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
Gạch, k = 0,72100 mmBông khoáng, k = 0,0475 mm16 °C8 °CQ̇ = ?

Một bức tường gồm 100 mm gạch và 75 mm bông khoáng, có diện tích 12 m². Hai mặt ngoài ở 16 °C và 8 °C. Tìm dòng nhiệt Q̇ qua tường.

L1 = 100 mm, k1 = 0,72 W/(m·K)L2 = 75 mm, k2 = 0,04 W/(m·K)A = 12 m²T1 = 16 °CT3 = 8 °C
Q̇ = W
2.Dẫn nhiệtKhó
Polystyrene giãn nở, k = 0,035250 mmGỗ, k = 0,17150 mmphòng 20 °Cbên ngoài 2 °CQ̇ = ?

Một bức tường gồm 250 mm polystyrene giãn nở và 150 mm gỗ ngăn cách một căn phòng ở 20 °C với không khí bên ngoài ở 2 °C. Hệ số đối lưu là 10 W/(m²·K) bên trong và 30 W/(m²·K) bên ngoài, và diện tích tường là 10 m². Tìm lượng nhiệt thất thoát Q̇ qua tường.

L1 = 250 mm, k1 = 0,035 W/(m·K)L2 = 150 mm, k2 = 0,17 W/(m·K)A = 10 m²hi = 10 W/(m²·K)ho = 30 W/(m²·K)Troom = 20 °CTout = 2 °C
Q̇ = W
3.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)Trung bình
chiều dàiT80 °C55 °C40 °C20 °CΔT₁ΔT₂ngược dòng

Một bộ trao đổi nhiệt ngược chiều truyền 220 kW. Diện tích truyền nhiệt của nó là 2,5 m². Lưu chất nóng nguội đi từ 80 xuống 55 °C và lưu chất lạnh nóng lên từ 20 lên 40 °C. Tìm hệ số truyền nhiệt tổng quát U.

Q̇ = 220 kWA = 2,5 m²Th: 80 → 55 °CTc: 20 → 40 °C
U = W/(m²·K)
4.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)Khó
chiều dàiT155 °C??20 °CΔT₁ΔT₂ngược dòng

Trong một bộ trao đổi nhiệt ngược chiều, cả hai dòng có cùng công suất nhiệt dung, ṁ·cp = 1,5 kW/K. Dòng nóng vào ở 155 °C và dòng lạnh vào ở 20 °C. Bộ trao đổi có A = 1 m² và U = 800 W/(m²·K). Tìm nhiệt độ ra của dòng nóng Th,out.

Ch = Cc = 1,5 kW/KTh,in = 155 °CTc,in = 20 °CA = 1 m²U = 800 W/(m²·K)
Th,out = °C

3Dung dịch

1.Dẫn nhiệt

Đáp số: Q̇ = 47,67 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) = (100/1000)/(0,72·12) = 0,01157 K/W
R2 = L2/(k2A) = (75/1000)/(0,04·12) = 0,1563 K/W

Dòng nhiệt

Q̇ = (T1 − T3)/(R1 + R2) = 8/0,1678 = 47,67 W

Đáp số

Q̇ = 47,67 W
2.Dẫn nhiệt

Đáp số: Q̇ = 22,06 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/(10·10) = 0,01 K/W
R1 = L1/(k1A) = (250/1000)/(0,035·10) = 0,7143 K/W
R2 = L2/(k2A) = (150/1000)/(0,17·10) = 0,08824 K/W
Ro = 1/(hoA) = 1/(30·10) = 0,003333 K/W
ΣR = 0,8159 K/W

Nhiệt thất thoát

Q̇ = (20 − (2))/0,8159 = 22,06 W

Đáp số

Q̇ = 22,06 W
3.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)

Đáp số: U = 2350 W/(m²·K)

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.

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 = 80 − 40 = 40 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,in = 55 − 20 = 35 K

Hiệu nhiệt độ trung bình logarit

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (40 − 35)/ln(40/35) = 37,44 K

Hệ số tổng thể

U = Q̇/(A·ΔTlm) = 220000/(2,5·37,44) = 2350 W/(m²·K)

Đáp số

U = 2350 W/(m²·K)
4.Thiết bị trao đổi nhiệt (LMTD)

Đáp số: Th,out = 108 °C

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.

Hiệu nhiệt độ không đổi

Cửa ra lạnh nằm đối diện cửa vào nóng: Tc,out = Tc,in + (Th,in − Th,out), nên ΔT₁ = Th,in − Tc,out = Th,out − Tc,in = ΔT₂.

ΔTlm = Th,out − Tc,in

Cân bằng năng lượng bằng phương trình truyền nhiệt

1,5·(155 − Th,out) = 0,8·(Th,out − 20)
Th,out = (1,5·155 + 0,8·20)/(1,5 + 0,8) = 108 °C

Đáp số

Th,out = 108 °C

Nhiệt lượng truyền: Q̇ = 70,43 kW; dòng lạnh ra ở 66,96 °C.

ExamProblems · examproblems.com/courses/heat-transfer