Bài tập truyen nhiet

Bài 1:
Tính toán một tháp trao đổi nhiệt ống trùm để làm nguội G 1=5 kg/s toluen từ t1đ=
105oC đến t1c=30oC bằng nước có t2đ=15oC và t2c=45oC. Hai lưu thể chuyển động
ngược chiều trong chế độ chảy xoáy, nước đi ngoài ống, toluen đi trong ống.
Những đặc tính hoá lý của từng lưu chất cho ở nhiệt độ trung bình của chúng như
sau:
của toluen (ở 67,5oC) c1=1780,7 J/kg.K, của nước (ở 30oC) c2=4184 J/kg.K;
λ2

α1

= 0,616 W/m.K. Hệ số cấp nhiệt về phía toluen =583,2 W/m2.K. Nhiệt trở
của lớp cặn phía toluen là r c1=1/5800 m2.K/W; phía nước là rc2=1/2500 m2.K/W.
Ống truyền nhiệt làm từ thép không rỉ có bề dày
λt

δt

=2 mm và hệ số dẫn nhiệt

= 17,5 W/m.K. Nước chuyển động ở khoảng không gian giữa các ống có đường
kính tương đương dtđ = 0,0365 m; với chuẩn số Re = 10 000 và Pr = 5,56.
Hàm phụ thuộc của chuẩn số Nu được biểu thị bằng phương trình:
Nu=C.(dtđ.Re)0,6.Pr0,33 trong đó hệ số C=1,72 ứng với trường hợp có tấm ngăn ngoài
để đảm bảo chế độ chảy xoáy của dòng nước.
Yêu cầu xác định:
1) Lượng nhiệt tải của Toluen, Q, W
2) Tiêu hao nước làm nguội, kg/s
∆ttb

3) Hiệu số nhiệt trung bình,

, oC
4) Hệ số truyền nhiệt tổng cộng, K, W/m2.K
5) Diện tích bề mặt truyền nhiệt, F, m2

Bài 2:
Tính toán một máy trao đổi nhiệt ống chùm. Hai lưu thể chảy chéo dòng là cặn
đáy nồi chưng với lượng là G1=6 Kg/s, nhiệt độ giảm từ t1đ = 102,50C đến t1c = 300C
và chất làm nguội là nước, nhiệt độ tăng từ t 2đ = 20 0C đến t2c = 400C. Cặn đáy nồi
chưng là chất lỏng hữu cơ ăn mòn mạnh và dễ gây bẩn. Ở nhiệt độ trung bình là
660C nó có những đặc điểm hoá lý như sau:
λ

µ

1 = 0,662 W/mK;
1 = 0,00054 Pa.s; C1 = 4190 J/kgK. Nước làm nguội có nhiệt
0
độ trung bình là 30 C có C2 = 4180 J/kgK.
Yêu cầu:
1.Tính nhiệt tải của thiết bị trao đổi nhiệt Q, W.
2.Tính tiêu hao nước cho quá trình làm nguội, G2, kg/s.
3. Xác định xem lưu thể nào chuyển động trong ống và lưu thể nào chuyển
động

1


ngoài ống là hợp lý. Đặt hệ số cấp nhiệt đối với lưu thể chảy trong ống là
với lưu thể còn lại là
α1

α2

α1

và

có gía trị bằng 3785 W/m2K. Hãy xác định hệ số cấp nhiệt

, W/m2K, biết rằng chuẩn số Nu tuân theo phương trình hàm mũ sau:
Pr
PrT

Nu = 0,023.Re0,8.Pr0,4.(
)0,25. Trong đó, cho trước Re=13100 và bỏ qua giá trị
của tỷ số trong ngoặc đơn vì khác biệt giữa Pr và PrT không đáng kể.
4. Xác định hệ số truyền nhiệt chung K, W/m 2K; cho biết ống truyền nhiệt làm
λ

từ thép không rỉ có đường kính ngoài d n = 20 x 2 mm và độ dẫn nhiệt t = 17,5
W/mK; nhiệt độ của lớp cặn bám trên hai mặt thành ống là r c1 = rc2 = 1/5800
m2K/W.
5. Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình của máy trao đổi nhiệt
hai lưu thể chuyển động theo chế độ chéo dòng có hệ số hiệu chỉnh
đó xác định bề mặt trao đổi nhiệt, F, m2

∆ttbc

ε ∆t

; biết rằng

= 0,77. Sau

Bài 3:
Tính toán máy làm nguội khí cốc bằng nước kiểu ống chùm. Hai dòng lưu thể
chuyển động ngược chiều. Khí cốc chuyển động ngoài ống có nhiệt độ vào là 80 0C
và ra là 300C. Nước chuyển động trong ống, nước vào có nhiệt độ 25 0C mang vào
theo một lượng nhiệt 20039875 kcal/h và khí ra có nhiệt độ 45 0C nó mang theo
một lượng nhiệt là 36071775 kcal/h.
Vận tốc của nước trong các ống là v = 0,28 m/s. Ở nhiệt độ trung bình của nước
nó có những đặc tính vật lý như sau: C = 0,998 kcal/kgđộ;
độ nhớt
γ

λ

= 0,538 kcal/m.h.độ;

z = 0,725.10-3kg/m.s; = 994 kg/m3.
Yêu cầu xác định:
1. Lượng nhiệt trao đổi giữa hai lưu thể sau 1h, Q, kcal/h. Lượng nước làm
nguội tiêu hao trong 1h, W, kg/h?

2


α1

2. Hệ số cấp nhiệt từ khí đến thành ống

α1

Lg

α1

(kcal/m2.h.độ), cho biết phương

trình phụ thuộc của
vào hàm lượng trung bình hơi nước (x 2 % thể tích)
trong hỗn hợp khí được xác định theo công thức:
= 1,69 + 0,0246.x, với x=26,1 % thể tích.

α2

Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước làm nguội, , kcal/m2.độ. Cho biết hàm Nu
được xác định theo công thức: Nu = 0,023.Re 0,8.Pr0,4 và đường kính của ống truyền
nhiệt là d = 76/82 mm.
3. Hệ số truyền nhiệt chung K, kcal/m2.h.độ, biết rằng nhiệt trở của lớp cặn
bám trên thành ống là rc= 0,001 m2.h.độ/kcal. Ta bỏ qua nhiệt trở của thành
ống.
4. Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit,
5. Bề mặt truyền nhiệt đòi hỏi, F, m2.

∆tt .b

, 0C.

Bài 4:
Tính toán một máy trao đổi nhiệt để gia nhiệt dung dịch NaOH 10% từ nhiệt độ

600C đến 100 0C. Tiêu hao dung dịch NaOH là 1000 kg/h. Ở nhiệt độ trung bình t2
= 0,5.(60+100) = 80 0C, dung dịch NaOH 10% có tỷ nhiệt bằng 3860 J/kgK. Để gia
nhiệt ta dùng hơi nước bảo hoà áp suất 0,3 MPa ứng với nhiệt độ ngưng tụ t1 =
132,9 0C và nhiệt ngưng tụ r = 2171 kJ/kg.
Yêu cầu:
1) Xác định lượng nhiệt mà hơi nước đã cung cấp cho dung dịch NaOH 10% sau
1giây, Q, W.
2) Xác định lượng hơi nước bão hào tiêu hao để cung cấp nhiệt cho dung dịch sút
đó sau 1 giây, G1, kg/s.
3) Chọn chiều của hai lưu thể sao cho có lợi cho quá trình trao đổi nhiệt. Hãy
chứng minh cho sự lựa chọn đó.
∑r

4) Tính nhiệt trở tổng cộng (
m2K/W) bao gồm nhiệt trở của thành ống và của
lớp cặn bám trên hai thành ống. Cho biết:
- Ống truyền nhiệt làm bằng thép có bề dày là 1 mm và độ dẫn nhiệt
W/mK.

3

λt

= 15,9


- Nhiệt trở của lớp cặn bám trên bề mặt thành ống về phía hơi là rc1 =
1
2500

1
5800

m2K/W và về phía dung dịch là rc2 =
m2K/W.
5) Hệ số truyền nhiệt chung, K, W/m2K, và diện tích bề mặt truyền nhiệt, F, m2
cho biết:
- Hệ số cấp nhiệt từ hơi

α1

= 9143 W/m2K

- Hệ số cấp nhiệt đến dung dịch

α2

= 3726 W/m2K

4