Chương 8 Thiết bị Trao đổi nhiệt

Chương 8 Thiết bị Trao đổi nhiệt 1 Bài tập giải mẫu Bài 1: Một tường lò bên trong là gạch chịu lửa dày 250mm, hệ số dẫn nhiệt bằng 0,348W/m.0K, bên ngoài là lớp gạch đỏ dày 250mm, hệ số dẫn nhiệt bằng 0,695W/m.0K. Nếu khói trong lò có nhiệt độ 13000C, hệ số toả nhiệt từ khói đến gạch là 34,8W/m2.0K; nhiệt độ của không khí xung quanh bằng 300C. Hệ số toả nhiệt từ gạch đến không khí là 11,6W/m2.0K. Tính mật độ dòng nhiệt truyền qua tường lò và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp gạch. Lời giải: Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường là: q = k(tf1 - tf2) k = k = 0,838 W/m2.0K q = 0,838(1300 - 30) = 1064 W/m2 Nhiệt độ bề mặt tường phía khói: tW1 = tf1 - q. = 1300 - 1064 tW1 = 12690C Nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp gạch: tW2 = tW1 - q tW2 = 5040C Bài 2: Một ống dẫn hơi nước làm bằng thép, đường kính 200/216mm, hệ số dẫn nhiệt bằng 46W/m.0K được bọc bằng một lớp cách nhiệt dày 120mm, có hệ số dẫn nhiệt bằng 0,116W/m.0K. Nhiệt độ của hơi bằng 3000C, hệ số toả nhiệt từ hơi đến bề mặt trong của ống bằng 116W/m2.0K, nhiệt độ không khí xung quanh bằng 250C, hệ số toả nhiệt từ bề mặt ngoài cách nhiệt đến không khí xung quanh bằng 10W/m2.0K. Xác định tổn thất nhiệt trên 1m chiều dài ống và nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt. Lời giải: Tổn thất nhiệt trên 1m chiều dài ống q1 = k1(tf1 - tf2), W/m k1 = , d1 = 0,2m d2 = 0,216m d3 = d2 + 2d = 0,216 + 2.0,120 = 0,456m k1 = k1 = 0,9 W/m.0K q1 = 0,9(300 - 25) = 247,5 W/m Nhiệt độ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt: tW3 = tf2 + q1 tW3 = 49,750C Bài 3: Một vách có cánh dày 12mm, hệ số dẫn nhiệt l = 60W/m.0K. Phía không làm cánh tiếp xúc với môi trường nóng có nhiệt độ 1170C, hệ số toả nhiệt a1 = 250W/m2. 0K. Phía làm cánh tiếp xúc với không khí nhiệt độ 170C, hệ số toả nhiệt a2 = 12W/m2. 0K. Hệ số cánh = 12. Xác định mật độ dòng nhiệt phía không làm cánh và phía làm cánh, nhiệt độ bề mặt tiếp xúc với môi trường nóng và môi trường lạnh. Hiệu quả làm việc của cánh. Lời giải: Mật độ dòng nhiệt phía không làm cánh: q1 = k1(tf1 - tf2) k1 = k1 = 89,7 W/m2.0K q1 = 89,7(117 - 17) = 897 W/m2 Mật độ dòng nhiệt phía làm cánh: q2 = q1 W/m2 Nhiệt độ bề mặt phía không làm cánh: tW1 = tf1 - q1 = 117 - 897.=810C Nhiệt độ bề mặt phía làm cánh: tW2 = tf2 + q2 = 17 + 74,75. tW2 = 790C Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách ngăn khi không làm cánh: qoc = qoc = qoc = 114,2W/m2 Khi làm cánh nhiệt lượng truyền đi tăng =7,85 lần. Bài 4: Một thiết bị trao đổi nhiệt, chất lỏng nóng được làm nguội từ 3000C đến 2000C, chất lỏng lạnh được đốt từ 250C đến 1750C. Tính độ chênh lệch nhiệt độ trung bình trong ba trường hợp: a. Chất lỏng chuyển động song song cùng chiều b. Chất lỏng chuyển động song song ngược chiều c. Chất lỏng chuyển động cắt nhau. Lời giải: Trường hợp chất lỏng chuyển động song song cùng chiều: Dt1 = t'1 - t'2 = 300 - 25 = 2750C Dt2 = t''1 - t''2 = 200 - 175 = 250C Dtcc = b. Trường hợp chất lỏng chuyển động song song ngược chiều: Dt1 = t'1 - t''2 = 300 - 175 = 1250C Dt2 = t''1 - t'2 = 200 - 25 = 1750C Dtnc = c. Trường hợp chất lỏng chuyển động cắt nhau: Dtcn = eDt.Dtnc Trong đó: eDt = f(P,R) P = R = Tra đồ thị: eDt = f(0,545, 0,667) = 0,90 Dtcn = 0,9.149 = 1340C Bài 5: Trong một thiết bị trao đổi nhiệt cần làm nguội 275 kg/h chất lỏng nóng từ 1200C đến 500C, chất lỏng nóng có nhiệt dung riêng Cpl = 3,04 kJ/kg. 0K. Chất lỏng lạnh (chất giải nhiệt) có lưu lượng 1000 kg/h, nhiệt độ vào thiết bị là 100C, nhiệt dung riêng Cp2 = 4,18 kJ/kg. 0K. Tính diện tích truyền nhiệt của thiết bị trong hai trường hợp. a. Chất lỏng chuyển động song song cùng chiều. b. Hệ số truyền nhiệt của thiết bị k = 1160 W/m2. 0K Lời giải: Nhiệt lượng do chất lỏng nóng nhả ra: Q = G1Cpl(t'1 - t''1) Q = Nhiệt độ ra của chất lỏng lạnh xác định từ phương trình cân bằng nhiệt: Q = G1Cpl(t'1-t''1) = G2Cp2(t''2-t'2) t''2 = t'2 + t''2 = 10 + = 240C Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit trong trường hợp chuyển động song song cùng chiều: Dt1 = t'1-t'2 = 120-10 = 1100C Dt2 = t''1-t''2 = 50-24 = 260C Dtcc = Diện tích bề mặt truyền nhiệt trong trường hợp chất lỏng chuyển động song song cùng chiều: Q = k.Fcc.Dtcc Fcc = Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit trong trường hợp chuyển động song song ngược chiều: Dt1 = t'1 - t''2 = 120-24 = 960C Dt2 = t''1-t'2 = 50-10 = 400C Dtnc = Diện tích bề mặt truyền nhiệt trong trường hợp chất lỏng chuyển động song song ngược chiều: Q = k.Fnc.Dtnc Fnc = Bài 6: Lưu lượng nước chảy ra thiết bị trao đổi nhiệt chuyển động ngược chiều là G2 = 10 kg/s, nhiệt độ nước tăng từ 260C lên đến 1000C sau đó sôi và biến thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ là 1260C. Toàn bộ quá trình thực hiện với p = 1,013 bar = const. Nước được gia nhiệt nhờ khí cháy. Khí cháy khi đi vào thiết bị có nhiệt độ 6500C và lưu lượng là G1 = 45 kg/s. Biết hệ số truyền nhiệt của thiết bị là k=197 W/m2. Tính diện tích truyền nhiệt của thiết bị. (Thông số vật lý của khí cháy một cách gần đúng lấy theo thông số vật lý của không khí). Lời giải: Nhiệt lượng mà nước nhận được từ 260C đến khi trở thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ là 1260C: Q = G2[Cp2(100 - 26) + r(iqn – i’’)] Cp2 - nhiệt dung riêng của nước bằng 4,18 kJ/kg.0K. r-nhiệt hoá hơi của nước ứng với p = 1,013 bar: r = 2257 kJ/kg. tqn - entanpi của hơi quá nhiệt ứng với p = 1,013 bar và nhiệt độ 1260C: iqn = 2729 kJ/kg. i'' - entanpi của hơi bão hoà khô ứng với p = 1,013 bar: i'' = 2676 kJ/kg Vậy Q = 10[4,18(100 - 26) + 2257(2729 - 2676)].103 Nhiệt độ của khí cháy khi đi ra khỏi thiết bị: Q = G1Cp1(t'1 - t''1) t''1 = t'1 - Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit: Dt1 = t'1 - t''2 = 650 - 126 = 5240C Dt2 = t''1 - t'2 = 68 - 26 = 420C Dt = Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: Q = k.F.Dt F = Bài 7: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống Hình 27. Nước nóng có lưu lượng G1 = 1,4kg/s. Khi đi vào thiết bị có nhiệt độ 970C. Nước nóng chảy trong ống đường kính d2/d1 = 40/37mm. Chất lỏng lạnh chuyển động trong vòng xuyến giữa các ống với lưu lượng G2 = 1,14 kg/s và được đốt nóng từ 170C đến 470C. Đường kính ống ngoài là 54 mm. Xác định chiều dài ống của thiết bị. ống thép có l = 50 W/m. 0K. Lời giải: Lượng nhiệt chất lỏng lạnh (nước lạnh) nhận được: Q = G2Cp2(t''2 - t'2) = 1,14.4,18.103 (47 - 17) Q = 142956 W Nhiệt độ nước nóng khi đi ra khỏi thiết bị: Q = G1Cp1(t'1 - t''1) t''1 = t'1 - Tính chất vật lý của chất lỏng nóng tra theo nhiệt độ: t1 = = 972 kg/m3 v1 = 0,365.10-6 m2/s; Pr1 = 2,2 l1 = 0,674 W/m. 0K. Tính chất vật lý của chất lỏng lạnh tra theo nhiệt độ: t2 = = 995 kg/m3 v2 = 0,776.10-6 m2/s; Pr2 = 5,2 l2 = 0,62 W/m. 0K. Tốc độ chuyển động của nước nóng: Hình 27 w1 = Tốc độ chuyển động của nước lạnh: w2 = w2 = 1,1 m/s Trị số Re của chất lỏng nóng: Ref = Hệ số toả nhiệt về phía chất lỏng nóng được xác định từ phương trình tiêu chuẩn: Nuf = 0,021.Ref0,8Prf0,43()0,25 Nhiệt độ của vách ống lấy bằng: fw = 0,5(t1 + t2) = 0,5(80 + 32) = 560C Prw = 3,2 Nuf1 = 0,021.973150,8.2,20,43()0,25 Nuf1 = 262 Nên a1 = Trị số Re của chất lỏng lạnh: Re2 = dtd = D - d2 = 54 - 40 = 14 mm Re2 = Nuf2 = 0,021.198450,8.5,20,43()0,25 Nuf2 = 132 W/m2. 0K Hệ số toả nhiệt a2: a2 = W/m2. 0K Hệ số truyền nhiệt của thiết bị: k1 = k1 = k1 = 293 W/m. 0K Nếu chất lỏng chuyển động ngược chiều, độ chênh nhiệt độ trung bình logarit: Dt1 = 97 - 47 = 500C Dt2 = 63 - 17 = 460C Dt = Mật độ dòng nhiệt của 1m chiều dài ống: q1 = k1.Dt = 293.48 = 14064 W/m Chiều dài ống: l= Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = pd1.l = 3,14.0,037.10 = 1,16 m2 Nếu chất lỏng chuyển động cùng chiều: Dt1 = 97 - 17 = 800C Dt2 = 63 - 47 = 160C Dt = q1 = 293.40 = 11720 W/m Chiều dài ống: l = m Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = 3,14.0,07.12,2 = 1,42 m2 Bài 8: Một bộ sấy không khí của lò hơi kiểu chùm ống được bố trí như Hình 28. Khói đi trong ống và không khí chuyển động ngang qua ngoài chùm ống. Các thông số của thiết bị như sau: lưu lượng không khí G2 = 21,5 kg/s, không khí được đốt nóng từ t'2 = 300C đến t''2 = 2600C. Khói có thành phần 13% CO2 và 11% H2O. Khói chuyển động trong ống thép đường kính d2/d1 = 53/50 mm, hệ số dẫn nhiệt l = 46,5 W/m. 0K, lưu lượng khói G1 = 19,6 kg/s, tốc độ trung bình của khói w1 = 14 m/s. Nhiệt độ khói lúc đi vào thiết bị t'1 = 3800C. Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt F, chiều cao của ống L và số lượng ống. Biết chùm ống bố trí so le, tốc độ không khí chuyển động ngang qua chùm ống chỗ hẹp nhất bằng 8 m/s. s1 = s2 = 1,3d2. Lời giải: Lượng nhiệt không khí nhận được: Q = G2Cp2(t''2 - t'2), W Các thông số của không khí tra theo nhiệt độ trung bình của không khí: t2 = 0,5(t'2 + t''2) t2 = 0,5(30 + 260) =1450C p2 = 0,844 kg/m3 l = 3,52.10-2 W/m. 0K v2 = 28,3.10-6 m2/s Hình 28 Cp2 = 1,01kJ/kg.K. Prf2 = 0,684 Vậy: Q = 21,5.1,01(260 - 30).103 = 4999,450 W Để xác định nhiệt độ ra của khói, ta giả thiết nhiệt độ trung bình của khói t1 = 3000C, tra Cp1 của khói theo nhiệt độ ta được: Cp1 = 1,12 kJ/kg.K Nên t''1 = t'1 - Dùng nhiệt độ này tính gần đúng lại lần thứ hai: t1 = 0,5(380 + 152) = 2660C Lại tra Cp1 theo t = 2660C ta được: Cp1 = 1,11 kJ/kg.K. Dùng kết quả này ta tính gần đúng lại lần thứ 3 và tìm được: t''1 = 1500C và t1 = 2650C. Sự sai biệt so với giả thiết không đáng kể, do đó ta dùng t1 = 2650C để tính toán. Tra bảng các thông số của khói theo t1 = 2650C ta có: p1 = 0,622 kg/m3 Cp1 = 1,11 kJ/kg.K lf1 = 0,0454 W/m. 0K vf1 = 41,2.10-6 m2/s Pr1 = 0,66 Tính: Ref1 = Nuf1 = 0,021.Re Nuf1 = 0,021.170000,8.0,660,43 = 42,5 Hệ số toả nhiệt phía khói: a1 = a1 = 38,6 W/m2. 0K Phía không khí: Ref2 = Nuf2 = 0,41.Re Nuf2 =0,41.149820,6.0,6840,33 = 115 Hệ số toả nhiệt phía không khí: a2 = W/m2. 0K Hệ số truyền nhiệt của thiết bị một cách gần đúng: k = = 26 W/m2. 0K Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit trong trường hợp này được tính: Dt = eDt.Dtnc Dt1 = 380 - 150 = 2300C Dt2 = 260 - 30 = 2300C Vì: Nên: Dtnc = tf1 - tf2 = 265 - 145 = 1200C Để tra eDt ta cần tính thêm hai thông số: P = R = Dựa vào P và R tra đồ thị ta tìm được: eDt = 0,88 Vậy: Dt = 0,88.120 = 105,50C Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = Tổng số lượng ống: Chiều cao của mỗi đoạn ống (gồm hai đoạn): l1 = Tiết diện chảy của dòng không khí: f = Số ống bố trí ngang dòng không khí: n1 = n1 = 38 (ống) Số ống bố trí dọc theo dòng không khí: n2 = (ống) Bài 9: Tính diện tích truyền nhiệt của bộ sấy không khí lò hơi Hình 29. Không khí chuyển động ngang bên ngoài ống. Khói chuyển động trong ống với lưu lượng V1 = 35 m3/s, nhiệt độ vào t'f1 = 3450C, nhiệt độ ra t''f1 = 1600C. Lưu lượng trung bình của không khí V2 = 23 m3/s, nhiệt độ vào của không khí t'f2 = 200C, nhiệt độ ra của không khí t''f2 = 2500C. Tổng số ống n = 2079, đường kính ống d2/d1 = 53/50 mm. ống bố trí so le bước ngang s1 = 70 mm, bước dọc s2 = 60 mm. Số ống sắp theo chiều ngang n1 = 77 ống, theo chiều dọc n2 = 27 ống. Chiều rộng của đường khói b = 5,4 m. Lời giải: Độ chênh nhiệt độ trung bình: Dt = eDt.Dtnc Dtnc = P = R = Tra đồ thị ta được eDt = 0,9 Dt = 0,9.116 = 104,50C Diện tích thực tế khói chuyển động ngang qua: F1 = n m2 Tốc độ trung bình của khói: w1 = m/s Nhiệt độ trung bình của khói: tf1 = 0,5(345+160) = 252,50C Tra các thông số vật lý theo 252,50C: vf1 = 39,3.10-6 m2/s; l1 = 4,44.10-2 W/m.K Prf1 = 0,660 Tính Re đối với khói: Ref1 = Nuf1 = 0,021.Re Nuf1 = 0,021.(10800)0,8.0,6600,43 = 29,6 Hệ số toả nhiệt phía khói: a1 = a1 = 26 W/m2. 0K Diện tích dòng không khí chuyển động: F2 = l(b-n1.d2) F2 = l(5,4-77.0,053) = 1,32 l, m2 Tốc độ trung bình của dòng không khí: wf2 = 0,5(250+20) = 1350C Tra các thông số vật lý của không khí theo wf2 =1350C ta được: lf2 = 3,46.10-2 W/m.0K vf2 = 27,20.10-6 m2/s Prf2 = 0,685 Cp2 = 1,012 kJ/kg0K r2 = 0,865 kg/m3 Trị số Ref2 đối với không khí: Ref2 = Khi dòng không khí chuyển động ngang qua chùm ống so le: Nuf2 = 0,37.Re atb = atb = a3 Hệ số toả nhiệt của dãy ống thứ ba bằng: a3 = 0,37Re a3 = 0,37 a3 = Vậy hệ số toả nhiệt trung bình của không khí: Hình 29 a2tb = 0,975. W/m2. 0K Vậy hệ số toả nhiệt được tính gần đúng bằng công thức: k = k = Lượng nhiệt khói truyền cho không khí: Q = k.F.Dt Trong đó: F - diện tích bề mặt truyền nhiệt F = 2pdtb.n.l Q = V1.p2.Cp2(t''f2 - t'f2) Q = 23.0,865.1,012.103(250-20) Q = 4630.103 W Thay vào công thức trên ta có: 4,63.106 = 4,63.106 = Giải phương trình bằng phương pháp đồ thị ta tìm được l = 3,65 m. Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = 2.3,14.51,5.10-3.3,65.2079 = 2454 m2 Bài 10: Xác định các kích thước cơ bản của một thiết bị trao đổi nhiệt dùng hơi bão hoà để gia nhiệt cho nước. Vị trí lắp đặt thiết bị rất chật hẹp. Nước cần gia nhiệt từ t'2 = 200C đến t''2 = 950C. Với lưu lượng G2 = 8,34 kg/s, nước chảy trong ống đồng thau có hệ số dẫn nhiệt l = 104,5 W/m.0K, ống có kích thước d2/d1 = 14/12 mm, ngoặt 4 vòng. Hơi bão hoà có áp suất p = 1,27 bar được ngưng bên ngoài để gia nhiệt cho nước. Khi tính toán dự kiến tổn thất nhiệt ra môi trường khoảng 2%. Lời giải: Nhiệt lượng nước nhận được: Q = G2Cp2(t''2-t'2) = 8,34.4,18.103(95-20) Q = 2620.103 W Hơi bão hoà có áp suất p = 1,27 bar. Tra bảng ta có các thông số sau: ts = 1070C Entanpi hơi bão hoà khô: i''1 = 2685 kJ/kg Entanpi nước sôi: i'1 = 447 kJ/kg Nếu xem hơi là hơi bão hoà khô, chất lỏng đi ra là nước bão hoà, tổn thất nhiệt là 2% từ phương trình cân bằng nhiệt ta xác định được lượng hơi cần thiết cung cấp cho thiết bị: G1 = G1 = 1,2 kg/s Vì vị trí lắp đặt hẹp nên ta chọn loại thiết bị đặt đứng. Để xác định hệ số toả nhiệt phía hơi ta cần biết nhiệt độ vách tw, chiều cao ống h trong thiết bị. Vì các thông số này chưa biết nên ta phải áp dụng phương pháp tính gần đúng. Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit: Dt = Dt = Chọn nhiệt độ vách: tw = ts - Dự kiến chiều cao h = 2 m Nhiệt độ trung bình của màng nước ngưng: tm = 0,5(ts+tw) = 0,5(107+88) tm = 970C Tra các thông số của nước ứng với 970C r2 = 960 kg/m3 l2 = 0,679 W/m. 0K v2 = 0,305.10-6 m2/s Tra các thông số của nước sôi tra theo ts = 1070C r = 2238 kJ/kg Hệ số toả nhiệt khi ngưng hơi trên ống đặt đứng: a1 = 0,943. a1 = 0,943. Hệ số toả nhiệt phía nước a2 Nhiệt độ trung bình của nước chảy trong ống: t2 = 0,5(t'2 + t''2) = 0,5(20 + 95) = 57,50C Tra các thông số vật lý của nước theo 57,50C ta có: r2 = 984 kg/m3 l2 = 0,665 W/m.0K v2 = 0,498.10-6 m2/s Pr2 = 3,12 Chọn tốc độ của nước trong ống w2 = 1,5 m/s Re2 = Vách ống làm bằng đồng thau hệ số dẫn nhiệt lớn đồng thời vách lại rất mỏng nên độ chênh nhiệt độ giữa hai bề mặt vách ống rất nhỏ ước tính 10C. Do đó: tw2 = tw1 - 10C = 88 - 10C = 870C Prw = 2,03 Nu2 = 0,021.Re Nu2 = 0,021.361450,8.3,120,43()0,25 = 169 Hệ số toả nhiệt phía nước: a2 = a2 = 9365 W/m2. 0K Hệ số truyền của thiết bị: k = k = 2383 W/m2. 0K Mật độ dòng nhiệt: q = k.Dt = 2383.38 = 90554 W/m2 Tính gần đúng lần thứ nhất diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Số ống trong một lần ngoặt: m = m = 50 ống Vì nước đi qua 4 lần ngoặt nên tổng số ống của thiết bị sẽ là: n = 4.m = 4.50 = 200 ống Chiều cao ống tính gần đúng lần thứ nhất: h = Tiếp tục tính gần đúng lần thứ hai Giả thiết h = 4m tw1 = 840C tw2 = 830C tm = 0,5(t's + tw1) = 0,5(107 + 84) = 95,50C Tra các thông số của nước ứng với 95,50C r1 = 962 kg/m3 l1 = 0,680 W/m. 0K v1 = 0,310.10-6 m2/s a1 = 0,943 a1 = 3684 W/m2.K Hệ số toả nhiệt phía nước: Nu2 = 0,021.361450,8.3,120,43 Nu2 = 167 a2 = W/m2. 0K Hệ số truyền nhiệt của thiết bị: k = W/m2.K q= k.Dt = 2104.38 = 79952 W/m2 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = m2 Chiều cao ống: h = Kết quả tìm được không khác nhiều với giả thiết, chúng ta chấp nhận kết quả này. Vậy diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là 32,5 m2. Chiều cao ống 4m. Bài 11: Phụ tải nhiệt bình quá lạnh của một máy lạnh amoniac là Q = 12,5 kW. Nhiệt độ ngưng tụ tk = 400C. Nhiệt độ quá lạnh tql = 370C. Nhiệt độ nước vào bình quá lạnh tn1= 340C, nhiệt độ nước ra tn2 = 360C. Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bình quá lạnh. Lời giải: Bình quá lạnh là một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ngược chiều loại ống lồng ống như Hình vẽ 30. Chọn kích thước như sau: ống ngoài: Da= 70 mm; Di = 60 mm ống trong: da = 38 mm; di = 31 mm Độ chênh entanpi của NH3: G = kg/s Lưu lượng thể tích: V = m3/s Tốc độ NH3 trong Hình vành khăn: Hình 30 w= w = 0,88 m/s Đường kính tương đương của ống Hình vành khăn: dtd = Di - da = 60 - 38 = 22 mm Các thông số vật lý của NH3 lỏng ở nhiệt độ trung bình 38,50C r = 581,5 kg/m3 l = 0,4535 W/m 0K v = 0,2132.10-6 m2/s Pr = 1,32 Các thông số của nước ở nhiệt độ trung bình 350C r = 994 kg/m3 l = 0,6257 W/m 0K v = 0,732.10-6 m2/s Cp = 4,174 kJ/kg 0K Pr = 4,524 Tính Re của NH3: Re = Nu = 0,017Re0,8Pr0,4 Nu = 0,017.90800,8.1,320,4 Hệ số toả nhiệt phía NH3: aa = W/m2.0K Lưu lượng nước vào bình quá lạnh: Vn = Vn = 0,0015 m3/s Tốc độ nước chảy trong ống: wn = m/s Trị số Re của nước: Re= Nu = 0,021Re0,8.Pr0,43 Nu = 0,021.846990,8.4,5240,43 Nu = 351,9 Hệ số toả nhiệt phía nước: an = W/m2.0K Hệ số truyền nhiệt quy đổi theo bề mặt trong của ống: k = Chọn tổng nhiệt trở của vách Sm2.0K/W k = W/m2.0K Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit: Dt = 0K Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Tổng chiều dài ống: l = Chọn 18 ống chiều dài mỗi ống 3 m để tạo dàn ống nối tiếp liên tục. 2. bài tập tự luyện Bài 12: Tính nhiệt lượng truyền từ trong phòng qua tường. Biết nhiệt độ không khí trong phòng tf1 = 250C. Nhiệt độ không khí ngoài trời tf2 = 80C. Tường xây bằng gách dày 250 mm, hệ số dẫn nhiệt l = 0,5 W/moK. Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của tường là a1 = 23 W/m2K và của bề mặt ngoài a2 = 8 W/m2. oK. Trả lời: q = 28,3 W/m2 Bài 13: Một vách lò hơi làm bằng thép dày 20 mm, hệ số dẫn nhiệt l = 58 W/moK, nhiệt độ của khí lò tf1 = 10000C, nước trong lò sôi ở áp suất p = 33 bar. Hệ số toả nhiệt từ khí lò tới vách a1 = 116 W/m2. oK và hệ số toả nhiệt từ vách tới nước là a2 = 2320 W/m2. oK. Tính mật độ dòng nhiệt truyền qua và nhiệt độ các bề mặt tw1 và tw2. Trả lời: q = 80900 W/m2; tw1 = 3040C; tw2 = 2780C Bài 14. Xác định mật độ dòng nhiệt truyền qua vách lò hơi bằng thép dày d = 10 mm, hệ số dẫn nhiệt l = 50W/moK và hệ số truyền nhiệt trong hai trường hợp: a. Trường hợp 1: Nhiệt độ của khói tf1 = 1127oC, nhiệt độ của nước sôi tf2 = 227oC. Hệ số toả nhiệt từ phía khói a1 = 100 W/m2. oK, phía nước a2 = 5000 W/m2. oK. b. Trường hợp 2: Sau một thời gian vận hành bề mặt vách phía khói có một lớp cáu bẩn dày 2mm, hệ số dẫn nhiệt l = 0,09 W/moK. Nhiệt độ khói và nước không thay đổi. Tính nhiệt độ bề mặt giữa các lớp và xác định hệ số truyền nhiệt giảm bao nhiêu lần do có lớp cáu bẩn. Trả lời: a. q = 86600 W/m2 b. q = 27600 W/m2; giảm 3,13 lần Bài 15: Một ống dẫn hơi làm bằng thép đường kính d2/d1 = 200/180 mm, hệ số dẫn nhiệt của ống l = 50 W/moK. ống được bọc hai lớp cách nhiệt, mỗi lớp dày 50mm, hệ số dẫn nhiệt lần lượt là 0,18 W/moK và 0,06 W/moK. Nhiệt độ của hơi là tf1 = 427oC, nhiệt độ không khí bên ngoài tf2 = 27oC. Hệ số toả nhiệt phía hơi a1 = 200 W/m2. oK, phía không khí a2 = 10 W/m2. oK. Xác định tổn thất nhiệt trên 1m ống nhiệt độ bề mặt ngoài cùng và trong cùng. Trả lời: q = 330 W/m; tw1 = 424o C; tw2 = 53,3oC Bài 16: Một đường ống dẫn gió nóng cho lò cao, biết tốc độ gió trong ống w1 = 35 m/s, nhiệt độ trung bình của gió nóng tf1 = 800oC. Bên ngoài được bọc ba lớp - lớp gạch chịu lửa dày 250mm, hệ số dẫn nhiệt l1 = 1,17 W/moK, vỏ thép dày 2 mm hệ số dẫn nhiệt l2 = 46,5 W/moKvà một lớp cách nhiệt bên ngoài dày 200 mm, hệ số dẫn nhiệt l3 = 0,174 W/moK. Đường kính trong của ống d1=1000 mm. ống đặt lộ thiên, không khí thổi ngang qu