Xem mẫu
- BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG HỌC KỸ THUẬT
I. Môi chất chuyển động ngoài vật
Bài 1: Một dây dẫn điện làm từ nhôm có đường kính là 5
mm ở nhiệt độ không đổi là 900 C . Dòng không khí chuyển
động vuông góc với dây dẫn có áp suất là 1,01bar ở nhiệt
độ 100 C và vận tốc của không khí là 1m/s. Điện trở xuất của
Nhôm là 1/35 olm mm 2 / m . Hãy xác định hệ số tỏa nhiệt
giữa không khí và dây dẫn. Hệ số tỏa nhiệt sẽ bằng bao
nhiêu ở các điều kiện sau:
a. Tăng vận tốc dòng khí lên 2 lần.
b. Tăng đường kính dây dẫn lên 2 lần.
c. Không khí được thay là khí hiđrô, quan hệ giữa các thông
số vậy lý của khí lý hiđrô không khí như sau:
Đáp số: α = 48,9W/mm 2 độ
a. α = 67, 4W/mm 2 độ
b. α = 33, 7W/mm 2 độ
c. α = 130W / mm2 độ
Bài 2: Khói chuyển động vuông góc một chùm ống trong lò
hơi được bố trí so le với 4 hàng ống , đường kính ngoài của
ống là 83mm. Khoảng cách giữa các ống theo phương
chuyển động của dòng khói là 350mm và theo phương
vuông góc với dòng khói là 200mm. Nhiệt độ trung bình của
khói trước khi vào ống là 10200 C và ra khỏi chùm ống là
9500 C . Vận tốc trung bình của khói ở tiết diện bé nhất là
11m/s. Hãy xác định hệ số tỏa nhiệt giữa khói và chùm ống.
Đáp số: 56,4 W/m 2 độ
- Bài 3: Hãy xác định hệ số tỏa nhiệt giữa khói và chùm ống
của lò hơi. Nếu dòng khói chuyển động vuông góc với
chùm ống có vận tốc trung bình tại tiết diện bé nhất là 11m/
s. Đường kính ngoài của ống là 38mm. Chùm ống được bố
trí đặt so le trong (như hình vẽ 3.7/t42). Chùm ống có 30
hàng ống. Khoảng cách giữa các ống theo phương chuyển
động của dòng khí là 75mm và vuông góc là 95mm. Nhiệt
độ của khói trước và sau chùm ống là 6800 C và 3450 C . Hệ
số tỏa nhiệt sẽ bằng bao nhiêu nếu:
a. Chùm ống bố trí đặt song song như hình vẽ 3.8/t43.
b. Dòng khói chuyển động xuyên góc với chùm ống 1 góc
600 .
Đáp số: α = 84W / m 2 độ
a. α = 78W / m 2 độ
b. α = …... W/m 2 độ
Bài 4: Các ống thiết bị quá nhiệt của nồi hơi được bố trí
như trên hình vẽ 3.9/t43. Khói chuyển động trong ống có
đường kính trong là 68mm và hơi chuyển động trong ống
nhỏ có đường kính trong là 20mm và ngoài là 24mm. Hãy
xác định hệ số tỏa nhiệt giữa khói và ống dẫn hơi nếu vận
tốc trung bình và nhiệt độ của nước là 26m/s và 5000 C . Ống
có chiều dài là 1,9m và nhiệt độ bề mặt ngoài của ống dẫn
hơi là 2500 C
Đáp số: α = 273 W/m2.
II. Tỏa nhiệt khi chất lỏng chuyển động cưỡng
bức.
Bài 1: Hãy xác định chế độ chuyển động của chất lỏng và
hệ số tỏa nhiệt khi nước chảy trong ống có đường kính
trong là 10mm, chiều dài ống là 2m, nhiệt độ trung bình của
- nước là 600 C , nhiệt độ thành ống là 200 C , vận tốc của
nước là 0,13m/s.
Đáp số: α = 930W/m 2 độ
Bài 2: Một nồi hơi khói chuyển động bên ngoài song song
với trục ống như trên hình… Đường kính ngoài của ống là
83mm, chiều dài ống là 4,5m, vận tốc và nhiệt độ trung
bình của khói là 5m/s và 10000 C .Hãy xác định:
a. Hệ số tỏa nhiệt giữa các ống và khói ?
b. Nếu vận tốc trung bình của khói tăng lên 15m/s thì hệ số
tỏa nhiệu là bao nhiêu ?
Đáp số: a. α = 4,96W / m 2 độ
b. α = 11,95W / m 2 độ
Bài 3: Một ống xoắn ruột gà như trên hình vẽ. Có đường
kính trung bình là 300mm. Nước đi trong ống có đường kính
trong là 12mm. Vận tốc và nhiệt độ trung bình của nước là
0,6m/s và 500 C . Hãy xác định:
a. Hệ số tỏa nhiệt giữa nước và thành ống ?
b. Nếu vận tốc của nước giảm xuống cồn 0,1m/s thì hệ số
tỏa nhiệt là bao nhiêu ?
Đáp số: a. α = 4340W / m2
b. α = 925W / m 2
Bài 4: Xác định hệ số tỏa nhiệt giữa nước và thành ống khi
nước đi trong ống có đường kính trong là 17mm, chiều dài
là 2m, vận tốc trung bình và nhiệt độ của nước là 2m/s và
200 C .
Đáp số: α = 7160W / m 2 độ
Bài 5: Một ống dẫn nước nóng cung cấp cho thành phố có
đường kính trong là 32mm. Vận tốc và nhiệt độ trung bình
- của nước đi trong ống là 0,5m/s và 2000 C . Hãy xác định hệ
số tỏa nhiệt giữa nước và thành ống.
Đáp số: α = 4220W / m 2 độ
Bài 6: Hãy xác định hệ số tỏa nhiệt giữa hơi và thành ống
của thiết bị quá nhiệt hơi nước khi hơi đi trong ống có
đường kính trong là 31mm, vận tốc là 25m/s, và nhiệt độ
trung bình là 4000 C ở áp suất 39,2bar.
Đáp số: α = 1069W / m 2 độ
Bài 7: Nước đi trong ống có tiết diện là 20 × 20 mm. ở áp
suất là 0,98bar, nhiệt độ là 600 C với vận tốc trung bình là
1m/s. Hãy xác định hệ số tỏa nhiệt và lượng nhiệt thải ra
giữa nước và thành ống nếu nhiệt độ thành ống là 200 C .
Đáp số: α = 4430W / m 2 độ
Q = 4, 25.104 W
Bài 8: Một vách phẳng có chiều cao là 5m và dài là 8m.
Không khí chuyển động dọc theo chiều dài của vách có vận
tốc là 2m/s và nhiệt độ là 600 C . Trong quá trình trao đổi
nhiệt độ của vách từ 3000 C giảm xuống còn 1500 C . Hãy
xác định hệ số tỏa nhiệt giữa không khí và vách ống.
Đáp số: α = 6,3W / m 2 độ
III. Truyền nhiệt
Bài 1: Một nồi hơi với khói đi trong ống với nhiệt độ là
10000 C hệ số tỏa nhiệt là 35W / m 2 độ. Nước sôi bên ngoài
ống có nhiệt độ là 1500 C hệ số tỏa nhiệt là 5800W / m2 độ.
Ống được làm từ thép có độ dày là 10mm và cho biết tỷ số
giữa đường kính ngoài và trong của ống nhỏ hơn nhiều so
- dn
với 2 = 2. Hãy xác định mật độ dòng nhiệt và nhiệt độ
- Đáp số: q = 1118w / m 2 .
Bài 5: một lò sưởi được làm bằng gạch 2 lớp, lớp trong là
gạch chịu lửa có chiều dày là 250mm, hệ số dẫn nhiệt là
0,35W / m độ và lớp ngoài là gạch hồng có chiều dày là
250mm. Hãy xác định mật độ dòng nhiệt qua vách và nhiệt
độ tiếp xúc giữa hai vách nếu nhiệt độ của khói bên trong là
13000 C , hệ số tỏa nhiệt là 35W / m 2 . Không khí bên ngoài có
nhiệt độ là 200 C và hệ số tỏa nhiệt là 12W / m 2 độ.
q = 857W / m 2
Đáp số:
tw 2 = 6550 C
Bài 6: Hãy xác định mật độ dòng nhiệt qua 1 vách phẳng có
độ dày là 25cm và hệ số dẫn nhiệt là
λ = 0, 01815(1 + 0,3.10−3 t )w/m độ. Khói bên trong vách có nhiệt
độ là 8500 C , hệ số tỏa nhiệt là 23W / m 2 độ. Không khí
ngoài vách có nhiệt độ là 500 C và hệ số tỏa nhiệt là 12W / m 2
độ.
Đáp số: q = 212W / m 2 độ.
Bài 7: Một ống thép có đường kính ngoài là 75mm và trong
là 65mm, Chiều dài 1m. Bên ngoài được làm các cánh tản
nhiệt với hệ số cánh là 10. Khói xung quanh cánh có nhiệt
độ là 3200 C và hệ số tỏa nhiệt là 23W / m 2 độ. Nước đi
trong ống có nhiệt độ là 1200 C và hệ số tỏa nhiệt là
5200W / m 2 độ. Hiệu suất cánh là 0,8. Hãy xác định lượng
nhiệt mà khói truyền cho nước ? Hãy so sánh với trường
hợp không làm cánh ?
Bài 8*:Đường kính ngoài của một ống thép là 108mm và
nhiệt độ trên bề mặt ông là 3300 C . Nhiệt độ không khí
- xung quanh ống là 250 C . Hãy xác định chiều dày của lớp
cách nhiệt để tổn thất nhiệt không quá 175W / m 2 độ.
Bài 9: Một ống dẫn không khí nóng làm bằng gạch cho hệ
số dẫn nhiệt là 0,84W / m2 độ và có đường kính trong là 1m,
vận tốc trung bình và nhiệt độ của không khí khi đi trong
ống là 35m/s và 8000 C . Ở áp suất khí quyển chiều dày của
lớp ống được bọc bởi hai lớp 25cm, lớp thứ nhất là thép với
độ dày 1cm và lớp thứ hai là vật liệu cách nhiệt dày 20cm
với hệ số dẫn nhiệt là 0,17W / m2 độ. Ống được đặt tự do
trong môi trường không khí và dòng khí chuyển động vuông
góc với ống có vận tốc 4m/s ở nhiệt độ 00 C . Nhiệt tổn
thất trên 1m chiều dài ống nhiệt độ tiếp xúc ở lớp thép. Cho
biết hệ số dẫn nhiệt của gạch là 0,84W / m2 độ, và của thép
là 45,5W / m 2 độ.
Đáp số: qL = 2370w / m
tw 2 = 5610 C
Bài 10*: Một ống dẫn hơi có đường kính ngoài là 100mm,
nhiệt độ trên bề mặt ống là 5000 C , ống được bọc một lớp
cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt là 0, 07W / m 2 độ. Môi trường
không khí xung quanh có nhiệt độ là 200 C . Hỏi đường kính
ngoài của lớp cách nhiệt bằng bao nhiêu để tổn thất nhiệt
không quá 350W/m ống.
Đáp số: d 2 = 376mm .
Bài 11*: Người ta muốn bọc một lớp cách nhiệt có hệ số
dẫn nhiệt là 0,11W/mđộ cho một ống dẫn. Hỏi đặt ống trog
điều kiện nào để hệ số tỏa nhiệt giữa không khí và lớp
cách nhiệt là 12W / m 2 độ.
- Bài 12: Nhiệt độ môi trường không khí 200 C làm lạnh một
dây dẫn điện có đường kính 2mm ở nhiệt độ 900 C . Hệ số
tỏa nhiệt giữa dây dẫn và không khí là 23W / m 2 độ. Ống
dẫn được bọc một lớp cách nhiệt bằng cao su dày 4mm.
Khi đó cường độ dòng điện đi trong dây dẫn không thay đổi
và hệ số tỏa nhiệt giữa bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt với
môi trường không khí là 12W / m 2 độ. Hỏi mật độ dòng
nhiệt và nhiệt độ bề mặt ngoài của ống dẫn thay đổi như
thế nào ?
Đáp số: pL = không thay đổi
tw1 = 58, 20 C
'
Bài 13: Hãy xác định nhiệt tải cho một thiết bị làm sôi nước
có chiều cao là 1m, đặt thẳng đứng. Bề mặt đốt nóng bên
trong là hơi nước bão hòa khô ngưng tụ ở áp suất
0,85bar(8at). Và bề mặt ngoài là nước sôi có áp suất là
1,96bar(2at). Vách ngăn cách giữa hơi và nước sôi là một
vách phẳng dày 5mm và làm bằng thép.
Đáp số: q = 11550kcal / hm 2 .
IV. Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt
Bài 1: Trong một thiết bị trao đổi cần làm nguội một dung
dịch có nhiệt độ ban đầu là 300C xuống 200C bằng một
nửa chất lỏng khác có nhiệt độ vào là 25C và ra là 175C.
Hãy so sánh hiệu số nhiệt độ trung bình logarit, diện tích bề
mặt trao đổi nhiệt trong hai trường hợp thiết bị trao đổi
nhiệt cùng chiều và ngược chiều. Thiết bị nào kinh tế hơn ?
Nếu hệ số truyền nhiệt của thiết bị như nhau và nhiệt dung
riêng của các dung dịch không thay đổi .
- Bài 2: Với các số liệu của bài 1. Hãy xác định hiệu số nhiệt
độ trung bình logarit ở điều kiện tiến hành trong thiết bị
trao đổi nhiệt chéo nhau. So sánh hiệu số nhiệt độ trung
bình logarit và diện tích bề mặt trao đổi nhiệt với thiết bị
trao đổi nhiệt cùng chiều và ngược chiều.
Bài 3: Hãy xác định nhiệt độ đầu ra của các dung dịch và
lượng nhiệt trao đổi trong một thiết bị trao đổi nhiệt cùng
chiều có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là 2m2. Nếu nhiệt
độ đầu vào của dung dịch nóng lạnh là 120C và 10C. Hệ số
truyền nhiệt của thiết bị K=100 W/m2 độ và W1=W2=1000
W/độ.
Bài 4: Từ các số liệu trên bài 3. Hãy giải trong trường hợp
đối với thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều.
Bài 5: Hãy xác định bề mặt trao đổi nhiệt và một số kích
thước chính của thiết bị trao đổi nhiệt như trên hình vẽ.
Nếu vận tốc nước đi trong ống không quá 2m/s. Nhiệt độ
của nước sạch vào và ra khỏi thiết bị là 60C và 50C. Nhiệt
độ của nước công nghiệp vào là 21C và làm nóng lên 24C.
Lượng nhiệt trao đổi trong thiết bị là 1,4.10^6 W. Bề mặt
trong của ống thép bên trong có một lớp cặn nước độ dày là
1mm và hệ số dẫn nhiệt là 1W/m độ.
Bài 6: Một thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều làm nước
nóng, thiết bị có số ống là 53 ống. Nước sôi đi trong các
ống có đường kính ngoài là 16mm và trong ống là 14mm,
được làm từ đồng vàng có (lam đa = ) nhiệt độ
của nước sôi được giảm từ 130C xuống 100C. Trong quá
trình trao đổi nhiệt nước đi bên ngoài ống nhiệt độ tăng từ
67,5C lên 92,5C. Đường kính trong của vỏ thiết bị là
203mm, lượng nhiệt trao đổi là 1,5.10^6W. Hãy xác định
diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị .
a). Bề mặt hoàn toàn sạch.
- b). Bề mặt có cáu cặn của nước ở bề mặt bên ngoài có
chiều dày rô=0,3mm và hệ số dẫn nhiệt 2W/mđộ
Đáp số: a). F=16m2
b). F=22,4m2
Bài 7: Hãy xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của một
thiết bị làm nóng không khí như trên hình vẽ . Nếu khói đi
trong ống được làm bằng thép . Nhiệt độ giảm từ 345C
xuống còn 160C, và lưu lượng khói là 35m3/s. Không khí
được làm nóng từ nhiệt độ 20C lên 250C với lưu lượng là
23m3/s. Cả khí và khói đều có áp suất là 1,013bar. Đường
kính trong của ống thép là 53mm và ngoài là 50mm. Các ống
được bố trí lắp đặp ghép so le. Không khí chuyển động
vuông góc với ống. Khoảng cách giữa các ống theo chiều
chuyển động của ống khí là 60mm và số hàng ống là 77.
Khoảng cách giữa các ống theo chiều chuyển động của
không khí là 60mm và số hàng ống là 27. Chiều rộng
b=5,4m.
Đáp số: F=2830m2
Bài 8: Hãy xác định diện tích bề mặt của thiết bị làm nước
nóng (như trên hình vẽ). Được làm từ các ống đồng vàng có
đường kính trong là 18mm và ngoài là 20mm. Nước chuyển
động trong ống với vận tốc trung bình 1,35m/s. Hơi nước
bão hòa khô ngưng tụ ở áp suất là 1,432bar. Lượng nhiệt
trao đổi là 1.10^7W
nguon tai.lieu . vn
