ĐỀ THI CUỐI KÌ MÔN TRUYỀN NHIỆT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
* * * * * *
ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ
Môn học
: TRUYỀN NHIỆT
Ngày thi
: 19/06/2011;
(Sinh viên được sử dụng tài liệu)

Thời gian

: 90 phút

Bài 1 (4,5 điểm):
Ở một thiết bị đun nước bằng hơi bão hòa khô, nước chảy trong ống thép có đường kính
dtr/dng = 28/32 mm. Biết lưu lượng nước trong ống là G = 1 kg/s; nhiệt độ nước ở đầu vào t’2 =
25oC và ở đầu ra là t’’2 = 95oC ; vật liệu ống có hệ số dẫn nhiệt λv = 45 W/(mK); nhiệt độ của hơi
bão hòa là t1 = 140oC và hệ số tỏa nhiệt phía hơi ngưng tụ là α1 = 4000W/(m2K).
a. Hãy xác định hệ số toả nhiệt về phía nước α2 (Xem hệ số (Prf/Prw)0.25 = 1)
b. Tính hệ số truyền nhiệt đường kL và mật độ dòng nhiệt trung bình trên 1 mét ống qL
c. Chiều dài cần thiết L của ống là bao nhiêu?
d. Tính lượng hơi cần cung cấp trong một giờ, Gh
e. Vẽ đồ thị trao đổi nhiệt (t-F), có ghi cụ thể giá trị nhiệt độ vào & ra của các môi chất.
Bài 2 (3 điểm):
Một vách phẳng được làm bằng hai tấm kim loại mỏng cách nhau 40 mm. Nhiệt độ và độ
đen mặt bên trong của hai tấm lần lượt là t1 = 120o C , e1 = 0,6 và t2 = 40o C , e 2 = 0,5 . Diện tích bề
mặt vách F = 12 m2. Xem không gian giữa hai tấm kim loại là không khí khô có áp suất khí
quyển. Hãy tính nhiệt lượng trao đổi qua vách trong hai trường hợp:
a. Vách đặt nằm, tấm nóng nằm ở phía trên
b. Vách đặt đứng.

Bài 3 (2,5 điểm):
Khảo sát một thiết bị trao đổi nhiệt loại lưu động ngược chiều, cho thấy:
- Lưu lượng của chất lỏng nóng cần làm nguội là 3 m3/h, khối lượng riêng ρ1 = 1104 kg/m3
và nhiệt dung riêng cp1 = 2,5 kJ/(kg.K). Nhiệt độ chất lỏng nóng đi vào thiết bị là t’1 = 90oC.
- Lưu lượng nước làm nguội là 4 m3/h, khối lượng riêng ρ2 = 992 kg/m3 và nhiệt dung riêng
cp2 = 4,18 kJ/(kg.K). Nhiệt độ nước đi vào thiết bị là t’2 = 30oC.
- Thiết bị có diện tích trao đổi nhiệt F = 10 m2 , hệ số truyền nhiệt k = 460 W/(m2.K).
Hãy xác định:
a. Năng suất nhiệt Q của thiết bị.
b. Nhiệt độ của cả hai môi chất khi ra khỏi thiết bị.
Người ra đề
TS. Nguyễn Văn Tuyên


ĐÁP ÁN
Bài 1 (4,5 điểm)

a) Hệ số toả nhiệt a2

(2 điểm )

Nhiệt độ trung bình của nước trong ống: t2 = 0,5(25 + 95) = 60 oC
Thông số vật lý của nước
r = 983,2 kg/m3 ;

cp = 4,179 kJ/kgK ;

l = 65,9.10 -2 W/mK ;

n = 0,478.10 -6 m2/s ; Prf = 2,98

Vận tốc nước trong ống: w =

4G
4 ´1
=
= 1,65
rpd tr2 983,2 ´ p ´ 0,0282

Re f =

Tiêu chuẩn Reynolds:

m/ s

wd tr 1,65 ´ 0,028
=
= 96652 > 10 4
-6
n
0,478 .10

Do chế độ chảy rối, và giả thiết L/d > 50 , ta có PTTC:
Nuf = 0,021Ref0,8Prf0,43 = 0,021 x 966520,8 x 2,980,43 = 326,76

l
65,9.10-2
a 2 = Nu f
= 326,76
= 7690,5

dtr
0,028

W / m2 K

b) Hệ số tr uyền nhiệt đườn g

kL =

kL =

(1 điểm )

1
d ng
1
1
1
+
ln
+
a1d ng 2lv d tr a 2 d tr
1
1
1
32
1
+
ln +
4000 ´ 0,032 2 ´ 45 28 7690,5 ´ 0,028

= 73,24

W /( mK )

Mật độ dòng nhiệt trung bình:
qL = pkL(t1 – t2) = p x 73,24(140 – 60) = 18,398 kW/m
c) Chiều dài ốn g cần thiết

(0.5 điểm )

Nhiệt cần cấp cho nước:

Q = G2c p 2 (t 2'' - t 2' ) = 1´ 4,179(95 - 25) = 292,53
Số mét chiều dài ống:
Kiểm tra tỷ số L/d:

L=

Q 292,53
=
= 15,9
qL 18,398

m

15,9 / 0,028 = 568 > 50

kW

d) Lượn g hơi cần cung cấp

(0,5 điểm )

Hơi nước ở ts = 140 oC có r = 2145 kJ/kg
Từ PT cân bằng nhiệt

Q = Ghr

Gh = Q / r = 292,53 / 2145 = 0,136 kg/s = 491 kg/h
(0,5 điểm )

e) Vẽ đúng đồ thị t-F
Bài 2) (3 điểm)
a) Trường hợp vách đặt nằm, tấm nóng nằm ở phía trên
- Trao đổi nhiệt bức xạ

(1,5 điểm)
(1 điểm)

ìïỉ Tw1 ư 4 ỉ Tw 2 ư 4 üï
4
4
2
q o = Co × íç
÷ -ç
÷ ý = 5,67 ´ 3,9315 - 3,1315 = 809,37 W m
ïỵè 100 ø è 100 ø ïþ
1

1
e12 =
=
= 0,375
1 1
1
1
+ -1
+
-1
e1 e 2
0,6 0,5

{

}

qbx = e 12 × qo = 303,5 W m 2
Qbx = F × qbx = 3642 W
-

D ẫn nhiệt

(0.5 điểm)

Tại nhiệt độ trung bình tk = 80 oC thì l = 3,05.10 -2 W/mK

Qdn = 12 x 3,05.10 -2 x (120 – 40)/ 0,04 = 732 W
Tổng nhiệt lượng trao đổi:
Q = Qbx + Qdn = 3.642 + 732 = 4.374 W

b) Trường hợp vách đặt đứng
- Đối lưu trong khơng gian hẹp

ìl = 0,0305 W ( m.K )
ï
-6
2
ïn = 21,09.10 m s
· Nhiệt độ tính tốn tk = 80 oC => íPr f = 0,692
ï
ïb ~ 1 T K -1
k
ỵ
· Kích thước tính tốn : d = 40 mm = 0,04 m
· Tiêu chuẩn Grashof

(1,5 điểm)


g × b × d 3 × Dt
9,81´ 0,043 ´ 80
Gr f =
=
= 31,976.10 4
2
2
-12
n
353,15 ´ 21,09 .10
Ra f = (Gr × Pr ) f = 31,976.10 4 ´ 0,692 = 22,127.10 4 > 103

etđ = 0,18 × Ra 0f , 25 = 3,9
Qđl = εtđ .Qdn = 3,9 x 732 = 2.854,8 W
Tổng nhiệt lượng trao đổi:
Q = Qbx + Qđl = 3.642 + 2.854,8 = 6.496,8 W
Bài 4 (2,5 điểm)
Sử dụng phương pháp NTU
C1 = G1 cp1 = 3 . 1104 . 2,5 / 3600 = 2,3 kW/K = Cmin
(0,5 điểm)

C2 = G2 cp2 = 4 . 992 . 4,18 / 3600 = 4,6 kW/K = Cmax
C* = Cmin / Cmax = 2,3 / 4,6 = 0,5
NTU = kF/Cmin

= 460 . 10 / 2300 = 2

Hiệu suất thiết bò (tra đồ thò / hoặc tính theo cơng thức):

e = 0,77

(1 điểm)

Nhiệt lượng truyền cực đại:
Qmax = Cmin (t’1 - t’2 ) = 2,3 (90 – 30) =
Nhiệt lượng trao đổi:

Q = e Qmax = 0,77 . 138 =

Nhiệt độ chất lỏng nóng ra:
Nhiệt độ nước ra:

138 kW
106,3 kW

(0,5 điểm)

t1’’ = t1’ – Q/C1 = 90 – 106,3 / 2,3 = 43,8 oC

t2’’ = t2’ + Q/C2 = 30 + 106,3 / 4,6 =

53,1 oC

(0,5 điểm)