
là nhiệt
độ đọng sương ứng với trạng thái không khí trước khi đi vào dàn lạnh. Cho biết
lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh là 7500
m
3
/h
.
a- Vẽ biểu diễn quá trình đang khảo sát trên đồ thò I-d và t-d.
(0,5 điểm)

b-
Xác đònh năng suất lý thuyết của dàn lạnh.
(1 điểm)

Bài 2

Không khí đi vào máy nén với áp suất và nhiệt độ lần lượt là p
1

= 1
bar
và
t
1
= 30
0
C
. Sau khi ra khỏi máy nén, áp suất của không khí là p
2
= 8
bar
. Cho biết
lưu lượng không khí đi qua máy nén là 0,09
kg/s
. Xác đònh công nén trong các
trường hợp sau:
a- Quá trình nén là đoạn nhiệt.
(0,5 điểm)

b- Quá trình nén là đẳng nhiệt.
(0,5 điểm)

c- Quá trình nén là đa biến với số mũ đa biến n = 1,25.
(0,5 điểm)

d- Vẽ biểu diễn các quá trình trên đồ thò p-v. Nêu nhận xét.
(0,5 điểm)

e- Nếu quá trình nén đang khảo sát là đa biến với n > 1,25 thì công nén trong

trường hợp này như thế nào so với công nén đã xác đònh ở câu c.
(0,5 điểm)


Bài 3
Khảo sát máy lạnh có máy nén hơi loại một cấp. Cho biết:
- Tác nhân lạnh là R-22.
- Trạng thái tác nhân lạnh ở đầu ra của thiết bò ngưng tụ (trạng thái 3) là
lỏng sôi ở áp suất 22
bar
.
- Trạng thái tác nhân lạnh ở đầu vào của máy nén (trạng thái 1) là bão hòa
khô ở nhiệt độ 5
0
C
.

- Năng suất lạnh của máy lạnh là 50000
Btu/h
.

Xác đònh:
a- Năng suất nhả nhiệt của thiết bò ngưng tụ. (
1,25 điểm
)
b- Cho biết, trong điều kiện của TP Hồ Chí Minh, thiết bò ngưng tụ đang
khảo sát thuộc loại giải nhiệt bằng
gió
hay bằng
nước

? Nêu lý do vì sao có
được nhận xét đó. (
0,75 điểm
)

Bài 4
Khảo sát một vách phẳng 2 lớp có các thông số làm việc như sau:
- Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp thứ nhất là δ
1
= 100
mm
và
λ
1
= 0,8
W/m.độ
.
- Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp thứ hai là δ
2
= 200
mm
và
λ
2
= 1,1
W/m.độ
.
- Nhiệt độ và hệ số tỏa nhiệt đối lưu của khói nóng tiếp xúc với bề mặt bên
ngoài của lớp thứ nhất là t
f1

= 150
o
C
và α
1
= 30
W/m
2
.độ
.
- Nhiệt độ và hệ số tỏa nhiệt đối lưu của không khí tiếp xúc với bề mặt bên
ngoài của lớp thứ hai là t
f2
= 35
o
C
và α
2
= 12
W/m
2
.độ
.
Xác đònh:
a- Các nhiệt độ
bề mặt bên ngoài
của vách phẳng (t
w1
và t
w3

) và nhiệt độ
bề
mặt tiếp xúc
t
w2
giữa lớp thứ nhất và lớp thứ hai. (
0,75 điểm
)
b- Nhiệt lượng truyền qua vách, cho biết diện tích bề mặt vách là 10
m
2
. (
0,25
điểm
)
c- Nếu hoán đổi thứ tự của hai lớp tạo nên vách phẳng thì các kết quả đã tính
ở trên có bò ảnh hưởng không? Trong thực tế, khi lựa chọn cách bố trí thứ
tự các lớp thì ta cần chú ý đến điều gì? (
0,5 điểm
)

Bài 5
Khảo sát một ống dẫn nước nóng có các thông số làm việc như sau:
- Đường kính trong, bề dày ống, chiều dài ống và hệ số dẫn nhiệt của vật
liệu làm ống lần lượt là d
1
= 200
mm
, δ
1

= 15
mm
, L = 10
m
và λ
1
= 60
W/m.độ
.
- Tốc độ và nhiệt độ trung bình của nước chảy trong ống là ω = 1,2
m/s
và t
n

= 70
0
C
.
Cho biết nhiệt độ trung bình của bề mặt bên trong của ống là t
w1
= 69,5
0
C
.
Xác đònh:
a- Tổn thất nhiệt từ ống ra môi trường. (
1 điểm
)
b- Nhiệt độ bề mặt bên ngoài của ống t
w2

. (
0,5 điểm
)
c- Độ chênh lệch nhiệt độ của nước giữa đầu vào và đầu ra của ống. (
0,5
điểm
)
d- Cho biết nhiệt độ và hệ số tỏa nhiệt đối lưu của không khí xung quanh
ống là t
f
= – 40
o
C
và
2
α
= 15
W/m
2
.độ
. Xác đònh hệ số dẫn nhiệt λ
2
của
lớp vật liệu bọc bên ngoài ống nếu bề dày δ
2
của lớp vật liệu đó là 25
mm
. Có nhận xét gì về không gian xung quanh ống? (
0,5 điểm
)

BÀI GIẢI

Bài 1 (1,5 điểm)
Từ trạng thái 1 đã biết, ta xác đònh được nhiệt độ đọng sương ứng với trạng thái 1
là:
t
đs1
= 28
o
C
Như vậy: t
2
= 18
o
C
Enthalpy của không khí ẩm ứng với các trạng thái 1 và 2 lần lượt có giá trò là:
I
1
= 94,35 kJ/kg không khí khô
I
2
= 50,85 kJ/kg không khí khô
Thể tích riêng trung bình của không khí: v = 0,87 m
3
/kg không khí khô
Lưu lượng khối lượng của không khí đi qua dàn lạnh:
= 7500 / 3600 / 0,87 = 2,394 kg không khí khô/s m
&
Năng suất lý thuyết của dàn lạnh:

Q = m (I
&
1
– I
2
) = 104,139 kW

Bài 2 ( 2,5 điểm)
Công nén đơn vò ứng với quá trình đoạn nhiệt được tính như sau:
w = –
(1)/
2
1
1
kp
RT 1
k-1 p
kk−
⎡⎤
⎛⎞
⎢⎥
−
⎜⎟
⎢⎥
⎝⎠
⎣⎦
= –
(1,4 1)/1,4
1,4 8314 8
303 1

1,4-1 29 1
−
⎡
⎤
⎛⎞
⎛⎞⎛⎞
−
⎢
⎥
⎜⎟⎜⎟
⎜⎟
⎝⎠⎝⎠
⎝⎠
⎢
⎥
⎣
⎦

w = – 246707,87 J/kg
Công nén ứng với quá trình đoạn nhiệt có giá trò là:
W = (0,09).(– 246707,87) = – 22203,708 W
Nếu quá trình nén là đẳng nhiệt, công nén đơn vò có giá trò là:
w = –RT.ln(p
2
/p
1
) = – 180634,776 J/kg
Công nén ứng với quá trình đẳng nhiệt có giá trò là:
W = (0,09).(– 180634,776) = – 16257,13 W

Ứng với quá trình nén đa biến với (n = 1,25), ta có:
w = –
(1)/
2
1
1
np
RT 1
n-1 p
nn−
⎡⎤
⎛⎞
⎢⎥
−
⎜⎟
⎢⎥
⎝⎠
⎣⎦
= –
(1,25 1)/1,25
1,25 8314 8
303 1
1,25-1 29 1
−
⎡
⎤
⎛⎞
⎛⎞⎛⎞
−
⎢

⎥
⎜⎟⎜⎟
⎜⎟
⎝⎠⎝⎠
⎝⎠
⎢
⎥
⎣
⎦

w = – 223993,666 J/kg
Công nén ứng với quá trình đa biến có giá trò là:
W = (0,09).(– 223993,666) = – 20159,43 W

Nhận xét: ta thấy công nén đẳng nhiệt < công nén đa biến < công nén đoạn nhiệt.

Nếu quá trình nén đa biến với n > 1,25 thì công nén cấp vào sẽ lớn hơn 20159,43
W.

Bài 3 (2 điểm)
Từ bảng số liệu nhiệt động của R-22, ta xây dựng được bảng sau:

Trạng thái Nhiệt độ,
o
C Áp suất, bar Enthalpy, kJ/kg Entropy, kJ/kg.K
1
2
3
4
5

76,79
55,59
5
5,844
22
22
5,844
706,09
739, 28
570,8
570,8
1,7409
1,7409

Lưu lượng khối lượng của tác nhân lạnh đi qua thiết bò bay hơi:
m
&
= 50000.3,5169/12000/(706,09 – 570,8) = 0,10831 kg/s
Năng suất nhả nhiệt của thiết bò ngưng tụ:
Q
k
= 0,10831.(739,28 – 570,8) = 18,248 kW

Nhận xét, ta thấy nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh khá cao. Điều này tương ứng
với thiết bò ngưng tụ loại giải nhiệt bằng gió (lý do: nhiệt dung riêng và khối lượng
riêng của không khí khá nhỏ, dẫn đến độ chênh lệch nhiệt độ của không khí khi đi
qua thiết bò ngưng tụ khá cao, điều này làm cho nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân
lạnh gia tăng).

Bài 4 (1,5 điểm)

Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách được tính theo công thức sau:

f1 f2
12
112
tt
q =
11
δδ
2
α
λλα
−
+++
=
150 35
10,10,21
30 0,8 1,1 12
−
+++
= 271,556 W/m
2
Ta có:
t
w1
= 150 -
1
q
α
= 140,948

o
C
t
w3
= 35 +
2
q
α
= 57,629
o
C
t
w2
= 107,0035
o
C

Nhiệt lượng truyền qua vách trong 1 giây:
Q = q.F = 2715,56 W

Nhận xét:
Nếu hoán đổi thứ tự của hai lớp tạo nên vách phẳng thì:
- Mật độ dòng nhiệt q, các giá trò nhiệt độ t
w1
và t
w3
vẫn giữ như cũ.
- Nhiệt độ t
w2
sẽ thay đổi.

Về mặt thực tế, khi lựa chọn cách bố trí thứ tự các lớp thì ta cần chú ý đến nhiệt độ
có thể chấp nhận được của loại vật liệu tiếp xúc với phía có khói nóng.

Bài 5 (2,5 điểm)
Trước tiên, cần phải xác đònh hệ số tỏa nhiệt đối lưu
1
α
giữa nước và bề mặt bên
trong của ống. Tra bảng các thông số vật lý của nước ta có:

λ
= 66,8.10
– 2
W/m.độ

μ
= 406,1. 10
– 6
N.s/m
2

υ
= 0,415. 10
– 6
m
2
/s
Pr
f
= 2,55

Pr
w
= 2,5715
Re
f
= 1,2.0,2/0,415. 10
– 6
= 578313,253
Đây là trường hợp chất lỏng chảy rối, ta có:
Nu
f
= 0,021.Re
f

0,8
. Pr
f
0,43
. (Pr
f
/Pr
w
)
0,25
= 1275,999
Như vậy:

1
α
=

λ
.Nu/d
1
= 4261,838 W/m
2
.độ
Tổn thất nhiệt từ ống ra môi trường:
Q =
1
α
.
π
.d
1
.L.(70 – 69,5) = 13382,1722 W

Mật độ dòng nhiệt tính theo 1 mét chiều dài của ống:
q
l
= 1338,21722 W
Ta viết được:
q
l
=
π
.(t
n
– t
w2
).

2
11 1 1
1
11
ln
2
d
dd
αλ
⎛⎞
+
⎜⎟
⎝⎠

Từ phương trình này ta có thể xác đònh được giá trò của t
w2
:
t
w2
= 69,00363
o
C

Để tính độ chênh lệch nhiệt độ của nước ta cần phải xác đònh lưu lượng khối
lượng của nước đi qua ống:
= 1,2.(
m
&
π
.d

1
2
/4).1000 = 37,68 kg/s
Độ chênh lệch nhiệt độ của nước giữa đầu vào và đầu ra của ống:
t = 13,3821722/37,68/4,18 = 0,0849648
Δ
o
C

Tương tự, ta có thể xây dựng được biểu thức sau:
q
l
=
π
.(t
w2
– t
f
).
3
23 2 2
1
11
ln
2
d
dd
αλ
⎛⎞
+

⎜⎟
⎝⎠

Giải phương trình trên, ta được: