Thiết bị Trao đổi nhiệt

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>Chương 8</b>

<b> Thiết bị Trao đổi nhiệt</b>

1 Bài tập giải mẫu

<b>Bài 1: </b>

Một tường lò bên trong là gạch chịu lửa dày 250mm, hệ số dẫn nhiệt bằng
0,348W/m.0_{K, bên ngoài là lớp gạch đỏ dày 250mm, hệ số dẫn nhiệt bằng}
0,695W/m.0_{K. Nếu khói trong lị có nhiệt độ 1300}0_{C, hệ số toả nhiệt từ khói đến}
gạch là 34,8W/m2_.0_{K; nhiệt độ của khơng khí xung quanh bằng 30}0_{C. Hệ số toả}
nhiệt từ gạch đến khơng khí là 11,6W/m2_.0_{K. Tính mật độ dịng nhiệt truyền qua}
tường lò và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp gạch.

<b>Lời giải:</b>

Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường là:
q = k(tf1 - tf2)

k = 11,6

1
695
,
0

250
,
0
348
,

0

250
,
0
8
,
34

1

1
1

1

1

2
2
2
1
1
1

















k = 0,838 W/m2_.0_K

q = 0,838(1300 - 30) = 1064 W/m2
Nhiệt độ bề mặt tường phía khói:

tW1 = tf1 - q. 1

1



_{= 1300 - 1064}34,8
1

tW1 = 12690_C

Nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp gạch:

tW2 = tW1 - q 0,348

250
,

0
1064
1269

1

1 _ _




tW2 = 5040_C

<b>Bài 2: </b>

Một ống dẫn hơi nước làm bằng thép, đường kính 200/216mm, hệ số dẫn nhiệt
bằng 46W/m.0_{K được bọc bằng một lớp cách nhiệt dày 120mm, có hệ số dẫn nhiệt}
bằng 0,116W/m.0_{K. Nhiệt độ của hơi bằng 300}0_{C, hệ số toả nhiệt từ hơi đến bề mặt}
trong của ống bằng 116W/m2_.0_{K, nhiệt độ khơng khí xung quanh bằng 25}0_{C, hệ số}
toả nhiệt từ bề mặt ngoài cách nhiệt đến khơng khí xung quanh bằng 10W/m2_.0_K.
Xác định tổn thất nhiệt trên 1m chiều dài ống và nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt.

<b>Lời giải:</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

k1 = 2 2 3
3

2
1

2
1
1

1 d

1
d

d
ln
2

1
d

d
ln
2

1
d
1

1












 _,

d1 = 0,2m
d2 = 0,216m

d3 = d2 + 2 = 0,216 + 2.0,120 = 0,456m

k1 = 10.3,14.0,456

1
216

456
ln
116
,
0
.
14
,
3
.
2

1
200

216
ln
216
.
14
,
3
.
2

1
2

,
0
.
14
,
3
.
116

1

1





k1 = 0,9 W/m.0_K

q1 = 0,9(300 - 25) = 247,5 W/m
Nhiệt độ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt:

tW3 = tf2 + q1 10

1
5
,
247
25
1

2




tW3 = 49,750_C

<b>Bài 3:</b>

Một vách có cánh dày 12mm, hệ số dẫn nhiệt  = 60W/m.0K. Phía khơng làm

cánh tiếp xúc với môi trường nóng có nhiệt độ 1170_{C, hệ số toả nhiệt}

1 =

250W/m2_. 0_{K. Phía làm cánh tiếp xúc với khơng khí nhiệt độ 17}0_{C, hệ số toả nhiệt}

2 = 12W/m2. 0K. Hệ số cánh 2
1

F
F

= 12. Xác định mật độ dịng nhiệt phía khơng làm
cánh và phía làm cánh, nhiệt độ bề mặt tiếp xúc với mơi trường nóng và môi trường
lạnh. Hiệu quả làm việc của cánh.

<b>Lời giải:</b>

Mật độ dịng nhiệt phía khơng làm cánh:
q1 = k1(tf1 - tf2)

k1 = 12.12

1
60

012
,
0
250

1

1
F

F
.
1
1

1

2
1
2
1













k1 = 89,7 W/m2_.0_K

q1 = 89,7(117 - 17) = 897 W/m2
Mật độ dịng nhiệt phía làm cánh:

q2 = q1

75
,
74
12
897
F

F

2

1 _ _

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

tW1 = tf1 - q1 1

1

 _{= 117 - 897.}₂₅₀

1

=810_C
Nhiệt độ bề mặt phía làm cánh:

tW2 = tf2 + q2 2

1

 _{= 17 + 74,75.}₁₂

1

tW2 = 790_C

Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách ngăn khi không làm cánh:

qoc =

),
t
t
(
1
1

1

2
f
1
f

2
1










qoc =

)
17
117
(
12

1
60

012
,
0
250

1
1






qoc = 114,2W/m2

Khi làm cánh nhiệt lượng truyền đi tăng 114,2

897
q

q

oc
1 _

=7,85 lần.

<b>Bài 4:</b>

Một thiết bị trao đổi nhiệt, chất lỏng nóng được làm nguội từ 3000_{C đến}
2000_{C, chất lỏng lạnh được đốt từ 25}0_{C đến 175}0_{C. Tính độ chênh lệch nhiệt độ}
trung bình trong ba trường hợp:

a. Chất lỏng chuyển động song song cùng chiều
b. Chất lỏng chuyển động song song ngược chiều
c. Chất lỏng chuyển động cắt nhau.

<b>Lời giải:</b>

a.Trường hợp chất lỏng chuyển động song song cùng chiều:

t1 = t'1 - t'2 = 300 - 25 = 2750C
t2 = t''1 - t''2 = 200 - 175 = 250C

tcc =

C
104
25

275
ln

25
275
t

t
ln

t

t 0

2
1
2

1 _  _







b. Trường hợp chất lỏng chuyển động song song ngược chiều:

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

tnc =

C
149
175

125
ln

175
125
t

t
ln

t

t 0

2
1

2

1 _  _







c. Trường hợp chất lỏng chuyển động cắt nhau:

tcn = t.tnc
Trong đó: t = f(P,R)

P =

545
,
0
25
300

25
175
't

't
't
''

t

2
1

2

2 _








R =

667
,
0
25
175

200
300
't

''
t

''
t
't

2
2

1

1 _







Tra đồ thị: t = f(0,545, 0,667) = 0,90

tcn = 0,9.149 = 1340C
<b>Bài 5: </b>

Trong một thiết bị trao đổi nhiệt cần làm nguội 275 kg/h chất lỏng nóng từ
1200_{C đến 50}0_{C, chất lỏng nóng có nhiệt dung riêng C}_{pl = 3,04 kJ/kg.} 0_{K. Chất lỏng}
lạnh (chất giải nhiệt) có lưu lượng 1000 kg/h, nhiệt độ vào thiết bị là 100_{C, nhiệt}
dung riêng Cp2 = 4,18 kJ/kg. 0_{K. Tính diện tích truyền nhiệt của thiết bị trong hai}
trường hợp.

a. Chất lỏng chuyển động song song cùng chiều.

b. Hệ số truyền nhiệt của thiết bị k = 1160 W/m2_. 0_K

<b>Lời giải:</b>

Nhiệt lượng do chất lỏng nóng nhả ra:
Q = G1Cpl(t'1 - t''1)

Q = 3600.3,04.10



120 50



16255,5W

275 3




Nhiệt độ ra của chất lỏng lạnh xác định từ phương trình cân bằng nhiệt:
Q = G1Cpl(t'1-t''1) = G2Cp2(t''2-t'2)

t''2 = t'2 +





2
p
2

1
1
1
p
1

C
.
G

''
t
't
C
.

G 

t''2 = 10 +





18
,
4
.
1000

50
120
04
,
3
.

275 

= 240_C

Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit trong trường hợp chuyển động song song cùng
chiều:

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

tcc =

C
3
,
58
26
110
ln

26
110
t

t
ln

t

t 0

2
1
2

1 _  _







Diện tích bề mặt truyền nhiệt trong trường hợp chất lỏng chuyển động song song
cùng chiều:

Q = k.Fcc.tcc

Fcc =

2
cc

m
24
,
0
3
,
58
.
1160

5

,
16255
t

.
k

Q






Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit trong trường hợp chuyển động song song
ngược chiều:

t1 = t'1 - t''2 = 120-24 = 960C
t2 = t''1-t'2 = 50-10 = 400C

tnc =

C
64
40
96
ln

40
96

t

t
ln

t

t 0

2
1
2

1 _  _







Diện tích bề mặt truyền nhiệt trong trường hợp chất lỏng chuyển động song song
ngược chiều:

Q = k.Fnc.tnc

Fnc =

2
nc

m
22
,
0
64
.
1160

5
,
16255
t

.
k

Q






<b>Bài 6: </b>

Lưu lượng nước chảy ra thiết bị trao đổi nhiệt chuyển động ngược chiều là G2
= 10 kg/s, nhiệt độ nước tăng từ 260_{C lên đến 100}0_{C sau đó sơi và biến thành hơi}
q nhiệt có nhiệt độ là 1260_{C. Tồn bộ q trình thực hiện với p = 1,013 bar =}
const. Nước được gia nhiệt nhờ khí cháy. Khí cháy khi đi vào thiết bị có nhiệt độ

6500_{C và lưu lượng là G1 = 45 kg/s. Biết hệ số truyền nhiệt của thiết bị là k=197}
W/m2_{. Tính diện tích truyền nhiệt của thiết bị. (Thơng số vật lý của khí cháy một}
cách gần đúng lấy theo thơng số vật lý của khơng khí).

<b>Lời giải:</b>

Nhiệt lượng mà nước nhận được từ 260_{C đến khi trở thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ}
là 1260_C:

Q = G2[Cp2(100 - 26) + r(iqn – i’’)]

Cp2 - nhiệt dung riêng của nước bằng 4,18 kJ/kg.0_K.
r-nhiệt hoá hơi của nước ứng với p = 1,013 bar:

r = 2257 kJ/kg.

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6></div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

Vậy Q = 10[4,18(100 - 26) + 2257(2729 - 2676)].103

W
10
.
26193

Q 3

Nhiệt độ của khí cháy khi đi ra khỏi thiết bị:
Q = G1Cp1(t'1 - t''1)

t''1 = t'1 -

C
68
10
.
18
,
4
.
45

10
.
26193
650

C
G

Q 0

3
3

1
p
1






Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit:

t1 = t'1 - t''2 = 650 - 126 = 5240C
t2 = t''1 - t'2 = 68 - 26 = 420C

t =

C
191
42

524
ln

42
524
t

t
ln

t

t 0

2
1
2

1 _  _







Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
Q = k.F.t

F =

2
3

m
696
191

.
197

10
.
26193
t

.

k

Q






<b>Bài 7: </b>

Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống Hình 27. Nước nóng có lưu lượng G1
= 1,4kg/s. Khi đi vào thiết bị có nhiệt độ 970_{C. Nước nóng chảy trong ống đường}
kính d2/d1 = 40/37mm. Chất lỏng lạnh chuyển động trong vòng xuyến giữa các ống
với lưu lượng G2 = 1,14 kg/s và được đốt nóng từ 170_{C đến 47}0_{C. Đường kính ống}
ngồi là 54 mm. Xác định chiều dài ống của thiết bị. ống thép có  = 50 W/m. 0K.
<b>Lời giải:</b>

Lượng nhiệt chất lỏng lạnh (nước lạnh) nhận được:
Q = G2Cp2(t''2 - t'2) = 1,14.4,18.103_{(47 - 17)}
Q = 142956 W

Nhiệt độ nước nóng khi đi ra khỏi thiết bị:
Q = G1Cp1(t'1 - t''1)

t''1 = t'1 -

C
63
10

.
18
,
4
.
1

142956
97

C
.
G

Q 0

3
1

p
1






Tính chất vật lý của chất lỏng nóng tra theo nhiệt độ:

t1 = 2 80 C

63
97
2

''
t

't1 1 _  _ 0

1

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

v1 = 0,365.10-6_m2_/s;
Pr1 = 2,2

1 = 0,674 W/m. 0K.

Tính chất vật lý của chất lỏng lạnh tra theo nhiệt độ:

t2 = 2 32 C

47
17
2

''
t

't2 2 _  _ 0

2

 _{= 995 kg/m}3
v2 = 0,776.10-6_m2_/s;
Pr2 = 5,2

2 = 0,62 W/m. 0K.

Tốc độ chuyển động của nước nóng: Hình 27

w1 =

s
/
m
96
,
0
037
,
0
.
14
,
3
.
972

4
,

1
4

d
.
G

2
1

2
1

1







Tốc độ chuyển động của nước lạnh:

w2 =







2 2



2
2
2

2

2

04
,
0
054
,
0
.
14
,
3
.
995

4
.
14
,
1
4

d
D
.

G







w2 = 1,1 m/s
Trị số Re của chất lỏng nóng:

Ref =

97315
10

.
365
,
0

037
,
0
.
96
,
0
v

d
w

6
1

1

1 _ _



Hệ số toả nhiệt về phía chất lỏng nóng được xác định từ phương trình tiêu chuẩn:

Nuf = 0,021.Ref0,8_Prf0,43₍ _w
f

Pr
Pr

)0,25
Nhiệt độ của vách ống lấy bằng:

fw = 0,5(t1 + t2) = 0,5(80 + 32) = 560_C
Prw = 3,2

Nuf1 = 0,021.973150,8_.2,20,43₍3,2

2
,
2

)0,25
Nuf1 = 262

Nên 1 =

K
.
m
/
W
4772
037

,
0

674
,
0
.
262
d

.

Nu_f₁ ₁ ₂ ₀






</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

Re2 = 2
rd
2

v
d
.
w

dtd = D - d2 = 54 - 40 = 14 mm

Re2 = 0,776.10 19845

014
,
0
.
1
,
1

6 



Nuf2 = 0,021.198450,8_.5,20,43₍3,2

2

,
5

)0,25
Nuf2 = 132 W/m2_. 0_K

Hệ số toả nhiệt 2:

2 =

5846
014

,
0

62
,
0
.
132



W/m2_. 0_K
Hệ số truyền nhiệt của thiết bị:

k1 = 1 2 2

2

1

1 . .d

1
d

d
ln
.
.
2

1
d
.
.

1

1












k1 = 5846.3,14.0,04

1
37

40
ln
50
.
14
,
3
.
2

1
037

,
0
.
14
,
3
.
4772

1

1




k1 = 293 W/m. 0_K

Nếu chất lỏng chuyển động ngược chiều, độ chênh nhiệt độ trung bình logarit:

t1 = 97 - 47 = 500C
t2 = 63 - 17 = 460C

t =

C
48
46
50
ln

46

50 0




Mật độ dòng nhiệt của 1m chiều dài ống:
q1 = k1.t = 293.48 = 14064 W/m

Chiều dài ống:

l=

m
10
14064
142956
q

Q

1




Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

F = d1.l = 3,14.0,037.10 = 1,16 m2

Nếu chất lỏng chuyển động cùng chiều:

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

t =

C
40
16
80

ln

16

80 0




q1 = 293.40 = 11720 W/m
Chiều dài ống:

l = 11720 12,2

142956


m
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

F = 3,14.0,07.12,2 = 1,42 m2

<b>Bài 8: </b>

Một bộ sấy khơng khí của lị hơi kiểu chùm ống được bố trí như Hình 28.
Khói đi trong ống và khơng khí chuyển động ngang qua ngồi chùm ống. Các thơng
số của thiết bị như sau: lưu lượng khơng khí G2 = 21,5 kg/s, khơng khí được đốt
nóng từ t'2 = 300_{C đến t''2 = 260}0_{C. Khói có thành phần 13% CO2 và 11% H2O. Khói}
chuyển động trong ống thép đường kính d2/d1 = 53/50 mm, hệ số dẫn nhiệt  = 46,5

W/m. 0_{K, lưu lượng khói G1 = 19,6 kg/s, tốc độ trung bình của khói w1 = 14 m/s.}
Nhiệt độ khói lúc đi vào thiết bị t'1 = 3800_{C. Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt}
F, chiều cao của ống L và số lượng ống. Biết chùm ống bố trí so le, tốc độ khơng
khí chuyển động ngang qua chùm ống chỗ hẹp nhất bằng 8 m/s. s1 = s2 = 1,3d2.

<b>Lời giải:</b>

Lượng nhiệt khơng khí nhận được:
Q = G2Cp2(t''2 - t'2), W

Các thông số của khơng khí tra theo nhiệt
độ trung bình của khơng khí:

t2 = 0,5(t'2 + t''2)

t2 = 0,5(30 + 260) =1450_C
p2 = 0,844 kg/m3

 = 3,52.10-2 W/m. 0K

v2 = 28,3.10-6_m2_/s _{Hình 28}

Cp2 = 1,01kJ/kg.K.
Prf2 = 0,684

Vậy: Q = 21,5.1,01(260 - 30).103_{= 4999,450 W}

Để xác định nhiệt độ ra của khói, ta giả thiết nhiệt độ trung bình của khói t1 =
3000_{C, tra Cp1 của khói theo nhiệt độ ta được:}

Cp1 = 1,12 kJ/kg.K

Nên t''1 = t'1 -

C
152
1120
.
6
,
19

450
,
4994
380

C
.
G

Q 0

1
p
1




</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

Dùng nhiệt độ này tính gần đúng lại lần thứ hai:
t1 = 0,5(380 + 152) = 2660_C

Lại tra Cp1 theo t = 2660_{C ta được:}
Cp1 = 1,11 kJ/kg.K.

Dùng kết quả này ta tính gần đúng lại lần thứ 3 và tìm được:
t''1 = 1500_{C và t1 = 265}0_C.

Sự sai biệt so với giả thiết khơng đáng kể, do đó ta dùng t1 = 2650_{C để tính tốn.}
Tra bảng các thơng số của khói theo t1 = 2650_{C ta có:}

p1 = 0,622 kg/m3
Cp1 = 1,11 kJ/kg.K

f1 = 0,0454 W/m. 0K

vf1 = 41,2.10-6_m2_/s
Pr1 = 0,66

Tính: Ref1 =

17000
10

.
2
,
41

05
,
0
.
14
v

d
w

6
1

f
1

1 _ _



Nuf1 = 0,021.Re0f1,8Prf0,43

Nuf1 = 0,021.170000,8_.0,660,43_{= 42,5}
Hệ số toả nhiệt phía khói:

1 = 0,05

0454
,
0

.
5
,
42
d

.
Nu

1
1
f
1
f  _

1 = 38,6 W/m2. 0K

Phía khơng khí:

Ref2 =

14928
10

.
3
,
28

053

,
0
.
8
v

d
.
w

6
2

f
2

2 _ _



Nuf2 = 0,41.Re0f,26Prf02,33

Nuf2 =0,41.149820,6_.0,6840,33_{= 115}
Hệ số toả nhiệt phía khơng khí:

2 =

3
,
76

053

,
0

0352
,
0
.
115
d

.
Nu

2
2
2

f  _ _

W/m2_. 0_K
Hệ số truyền nhiệt của thiết bị một cách gần đúng:

k = 76,3

1
5
,
46

0015
,
0
6
,
38

1

1
1

1
1

2
1











</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit trong trường hợp này được tính:

t = t.tnc

t1 = 380 - 150 = 2300C
t2 = 260 - 30 = 2300C

Vì:

1

t

t

2
1

_





Nên: tnc = tf1 - tf2 = 265 - 145 = 1200C

Để tra t ta cần tính thêm hai thơng số:
P = 380 30 0,658

30
260





R = 260 30 1,0
150
380





Dựa vào P và R tra đồ thị ta tìm được: t = 0,88
Vậy: t = 0,88.120 = 105,50C

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
F =
2
m
1820
5
,
105
.
26
450
,
4994
t
.
k
Q



Tổng số lượng ống:

1080
14
.
05
,
0
.
14
,
3
.
3
,
2
4
.
6
,
19
.
4
d
G
n ₂
1
2
1

1 _ _






Chiều cao của mỗi đoạn ống (gồm hai đoạn):

l1 =
m
4
,
5
1080
.
05
,
0
.
14
,
3
.
2
1820
n
.
d
.
2
F

1




Tiết diện chảy của dịng khơng khí:

f =

2
2

2

2 ₃_,₂_m

8
.
844
,
0
5
,
21
w
.
G




Số ống bố trí ngang dịng khơng khí:

n1 = 5,4(1,3.0,053 0,053)

2
,
3
)
d
s
(
l
f
2
1
1 



n1 = 38 (ống)

Số ống bố trí dọc theo dịng khơng khí:

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

<b>Bài 9: </b>

Tính diện tích truyền nhiệt của bộ sấy khơng khí lị hơi Hình 29. Khơng khí
chuyển động ngang bên ngồi ống. Khói chuyển động trong ống với lưu lượng V1 =
35 m3_{/s, nhiệt độ vào t'f1 = 345}0_{C, nhiệt độ ra t''f1 = 160}0_{C. Lưu lượng trung bình của}
khơng khí V2 = 23 m3_{/s, nhiệt độ vào của khơng khí t'f2 = 20}0_{C, nhiệt độ ra của}

khơng khí t''f2 = 2500_{C. Tổng số ống n = 2079, đường kính ống d2/d1 = 53/50 mm.}
ống bố trí so le bước ngang s1 = 70 mm, bước dọc s2 = 60 mm. Số ống sắp theo
chiều ngang n1 = 77 ống, theo chiều dọc n2 = 27 ống. Chiều rộng của đường khói b
= 5,4 m.

<b>Lời giải:</b>

Độ chênh nhiệt độ trung bình:

t = t.tnc

tnc =



 



₁₁₆ _C

250
345

20
160
ln

250
345
20

160 0









P = 345 20 0,71

20
250





R = 250 20 0,80
160

345





Tra đồ thị ta được t = 0,9

t = 0,9.116 = 104,50C

Diện tích thực tế khói chuyển động ngang qua:

F1 = n 4 4,1

05
,
0
.
14
,
3
.
2079
4

d

. ₁2 2






m2
Tốc độ trung bình của khói:

w1 =

5
,
8

1
,
4
35
F
V
1

1 _ _

m/s
Nhiệt độ trung bình của khói:

tf1 = 0,5(345+160) = 252,50_C
Tra các thơng số vật lý theo 252,50_C:

vf1 = 39,3.10-6_m2_/s;

1 = 4,44.10-2 W/m.K

Prf1 = 0,660
Tính Re đối với khói:

Ref1 =

10800
10

.
3

,
39

05
,
0
.
5
,
8
v

d
.
w

6
1

f
1

1 _ _



</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

Nuf1 = 0,021.(10800)0,8_.0,6600,43_{= 29,6}
Hệ số toả nhiệt phía khói:

1 = 0,05

10
.
44
,
4
.
6
,
29
d

.

Nu 2

1
1
f
1

f  _ 

1 = 26 W/m2. 0K

Diện tích dịng khơng khí chuyển động:
F2 = l(b-n1.d2)

F2 = l(5,4-77.0,053) = 1,32 l, m2
Tốc độ trung bình của dịng khơng khí:

f2 = 0,5(250+20) = 1350C

Tra các thơng số vật lý của khơng khí theo f2 =1350C ta được:
f2 = 3,46.10-2 W/m.0K

vf2 = 27,20.10-6_m2_/s
Prf2 = 0,685

Cp2 = 1,012 kJ/kg0_K

2 = 0,865 kg/m3

Trị số Ref2 đối với khơng khí:

Ref2 = l

33900
10

.
2
,
27

053
,
0
.
l

4
,
17
v

d
.
w

6
2

f
2

2 _ _



Khi dịng khơng khí chuyển động ngang qua chùm ống so le:
Nuf2 = 0,37.Re0f,26

tb = n
)
2
n

( ₃

2

1   


tb =





₀_,₉₇₅

27
.
25
7
,
0
6
,

0 ₃






3
Hệ số toả nhiệt của dãy ống thứ ba bằng:

3 = 0,37Re 2
2

f
6
,
0

2
f

d
.

3 = 0,37 0,053
10
.
46
,
3
.
1

33900 0,6 2









3 = l0,6
132

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

2tb = 0,975. 0,6 l0,6
129
l

132



W/m2_. 0_K

Vậy hệ số toả nhiệt được tính gần đúng bằng công thức:

k = 1 2 129/l0,6

1
5

,
46

0015
,
0
26

1

1
1

1
1












k = 4,96 l0,6

129



Lượng nhiệt khói truyền cho khơng khí:
Q = k.F.t

Trong đó:

F - diện tích bề mặt truyền nhiệt
F = 2dtb.n.l

Q = V1.p2.Cp2(t''f2 - t'f2)

Q = 23.0,865.1,012.103_(250-20)
Q = 4630.103_W

Thay vào cơng thức trên ta có:

4,63.106₌ 0,6
3

l
96
,
4

5
,
104
.
129
.l
2079
.
10
.
5
,
51
.

24
,
3
.
2





4,63.106 = 4,96 l0,6

l
106
.
06
,
9



Giải phương trình bằng phương pháp đồ thị ta tìm được l = 3,65 m.
Diện tích bề mặt truyền nhiệt:

F = 2.3,14.51,5.10-3_{.3,65.2079 = 2454 m}2

<b>Bài 10: </b>

Xác định các kích thước cơ bản của một thiết bị trao đổi nhiệt dùng hơi bão
hoà để gia nhiệt cho nước. Vị trí lắp đặt thiết bị rất chật hẹp. Nước cần gia nhiệt từ

t'2 = 200_{C đến t''2 = 95}0_{C. Với lưu lượng G2 = 8,34 kg/s, nước chảy trong ống đồng}
thau có hệ số dẫn nhiệt  = 104,5 W/m.0K, ống có kích thước d2/d1 = 14/12 mm,

ngoặt 4 vịng. Hơi bão hồ có áp suất p = 1,27 bar được ngưng bên ngoài để gia
nhiệt cho nước. Khi tính tốn dự kiến tổn thất nhiệt ra mơi trường khoảng 2%.

<b>Lời giải:</b>

Nhiệt lượng nước nhận được:

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

Hơi bão hồ có áp suất p = 1,27 bar. Tra bảng ta có các thơng số sau:
ts = 1070_C

Entanpi hơi bão hồ khơ:
i''1 = 2685 kJ/kg
Entanpi nước sơi:

i'1 = 447 kJ/kg

Nếu xem hơi là hơi bão hoà khơ, chất lỏng đi ra là nước bão hồ, tổn thất nhiệt là
2% từ phương trình cân bằng nhiệt ta xác định được lượng hơi cần thiết cung cấp
cho thiết bị:

G1 =





0,98



2685 447



2620
'i

''
i

98
,
0

Q

1

1 



G1 = 1,2 kg/s

Vì vị trí lắp đặt hẹp nên ta chọn loại thiết bị đặt đứng. Để xác định hệ số toả nhiệt
phía hơi ta cần biết nhiệt độ vách tw, chiều cao ống h trong thiết bị. Vì các thơng số
này chưa biết nên ta phải áp dụng phương pháp tính gần đúng.

Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit:

t =



 



2
s

2
s

2

s
2
s

''
t
t

't
t
ln

''
t
t
't
t








t =

C
38
95

107

20
107
ln

20

95 0






Chọn nhiệt độ vách:

tw = ts - 2 88 C

38
107
2

t 0






Dự kiến chiều cao h = 2 m

Nhiệt độ trung bình của màng nước ngưng:
tm = 0,5(ts+tw) = 0,5(107+88)
tm = 970_C

Tra các thông số của nước ứng với 970_C

2 = 960 kg/m3
2 = 0,679 W/m. 0K

v2 = 0,305.10-6_m2_/s

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

Hệ số toả nhiệt khi ngưng hơi trên ống đặt đứng:

1 = 0,943.





4

h
w
s

3

t
t
v

.

r.
g
.
p




1 = 0,943.





4

6

3
3

2
.
88
107
10
.
305
,
0

678
,
0

.
10
.
2238
.
81
,
9
.
960





Hệ số toả nhiệt phía nước 2

Nhiệt độ trung bình của nước chảy trong ống:
t2 = 0,5(t'2 + t''2) = 0,5(20 + 95) = 57,50_C
Tra các thông số vật lý của nước theo 57,50_{C ta có:}

2 = 984 kg/m3
2 = 0,665 W/m.0K

v2 = 0,498.10-6_m2_/s
Pr2 = 3,12

Chọn tốc độ của nước trong ống w2 = 1,5 m/s

Re2 =

36145
10

.
498
,
0

012
,
0
.
5
,
1
v

d
.
w

6
2

1
2



 _

Vách ống làm bằng đồng thau hệ số dẫn nhiệt lớn đồng thời vách lại rất mỏng nên
độ chênh nhiệt độ giữa hai bề mặt vách ống rất nhỏ ước tính 10_{C. Do đó:}

tw2 = tw1 - 10_{C = 88 - 1}0_{C = 87}0_C
Prw = 2,03

Nu2 = 0,021.Re

25
,
0

w
2
43
,
0
2
8
,
0
2

Pr
Pr
Pr

. _







Nu2 = 0,021.361450,8_.3,120,43₍2,03

12
,
3

)0,25_{= 169}
Hệ số toả nhiệt phía nước:

2 = 0,012

665
,
0
.
169
d

.
Nu

1
2 _



2 = 9365 W/m2. 0K

Hệ số truyền của thiết bị:

k = 9365

1
5
,
104

01
,
0
4606

1

1
1

1
1

2
1













</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

Mật độ dòng nhiệt:

q = k.t = 2383.38 = 90554 W/m2

Tính gần đúng lần thứ nhất diện tích bề mặt truyền nhiệt:

F =

2
3

m
29
90554

10
.
2620
q

Q




Số ống trong một lần ngoặt:

m =

5
,
1
.
012
,
0
.
14
,
3
.
984

34
,
8
.
4
w

.
4

d
.
.

G

2
2

2
1
2

2 _




m = 50 ống

Vì nước đi qua 4 lần ngoặt nên tổng số ống của thiết bị sẽ là:
n = 4.m = 4.50 = 200 ống

Chiều cao ống tính gần đúng lần thứ nhất:

h =

m
55
,
3
200
.
013
,
0
.
14
,
3

29
n

.
d
.

F

tb






Tiếp tục tính gần đúng lần thứ hai
Giả thiết h = 4m

tw1 = 840_C
tw2 = 830_C

tm = 0,5(t's + tw1) = 0,5(107 + 84) = 95,50_C
Tra các thông số của nước ứng với 95,50_C

1 = 962 kg/m3
1 = 0,680 W/m. 0K

v1 = 0,310.10-6_m2_/s

1 = 0,943





4

6

3
3

0
,
4
.
84
107
.

10
.
310
,
0

680
,
0
.
10
.
2238
.
81
,
9
.
962





1 = 3684 W/m2.K

Hệ số toả nhiệt phía nước:

Nu2 = 0,021.361450,8_.3,120,43

25
,
0

13
,
2

12
,
3








Nu2 = 167

2 =

9255
012

,
0

665

,
0
.
167



</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

Hệ số truyền nhiệt của thiết bị:

k =

2104
9255

1
5
,
104

01
,
0
3684

1

1






W/m2_.K
q= k.t = 2104.38 = 79952 W/m2

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

F = 79952 32,5

10
.
2620
q

Q 3




m2
Chiều cao ống:

h =

m
98
,
3
200

.
013
,
0
.
14
,
3

5
,
32
n

.
d
.

F

tb






Kết quả tìm được khơng khác nhiều với giả thiết, chúng ta chấp nhận kết quả này.
Vậy diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là 32,5 m2_{. Chiều cao ống 4m.}

<b>Bài 11: </b>

Phụ tải nhiệt bình quá lạnh của một máy lạnh amoniac là Q = 12,5 kW. Nhiệt
độ ngưng tụ tk = 400_{C. Nhiệt độ quá lạnh tql = 37}0_{C. Nhiệt độ nước vào bình quá}
lạnh tn1= 340_{C, nhiệt độ nước ra tn2 = 36}0_{C. Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của}
bình q lạnh.

<b>Lời giải:</b>

Bình quá lạnh là một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ngược chiều loại ống lồng ống
như Hình vẽ 30. Chọn kích thước như sau:

ống ngồi: Da= 70 mm; Di = 60 mm
ống trong: da = 38 mm; di = 31 mm
Độ chênh entanpi của NH3:

G = 14,4 0,868

5
,
12
i
Q




 _kg/s

Lưu lượng thể tích:

V = 581,86 0,001392

868
,
0
G




 _m3_/s

Tốc độ NH3 trong Hình vành khăn: Hình 30

w=







2 2



6
2

a
2

1 3,14.10 60 38

4
.
001492

,

0
d

D
4

V






 

w = 0,88 m/s

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20></div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

dtd = Di - da = 60 - 38 = 22 mm

Các thông số vật lý của NH3 lỏng ở nhiệt độ trung bình 38,50_C

 = 581,5 kg/m3
 = 0,4535 W/m 0K

v = 0,2132.10-6_m2_/s
Pr = 1,32

Các thông số của nước ở nhiệt độ trung bình 350_C

 = 994 kg/m3
 = 0,6257 W/m 0K

v = 0,732.10-6_m2_/s
Cp = 4,174 kJ/kg 0_K
Pr = 4,524

Tính Re của NH3:

Re = 0,2132.10 90807

022
,
0
.
88
,
0
v

d
.
w

6

td _ _



Nu = 0,017Re0,8_Pr0,4

18
,
0

a
i

d
D








Nu = 0,017.90800,8_.1,320,4 38 172,9

60 0,18










Hệ số toả nhiệt phía NH3:

a =

3564
022

,
0

4535
,
0
.
9
,
172
d

Nu

td






W/m2_.0_K
Lưu lượng nước vào bình quá lạnh:

Vn =





4,174.994



36 34



5
,
12
t

t
C

Q

1
n
2
n

p 




Vn = 0,0015 m3_/s
Tốc độ nước chảy trong ống:

wn =

2
031
,
0
.
14
,
3

00151
,
0
.
4
4

d
.
V

2
2

1

n _ _



m/s

Trị số Re của nước:

Re=

84699
10

.
732
,
0

031
,
0
.
2
v

wd

6

i _ _

</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

Nu = 0,021Re0,8_.Pr0,43

Nu = 0,021.846990,8_.4,5240,43
Nu = 351,9

Hệ số toả nhiệt phía nước:

n =

7103
031

,
0

6257
,
0
.
9
,
351
d

Nu
i






W/m2_.0_K
Hệ số truyền nhiệt quy đổi theo bề mặt trong của ống:

k =










 _i _n

i
a

1
1

1

Chọn tổng nhiệt trở của vách 

4
i

i ₀_,₉₅_.₁₀





m2_.0_K/W

k =

3
,
729
7103

1
10

.
95
,
0
3564

1

1

3




 

W/m2_.0_K
Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit:

t =



 



₃_,₄₈

34
36

30
40
ln

34
36
30
40









0_K
Diện tích bề mặt truyền nhiệt:

F =

2

3

m
926
,
4
48
,
3
.
3
,
729

10
.
5
,
12
t
.
k

Q





Tổng chiều dài ống:

l =

m
6
,
50
031
,
0
.
14
,
3

925
,
4
d

.
F

i

i _ _



</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

2. bài tập tự luyện

<b>Bài 12: </b>

Tính nhiệt lượng truyền từ trong phòng qua tường. Biết nhiệt độ khơng khí trong
phịng tf1 = 250_{C. Nhiệt độ khơng khí ngồi trời tf2 = 8}0_{C. Tường xây bằng gách dày}
250 mm, hệ số dẫn nhiệt  = 0,5 W/moK. Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của tường là
1 = 23 W/m2K và của bề mặt ngoài 2 = 8 W/m2. oK. Trả lời: q = 28,3 W/m2
<b>Bài 13: </b>

Một vách lò hơi làm bằng thép dày 20 mm, hệ số dẫn nhiệt  = 58 W/moK, nhiệt độ

của khí lị tf1 = 10000_{C, nước trong lị sơi ở áp suất p = 33 bar. Hệ số toả nhiệt từ khí}
lị tới vách 1 = 116 W/m2. oK và hệ số toả nhiệt từ vách tới nước là 2 = 2320

W/m2_. o_{K. Tính mật độ dịng nhiệt truyền qua và nhiệt độ các bề mặt tw1 và tw2.}
Trả lời: q = 80900 W/m2_{; tw1 = 304}0_{C; tw2 = 278}0_C

<b>Bài 14. </b>

Xác định mật độ dòng nhiệt truyền qua vách lò hơi bằng thép dày  = 10 mm, hệ số

dẫn nhiệt  = 50W/moK và hệ số truyền nhiệt trong hai trường hợp:

a. Trường hợp 1: Nhiệt độ của khói tf1 = 1127o_{C, nhiệt độ của nước sơi tf2 = 227}o_C.
Hệ số toả nhiệt từ phía khói 1 = 100 W/m2. oK, phía nước 2 = 5000 W/m2. oK.

b. Trường hợp 2: Sau một thời gian vận hành bề mặt vách phía khói có một lớp cáu
bẩn dày 2mm, hệ số dẫn nhiệt  = 0,09 W/moK. Nhiệt độ khói và nước khơng thay

đổi. Tính nhiệt độ bề mặt giữa các lớp và xác định hệ số truyền nhiệt giảm bao

nhiêu lần do có lớp cáu bẩn. Trả lời: a. q = 86600 W/m2

b. q = 27600 W/m2_{; giảm 3,13 lần}

<b>Bài 15:</b>

Một ống dẫn hơi làm bằng thép đường kính d2/d1 = 200/180 mm, hệ số dẫn nhiệt
của ống  = 50 W/moK. ống được bọc hai lớp cách nhiệt, mỗi lớp dày 50mm, hệ số

dẫn nhiệt lần lượt là 0,18 W/mo_{K và 0,06 W/m}o_{K. Nhiệt độ của hơi là tf1 = 427}o_C,
nhiệt độ khơng khí bên ngồi tf2 = 27o_{C. Hệ số toả nhiệt phía hơi}

1 = 200 W/m2. oK,

phía khơng khí 2 = 10 W/m2. oK. Xác định tổn thất nhiệt trên 1m ống nhiệt độ bề

mặt ngoài cùng và trong cùng. Trả lời: q = 330 W/m; tw1 = 424o_{C; tw2 =}
53,3o_C

<b>Bài 16:</b>

Một đường ống dẫn gió nóng cho lị cao, biết tốc độ gió trong ống w1 = 35 m/s,
nhiệt độ trung bình của gió nóng tf1 = 800o_{C. Bên ngồi được bọc ba lớp - lớp gạch}
chịu lửa dày 250mm, hệ số dẫn nhiệt 1 = 1,17 W/moK, vỏ thép dày 2 mm hệ số dẫn

nhiệt 2 = 46,5 W/moKvà một lớp cách nhiệt bên ngoài dày 200 mm, hệ số dẫn nhiệt
3 = 0,174 W/moK. Đường kính trong của ống d1=1000 mm. ống đặt lộ thiên, không

</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

<b>Bài 17:</b>

Một vách có cánh dày 10mm. Vật liệu làm vách có hệ số dẫn nhiệt  = 40 W/moK,

phía khơng làm cánh tiếp xúc với mơi trường nóng có nhiệt độ tf1 = 75o_{C và hệ số}
toả nhiệt 1 = 200 W/m2. oK. Xác định mật độ dòng nhiệt truyền qua vách khi có

cánh và khơng có cánh và nhiệt độ bề mặt phía làm cánh và phía khơng làm cánh.
Biết hệ số cánh F2/F113 Trả lời: Khi làm cánh q = 4620

W/m2

Khi không làm cánh q = 570 W/m2

<b>Bài 18:</b>

Trong một thiết bị trao đổi nhiệt mỗi giờ cần làm lạnh 250 l chất lỏng nóng từ nhiệt
độ 1200_{C xuống 50}0_{C. Chất lỏng nóng có khối lượng riêng}

1 = 1100 kg/m3 nhiệt

dung riêng Cp1 = 3 kJ/kgo_{K. Nước vào làm lạnh có lưu lượng 1000 l/h và nhiệt độ}
vào bằng 100_{C. Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt trong trường hợp các chất}
lỏng chuyển động cùng chiều và ngược lại. Biết hệ số truyền nhiệt của thiết bị k =
1161 W/m2_. o_K

Trả lời: Fcc = 0,24 m2_{; Fnc = 0,22 m}2

<b>Bài 19: </b>

Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt và số phần tử của một thiết bị trao đổi nhiệt
kiểu ống lồng ống. Nước nóng chuyển động trong ống thép đường kính d2/d1 =

35/32 mm hệ số dẫn nhiệt  = 45 W/moK, nhiệt độ vào của nước nóng t'1 =950C, lưu

lượng G1 = 2130 kg/h. Nước được gia nhiệt (nước lạnh) chuyển động ngược chiều
trong rãnh Hình xuyến giữa hai ống bọc đường kính D = 48 mm, lưu lượng nước
lạnh G2 = 3200 kg/h, nước lạnh được gia nhiệt từ t'2 = 150_{C đến t''2 = 45}0_{C. Chiều}
dài mỗi phần tử là 1,75 m. Nếu chất lỏng chuyển động cùng chiều và ngược chiều
khi các điều kiện khác nhau khơng thay đổi thì diện tích bề mặt truyền nhiệt và số
phần tử của thiết bị bằng bao nhiêu? Trả lời: Fnc = 1,22 m2_{, số phần tử 7}

Fcc = 2,47 m2_{, số phần tử 14}

<b>Bài 20: </b>

Một bộ sấy khơng khí kiểu ống của lị hơi cần sấy nóng lượng khơng khí G2 =
25kg/s từ t'2 = 300_{C đến t''2 = 250}0_{C. Xác định bề mặt truyền nhiệt, chiều cao của}
ống và số lượng ống. Biết thành phần của khói 13% CO2 và 11%H2O. Khói chuyển
động trong ống thép có  = 48 W/moK lưu lượng G2 = 20 kg/s, đường kính ống d2/d1

= 53/50 mm, nhiệt độ khói vào t'1 = 4000_{C, tốc độ khói w1 = 15 m/s. Khơng khí}
chuyển động ngang qua chùm ống với tốc độ w2 = 6 m/s.

Trả lời: F = 2024 m2

<b>Bài 21: </b>

</div>

<!--links-->