Bài tập về Thiết bị truyền nhiệt

Các bài tập dưới đây giúp bạn thực hành những kiến thức thu thập trong chương "Thiết bị Truyền nhiệt". Mỗi bài tập hay câu hỏi đều chừa sẵn một ô trống (ô kết quả) để bạn ghi kết quả. Lưu ý là bạn không ghi đơn vị vào ô này và số liệu ghi vào tương ứng với đơn vị ở câu hỏi. Sau khi điền xong bạn kích vào nút "Kết quả". Nếu kết quả đúng, ô kết quả sẽ có đường viền màu xanh lá cây và bên cạnh ô này có dấu "V" xanh lá cây. Nếu kết quả chưa đúng, ô kết quả có đường viền màu đỏ và bên cạnh có dấu "X" màu đỏ. Bạn có thể xóa bỏ kết quả bằng cách kích vào nút "Thử lại".

Các bài tập có lời giải đi kèm nhưng ở dạng ẩn. Để hiện lời giải, bạn kích chuột vào ô "Lời giải" màu xanh dương nhạt. Bạn chỉ nên dùng nó để kiểm tra sau khi đã giải xong, hoặc gặp những bài quá khó, không nên lạm dụng phần lời giải này.

Chúc bạn ôn tập tốt.

Bài tập 1

 

Nước cam được gia nhiệt từ 30°C đến 90°C bằng cách chảy trong ống của một bộ truyền nhiệt dùng hơi nước ở 130°C. Nước cam có lưu lượng là 240 lít mỗi phút, tỷ trọng là 1,16 và nhiệt dung riêng là 3820 J•kg-1•độ-1. Ống có đường kính trong là 22 mm, dấy 1 mm, và hệ số dẫn nhiệt là 16 W•m-1•độ-1. Hệ số đối lưu nhiệt của nước cam và hơi nước lần lượt là 1600 và 3800 W•m-2•độ-1.

1. Hỏi hệ số truyền nhiệt chung của bộ truyền nhiệt này ? (đơn vị là W•m-1•độ-1)

Lời giải

Hệ số truyền nhiệt chung được tính theo :

    `U_L=1/ (1/(3,1416xx0,022xx3820) +1/(2xx3,1416xx16) ln\ 24/22 -1/(3,1416xx0,024xx3800))`

    `U_L = 122,8\ "W"/("m độ"`


2. HIệu số nhiệt độ trung bình của bộ truyền nhiệt này là bao nhiêu °C ?

Lời giải

Như ta biết, tùy theo sơ đồ truyền nhiệt là cùng chiều hay ngược chiều mà cách tính các thừa số `DeltaT^″` và `DeltaT^'` trong công thức tính hiệu số nhiệt độ trung bình sẽ khác nhau. Tuy vậy trong đầu bài không thấy đề cập đến sơ đồ truyền nhiệt; nên ở đây có điểm nào đó đặc biệt. Điểm ấy là ta sử dụng hơi nước để gia nhiệt. Khi dùng hơi nước để gia nhiệt thì, về mặt lý thuyết, nhiệt độ sẽ không thay đổi trong suốt quá trình ngưng tụ. Vì thế dù ta dùng sơ đồ nào đi nữa thì hiệu số nhiệt độ trung bình cũng giống nhau. Ta có:

+ `DeltaT^' = 130 - 30 = 100"°C"`

+ `DeltaT^″ = 130 - 90 = 40"°C"`

Vậy :   `bar(DeltaT)=(DeltaT^″-DeltaT^')/(ln\ (DeltaT^″)/(DeltaT^'))=(40-100)/(ln\ 40/100)=65,48\ "°C"`


3. Chiều dài tổng cộng của các ống truyền nhiệt là bao nhiêu m?

Lời giải

Lượng nhiệt truyền là :

    `Q=rho_2 q_(V2) (T_2^″-T_2^')`

    `Q=1,16xx1000xx(0,240)/60 xx3820xx(90-30)`

    `Q=1.063.500\ "W"`

Chiều dài tổng cộng các ống truyền nhiệt là :

    `L=Q/(U_L bar(DeltaT))=(1.063.500)/(122,8xx65,48)=132,3\ "m"`


Bài tập 2

 

Trong một nhà máy, người ta tiết kiệm năng lượng bằng cách kết hợp làm nguội dầu và gia nhiệt cho nước trong một bộ truyền nhiệt làm việc theo sơ đồ ngược chiều. Dầu ở nhiệt độ 150°C và lưu lượng 1200 kg/h được làm nguội bằng nước ở 30°C có lưu lượng 1800 kg/h. Dầu có nhiệt dung riêng là 1970 J•kg-1•độ-1 và tỷ trọng là 0,87. Bộ truyền nhiệt có hệ số truyền nhiệt chung là 1430 W•m-2•độ-1 và diện tích truyền nhiệt là 1,8 m2.

1. Mức hiệu quả của bộ truyền nhiệt này là bao nhiêu ?

Lời giải

Trước tiên ta đi tính và so sánh các đương lượng không khí `W`.

+ đối với dầu :   `W_1=M_1 C_(p1)=1200/3600xx1980=660\ "W/°C"`

+ đối với nước :   `W_2=M_2 C_(p2)=1800/3600xx4180=2090\ "W/°C"`

Vậy   `W_1 = W_min` ;   `W_2 = W_max` ;   `W_min/W_max = 0,3158`.

Ngoài ra :   `NTU=(UA)/W_min=(1430xx1,8)/660=3,9`

Vậy :   `epsilon=(1-e^(-3,9(1-0,3158))) / (1-0,3158\ e^(-3,9(1-0,3158)))=0,9514`


2. Lượng nhiệt truyền từ dầu vào nước trong mỗi giây là bao nhiêu kW?

Lời giải

Ta có : `Q_max = W_min (T_1^' - T_2^') = 660 xx (90 - 15) = 79.200\ "W"`

Vậy :   `Q = ε Q_max = 0,9514 xx 79.200 = 75.354\ "W" = 75,35\ "kW"`


3. Nhiệt độ của dầu khi ra khỏi bộ truyền nhiệt là bao nhiêu °C ?

Lời giải

Ta có :   `epsilon=Q/Q_max=(W_1(T_1^'-T_1^″))/(W_1(T_1^'-T_2^'))=(T_1^'-T_1^″)/(T_1^'-T_2^')=0,9514`

Nên : `T_1^″ = T_1^' - 0,9514 (T_1^' - T_2^')`

    `T_1^″= 150 - 0,9514 xx (150 - 30) = 35,83"°C"`


4. Nhiệt độ của nước khi ra khỏi bộ truyền nhiệt là bao nhiêu °C ?

Lời giải

Ta có :   `epsilon=Q/Q_max=(W_2(T_2^″-T_2^'))/(W_1(T_1^'-T_2^'))=0,9514`

Nên :   `T_2^″ = T_2^' + 0,9514\ W_1/W_2 (T_1^' - T_2^')`

    `T_2^″= 30 + [ 0,9514xx660/2090 xx (150 - 30) ]= 66,05"°C"`




Trang web này được cập nhật lần cuối ngày 29/12/2018