Bài tập ôn tập chương Truyền nhiệt tổng hợp và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt môn Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt
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
δ
k =
HSTN qua vaùch phaúng:
k = 106,4 W/m2K
1
1
+ +
α1 λ α2
MÑDN q = k(tf1 – tf2) = 80864 W/m2K.
Nhieät ñoä beà maët trong vaø ngoaøi vaùch loø:
1
α1
1
tw = tf1 − q
tw = tf 2 + q
1
2
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.
Heä soá truyeàn nhieät, tính theo 1m chieàu daøi oáng
Giaûi:
1
1
kL =
kL =
=1,412 W/mK
1
1 di+1
ln +
2λi di α2d3
1
0,708
+
∑
α1d1
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:
qL
d3
1
=119,3o C
tw = tw3 +
ln = 340,20 C
tw = tf 2 + q
L α2πd3
3
2
2πλ2 d2
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
ql = klπ tf 1 −tf 2
Toån thaát nhieät treân 1 m ñöôøng oáng:
n
1
1
1 di+1
ln
2λi di α2dn+1
1
Rl = =
kl α1d1
+
+
∑
i=1
Vôùi
d2 = d1 + 2δ1
d3 = d2 + 2δ2
d4 = d2 + 2δ3
¾ 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
0,8
Nuf1 = 0,018 Ref1 = 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
-> chaûy roái
Ref2 = 5,45*105 > 104
0,6
Nuf2 = 0,245 Ref2 = 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.
Q = kFΔt
GIAÛI: Söû duïng PT TRUYEÀN NHIEÄT
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
Δtmax − Δtmin 180 −100
Δt =
=
=136o C
Ñoä cheânh nh/ñoä trung bình:
Δtmax
180
ln
ln
Δtmin
100
Nhieät löôïng caáp cho daàu: Q = G2 cp2 (t’’2 - t’2 )
= 1000 . 2,3 (180 – 20)/3600 = 102,2 kW
F = Q kΔt
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):
Nhieät löôïng trao ñoåi:
ε = 0,72
Q = ε Qmax = 0,72 . 358,4 = 258 kW
Nhieät ñoä khoùi thoaùt:
Nhieät ñoä nöôùc ra:
t1’’ = t1’ – Q/C1 = 450 – 258 / 0,896 = 162 oC
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
m2K
W
cuûa vaùch oáng
δ
λ
= 0,00017
∑
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:
F = Q kΔt
Söû duïng PT TRUYEÀN NHIEÄT ñeå tính F
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
wdtr
1×0,017
Re f =
=
= 30600 >104
TC Reynolds:
-> 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 3,540,43= 137,5
m2K
X
λ
dtr
64,8.10−2
α2 = Nuf
=137,5
k =
= 5241 W /
(
)
0,017
1
2. Heä soá truyeàn nhieät
=2062 W/(m2K)
1 δ 1
+ +
α1 λ α2
3. Thoâng soá hôi nöôùc: p = 2 bar, coù ts = 120,23 oC; i’= 504,8 kJ/kg
r = 2202 kJ/kg.
kJ/kg
Hôi baõo hoaø aåm, x = 0,9: ih = i’+ rx = 2486,6
4. Ñoä cheânh nhieät ñoä TB: Δtmax = 60 oC ; Δtmin = 50,23 oC
Δtmax − Δtmin 60 −50,23
Δt =
=
= 55,5o C
Δtmax
Δtmin
60
ln
ln
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:
= 1672 / (2,062. 55,5) = 14,6 m2
F = Q kΔt
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; = 4,179 kJ/kgK ; λ = 65,9.10-2 W/mK
p
Prf = 2,98
ν = 0,478.10-6 m2/s ;
4G
4×1
w =
=
=1,65 m / s
= 96652 > 104
Vaän toác nöôùc :
ρπd2tr 983,2× π×0,0282
wdtr
1,65× 0,028
0,478.10−6
Ref =
=
TC Reynolds:
ν
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
dtr
65,9.10−2
0,028
α2 = Nuf
= 326,76
= 7690,5 W / m2K
2. Heä soá truyeàn nhieät vaø nhieät löôïng truyeàn
1
kL =
dng
1
1
1
+
ln +
α1dng 2λv dtr α2dtr
1
kL =
= 73,24 W/ mK
1
1
32
ln +
4000×0,032 2× 45 28 7690,5×0,028
1
+
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 = G2cp2(t'' − t'f 2 ) =1×4,179(95− 25) = 292,53 kW
f2
Q 292,53
qL 13,798
Chieàu daøi oáng:
(Kieåm tra L/d !)
L =
=
= 21,2 m
12 trang
23100
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài tập ôn tập chương Truyền nhiệt tổng hợp và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt môn Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_tap_on_tap_chuong_truyen_nhiet_tong_hop_va_tinh_toan_thi.pdf
