Pemindahan Haba: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 4 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharuKembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Pengaliran haba

Hukum Fourier
Q̇ = kAΔT/L
Rintangan pengaliran
R = L/(kA)
Rintangan perolakan
R = 1/(hA)
Rintangan secara bersiri
Q̇ = ΔTtotal/ΣR
Nilai-U
U = 1/(ΣR·A)

Penukar haba (LMTD)

Beban haba
Q = U·A·ΔTlm
Beza suhu min logaritma
ΔTlm = (ΔT1 − ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)
Imbangan aliran
Q = ṁcp(Tin − Tout)

2Soalan latihan

1.Pengaliran habaSederhana
Bulu mineral, k = 0.04150 mmPolistirena terkembang, k = 0.035100 mm17 °C4 °CTi​ = ?Q̇

Satu dinding diperbuat daripada 150 mm bulu mineral dan 100 mm polistirena terkembang, dengan luas 4 m². Muka luarnya berada pada 17 °C dan 4 °C. Cari suhu Ti pada antara muka dua lapisan itu.

L1 = 150 mm, k1 = 0.04 W/(m·K)L2 = 100 mm, k2 = 0.035 W/(m·K)A = 4 m²T1 = 17 °CT3 = 4 °C
Ti = °C
2.Pengaliran habaSukar
Kayu, k = 0.17100 mmBata, k = 0.7225 mmbilik 20 °Cluar 3 °CTs​ = ?Q̇

Satu dinding 100 mm kayu dan 25 mm bata memisahkan bilik pada 20 °C daripada udara luar pada 3 °C. Pekali perolakan ialah 7.7 W/(m²·K) di dalam dan 20 W/(m²·K) di luar, dan luas dinding ialah 10 m². Cari suhu Ts permukaan dalam dinding.

L1 = 100 mm, k1 = 0.17 W/(m·K)L2 = 25 mm, k2 = 0.72 W/(m·K)A = 10 m²hi = 7.7 W/(m²·K)ho = 20 W/(m²·K)Troom = 20 °CTout = 3 °C
Ts = °C
3.Penukar haba (LMTD)Sederhana
panjangT175 °C120 °C30 °C105 °CΔT₁ΔT₂aliran selari

Satu penukar haba aliran selari memindahkan 470 kW. Bendalir panas menyejuk daripada 175 kepada 120 °C dan bendalir sejuk dipanaskan daripada 30 kepada 105 °C. Pekali pemindahan haba keseluruhan ialah 300 W/(m²·K). Cari luas pemindahan haba A yang diperlukan.

Q̇ = 470 kWU = 300 W/(m²·K)Th: 175 → 120 °CTc: 30 → 105 °C
A = m²
4.Penukar haba (LMTD)Sukar
panjangT170 °C120 °C52.51 °C25 °CΔT₁ΔT₂aliran berlawanan

Minyak panas (2 kg/s, cp = 2.3 kJ/(kg·K)) menyejuk daripada 170 kepada 120 °C dalam penukar aliran berlawanan. Ia memanaskan 2 kg/s air (cp = 4.18 kJ/(kg·K)) yang masuk pada 25 °C. Dengan U = 200 W/(m²·K), cari luas pemindahan haba A yang diperlukan.

ṁh = 2 kg/scp,h = 2.3 kJ/(kg·K)Th: 170 → 120 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)Tc,in = 25 °CU = 200 W/(m²·K)
A = m²

3Larutan

1.Pengaliran haba

Jawapan: Ti = 9.622 °C

Rintangan terma: aliran haba mantap melalui lapisan secara bersiri berkelakuan seperti arus melalui perintang secara bersiri: Q̇ = ΔT/ΣR, dengan R = L/(kA) bagi lapisan pengalir dan R = 1/(hA) bagi permukaan perolakan. Susutan suhu merentasi setiap lapisan berkadar dengan rintangannya.

Rintangan lapisan

R1 = L1/(k1A) = (150/1000)/(0.04·4) = 0.9375 K/W
R2 = L2/(k2A) = (100/1000)/(0.035·4) = 0.7143 K/W

Aliran haba

Q̇ = (T1 − T3)/(R1 + R2) = 13/1.652 = 7.87 W

Suhu antara muka

Suhu menurun merentasi lapisan pertama sebanyak Q̇·R₁.

Ti = T1 − Q̇·R1 = 17 − 7.87·0.9375 = 9.622 °C

Jawapan

Ti = 9.622 °C
2.Pengaliran haba

Jawapan: Ts = 17.25 °C

Rintangan terma: aliran haba mantap melalui lapisan secara bersiri berkelakuan seperti arus melalui perintang secara bersiri: Q̇ = ΔT/ΣR, dengan R = L/(kA) bagi lapisan pengalir dan R = 1/(hA) bagi permukaan perolakan. Susutan suhu merentasi setiap lapisan berkadar dengan rintangannya.

Rintangan secara bersiri

Ri = 1/(hiA) = 1/(7.7·10) = 0.01299 K/W
R1 = L1/(k1A) = (100/1000)/(0.17·10) = 0.05882 K/W
R2 = L2/(k2A) = (25/1000)/(0.72·10) = 0.003472 K/W
Ro = 1/(hoA) = 1/(20·10) = 0.005 K/W
ΣR = 0.08028 K/W

Kehilangan haba

Q̇ = (20 − (3))/0.08028 = 211.8 W
Ts = Troom − Q̇·Ri = 20 − 211.8·0.01299 = 17.25 °C

Jawapan

Ts = 17.25 °C
3.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: A = 27.34 m²

Kaedah LMTD: beza suhu antara kedua-dua aliran berubah sepanjang penukar, jadi persamaan kadar menggunakan min logaritmanya: Q̇ = U·A·ΔTlm, dengan ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), dengan ΔT₁ dan ΔT₂ ialah beza pada kedua-dua hujung. Aliran berlawanan memberikan ΔTlm yang lebih besar daripada aliran selari untuk suhu masuk dan keluar yang sama.

Beza suhu hujung

Dalam aliran selari kedua-dua masukan berada pada hujung yang sama, dan kedua-dua keluaran pada hujung yang lain.

ΔT₁ = Th,in − Tc,in = 175 − 30 = 145 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,out = 120 − 105 = 15 K

Beza suhu min logaritma

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (145 − 15)/ln(145/15) = 57.3 K

Luas

A = Q̇/(U·ΔTlm) = 470000/(300·57.3) = 27.34 m²

Jawapan

A = 27.34 m²
4.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: A = 10.86 m²

Kaedah LMTD: beza suhu antara kedua-dua aliran berubah sepanjang penukar, jadi persamaan kadar menggunakan min logaritmanya: Q̇ = U·A·ΔTlm, dengan ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), dengan ΔT₁ dan ΔT₂ ialah beza pada kedua-dua hujung. Aliran berlawanan memberikan ΔTlm yang lebih besar daripada aliran selari untuk suhu masuk dan keluar yang sama.

Beban haba dan suhu keluaran air

Q̇ = ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = 2·2.3·50 = 230 kW
Tc,out = 25 + 230/(2·4.18) = 52.51 °C

Beza suhu hujung

Dalam aliran berlawanan, masukan panas bertentangan dengan keluaran sejuk, dan keluaran panas bertentangan dengan masukan sejuk.

ΔT₁ = Th,in − Tc,out = 170 − 52.51 = 117.5 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,in = 120 − 25 = 95 K

Beza suhu min logaritma

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (117.5 − 95)/ln(117.5/95) = 105.8 K

Luas

A = Q̇/(U·ΔTlm) = 230000/(200·105.8) = 10.86 m²

Jawapan

A = 10.86 m²

ExamProblems · examproblems.com/courses/heat-transfer