Truyền nhiệt: bài tập và câu hỏi ôn thi

Dẫn nhiệt qua tường, mạng nhiệt trở, đối lưu và thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt bằng hiệu nhiệt độ trung bình logarit.

Luyện tập môn học này miễn phíLuyện tập môn học nàyLàm đề thi thử5 bài miễn phí mỗi ngày. Không cần thẻ.

Gói ôn nước rút (PDF)Bảng công thức, các bước phương pháp và bài tập có lời giải đầy đủ, sẵn sàng để in.

Các chủ đề trong môn học này

  1. Dẫn nhiệttường đơn · tường nhiều lớp · tường có đối lưubài tính toán
  2. Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)LMTD · diện tích yêu cầu · thiết kế đầy đủbài tính toán

Mẹo làm bài thi Truyền nhiệt

  • Các nhiệt trở nối tiếp cộng lại, giống như các điện trở.
  • Hiệu nhiệt độ có cùng giá trị theo K và °C, nên có thể giữ các hiệu theo °C.
  • Với LMTD, lấy ΔT ở mỗi đầu của thiết bị; dòng xuôi chiều và ngược chiều ghép cặp các nhiệt độ khác nhau.

Ví dụ có lời giải

Dẫn nhiệtDễ
Gỗ, k = 0,17150 mm20 °C-9 °CQ̇ = ?

Một bức tường gỗ dày 150 mm và có diện tích 6 m². Hai mặt của nó được giữ ở 20 °C và -9 °C. Tìm tốc độ dẫn nhiệt Q̇ qua tường.

k = 0,17 W/(m·K)L = 150 mmA = 6 m²T1 = 20 °CT2 = -9 °C

Tìm Q̇ (W)

Hiện các gợi ý
  1. Định luật Fourier cho tường phẳng: Q̇ = k·A·ΔT/L.
  2. Đổi độ dày sang mét để đơn vị của k khớp.
  3. ΔT = 29 K.
Hiện đáp án và lời giải từng bước

Nhiệt trở: dòng nhiệt ổn định qua các lớp nối tiếp hoạt động giống như dòng điện qua các điện trở nối tiếp: Q̇ = ΔT/ΣR, với R = L/(kA) cho lớp dẫn nhiệt và R = 1/(hA) cho bề mặt đối lưu. Độ giảm nhiệt độ qua mỗi lớp tỉ lệ với nhiệt trở của nó.

Định luật Fourier

ΔT = 20 − (-9) = 29 K
Q̇ = kAΔT/L = 0,17·6·29/(150/1000) = 197,2 W

Đáp số

Q̇ = 197,2 W
Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)Trung bình
chiều dàiT165 °C115 °C10 °C80 °CΔT₁ΔT₂xuôi dòng

Một thiết bị trao đổi nhiệt xuôi dòng truyền 60 kW. Chất lỏng nóng nguội đi từ 165 xuống 115 °C và chất lỏng lạnh nóng lên từ 10 đến 80 °C. Hệ số truyền nhiệt tổng thể là 500 W/(m²·K). Tìm diện tích truyền nhiệt A cần thiết.

Q̇ = 60 kWU = 500 W/(m²·K)Th: 165 → 115 °CTc: 10 → 80 °C

Tìm A (m²)

Hiện các gợi ý
  1. Dùng Q̇ = U·A·ΔTlm và giải tìm A.
  2. Ở dòng xuôi chiều, cả hai đầu vào ở cùng một đầu, và cả hai đầu ra ở đầu kia.
  3. ΔTlm = 80,64 K.
Hiện đáp án và lời giải từng bước

Phương pháp LMTD: hiệu nhiệt độ giữa các dòng thay đổi dọc theo thiết bị, nên phương trình tốc độ dùng giá trị trung bình logarit của nó: Q̇ = U·A·ΔTlm, với ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), trong đó ΔT₁ và ΔT₂ là các hiệu nhiệt độ ở hai đầu. Dòng ngược chiều cho ΔTlm lớn hơn dòng xuôi chiều với cùng nhiệt độ vào và ra.

Hiệu nhiệt độ ở hai đầu

Ở dòng xuôi chiều, cả hai đầu vào ở cùng một đầu, và cả hai đầu ra ở đầu kia.

ΔT₁ = Th,in − Tc,in = 165 − 10 = 155 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,out = 115 − 80 = 35 K

Hiệu nhiệt độ trung bình logarit

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (155 − 35)/ln(155/35) = 80,64 K

Diện tích

A = Q̇/(U·ΔTlm) = 60000/(500·80,64) = 1,488 m²

Đáp số

A = 1,488 m²

Cách luyện tập hoạt động

  • “Luyện tập môn học này” trộn các bài từ mọi chủ đề của nó, giống một kỳ thi thật.
  • Mỗi bài tập có số liệu mới, nên bạn học phương pháp chứ không học thuộc đáp án.
  • Bí rồi? Hãy mở một gợi ý nhỏ trước, và chỉ xem giải thích đầy đủ khi cần.
  • Đề thi thử có tính giờ và không có gợi ý, và bạn nhận được điểm số cùng phần xem lại đầy đủ ở cuối.

Máy tính cho môn học này

Máy tính dẫn nhiệtMáy tính LMTD (hiệu nhiệt độ trung bình logarit)

Các môn học liên quan

Luyện thi FE Hóa họcLuyện thi FE Cơ khíTĩnh họcSức bền vật liệuĐộng lực họcNhiệt động lực học 1Cơ học chất lưuVật lý cho kỹ sư
Luyện tập môn học này miễn phíLuyện tập môn học nàyLàm đề thi thử5 bài miễn phí mỗi ngày. Không cần thẻ.