Bài tập thiết bị trao đổi nhiệt có lời giải

Ngày đăng: 22/04/2016, 12:16

Chương 8 Thiết bị Trao đổi nhiệt1 Bài tập giải mẫuBài 1: Một tường lò bên trong là gạch chịu lửa dày 250mm, hệ số dẫn nhiệt bằng 0,348Wm.0K, bên ngoài là lớp gạch đỏ dày 250mm, hệ số dẫn nhiệt bằng 0,695Wm.0K. Nếu khói trong lò có nhiệt độ 13000C, hệ số toả nhiệt từ khói đến gạch là 34,8Wm2.0K; nhiệt độ của không khí xung quanh bằng 300C. Hệ số toả nhiệt từ gạch đến không khí là 11,6Wm2.0K. Tính mật độ dòng nhiệt truyền qua tường lò và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp gạch.Lời giải:Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường là:q = k(tf1 tf2)k = k = 0,838 Wm2.0Kq = 0,838(1300 30) = 1064 Wm2Nhiệt độ bề mặt tường phía khói:tW1 = tf1 q. = 1300 1064 tW1 = 12690CNhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp gạch:tW2 = tW1 q tW2 = 5040CBài 2: Một ống dẫn hơi nước làm bằng thép, đường kính 200216mm, hệ số dẫn nhiệt bằng 46Wm.0K được bọc bằng một lớp cách nhiệt dày 120mm, có hệ số dẫn nhiệt bằng 0,116Wm.0K. Nhiệt độ của hơi bằng 3000C, hệ số toả nhiệt từ hơi đến bề mặt trong của ống bằng 116Wm2.0K, nhiệt độ không khí xung quanh bằng 250C, hệ số toả nhiệt từ bề mặt ngoài cách nhiệt đến không khí xung quanh bằng 10Wm2.0K. Xác định tổn thất nhiệt trên 1m chiều dài ống và nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt.Lời giải:Tổn thất nhiệt trên 1m chiều dài ốngq1 = k1(tf1 tf2), Wmk1 = ,d1 = 0,2md2 = 0,216md3 = d2 + 2 = 0,216 + 2.0,120 = 0,456mk1 = k1 = 0,9 Wm.0Kq1 = 0,9(300 25) = 247,5 WmNhiệt độ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt:tW3 = tf2 + q1 tW3 = 49,750CBài 3:Một vách có cánh dày 12mm, hệ số dẫn nhiệt  = 60Wm.0K. Phía không làm cánh tiếp xúc với môi trường nóng có nhiệt độ 1170C, hệ số toả nhiệt 1 = 250Wm2. 0K. Phía làm cánh tiếp xúc với không khí nhiệt độ 170C, hệ số toả nhiệt 2 = 12Wm2. 0K. Hệ số cánh = 12. Xác định mật độ dòng nhiệt phía không làm cánh và phía làm cánh, nhiệt độ bề mặt tiếp xúc với môi trường nóng và môi trường lạnh. Hiệu quả làm việc của cánh.Lời giải:Mật độ dòng nhiệt phía không làm cánh:q1 = k1(tf1 tf2)k1 = k1 = 89,7 Wm2.0Kq1 = 89,7(117 17) = 897 Wm2Mật độ dòng nhiệt phía làm cánh:q2 = q1 Wm2Nhiệt độ bề mặt phía không làm cánh: Chng Thit b Trao i nhit Bi gii mu Bi 1: Mt tng lũ bờn l gch chu la dy 250mm, h s dn nhit bng 0,348W/m.0K, bờn ngoi l lp gch dy 250mm, h s dn nhit bng 0,695W/m.0K Nu khúi lũ cú nhit 1300 0C, h s to nhit t khúi n gch l 34,8W/m2.0K; nhit ca khụng khớ xung quanh bng 30 0C H s to nhit t gch n khụng khớ l 11,6W/m 2.0K Tớnh mt dũng nhit truyn qua tng lũ v nhit tip xỳc gia hai lp gch Li gii: Mt dũng nhit truyn qua tng l: q = k(tf1 – tf2) k = + + + 1 2 = 1 0,250 0,250 + + + 34,8 0,348 0,695 11,6 k = 0,838 W/m2.0K q = 0,838(1300 – 30) = 1064 W/m2 Nhit b mt tng phớa khúi: tW1 = tf1 – q 1 = 1300 – 1064 34,8 tW1 = 12690C Nhit tip xỳc gia hai lp gch: tW2 = tW1 – q 0,250 = 1269 1064 0,348 tW2 = 5040C Bi 2: Mt ng dn hi nc lm bng thộp, ng kớnh 200/216mm, h s dn nhit bng 46W/m.0K c bc bng mt lp cỏch nhit dy 120mm, cú h s dn nhit bng 0,116W/m.0K Nhit ca hi bng 3000C, h s to nhit t hi n b mt ca ng bng 116W/m2.0K, nhit khụng khớ xung quanh bng 25 0C, h s to nhit t b mt ngoi cỏch nhit n khụng khớ xung quanh bng 10W/m 2.0K Xỏc nh tn tht nhit trờn 1m chiu di ng v nhit b mt lp cỏch nhit Li gii: Tn tht nhit trờn 1m chiu di ng q1 = k1(tf1 – tf2), W/m trờng đại học công nghiệp hà nội 91 tập kỹ thuật nhiệt k1 = d d 1 1, + ln + ln + d 21 d 2 d d d1 = 0,2m d2 = 0,216m d3 = d2 + = 0,216 + 2.0,120 = 0,456m k1 = 1 216 456 + ln + ln + 116.3,14.0,2 2.3,14.216 200 2.3,14.0,116 216 10.3,14.0,456 k1 = 0,9 W/m.0K q1 = 0,9(300 – 25) = 247,5 W/m Nhit b mt ngoi ca lp cỏch nhit: 1 = 25 + 247,5 10 tW3 = tf2 + q1 tW3 = 49,750C Bi 3: Mt vỏch cú cỏnh dy 12mm, h s dn nhit = 60W/m.0K Phớa khụng lm cỏnh tip xỳc vi mụi trng núng cú nhit 117 0C, h s to nhit = 250W/m2 0K Phớa lm cỏnh tip xỳc vi khụng khớ nhit 17 0C, h s to nhit F1 = 12W/m2 0K H s cỏnh F = 12 Xỏc nh mt dũng nhit phớa khụng lm cỏnh v phớa lm cỏnh, nhit b mt tip xỳc vi mụi trng núng v mụi trng lnh Hiu qu lm vic ca cỏnh Li gii: Mt dũng nhit phớa khụng lm cỏnh: q1 = k1(tf1 – tf2) 1 = F, 012 k1 = + + + + F2 250 60 12.12 k1 = 89,7 W/m2.0K q1 = 89,7(117 – 17) = 897 W/m2 Mt dũng nhit phớa lm cỏnh: F1 897 = = 74,75 F 12 q2 = q1 W/m2 Nhit b mt phớa khụng lm cỏnh: trờng đại học công nghiệp hà nội 92 tập kỹ thuật nhiệt 1 tW1 = tf1 – q1 = 117 – 897 250 =810C Nhit b mt phớa lm cỏnh: 1 tW2 = tf2 + q2 = 17 + 74,75 12 tW2 = 790C Mt dũng nhit truyn qua vỏch ngn khụng lm cỏnh: ( t f t f ), qoc = + + 1 (117 17) qoc = + 0,012 + 250 60 12 qoc = 114,2W/m2 q1 897 = =7,85 ln q oc 114,2 Khi lm cỏnh nhit lng truyn i tng Bi 4: Mt thit b trao i nhit, cht lng núng c lm ngui t 300 0C n 2000C, cht lng lnh c t t 25 0C n 1750C Tớnh chờnh lch nhit trung bỡnh ba trng hp: a Cht lng chuyn ng song song cựng chiu b Cht lng chuyn ng song song ngc chiu c Cht lng chuyn ng ct Li gii: a.Trng hp cht lng chuyn ng song song cựng chiu: t1 = t’1 – t’2 = 300 – 25 = 2750C t2 = t”1 – t”2 = 200 – 175 = 250C t1 t 275 25 = = 1040 C t 275 tcc = ln ln t 25 b Trng hp cht lng chuyn ng song song ngc chiu: t1 = t’1 – t”2 = 300 – 175 = 1250C t2 = t”1 – t’2 = 200 – 25 = 1750C trờng đại học công nghiệp hà nội 93 tập kỹ thuật nhiệt t1 t 125 175 = = 1490 C t 125 tnc = ln ln t 175 c Trng hp cht lng chuyn ng ct nhau: tcn = t.tnc Trong ú: t = f(P,R) P= t ‘ ‘2 t ‘2 175 25 = = 0,545 t ‘1 t ‘2 300 25 R= t ‘1 t ‘ ‘1 300 200 = = 0,667 t ‘ ‘2 t ‘2 175 25 Tra th: t = f(0,545, 0,667) = 0,90 tcn = 0,9.149 = 1340C Bi 5: Trong mt thit b trao i nhit cn lm ngui 275 kg/h cht lng núng t 120 C n 500C, cht lng núng cú nhit dung riờng C pl = 3,04 kJ/kg 0K Cht lng lnh (cht gii nhit) cú lu lng 1000 kg/h, nhit vo thit b l 10 0C, nhit dung riờng Cp2 = 4,18 kJ/kg 0K Tớnh din tớch truyn nhit ca thit b hai trng hp a Cht lng chuyn ng song song cựng chiu b H s truyn nhit ca thit b k = 1160 W/m2 0K Li gii: Nhit lng cht lng núng nh ra: Q = G1Cpl(t’1 – t”1) Q= 275 3,04.103 (120 50 ) = 16255,5W 3600 Nhit ca cht lng lnh xỏc nh t phng trỡnh cõn bng nhit: Q = G1Cpl(t’1-t”1) = G2Cp2(t”2-t’2) t”2 = t’2 + t”2 = 10 + G1.C p1 ( t ‘1 t ‘ ‘1 ) G C p 275.3,04(120 50 ) = 240C 1000.4,18 chờnh nhit trung bỡnh logarit trng hp chuyn ng song song cựng chiu: t1 = t’1-t’2 = 120-10 = 1100C t2 = t”1-t”2 = 50-24 = 260C trờng đại học công nghiệp hà nội 94 tập kỹ thuật nhiệt t1 t 110 26 = = 58,30 C t 110 tcc = ln ln t 26 Din tớch b mt truyn nhit trng hp cht lng chuyn ng song song cựng chiu: Q = k.Fcc.tcc Fcc = Q 16255,5 = = 0,24m k.t cc 1160.58,3 chờnh nhit trung bỡnh logarit trng hp chuyn ng song song ngc chiu: t1 = t’1 – t”2 = 120-24 = 960C t2 = t”1-t’2 = 50-10 = 400C t1 t 96 40 = = 640 C t 96 tnc = ln ln t 40 Din tớch b mt truyn nhit trng hp cht lng chuyn ng song song ngc chiu: Q = k.Fnc.tnc Fnc = Q 16255,5 = = 0,22m k.t nc 1160.64 Bi 6: Lu lng nc chy thit b trao i nhit chuyn ng ngc chiu l G = 10 kg/s, nhit nc tng t 26 0C lờn n 1000C sau ú sụi v bin thnh hi quỏ nhit cú nhit l 1260C Ton b quỏ trỡnh thc hin vi p = 1,013 bar = const Nc c gia nhit nh khớ chỏy Khớ chỏy i vo thit b cú nhit 6500C v lu lng l G1 = 45 kg/s Bit h s truyn nhit ca thit b l k=197 W/m2 Tớnh din tớch truyn nhit ca thit b (Thụng s vt lý ca khớ chỏy mt cỏch gn ỳng ly theo thụng s vt lý ca khụng khớ) Li gii: Nhit lng m nc nhn c t 260C n tr thnh hi quỏ nhit cú nhit l 1260C: Q = G2[Cp2(100 – 26) + r(iqn i)] Cp2 – nhit dung riờng ca nc bng 4,18 kJ/kg.0K r-nhit hoỏ hi ca nc ng vi p = 1,013 bar: r = 2257 kJ/kg tqn – entanpi ca hi quỏ nhit ng vi p = 1,013 bar v nhit 1260C: iqn = 2729 kJ/kg trờng đại học công nghiệp hà nội 95 tập kỹ thuật nhiệt i” – entanpi ca hi bóo ho khụ ng vi p = 1,013 bar: i” = 2676 kJ/kg trờng đại học công nghiệp hà nội 96 tập kỹ thuật nhiệt Q = 10[4,18(100 – 26) + 2257(2729 – 2676)].103 Vy Q = 26193.10 W Nhit ca khớ chỏy i thit b: Q = G1Cp1(t’1 – t”1) Q 26193.10 = 650 = 68 C t”1 = t’1 G 1C p 45.4,18.10 chờnh nhit trung bỡnh logarit: t1 = t’1 – t”2 = 650 – 126 = 5240C t2 = t”1 – t’2 = 68 – 26 = 420C t1 t 524 42 = = 1910 C 524 t = ln t1 ln t 42 Din tớch b mt trao i nhit: Q = k.F.t Q 26193.103 = = 696m F= k.t 197.191 Bi 7: Thit b trao i nhit kiu ng lng ng Hỡnh 27 Nc núng cú lu lng G = 1,4kg/s Khi i vo thit b cú nhit 97 0C Nc núng chy ng ng kớnh d2/d1 = 40/37mm Cht lng lnh chuyn ng vũng xuyn gia cỏc ng vi lu lng G2 = 1,14 kg/s v c t núng t 17 0C n 470C ng kớnh ng ngoi l 54 mm Xỏc nh chiu di ng ca thit b ng thộp cú = 50 W/m 0K Li gii: Lng nhit cht lng lnh (nc lnh) nhn c: Q = G2Cp2(t”2 – t’2) = 1,14.4,18.103 (47 – 17) Q = 142956 W Nhit nc núng i thit b: Q = G1Cp1(t’1 – t”1) Q 142956 t”1 = t’1 – G C = 97 1.4,18.103 = 63 C p1 Tớnh cht vt lý ca cht lng núng tra theo nhit : t1 = t ‘1 + t ‘ ‘1 97 + 63 = = 800 C 2 = 972 kg/m3 trờng đại học công nghiệp hà nội 97 tập kỹ thuật nhiệt v1 = 0,365.10-6 m2/s; Pr1 = 2,2 = 0,674 W/m 0K Tớnh cht vt lý ca cht lng lnh tra theo nhit : t2 = t ‘2 + t ‘ ‘2 17 + 47 = = 320 C 2 = 995 kg/m3 v2 = 0,776.10-6 m2/s; Pr2 = 5,2 = 0,62 W/m 0K Tc chuyn ng ca nc núng: Hỡnh 27 G1 1,4 = = 0,96m / s w1 = .d 972.3,14.0,037 Tc chuyn ng ca nc lnh: G2 1,14.4 = 2 w2 = D d 995.3,14 0,054 0,04 2 ( ) ( ) w2 = 1,1 m/s Tr s Re ca cht lng núng: Ref = w1d1 0,96.0,037 = = 97315 v1 0,365.10 H s to nhit v phớa cht lng núng c xỏc nh t phng trỡnh tiờu chun: Nuf = 0,021.Ref0,8Prf0,43( Prf 0,25 ) Prw Nhit ca vỏch ng ly bng: fw = 0,5(t1 + t2) = 0,5(80 + 32) = 560C Prw = 3,2 Nuf1 = 0,021.973150,8.2,20,43( 2,2 0,25 ) 3,2 Nuf1 = 262 Nờn = Nu f 1 262.0,674 = = 4772 W / m K d 0,037 Tr s Re ca cht lng lnh: trờng đại học công nghiệp hà nội 98 tập kỹ thuật nhiệt Re2 = w d rd v2 dtd = D – d2 = 54 – 40 = 14 mm Re2 = 1,1.0,014 = 19845 0,776.10 Nuf2 = 0,021.198450,8.5,20,43( 5,2 0,25 ) 3,2 Nuf2 = 132 W/m2 0K H s to nhit 2: = 132.0,62 = 5846 0,014 W/m2 0K H s truyn nhit ca thit b: 1 d k1 = + ln + 1..d1 2.. d1 .d k1 = 1 40 + ln + 4772.3,14.0,037 2.3,14.50 37 5846.3,14.0,04 k1 = 293 W/m 0K Nu cht lng chuyn ng ngc chiu, chờnh nhit trung bỡnh logarit: t1 = 97 – 47 = 500C t2 = 63 – 17 = 460C 50 46 = 480 C t = ln 50 46 Mt dũng nhit ca 1m chiu di ng: q1 = k1.t = 293.48 = 14064 W/m Chiu di ng: l= Q 142956 = = 10m q1 14064 Din tớch b mt trao i nhit: F = d1.l = 3,14.0,037.10 = 1,16 m2 Nu cht lng chuyn ng cựng chiu: t1 = 97 – 17 = 800C t2 = 63 – 47 = 160C trờng đại học công nghiệp hà nội 99 tập kỹ thuật nhiệt 80 16 = 40 C t = ln 80 16 q1 = 293.40 = 11720 W/m Chiu di ng: l = 142956 = 12,2 m 11720 Din tớch b mt trao i nhit: F = 3,14.0,07.12,2 = 1,42 m2 Bi 8: Mt b sy khụng khớ ca lũ hi kiu chựm ng c b trớ nh Hỡnh 28 Khúi i ng v khụng khớ chuyn ng ngang qua ngoi chựm ng Cỏc thụng s ca thit b nh sau: lu lng khụng khớ G = 21,5 kg/s, khụng khớ c t núng t t’2 = 300C n t”2 = 2600C Khúi cú thnh phn 13% CO2 v 11% H2O Khúi chuyn ng ng thộp ng kớnh d2/d1 = 53/50 mm, h s dn nhit = 46,5 W/m 0K, lu lng khúi G1 = 19,6 kg/s, tc trung bỡnh ca khúi w = 14 m/s Nhit khúi lỳc i vo thit b t’ = 3800C Xỏc nh din tớch b mt truyn nhit F, chiu cao ca ng L v s lng ng Bit chựm ng b trớ so le, tc khụng khớ chuyn ng ngang qua chựm ng ch hp nht bng m/s s1 = s2 = 1,3d2 Li gii: Lng nhit khụng khớ nhn c: Q = G2Cp2(t”2 – t’2), W Cỏc thụng s ca khụng khớ tra theo nhit trung bỡnh ca khụng khớ: t2 = 0,5(t’2 + t”2) t2 = 0,5(30 + 260) =1450C p2 = 0,844 kg/m3 = 3,52.10-2 W/m 0K v2 = 28,3.10-6 m2/s Hỡnh 28 Cp2 = 1,01kJ/kg.K Prf2 = 0,684 Vy: Q = 21,5.1,01(260 – 30).103 = 4999,450 W xỏc nh nhit ca khúi, ta gi thit nhit trung bỡnh ca khúi t = 3000C, tra Cp1 ca khúi theo nhit ta c: Cp1 = 1,12 kJ/kg.K trờng đại học công nghiệp hà nội 100 tập kỹ thuật nhiệt 1 = 0,0015 = 26 W/m2 0K k= ++ + + 38,6 46,5 76,3 trờng đại học công nghiệp hà nội 102 tập kỹ thuật nhiệt chờnh nhit trung bỡnh logarit trng hp ny c tớnh: t = t.tnc t1 = 380 – 150 = 2300C t2 = 260 – 30 = 2300C Vỡ: t =1 t Nờn: tnc = tf1 – tf2 = 265 – 145 = 1200C tra t ta cn tớnh thờm hai thụng s: P= 260 30 = 0,658 380 30 R= 380 150 = 1,0 260 30 t = 0,88 Da vo P v R tra th ta tỡm c: Vy: t = 0,88.120 = 105,50C Din tớch b mt trao i nhit: Q 4994,450 = = 1820m k.t 26.105,5 F= Tng s lng ng: G1 19,6.4 = = 1080 d 2,3.3,14.0,05 2.14 1 n= Chiu cao ca mi on ng (gm hai on): F 1820 = = 5,4m 2.d1.n 2.3,14.0,05.1080 l1 = Tit din chy ca dũng khụng khớ: f= G2 21,5 = = 3,2m w 0,844.8 S ng b trớ ngang dũng khụng khớ: n1 = f 3,2 = l1 (s1 d ) 5,4(1,3.0,053 0,053) n1 = 38 (ng) S ng b trớ dc theo dũng khụng khớ: n2 = n 1080 = = 29 (ng) n1 38 trờng đại học công nghiệp hà nội 103 tập kỹ thuật nhiệt Bi 9: Tớnh din tớch truyn nhit ca b sy khụng khớ lũ hi Hỡnh 29 Khụng khớ chuyn ng ngang bờn ngoi ng Khúi chuyn ng ng vi lu lng V = 35 m3/s, nhit vo t’f1 = 3450C, nhit t”f1 = 1600C Lu lng trung bỡnh ca khụng khớ V2 = 23 m3/s, nhit vo ca khụng khớ t’ f2 = 200C, nhit ca khụng khớ t”f2 = 2500C Tng s ng n = 2079, ng kớnh ng d 2/d1 = 53/50 mm ng b trớ so le bc ngang s1 = 70 mm, bc dc s2 = 60 mm S ng sp theo chiu ngang n1 = 77 ng, theo chiu dc n = 27 ng Chiu rng ca ng khúi b = 5,4 m Li gii: chờnh nhit trung bỡnh: t = t.tnc (160 20) ( 345 250) = 1160 C tnc = ln 160 20 345 250 P= 250 20 = 0,71 345 20 R= 345 160 = 0,80 250 20 Tra th ta c t = 0,9 t = 0,9.116 = 104,50C Din tớch thc t khúi chuyn ng ngang qua: F1 = n .d12 3,14.0,052 = 2079 = 4,1 m2 4 Tc trung bỡnh ca khúi: w1 = V1 35 = = 8,5 m/s F1 4,1 Nhit trung bỡnh ca khúi: tf1 = 0,5(345+160) = 252,50C Tra cỏc thụng s vt lý theo 252,50C: vf1 = 39,3.10-6 m2/s; = 4,44.10-2 W/m.K Prf1 = 0,660 Tớnh Re i vi khúi: Ref1 = w d1 8,5.0,05 = = 10800 vf1 39,3.10 Nuf1 = 0,021.Re 0f 1,8 Prf01, 43 trờng đại học công nghiệp hà nội 104 tập kỹ thuật nhiệt Nuf1 = 0,021.(10800)0,8.0,6600,43 = 29,6 H s to nhit phớa khúi: = Nu f 1. f 29,6.4,44.10 = d1 0,05 = 26 W/m2 0K Din tớch dũng khụng khớ chuyn ng: F2 = l(b-n1.d2) F2 = l(5,4-77.0,053) = 1,32 l, m2 Tc trung bỡnh ca dũng khụng khớ: f2 = 0,5(250+20) = 1350C Tra cỏc thụng s vt lý ca khụng khớ theo f2 =1350C ta c: f2 = 3,46.10-2 W/m.0K vf2 = 27,20.10-6 m2/s Prf2 = 0,685 Cp2 = 1,012 kJ/kg0K = 0,865 kg/m3 Tr s Ref2 i vi khụng khớ: Ref2 = w d 17,4 0,053 33900 = = vf l 27,2.10 l Khi dũng khụng khớ chuyn ng ngang qua chựm ng so le: Nuf2 = 0,37.Re 0f ,26 tb = tb = + + (n 2) n ( 0,6 + 0,7 25). = 0,975 27 H s to nhit ca dóy ng th ba bng: 0, f = 0,37Re f d 0, 33900 3,46.10 = 0,37 0,053 = 132 l 0, Vy h s to nhit trung bỡnh ca khụng khớ: trờng đại học công nghiệp hà nội 105 Hỡnh 29 tập kỹ thuật nhiệt 2tb = 0,975 132 129 = 0,6 W/m2 0K 0, l l Vy h s to nhit c tớnh gn ỳng bng cụng thc: 1 = 0,0015 k= ++ + + 26 46,5 129 / l0,6 k= 129 4,96 + l0, Lng nhit khúi truyn cho khụng khớ: Q = k.F.t Trong ú: F – din tớch b mt truyn nhit F = 2dtb.n.l Q = V1.p2.Cp2(t”f2 – t’f2) Q = 23.0,865.1,012.103(250-20) Q = 4630.103 W Thay vo cụng thc trờn ta cú: 2.3,24.51,5.10 3.2079l.129.104,5 4,63.10 = 4,96 + l0,6 4,63.106 = 9,06.106l 4,96 + l0, Gii phng trỡnh bng phng phỏp th ta tỡm c l = 3,65 m Din tớch b mt truyn nhit: F = 2.3,14.51,5.10-3.3,65.2079 = 2454 m2 Bi 10: Xỏc nh cỏc kớch thc c bn ca mt thit b trao i nhit dựng hi bóo ho gia nhit cho nc V trớ lp t thit b rt cht hp Nc cn gia nhit t t’2 = 200C n t”2 = 950C Vi lu lng G2 = 8,34 kg/s, nc chy ng ng thau cú h s dn nhit = 104,5 W/m.0K, ng cú kớch thc d2/d1 = 14/12 mm, ngot vũng Hi bóo ho cú ỏp sut p = 1,27 bar c ngng bờn ngoi gia nhit cho nc Khi tớnh toỏn d kin tn tht nhit mụi trng khong 2% Li gii: Nhit lng nc nhn c: Q = G2Cp2(t”2-t’2) = 8,34.4,18.103(95-20) Q = 2620.103 W trờng đại học công nghiệp hà nội 106 tập kỹ thuật nhiệt Hi bóo ho cú ỏp sut p = 1,27 bar Tra bng ta cú cỏc thụng s sau: ts = 1070C Entanpi hi bóo ho khụ: i”1 = 2685 kJ/kg Entanpi nc sụi: i’1 = 447 kJ/kg Nu xem hi l hi bóo ho khụ, cht lng i l nc bóo ho, tn tht nhit l 2% t phng trỡnh cõn bng nhit ta xỏc nh c lng hi cn thit cung cp cho thit b: G1 = Q 2620 = 0,98( i’ ‘1 i’1 ) 0,98( 2685 447 ) G1 = 1,2 kg/s Vỡ v trớ lp t hp nờn ta chn loi thit b t ng xỏc nh h s to nhit phớa hi ta cn bit nhit vỏch t w, chiu cao ng h thit b Vỡ cỏc thụng s ny cha bit nờn ta phi ỏp dng phng phỏp tớnh gn ỳng chờnh nhit trung bỡnh logarit: ( t s t ‘2 ) ( t s t ‘ ‘2 ) t = ln t s t ‘2 t s t ‘ ‘2 95 20 = 380 C 107 20 t = ln 107 95 Chn nhit vỏch: tw = ts – t 38 = 107 = 880 C 2 D kin chiu cao h = m Nhit trung bỡnh ca mng nc ngng: tm = 0,5(ts+tw) = 0,5(107+88) tm = 970C Tra cỏc thụng s ca nc ng vi 970C = 960 kg/m3 = 0,679 W/m 0K v2 = 0,305.10-6 m2/s Tra cỏc thụng s ca nc sụi tra theo ts = 1070C r = 2238 kJ/kg trờng đại học công nghiệp hà nội 107 tập kỹ thuật nhiệt H s to nhit ngng hi trờn ng t ng: = 0,943 p.g.r.3 v( t s t w ) h = 0,943 960.9,81.2238.103.0,6783 0,305.10 (107 88).2 H s to nhit phớa nc Nhit trung bỡnh ca nc chy ng: t2 = 0,5(t’2 + t”2) = 0,5(20 + 95) = 57,50C Tra cỏc thụng s vt lý ca nc theo 57,50C ta cú: = 984 kg/m3 = 0,665 W/m.0K v2 = 0,498.10-6 m2/s Pr2 = 3,12 Chn tc ca nc ng w2 = 1,5 m/s Re2 = w d1 1,5.0,012 = = 36145 v2 0,498.10 Vỏch ng lm bng ng thau h s dn nhit ln ng thi vỏch li rt mng nờn chờnh nhit gia hai b mt vỏch ng rt nh c tớnh 10C Do ú: tw2 = tw1 – 10C = 88 – 10C = 870C Prw = 2,03 Nu2 = 0,021.Re 0,8 0, 43 Pr2 Pr2 Prw Nu2 = 0,021.361450,8.3,120,43( 0, 25 3,12 0,25 ) = 169 2,03 H s to nhit phớa nc: = Nu. 169.0,665 = d1 0,012 = 9365 W/m2 0K H s truyn ca thit b: 1 = 0,01 k= ++ + + 4606 104,5 9365 trờng đại học công nghiệp hà nội 108 tập kỹ thuật nhiệt k = 2383 W/m2 0K trờng đại học công nghiệp hà nội 109 tập kỹ thuật nhiệt Mt dũng nhit: q = k.t = 2383.38 = 90554 W/m2 Tớnh gn ỳng ln th nht din tớch b mt truyn nhit: F= Q 2620.103 = = 29m q 90554 S ng mt ln ngot: G2 4.8,34 = m = .d1 984.3,14.0,012 2.1,5 w m = 50 ng Vỡ nc i qua ln ngot nờn tng s ng ca thit b s l: n = 4.m = 4.50 = 200 ng Chiu cao ng tớnh gn ỳng ln th nht: h= F 29 = = 3,55m .d tb n 3,14.0,013.200 Tip tc tớnh gn ỳng ln th hai Gi thit h = 4m tw1 = 840C tw2 = 830C tm = 0,5(t’s + tw1) = 0,5(107 + 84) = 95,50C Tra cỏc thụng s ca nc ng vi 95,50C = 962 kg/m3 = 0,680 W/m 0K v1 = 0,310.10-6 m2/s 962.9,81.2238.103.0,6803 = 0,943 0,310.10 6.(107 84 ).4,0 = 3684 W/m2.K H s to nhit phớa nc: 3,12 Nu2 = 0,021.361450,8.3,120,43 2,13 0, 25 Nu2 = 167 = 167.0,665 = 9255 W/m2 0K 0,012 trờng đại học công nghiệp hà nội 110 tập kỹ thuật nhiệt H s truyn nhit ca thit b: = 2104 k = + 0,01 + W/m2.K 3684 104,5 9255 q= k.t = 2104.38 = 79952 W/m2 Din tớch b mt trao i nhit: Q 2620.103 = 32,5 m2 F= = q 79952 Chiu cao ng: h= F 32,5 = = 3,98m .d tb n 3,14.0,013.200 Kt qu tỡm c khụng khỏc nhiu vi gi thit, chỳng ta chp nhn kt qu ny Vy din tớch b mt trao i nhit l 32,5 m2 Chiu cao ng 4m Bi 11: Ph ti nhit bỡnh quỏ lnh ca mt mỏy lnh amoniac l Q = 12,5 kW Nhit ngng t tk = 400C Nhit quỏ lnh tql = 370C Nhit nc vo bỡnh quỏ lnh tn1= 340C, nhit nc t n2 = 360C Tớnh din tớch b mt trao i nhit ca bỡnh quỏ lnh Li gii: Bỡnh quỏ lnh l mt thit b trao i nhit kiu ngc chiu loi ng lng ng nh Hỡnh v 30 Chn kớch thc nh sau: ng ngoi: Da= 70 mm; Di = 60 mm ng trong: da = 38 mm; di = 31 mm chờnh entanpi ca NH3: G= Q 12,5 = = 0,868 kg/s i 14,4 Lu lng th tớch: V= G 0,868 = = 0,001392 m3/s 581,86 Tc NH3 Hỡnh vnh khn: Hỡnh 30 V 0,001492.4 = w= D d 3,14.10 60 382 a ( ) ( ) w = 0,88 m/s ng kớnh tng ng ca ng Hỡnh vnh khn: trờng đại học công nghiệp hà nội 111 tập kỹ thuật nhiệt trờng đại học công nghiệp hà nội 112 tập kỹ thuật nhiệt dtd = Di – da = 60 – 38 = 22 mm Cỏc thụng s vt lý ca NH3 lng nhit trung bỡnh 38,50C = 581,5 kg/m3 = 0,4535 W/m 0K v = 0,2132.10-6 m2/s Pr = 1,32 Cỏc thụng s ca nc nhit trung bỡnh 350C = 994 kg/m3 = 0,6257 W/m 0K v = 0,732.10-6 m2/s Cp = 4,174 kJ/kg 0K Pr = 4,524 Tớnh Re ca NH3: Re = w.d td 0,88.0,022 = = 90807 v 0,2132.10 Di 0,8 0,4 d a Nu = 0,017Re Pr 0,18 60 Nu = 0,017.90800,8.1,320,4 38 0,18 = 172,9 H s to nhit phớa NH3: Nu a = d = td 172,9.0,4535 = 3564 W/m2.0K 0,022 Lu lng nc vo bỡnh quỏ lnh: Q 12,5 Vn = C ( t t ) = 4,174.994( 36 34) p n2 n1 Vn = 0,0015 m3/s Tc nc chy ng: Vn 4.0,00151 = =2 wn = .d1 3,14.0,0312 m/s Tr s Re ca nc: Re= wd i 2.0,031 = = 84699 v 0,732.10 trờng đại học công nghiệp hà nội 113 tập kỹ thuật nhiệt Nu = 0,021Re0,8.Pr0,43 Nu = 0,021.846990,8.4,5240,43 Nu = 351,9 H s to nhit phớa nc: Nu n = d = i 351,9.0,6257 = 7103 W/m2.0K 0,031 H s truyn nhit quy i theo b mt ca ng: k = + i + a i n i Chn tng nhit tr ca vỏch = 0,95.10 m2.0K/W i 1 + 0,95.10 + 3564 7103 k= = 729,3 W/m2.0K chờnh nhit trung bỡnh logarit: t = ( 40 30) ( 36 34) = 3,48 ln 40 30 36 34 K Din tớch b mt truyn nhit: F= Q 12,5.10 = = 4,926m k.t 729,3.3,48 Tng chiu di ng: l= Fi 4,925 = = 50,6m .d i 3,14.0,031 Chn 18 ng chiu di mi ng m to dn ng ni tip liờn tc trờng đại học công nghiệp hà nội 114 tập kỹ thuật nhiệt bi t luyn Bi 12: Tớnh nhit lng truyn t phũng qua tng Bit nhit khụng khớ phũng tf1 = 250C Nhit khụng khớ ngoi tri t f2 = 80C Tng xõy bng gỏch dy 250 mm, h s dn nhit = 0,5 W/moK H s to nhit b mt ca tng l = 23 W/m2K v ca b mt ngoi = W/m2 oK Tr li: q = 28,3 W/m2 Bi 13: Mt vỏch lũ hi lm bng thộp dy 20 mm, h s dn nhit = 58 W/moK, nhit ca khớ lũ tf1 = 10000C, nc lũ sụi ỏp sut p = 33 bar H s to nhit t khớ lũ ti vỏch = 116 W/m2 oK v h s to nhit t vỏch ti nc l = 2320 W/m2 oK Tớnh mt dũng nhit truyn qua v nhit cỏc b mt tw1 v tw2 Tr li: q = 80900 W/m2; tw1 = 3040C; tw2 = 2780C Bi 14 Xỏc nh mt dũng nhit truyn qua vỏch lũ hi bng thộp dy = 10 mm, h s dn nhit = 50W/moK v h s truyn nhit hai trng hp: a Trng hp 1: Nhit ca khúi tf1 = 1127oC, nhit ca nc sụi tf2 = 227oC H s to nhit t phớa khúi = 100 W/m2 oK, phớa nc = 5000 W/m2 oK b Trng hp 2: Sau mt thi gian hnh b mt vỏch phớa khúi cú mt lp cỏu bn dy 2mm, h s dn nhit = 0,09 W/moK Nhit khúi v nc khụng thay i Tớnh nhit b mt gia cỏc lp v xỏc nh h s truyn nhit gim bao nhiờu ln cú lp cỏu bn Tr li: a q = 86600 W/m2 b q = 27600 W/m2; gim 3,13 ln Bi 15: Mt ng dn hi lm bng thộp ng kớnh d 2/d1 = 200/180 mm, h s dn nhit ca ng = 50 W/moK ng c bc hai lp cỏch nhit, mi lp dy 50mm, h s dn nhit ln lt l 0,18 W/m oK v 0,06 W/moK Nhit ca hi l tf1 = 427oC, nhit khụng khớ bờn ngoi tf2 = 27oC H s to nhit phớa hi = 200 W/m2 oK, phớa khụng khớ = 10 W/m2 oK Xỏc nh tn tht nhit trờn 1m ng nhit b mt ngoi cựng v cựng Tr li: q = 330 W/m; tw1 = 424o C; tw2 = 53,3oC Bi 16: Mt ng ng dn giú núng cho lũ cao, bit tc giú ng w = 35 m/s, nhit trung bỡnh ca giú núng tf1 = 800oC Bờn ngoi c bc ba lp – lp gch chu la dy 250mm, h s dn nhit = 1,17 W/moK, v thộp dy mm h s dn nhit = 46,5 W/moKv mt lp cỏch nhit bờn ngoi dy 200 mm, h s dn nhit = 0,174 W/moK ng kớnh ca ng d1=1000 mm ng t l thiờn, khụng khớ thi ngang qua ng vi tc m/s Nhit khụng khớ xung quanh t f2 = 100C Tớnh tn tht nhit trờn 1m ng Tr li: q1 = 2330 W/m trờng đại học công nghiệp hà nội 115 tập kỹ thuật nhiệt Bi 17: Mt vỏch cú cỏnh dy 10mm Vt liu lm vỏch cú h s dn nhit = 40 W/moK, phớa khụng lm cỏnh tip xỳc vi mụi trng núng cú nhit t f1 = 75oC v h s to nhit = 200 W/m2 oK Xỏc nh mt dũng nhit truyn qua vỏch cú cỏnh v khụng cú cỏnh v nhit b mt phớa lm cỏnh v phớa khụng lm cỏnh Bit h s cỏnh F2 / F1 = 13 Tr li: Khi lm cỏnh q = 4620 W/m Khi khụng lm cỏnh q = 570 W/m2 Bi 18: Trong mt thit b trao i nhit mi gi cn lm lnh 250 l cht lng núng t nhit 1200C xung 500C Cht lng núng cú lng riờng = 1100 kg/m3 nhit dung riờng Cp1 = kJ/kgoK Nc vo lm lnh cú lu lng 1000 l/h v nhit vo bng 100C Xỏc nh din tớch b mt trao i nhit trng hp cỏc cht lng chuyn ng cựng chiu v ngc li Bit h s truyn nhit ca thit b k = 1161 W/m2 oK Tr li: Fcc = 0,24 m2; Fnc = 0,22 m2 Bi 19: Xỏc nh din tớch b mt truyn nhit v s phn t ca mt thit b trao i nhit kiu ng lng ng Nc núng chuyn ng ng thộp ng kớnh d 2/d1 = 35/32 mm h s dn nhit = 45 W/moK, nhit vo ca nc núng t’ =950C, lu lng G1 = 2130 kg/h Nc c gia nhit (nc lnh) chuyn ng ngc chiu rónh Hỡnh xuyn gia hai ng bc ng kớnh D = 48 mm, lu lng nc lnh G2 = 3200 kg/h, nc lnh c gia nhit t t’ = 150C n t”2 = 450C Chiu di mi phn t l 1,75 m Nu cht lng chuyn ng cựng chiu v ngc chiu cỏc iu kin khỏc khụng thay i thỡ din tớch b mt truyn nhit v s phn t ca thit b bng bao nhiờu? Tr li: Fnc = 1,22 m2, s phn t Fcc = 2,47 m2, s phn t 14 Bi 20: Mt b sy khụng khớ kiu ng ca lũ hi cn sy núng lng khụng khớ G = 25kg/s t t’2 = 300C n t”2 = 2500C Xỏc nh b mt truyn nhit, chiu cao ca ng v s lng ng Bit thnh phn ca khúi 13% CO v 11%H2O Khúi chuyn ng ng thộp cú = 48 W/moK lu lng G2 = 20 kg/s, ng kớnh ng d2/d1 = 53/50 mm, nhit khúi vo t’1 = 4000C, tc khúi w1 = 15 m/s Khụng khớ chuyn ng ngang qua chựm ng vi tc w2 = m/s Tr li: F = 2024 m2 Bi 21: Tớnh din tớch truyn nhit ca b sy khụng khớ lũ hi Khụng khớ chuyn ng ngang qua bờn ngoi ng Khúi chuyn ng ng vi lu lng V = 30 m3/s nhit vo t’1 = 3500C, nhit t”1 = 1500C Lu lng ca khụng khớ V2 = 25 m3/s, nhit khụng khớ vo t’2 = 200C v t”2 = 2000C Tng s ng n = 1800, ng kớnh ng d2/d1 = 53/50 mm ng b trớ so le bc ngang s = 70 mm, bc dc s2 = 60 mm, s ng lp theo chiu ngang n = 60 v theo chiu dc n = 30 Chiu rng ng khúi b = 5m Tr li: F = 1499 m2 trờng đại học công nghiệp hà nội 116 tập kỹ thuật nhiệt […]… 2 = Nu f 2 2 115.0,0352 = = 76,3 W/m2 0K d2 0,053 H s truyn nhit ca thit b mt cỏch gn ỳng: trờng đại học công nghiệp hà nội 101 bài tập kỹ thuật nhiệt 1 1 = 1 0,0015 1 = 26 W/m2 0K k= 1 ++ 1 + + 1 2 38,6 46,5 76,3 trờng đại học công nghiệp hà nội 102 bài tập kỹ thuật nhiệt chờnh nhit trung bỡnh logarit trong trng hp ny c tớnh: t = t.tnc t1 = 380 – 150 = 2300C t2 = 260 – 30 = 2300C Vỡ: t 1 =1 t… Nu. 2 169.0,665 = d1 0,012 2 = 9365 W/m2 0K H s truyn ca thit b: 1 1 = 1 0,01 1 k= 1 ++ 1 + + 1 2 4606 104,5 9365 trờng đại học công nghiệp hà nội 108 bài tập kỹ thuật nhiệt k = 2383 W/m2 0K trờng đại học công nghiệp hà nội 109 bài tập kỹ thuật nhiệt Mt dũng nhit: q = k.t = 2383.38 = 90554 W/m2 Tớnh gn ỳng ln th nht din tớch b mt truyn nhit: F= Q 2620.103 = = 29m 2 q 90554 S ng trong mt ln ngot:… vnh khn: Hỡnh 30 V 0,001492.4 = w= D 2 d 2 3,14.10 6 60 2 382 1 a 4 ( ) ( ) w = 0,88 m/s ng kớnh tng ng ca ng Hỡnh vnh khn: trờng đại học công nghiệp hà nội 111 bài tập kỹ thuật nhiệt trờng đại học công nghiệp hà nội 112 bài tập kỹ thuật nhiệt dtd = Di – da = 60 – 38 = 22 mm Cỏc thụng s vt lý ca NH3 lng nhit trung bỡnh 38,50C = 581,5 kg/m3 = 0,4535 W/m 0K v = 0,2132.10-6 m2/s Pr = 1,32 Cỏc thụng… trờng đại học công nghiệp hà nội 110 bài tập kỹ thuật nhiệt H s truyn nhit ca thit b: 1 = 2104 k = 1 + 0,01 + 1 W/m2.K 3684 104,5 9255 q= k.t = 2104.38 = 79952 W/m2 Din tớch b mt trao i nhit: Q 2620.103 = 32,5 m2 F= = q 79952 Chiu cao ng: h= F 32,5 = = 3,98m .d tb n 3,14.0,013.200 Kt qu tỡm c khụng khỏc nhiu vi gi thit, chỳng ta chp nhn kt qu ny Vy din tớch b mt trao i nhit l 32,5 m2 Chiu cao ng 4m… gia nhit cho nc Khi tớnh toỏn d kin tn tht nhit ra mụi trng khong 2% Li gii: Nhit lng nc nhn c: Q = G2Cp2(t”2-t’2) = 8,34.4,18.103(95-20) Q = 2620.103 W trờng đại học công nghiệp hà nội 106 bài tập kỹ thuật nhiệt Hi bóo ho cú ỏp sut p = 1,27 bar Tra bng ta cú cỏc thụng s sau: ts = 1070C Entanpi hi bóo ho khụ: i”1 = 2685 kJ/kg Entanpi nc sụi: i’1 = 447 kJ/kg Nu xem hi l hi bóo ho khụ, cht lng i ra… tm = 970C Tra cỏc thụng s ca nc ng vi 970C 2 = 960 kg/m3 2 = 0,679 W/m 0K v2 = 0,305.10-6 m2/s Tra cỏc thụng s ca nc sụi tra theo ts = 1070C r = 2238 kJ/kg trờng đại học công nghiệp hà nội 107 bài tập kỹ thuật nhiệt H s to nhit khi ngng hi trờn ng t ng: 1 = 0,943 4 p.g.r.3 v( t s t w ) h 1 = 0,943 4 960.9,81.2238.103.0,6783 0,305.10 6 (107 88).2 H s to nhit phớa nc 2 Nhit trung bỡnh ca nc chy trong… b trớ ngang dũng khụng khớ: n1 = f 3,2 = l1 (s1 d 2 ) 5,4(1,3.0,053 0,053) n1 = 38 (ng) S ng b trớ dc theo dũng khụng khớ: n2 = n 1080 = = 29 (ng) n1 38 trờng đại học công nghiệp hà nội 103 bài tập kỹ thuật nhiệt Bi 9: Tớnh din tớch truyn nhit ca b sy khụng khớ lũ hi Hỡnh 29 Khụng khớ chuyn ng ngang bờn ngoi ng Khúi chuyn ng trong ng vi lu lng V 1 = 35 m3/s, nhit vo t’f1 = 3450C, nhit ra t”f1… 252,50C: vf1 = 39,3.10-6 m2/s; 1 = 4,44.10-2 W/m.K Prf1 = 0,660 Tớnh Re i vi khúi: Ref1 = w 1 d1 8,5.0,05 = = 10800 vf1 39,3.10 6 Nuf1 = 0,021.Re 0f 1,8 Prf01, 43 trờng đại học công nghiệp hà nội 104 bài tập kỹ thuật nhiệt Nuf1 = 0,021.(10800)0,8.0,6600,43 = 29,6 H s to nhit phớa khúi: 1 = Nu f 1. f 1 29,6.4,44.10 2 = d1 0,05 1 = 26 W/m2 0K Din tớch dũng khụng khớ chuyn ng: F2 = l(b-n1.d2) F2 = l(5,4-77.0,053)… dóy ng th ba bng: 0, 6 f 2 3 = 0,37Re f 2 d 2 0, 6 2 33900 3,46.10 3 = 0,37 0,053 1 3 = 132 l 0, 6 Vy h s to nhit trung bỡnh ca khụng khớ: trờng đại học công nghiệp hà nội 105 Hỡnh 29 bài tập kỹ thuật nhiệt 2tb = 0,975 132 129 = 0,6 W/m2 0K 0, 6 l l Vy h s to nhit c tớnh gn ỳng bng cụng thc: 1 1 = 1 0,0015 1 k= 1 ++ 1 + + 1 2 26 46,5 129 / l0,6 k= 129 4,96 + l0, 6 Lng nhit khúi truyn cho… 36 34) p n2 n1 Vn = 0,0015 m3/s Tc nc chy trong ng: Vn 4.0,00151 = =2 2 wn = .d1 3,14.0,0312 m/s 4 Tr s Re ca nc: Re= wd i 2.0,031 = = 84699 v 0,732.10 6 trờng đại học công nghiệp hà nội 113 bài tập kỹ thuật nhiệt Nu = 0,021Re0,8.Pr0,43 Nu = 0,021.846990,8.4,5240,43 Nu = 351,9 H s to nhit phớa nc: Nu n = d = i 351,9.0,6257 = 7103 W/m2.0K 0,031 H s truyn nhit quy i theo b mt trong ca ng: 1 k = 1 + … đại học công nghiệp hà nội 95 tập kỹ thuật nhiệt i” – entanpi ca hi bóo ho khụ ng vi p = 1,013 bar: i” = 2676 kJ/kg trờng đại học công nghiệp hà nội 96 tập kỹ thuật nhiệt Q = 10[4,18(100 – 26)… trờng đại học công nghiệp hà nội 101 tập kỹ thuật nhiệt 1 = 0,0015 = 26 W/m2 0K k= ++ + + 38,6 46,5 76,3 trờng đại học công nghiệp hà nội 102 tập kỹ thuật nhiệt chờnh nhit trung bỡnh logarit… 4606 104,5 9365 trờng đại học công nghiệp hà nội 108 tập kỹ thuật nhiệt k = 2383 W/m2 0K trờng đại học công nghiệp hà nội 109 tập kỹ thuật nhiệt Mt dũng nhit: q = k.t = 2383.38 = 90554 W/m2 Tớnh

Source: https://ta-ogilvy.vn
Category: Hỏi Đáp