Đề thi hoc ky 2 2011 2012 Môn Truyền Nhiệt
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (133.89 KB, 3 trang )
Đại Học Quốc Gia Tp. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BM CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
ĐỀ THI HỌC KỲ 2 — 2011/2012
Môn thi
: TRUYỀN NHIỆT
Thời gian : 90 phút
Ngày thi : 11.06.2012
----- -----
Ghi chú: SV được sử dụng tài liệu
Ø1
10
Ø100
Bài 1: (4đ)
Khảo sát một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống có các thông số như sau:
- Nước nóng chuyển động bên trong ống nhỏ có tốc độ trung bình là ω1 =1,2m/s và nhiệt độ
trung bình là t f1 =800C
- Nước lạnh chuyển động trong không gian hình vành khăn
00
giữa 2 ống có lưu lượng là G 2 =32,61kg/s và có nhiệt độ trung
Ø2
0
bình là t f2 =40 C
- Chiều dài của thiết bị là L=6m
- Bỏ qua ảnh hưởng của phương hướng dòng nhiệt và nhiệt trở
dẫn nhiệt của vách ống. Hãy xác định
a. Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước nóng và nước lạnh
b. Độ chênh nhiệt độ nước nóng vào và ra khỏi thiết bị
Bài 2: (3đ)
Một vách phẳng được làm bằng 2 tấm kim loại đặt song song có diện tích là F=10m2. Khoảng cách
giữa 2 tấm rất nhỏ so với diện tích mỗi tấm. Nhiệt độ và độ đen của tấm thứ nhất là t 1 =1270C và
ε 1 =0,8. Độ đen của tấm thứ hai là ε 2 =0,4. Giữa 2 tấm có đặt 2 màng chắn có độ đen là ε c 1 =0,1 và
ε c 2 =0,05. Biết nhiệt độ màng chắn thứ 2 là t c2 =800C. Hãy xác định
a. Nhiệt lượng trao đổi bằng bức xạ giữa 2 tấm
b. Nhiệt độ của tấm thứ hai
c. Ý nghĩa của nhiệt trở không gian và nhiệt trở bề mặt
Bài 3: (3đ)
Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống lưu động ngược chiều có các thông số như sau:
- Lưu chất nóng chuyển động bên trong ống có lưu lượng là G 1 =150kg/phút, nhiệt dung riêng
C p1 =3kJ/(kgK), nhiệt độ vào là t 1, = 95 o C , hệ số tỏa nhiệt đối lưu là α 1 =4000W/m2K
- Lưu chất lạnh là nước chuyển động bên trong không gian hình vành khăn giữa 2 ống có lưu
lượng là G 2 =240kg/phút, nhiệt độ vào là t 2, = 30 0 C và nhiệt độ ra là t 2,, = 50 0 C , hệ số tỏa
nhiệt đối lưu là α 2 =6000W/m2K
- Bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống
Hãy xác định:
a. Diện tích truyền nhiệt của thiết bị theo 2 phương pháp ε − NTU và LMTD
b. Sau một thời gian làm việc bên trong ống có hình thành một lớp cáu có chiều dày là
δ c =0,5mm và hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu là λ c =1,2W/mK. Hãy xác định hiệu suất của thiết bị
và nhiệt độ nước ra khỏi thiết bị
Bài 1
a. Nước nóng
• Nhiệt độ tính toán t f 1 = 80o C
• Kích thước tính tốn d=0,1m
λ = 0,674W ( m.K )
−6
2
ν = 0,365.10 m s
Pr f = 2,21
3
ρ = 971,8 kg m
c p = 4,195 kJ ( kg .K )
• Tiêu chuẩn Reynolds
ω ⋅δ
1 ,2 × 0 ,1
=
= 328767
Re =
ν
0 ,365.10 −6
• Tiêu chuẩn Nusselt
0 ,43
Nu = 0 ,021 ⋅ Re 0 ,8 ⋅ Pr f ⋅ ε ⋅ ε R = 765 ,27
• Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
λ
0 ,674
α 1 = Nu × = 765 ,27 ×
= 5158 W ( m 2 .K )
δ
0 ,1
Nước lạnh
• Nhiệt độ tính toán t f 2 = 40 o C
• Kích thước tính tốn D-d 2 =0,2-0,11=0,09m
λ = 0 ,635 W ( m .K )
2
−6
ν = 0 ,659.10 m s
Pr f = 4 ,31
3
ρ = 992 ,2 kg m
c = 4 ,174 kJ ( kg .K )
p
• Tốc độ nước lạnh
ω=
G
32 ,61.4
=
= 1 ,5 m / s
ρS 992 ,2.π 0 ,2 2 − 0 ,112
(
)
• Tiêu chuẩn Reynolds
ω ⋅δ
1 ,5 × 0 ,09
Re =
=
= 204855
ν
0 ,659.10 −6
• Tiêu chuẩn Nusselt
0 ,43
Nu = 0 ,021 ⋅ Re 0 ,8 ⋅ Pr f ⋅ ε ⋅ ε R = 698 ,5
• Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
λ
0 ,635
α 2 = Nu × = 698 ,5 ×
= 4928 ,7 W ( m 2 .K )
δ
0 ,09
b. Độ chênh nhiệt độ nước vào và ra
Nhiệt lượng trao đổi
π .L( t f 1 − t f 2 )
π .6.40
Q=
=
= 199296W
1
1
1
1
+
+
5158.0 ,1 4928 ,7.0 ,11
α 1d 1 α 2 d 2
Q
199 ,296
=
= 5 ,18 0 C
∆t =
2
π .0 ,1
G .C p
.971 ,8.4 ,195
1 ,2.
4
Bài 2
a. Nhiệt lượng trao đổi
1
ε 1c 2 =
1
2
+
ε1
+
ε c1
1
ε c2
= 0 ,0254777
−2
T1 4 Tc 2 4
Q = ε 1c 2 .C 0 .F .
= 145 ,5W
−
100 100
b. Nhiệt độ tấm thứ 2
ε 12 =
1
ε1
+
2
ε c1
+
1
2
ε c2
+
1
ε2
= 0 ,0165
−3
T1 4 T2 4
Q = ε 12 .C 0 .F .
−
= 145 ,5W
100 100
T 2 =316,3K
Bài 3:
Nhiệt lượng trao đổi
Q=G.c p (t 2 ’’-t 1 ’)=333,92kW
Hệ số truyền nhiệt
k=
1
1
+
1
= 2400W / m 2 K
α1 α2
a. Diện tích truyền nhiệt
Phương pháp ε − NTU
C 1 = G1 .C p 1 = 7 ,5 kW / K → C min
C 2 = G2 .C p 2 = 16 ,696 kW / K → C max
(
)
Qmax = C min t 1, − t 2, = 487 ,5 kW
→ ε = Q / Qmax = 0 ,685
C
C = min = 0 ,449
C max
NTU =
1
k .F
ε −1
ln
→ F = 4 ,467 m 2
= 1 ,4296 =
C − 1 ε .C − 1
C min
Phương pháp LMTD
(
)
(
)
Q = G1 .C p 1 t 1, − t 1,, = G2 .C p 2 t 2,, − t 2, = 333 ,92 kW
→ t 1,, = 50 ,47 0 C
∆t max = 95 − 50 = 45 0 C
∆t min = 50 ,47 − 30 = 20 ,47 0 C
∆t = 31 ,14 0 C
Q = k .F .∆t = 333 ,92 kW → F = 4 ,467 m 2
b. hiệu suất
Hệ số truyền nhiệt
k=
1
1
α1
+
δc 1
+
λc α 2
= 1200W / m 2 K
→ ε = 46 ,7%
NTU=0,71472
Nhiệt lượng trao đổi
Q=0,467.487,5=227,66kW
Nhiệt độ nước ra
t 2 ’’=43,630C
