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 = 0,9650 mmGỗ, k = 0,1725 mm20 °C-14 °CQ̇ = ?

Một bức tường gồm 50 mm kính và 25 mm gỗ, có diện tích 12 m². Hai mặt ngoài ở 20 °C và -14 °C. Tìm dòng nhiệt Q̇ qua tường.

L1 = 50 mm, k1 = 0,96 W/(m·K)L2 = 25 mm, k2 = 0,17 W/(m·K)A = 12 m²T1 = 20 °CT3 = -14 °C
Q̇ = W
2.Dẫn nhiệtKhó
Tấm thạch cao, k = 0,17100 mmPolystyrene giãn nở, k = 0,035150 mmphòng 20 °Cbên ngoài -1 °CQ̇ = ?

Một bức tường gồm 100 mm tấm thạch cao và 150 mm polystyrene giãn nở ngăn cách một căn phòng ở 20 °C với không khí bên ngoài ở -1 °C. Hệ số đối lưu là 7,7 W/(m²·K) bên trong và 20 W/(m²·K) bên ngoài, và diện tích tường là 6 m². Tìm lượng nhiệt thất thoát Q̇ qua tường.

L1 = 100 mm, k1 = 0,17 W/(m·K)L2 = 150 mm, k2 = 0,035 W/(m·K)A = 6 m²hi = 7,7 W/(m²·K)ho = 20 W/(m²·K)Troom = 20 °CTout = -1 °C
Q̇ = W
3.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)Trung bình
chiều dàiT95 °C40 °C30 °C20 °CΔT₁ΔT₂ngược dòng

Một thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng truyền 350 kW. Chất lỏng nóng nguội đi từ 95 xuống 40 °C và chất lỏng lạnh nóng lên từ 20 đến 30 °C. Hệ số truyền nhiệt tổng thể là 1500 W/(m²·K). Tìm diện tích truyền nhiệt A cần thiết.

Q̇ = 350 kWU = 1500 W/(m²·K)Th: 95 → 40 °CTc: 20 → 30 °C
A = m²
4.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)Khó
chiều dàiT110 °C40 °C35,68 °C10 °CΔT₁ΔT₂ngược dòng

Dầu nóng (2 kg/s, cp = 2,3 kJ/(kg·K)) nguội đi từ 110 xuống 40 °C trong thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng. Nó làm nóng 3 kg/s nước (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) đi vào ở 10 °C. Với U = 500 W/(m²·K), tìm diện tích truyền nhiệt A cần thiết.

ṁh = 2 kg/scp,h = 2,3 kJ/(kg·K)Th: 110 → 40 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 10 °CU = 500 W/(m²·K)
A = m²

3Dung dịch

1.Dẫn nhiệt

Đáp số: Q̇ = 2049 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.

Nhiệt trở của các lớp

R1 = L1/(k1A) = (50/1000)/(0,96·12) = 0,00434 K/W
R2 = L2/(k2A) = (25/1000)/(0,17·12) = 0,01225 K/W

Dòng nhiệt

Q̇ = (T1 − T3)/(R1 + R2) = 34/0,0166 = 2049 W

Đáp số

Q̇ = 2049 W
2.Dẫn nhiệt

Đáp số: Q̇ = 24,93 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/(7,7·6) = 0,02165 K/W
R1 = L1/(k1A) = (100/1000)/(0,17·6) = 0,09804 K/W
R2 = L2/(k2A) = (150/1000)/(0,035·6) = 0,7143 K/W
Ro = 1/(hoA) = 1/(20·6) = 0,008333 K/W
ΣR = 0,8423 K/W

Nhiệt thất thoát

Q̇ = (20 − (-1))/0,8423 = 24,93 W

Đáp số

Q̇ = 24,93 W
3.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)

Đáp số: A = 6,112 m²

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 ngược chiều, đầu vào nóng đối diện đầu ra lạnh, và đầu ra nóng đối diện đầu vào lạnh.

ΔT₁ = Th,in − Tc,out = 95 − 30 = 65 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,in = 40 − 20 = 20 K

Hiệu nhiệt độ trung bình logarit

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (65 − 20)/ln(65/20) = 38,18 K

Diện tích

A = Q̇/(U·ΔTlm) = 350000/(1500·38,18) = 6,112 m²

Đáp số

A = 6,112 m²
4.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)

Đáp số: A = 13,18 m²

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.

Công suất nhiệt và nhiệt độ nước ra

Q̇ = ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = 2·2,3·70 = 322 kW
Tc,out = 10 + 322/(3·4,18) = 35,68 °C

Hiệu nhiệt độ ở hai đầu

Ở dòng ngược chiều, đầu vào nóng đối diện đầu ra lạnh, và đầu ra nóng đối diện đầu vào lạnh.

ΔT₁ = Th,in − Tc,out = 110 − 35,68 = 74,32 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,in = 40 − 10 = 30 K

Hiệu nhiệt độ trung bình logarit

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (74,32 − 30)/ln(74,32/30) = 48,86 K

Diện tích

A = Q̇/(U·ΔTlm) = 322000/(500·48,86) = 13,18 m²

Đáp số

A = 13,18 m²

ExamProblems · examproblems.com/courses/heat-transfer