Truyền nhiệt: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 4 bài tập, kèm lời giải đầy đủ ở cuối.

Bài mớiQuay lại môn học

Trong cửa sổ in, hãy chọn “Lưu dưới dạng PDF” để giữ một bản trên thiết bị của bạn.

1Công thức và phương pháp

Dẫn nhiệt

Định luật Fourier
Q̇ = kAΔT/L
Nhiệt trở dẫn nhiệt
R = L/(kA)
Nhiệt trở đối lưu
R = 1/(hA)
Các nhiệt trở nối tiếp
Q̇ = ΔTtotal/ΣR
Hệ số U
U = 1/(ΣR·A)

Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)

Công suất nhiệt
Q = U·A·ΔTlm
Hiệu nhiệt độ trung bình logarit
ΔTlm = (ΔT1 − ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)
Cân bằng dòng
Q = ṁcp(Tin − Tout)

2Bài tập

1.Dẫn nhiệtTrung bình
Kính, k = 0,96100 mmPolystyrene giãn nở, k = 0,035150 mm16 °C-12 °CTi​ = ?Q̇

Một bức tường gồm 100 mm kính và 150 mm polystyrene giãn nở, có diện tích 15 m². Hai mặt ngoài ở 16 °C và -12 °C. Tìm nhiệt độ Ti tại mặt tiếp giáp giữa hai lớp.

L1 = 100 mm, k1 = 0,96 W/(m·K)L2 = 150 mm, k2 = 0,035 W/(m·K)A = 15 m²T1 = 16 °CT3 = -12 °C
Ti = °C
2.Dẫn nhiệtKhó
Polystyrene giãn nở, k = 0,035250 mmKính, k = 0,9625 mmphòng 22 °Cbên ngoài -15 °CQ̇ = ?

Một bức tường gồm 250 mm polystyrene giãn nở và 25 mm kính ngăn cách một căn phòng ở 22 °C với không khí bên ngoài ở -15 °C. Hệ số đối lưu là 6 W/(m²·K) bên trong và 25 W/(m²·K) bên ngoài, và diện tích tường là 4 m². Tìm lượng nhiệt thất thoát Q̇ qua tường.

L1 = 250 mm, k1 = 0,035 W/(m·K)L2 = 25 mm, k2 = 0,96 W/(m·K)A = 4 m²hi = 6 W/(m²·K)ho = 25 W/(m²·K)Troom = 22 °CTout = -15 °C
Q̇ = W
3.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)Trung bình
chiều dàiT130 °C15 °C40 °CΔT₁ΔT₂hơi nước ngưng tụ

Trong một thiết bị ngưng tụ, hơi nước ngưng tụ ở nhiệt độ không đổi 130 °C bên ngoài các ống. Nước làm mát (1,5 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) chảy trong các ống và nóng lên từ 15 lên 40 °C. Hệ số truyền nhiệt tổng quát là 2000 W/(m²·K). Tìm diện tích truyền nhiệt A cần thiết.

Ts = 130 °Cṁ = 1,5 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc: 15 → 40 °CU = 2000 W/(m²·K)
A = m²
4.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)Khó
chiều dàiT95 °C50 °C10 °C?ΔT₁ΔT₂xuôi dòng

Trong một bộ trao đổi nhiệt ống lồng ống cùng chiều, dầu nóng (0,2 kg/s, cp = 2,1 kJ/(kg·K)) chảy trong ống trong và nguội đi từ 95 xuống 50 °C. Nước (0,8 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) trong khoảng vành khuyên vào ở 10 °C. Ống trong có đường kính 32 mm, và U = 500 W/(m²·K) tính theo đường kính này. Tìm chiều dài ống L cần thiết.

ṁh = 0,2 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 95 → 50 °Cṁc = 0,8 kg/sTc,in = 10 °CD = 32 mmU = 500 W/(m²·K)
L = m

3Dung dịch

1.Dẫn nhiệt

Đáp số: Ti = 15,34 °C

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.

Nhiệt trở của các lớp

R1 = L1/(k1A) = (100/1000)/(0,96·15) = 0,006944 K/W
R2 = L2/(k2A) = (150/1000)/(0,035·15) = 0,2857 K/W

Dòng nhiệt

Q̇ = (T1 − T3)/(R1 + R2) = 28/0,2927 = 95,67 W

Nhiệt độ tại mặt tiếp giáp

Nhiệt độ giảm qua lớp thứ nhất một lượng Q̇·R₁.

Ti = T1 − Q̇·R1 = 16 − 95,67·0,006944 = 15,34 °C

Đáp số

Ti = 15,34 °C
2.Dẫn nhiệt

Đáp số: Q̇ = 20,07 W

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.

Các nhiệt trở nối tiếp

Ri = 1/(hiA) = 1/(6·4) = 0,04167 K/W
R1 = L1/(k1A) = (250/1000)/(0,035·4) = 1,786 K/W
R2 = L2/(k2A) = (25/1000)/(0,96·4) = 0,00651 K/W
Ro = 1/(hoA) = 1/(25·4) = 0,01 K/W
ΣR = 1,844 K/W

Nhiệt thất thoát

Q̇ = (22 − (-15))/1,844 = 20,07 W

Đáp số

Q̇ = 20,07 W
3.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)

Đáp số: A = 0,7685 m²

LMTD method: the temperature difference between the streams changes along the exchanger, so the rate equation uses its logarithmic mean: Q̇ = U·A·ΔTlm, with ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), where ΔT₁ and ΔT₂ are the differences at the two ends. Counter-flow gives a larger ΔTlm than parallel flow for the same inlet and outlet temperatures.

Nhiệt lượng tính từ phía nước

Q̇ = 1,5·4,18·(40 − 15) = 156,8 kW

Hiệu nhiệt độ ở hai đầu

ΔT₁ = 130 − 15 = 115 K
ΔT₂ = 130 − 40 = 90 K

Hiệu nhiệt độ trung bình logarit

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (115 − 90)/ln(115/90) = 102 K

Diện tích

A = Q̇/(U·ΔTlm) = 156750/(2000·102) = 0,7685 m²

Đáp số

A = 0,7685 m²
4.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)

Đáp số: L = 6,726 m

LMTD method: the temperature difference between the streams changes along the exchanger, so the rate equation uses its logarithmic mean: Q̇ = U·A·ΔTlm, with ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), where ΔT₁ and ΔT₂ are the differences at the two ends. Counter-flow gives a larger ΔTlm than parallel flow for the same inlet and outlet temperatures.

Công suất nhiệt và nhiệt độ nước ra

Q̇ = 0,2·2,1·(95 − 50) = 18,9 kW
Tc,out = 10 + 18,9/(0,8·4,18) = 15,65 °C

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 = 95 − 10 = 85 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,out = 50 − 15,65 = 34,35 K

Hiệu nhiệt độ trung bình logarit

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (85 − 34,35)/ln(85/34,35) = 55,9 K

Diện tích và chiều dài

A = 18900/(500·55,9) = 0,6762 m²
L = A/(πD) = 0,6762/(π·0,032) = 6,726 m

Đáp số

L = 6,726 m

ExamProblems · examproblems.com/courses/heat-transfer