Bài tập truyền nhiệt số 1

Chia sẻ: Nguyencong Hon | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

1.947
lượt xem 606
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'bài tập truyền nhiệt số 1', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài tập truyền nhiệt số 1

BÀI 1: ( BAØI 12.6 tr 276): Vaùch loø hôi baèng theùp daøy 20 mm, λ = 58 W/mK; nhieät ñoä khí loø tf1 = 1000 oC ; aùp suaát hôi p = 34 bar. HSTN cuûa khí loø tôùi vaùch α1 = 116 W/m2K ; töø vaùch loø ñeán nöôùc α2 = 2320 W/m2K. Xaùc ñònh q , nhieät ñoä beà maët trong vaø ngoaøi vaùch loø. Nhieät ñoä nöôùc soâi: tf1 = 240 oC Giaûi: 1 HSTN qua vaùch phaúng: k= 1 δ 1 k = 106,4 W/m2K + + α1 λ α 2 MÑDN q = k(tf1 – tf2) = 80864 W/m2K. Nhieät ñoä beà maët trong vaø ngoaøi vaùch loø: 1 1 t w1 = t f 1 − q tw2 = t f 2 + q α1 α2 303 oC ; 275 oC NHAÄN XEÙT: - Giá trò HSTN k so vôùi Heä soá toaû nhieät - Nhiệt ñoä vaùch vaø cheânh leäch nhieät ñoä vaùch
BÀI 2: OÁng daãn hôi baèng theùp dtr/dng = 200 / 216 mm coù λ1 = 47 W/(mK) ñöôïc boïc moät lôùp caùch nhieät daøy 120 mm, coù λ2 = 0,8 W/(mK). Nhieät ñoä hôi laø t1 = 360 oC ; heä soá TNÑL phía hôi α1 = 120 W/(m2K) . Khoâng khí beân ngoaøi coù t2 = 25 oC; α2 = 11 W/(m2K). - Haõy tính toån thaát nhieät treân 1 m oáng qL - Xaùc ñònh nhieät ñoä beà maët trong vaø ngoaøi cuûa lôùp caùch nhieät. Giaûi: Heä soá truyeàn nhieät, tính theo 1m chieàu daøi oáng 1 1 kL = kL = =1,412 W / mK 1 1 d i +1 1 +∑ ln + 0,708 α1d1 2λi di α 2 d3 Toån thaát nhieät, tính cho 1m oáng: qL = πkL(tf1 – tf2) = π x 1,412(360 – 25) = 1485,28 kW/m Nhieät ñoä beà maët lôùp caùch nhieät: 1 qL d3 t w3 = t f 2 + qL = 119,3 C o tw2 = t w3 + ln = 340,20 C α 2πd 3 2πλ2 d 2
BÀI 3: (BAØI 12.9 tr 277): oáng daãn gioù noùng cho loø cao, toác ñoä gioù ω1 = 35 m/s; tf1 = 800 oC. coù 03 lôùp : gaïch chòu löûa δ1 = 250 mm , λ1 = 1,17 W/m; theùp δ2 = 10 mm , λ2 = 46,5 W/mK; caùch nhieät ngoaøi δ3 = 200 mm , λ3 = 0,174 W/mK; Ñöôøng kính trong d1 = 1000 mm, khoâng khí xung quanh tf2 = 10 oC , ω2 = 4 m/s. Tính toån thaát nhieät treân 1 m ñöôøng oáng (boû qua böùc xaï). Giaûi: TN qua vaùch truï 3 lôùp Toån thaát nhieät treân 1 m ñöôøng oáng: ql = klπ (t f 1 − t f 2 ) 1 1 n 1 d 1 Rl = = +∑ ln i +1 + kl α1d1 i =1 2λi d i α 2 d n +1 Vôùi d2 = d1 + 2δ1 d3 = d2 + 2δ2 d4 = d2 + 2δ3 Caàn tính HSTN phía trong vaø phía ngoaøi oáng
Tính α1: Khoâng khí chuyeån ñoäng cöôõng böùc trong oáng KTXD laø d1 = 1m; NÑXÑ laø tf1 = 800 oC Ref1 = 2,6*105 > 104 -> chaûy roái Nuf1 = 0,018 Ref10,8 = 382 -> α1 = 27,4 W/m2K Tính α2: Khoâng khí chuyeån ñoäng ngang oáng ñôn KTXD laø d4 = 1,92m; NÑXÑ laø tf2 = 10 oC Ref2 = 5,45*105 > 104 -> chaûy roái Nuf2 = 0,245 Ref20,6 = 680 -> α2 = 8,85 W/m2K KEÁT QUAÛ: kl = 0,94 W/m2K ql = 2330 W/m
BÀI 4: Caàn gia nhieät daàu G2 = 1000 kg/h töø t’2 = 20 oC ñeán t’’2 = 180 oC baèng khoùi noùng coù t’1 = 280 oC. Bieát t’’1 = 200 oC; k = 35 W/(m2K); cp1 = 1,1 kJ/(kgK); cp2 = 2,3 kJ/(kgK). Tính dieän tích TÑN (F) khi boá trí doøng chuyeån ñoäng ngöôïc chieàu. GIAÛI: Söû duïng PT TRUYEÀN NHIEÄT Q = kF Δt Cheânh leäch nhieät ñoä taïi hai ñaàu thieát bò: t’1 - t’’2 = 280 – 180 = 100 oC = Δtmin t’’1 - t’2 = 200 – 20 = 180 oC = Δtmax Ñoä cheânh nh/ñoä trung bình: Δt max − Δt min 180 − 100 Δt = = = 136o C Δt max 180 ln ln Δt min 100 Nhieät löôïng caáp cho daàu: Q = G2 cp2 (t’’2 - t’2 ) = 1000 . 2,3 (180 – 20)/3600 = 102,2 kW F = Q k Δt Vaäy = 102,2 / (0,035 . 136,1) = 21,46 m2
BÀI 5: Thieát bò ñun nöôùc noùng baèng khoùi thaûi töø ÑCÑT, loaïi löu ñoäng ngöôïc chieàu, coù caùc thoâng soá sau: Phía khoùi noùng: G1 = 0,8 kg/s; cp1 = 1,12 kJ/(kgK); t’1 = 450 oC. Phía nöôùc: G2 = 3,2 kg/s; cp2 = 4,18 kJ/(kgK); t’2 = 50 oC Dieän tích truyeàn nhieät F = 15 m2; k = 85 W/(m2K). a) Haõy tính Q; nhieät ñoä ra cuûa khoùi vaø nöôùc. b) Neáu ñoäng cô vaän haønh non taûi vôùi G1* = 0,5G1, caùc ñieàu kieän ban ñaàu khaùc khoâng thay ñoåi thì nhieät löôïng trao ñoåi vaø nhieät ñoä nöôùc ra seõ laø bao nhieâu? GIAÛI: a) Tính Q vaø nhieät ñoä cuoái caùc chaát, duøng pp NTU Cheânh leäch nhieät ñoä taïi hai ñaàu thieát bò: C1 = G1 cp1 = 0,8 . 1,12 = 0,896 kW/K = Cmin C2 = G2 cp2 = 3,2 . 4,18 = 13,376 kW/K = Cmax Nhieät löôïng truyeàn cöïc ñaïi: Qmax = Cmin (t’1 - t’2 ) = 0,896 (450 – 50) = 358,4 kW
* C = Cmin Cmax = 0,896 / 13,376 = 0,067 NTU = kF/Cmin = 85 . 15 / 896 = 1,42 Hieäu suaát thieát bò (tra ñoà thò): ε = 0,72 Nhieät löôïng trao ñoåi: Q = ε Qmax = 0,72 . 358,4 = 258 kW Nhieät ñoä khoùi thoaùt: t1’’ = t1’ – Q/C1 = 450 – 258 / 0,896 = 162 oC Nhieät ñoä nöôùc ra: t2’’ = t2’ + Q/C2 = 50 + 258 / 13,376 = 69,3 oC b) Neáu ñoäng cô vaän haønh non taûi vôùi G1* = 0,5G1 Cmin giaûm 2 laàn -> C* giaûm 2 laàn = 0,033 NTU taêng 2 laàn = 2,84 Qmax giaûm 2 laàn HS truyeàn nhieät luùc ñoù = 0,92 Do vaäy: Q = 0,92. 358,4 / 2 = 164,8 kW t2’’ = 50 + 164,8 / 13,376 = 62,3 oC
BÀI 6 : Thieát bò ñun nöôùc noùng baèng hôi nöôùc, kieåu chuøm oáng. - Toång löu löôïng nöôùc Gn = 10 kg/s; toác ñoä nöôùc trong oáng þ19/17 laø w = 1 m/s; t’2 = 30 oC vaø t’’2 =70 oC. - Hôi nöôùc coù p = 2 bar, x = 0,9. Nöôùc ngöng ra khoûi bình coù tK = 90 oC. Bieát HS toaû nhieät phía hôi ngöng tuï α1 = 8000 W/(m2K); nhieät trôû daãn nhieät cuûa vaùch oáng δ m2 K ∑ λ = 0,00017 W Tính dieän tích F cuûa thieát bò vaø löu löôïng hôi caàn cung caáp. (Cho pheùp boû qua aûnh höôûng phöông höôùng doøng nhieät vaø coi heä soá εΔt =1 NHAÄN XEÙT: Söû duïng PT TRUYEÀN NHIEÄT ñeå tính F F = Q k Δt OÁNG MOÛNG neân coù theå tính HSTN k theo CT vaùch phaúng. (Nhieät trôû daãn nhieät ñaõ cho laø cuûa vaùch phaúng) Caàn tính α2 phía nöôùc chaûy trong oáng ñeå xaùc ñònh HSTN k Tìm nhieät ñoä hôi vaøo ñeå tính Δttb. AÙp suaát hôi laø a/s tuyeät ñoái Tính Q: nhieät löôïng nöôùc nhaän ñöôïc
Giaûi: 1. Tính heä soá toaû nhieät α2 phía nöôùc chaûy trong oáng NÑXÑ: t2 = 0,5(30 + 70) = 50 oC TSVL cuûa nöôùc cp = 4,174 kJ/kgK ; λ = 64,8.10-2 W/mK ν = 0,556.10-6 m2/s ; Prf = 3,54 wd tr 1× 0,017 TC Reynolds: Re f = = = 30600 > 10 4 -> chaûy roái ν 0,556.10 −6 OÁng thaúng: εR = 1; Giaû thieát L/d > 50: εl = 1. PTTC: Nuf = 0,021Ref0,8Prf0,43 = 0,021 x 306000,8 X 3,540,43= 137,5 λ 64,8.10 −2 α 2 = Nu f d tr = 137,5 0,017 = 5241 ( W / m2 K ) 1 2. Heä soá truyeàn nhieät k= =2062 W/(m2K) 1 δ 1 + + α1 λ α 2
3. Thoâng soá hôi nöôùc: p = 2 bar, coù ts = 120,23 oC; i’= 504,8 kJ/kg r = 2202 kJ/kg. Hôi baõo hoaø aåm, x = 0,9: ih = i’+ rx = 2486,6 kJ/kg 4. Ñoä cheânh nhieät ñoä TB: Δtmax = 60 oC ; Δtmin = 50,23 oC Δt max − Δt min 60 − 50,23 Δt = = = 55,5o C Δt 60 ln max ln Δt min 50,23 5. Coâng suaát thieát bò = Nhieät löôïng caàn ñeå gia nhieät nöôùc Q = Gn cpn (t’’2 - t’2 ) = 10 . 4,174 (70 – 30) = 1672 kW 6. Dieän tích BMTN: F = Q k Δt = 1672 / (2,062. 55,5) = 14,6 m2 7. Löu löôïng hôi caàn: G = Q/(ih – ik) = 1672 / (2486,6 – 377) = 0,79 kg/s = 2853 kg/h
BÀI 7: Trong moät TBTÑN, nöôùc chaûy trong oáng coù dtr/dng = 28/32 mm vôùi G2 = 1 kg/s, nhieät ñoä nöôùc vaøo: t’f2 = 25 oC ; ra t’’f2 = 95 oC ; Hôi: tf1 = 120 oC. Heä soá TNÑL phía hôi α1 = 4000 W/m2K ; vaùch coù λv = 45 W/mK. - Haõy tính HSTN veà phía nöôùc α2. Xem (Prf/Prw)0.25 = 1. - Xaùc ñònh HSTN k vaø maät ñoä doøng nhieät trung bình treân 1 m oáng qL. - Chieàu daøi caàn thieát cuûa oáng laø bao nhieâu? Giaûi: 1. Heä soá toaû nhieät α2 Nhieät ñoä TB cuûa nöôùc trong oáng: tf2 = 0,5(25 + 95) = 60 oC TSVL cuûa nöôùc ρ = 983,2 kg/m3 c;p = 4,179 kJ/kgK ; λ = 65,9.10-2 W/mK ν = 0,478.10-6 m2/s ; Prf = 2,98 4G 4 ×1 Vaän toác nöôùc : w= = = 1,65 m/s ρπd tr 983,2 × π × 0,028 2 2 wd tr 1,65 × 0,028 TC Reynolds: Re f = = = 96652 > 10 4 ν 0,478.10 −6
Do cheá ñoä chaûy roái neân ta coù PTTC: Nuf = 0,021Ref0,8Prf0,43 = 0,021 x 966520,8 x 2,980,43 = 326,76 λ 65,9.10 −2 α 2 = Nu f = 326,76 = 7690,5 W / m 2K d tr 0,028 2. Heä soá truyeàn nhieät vaø nhieät löôïng truyeàn 1 kL = 1 1 d 1 + ln ng + α1d ng 2λ v d tr α 2d tr 1 kL = = 73,24 W / mK 1 1 32 1 + ln + 4000 × 0,032 2 × 45 28 7690,5 × 0,028 qL = πkL(tf1 – tf2) = π x 73,24(120 – 60) = 13,798 kW/m 3. Chieàu daøi oáng caàn thieát Nhieät caàn caáp cho nöôùc: Q = G 2cp 2 (t 'f' 2 − t 'f 2 ) = 1× 4,179(95 − 25) = 292,53 kW Chieàu daøi oáng: Q 292,53 L= = = 21,2 m (Kieåm tra L/d !) q L 13,798