Bai tap Nhiet

Bài Tập Kỹ Thuật Nhiệt

Chương 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VÀ CÁC QÚA TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN

2.1Không khí được nén đoạn nhiệt trong máy nén từ áp suất p1 = 1 atđến p2 = 8 at. Cho biết nhiệt độ không khí trước khi nén là 20oC. Xác định các thông số trạng thái cơ bản của không khí sau khinén và công nén lý thuyết ứng với 1 kg không khí. (ĐS: t2 = 257,75 o C; v2 = 0,193945 m3/kg; wkt = - 238,56 kJ/kg)

2.2 Xylanh có đường kính d = 400 mm chứa lượng không khí có thểtích V = 0,08 m3 ở áp suất 3 bar, nhiệt độ 15oC. Hỏi lực tácdụng lên piston sẽ tăng lên bao nhiêu nếu không khí trongxilanh nhận nhiệt lượng 80 kJ trong điều kiện piston không dịchchuyển.

(ĐS: ∆F = 4,99 . 104 N)

2.3 Một bình kín có thể tích 0,6 m3 chứa không khí ở áp suất 5,1 at,nhiệt độ 20 oC. Để làm lạnh bình người ta lấy đi lượng nhiệt 105kJ. Xác định nhiệt độ và áp suất trong bình, lượng thay đổientanpi sau qúa trình làm lạnh đó.

(ĐS: t2 = -20,7 oC; p2 = 4,3 bar; ∆I= - 147 kJ)

2.4Người ta gia nhiệt cho 1 kg không khí trong điều kiện áp suấtkhông đổi p = 2 bar từ nhiệt độ t1 = 20oC đến t2 = 110oC. Xácđịnh thể tích cuối, nhiệt lượng cần cấp, công thay đổi thểtích, lượng thay đổi nội năng, lượng biến thiên entropi.

(ĐS: v2 = 0,549 m3/kg ; qp = 90,9 kJ/kg ; ∆u = 64,8 kJ/kg ; wtt = 26,1 kJ/kg ; ∆s = 271 J/kg 0K)

2.5

Trang 1


Thể tích không khí trong xilanh có đường kính d = 600 mm, V1 =0,41 m3 ở nhiệt độ 20 oC. Nếu không khí nhận lượng nhiệt 99,5 kJtrong điều kiện áp suất không đổi và piston dịch chuyển 400 mm.Hỏi nhiệt độ cuối và áp suất trong qúa trình là bao nhiêu.

(ĐS : t2 = 101 oC; p =2,5 bar)

2.61 kg không khí ở áp suất p1 = 1 at, thể tích riêng v1 = 0,8m3/kg nhận lượng nhiệt 100 kcal/kg trong điều kiện áp suất khôngđổi. Xác định nhiệt độ đầu, nhiệt độ và thể tích cuối.

(ĐS : t1 = 0 oC ; t2 = 416 oC ; v2 =2,02 m3 /kg)

2.7 Không khí trong xilanh giản nở đẳng nhiệt ở t = 20 oC từ thểtích V1 = 1,5 m3, áp suất p1 = 5 bar đến V2 = 5,4 m3 . Tính lượngnhiệt cung cấp, công thay đổi thể tích và công kỹ thuật, biếnđổi nội năng , entanpi và entropi.

(ĐS : ∆U = ∆I = 0 ; QT = Wtt 9,6 . 105 J ;∆S = 3280 J/ oK)

2.8 1 kg không khí được nén đẳng nhiệt ở nhiệt độ t = 30 o C từ ápsuất đầu p1 = 1 bar đến áp suất cuối p2 = 10 bar. a) Xác định thể tích cuối, công nén và nhiệt lượng thải ra.b) So sánh công tiêu hao với qúa trình nén đoạn nhiệt trongcùng điều kiện áp suất như trên. Biểu diễn qúa trình trên đồthị p – v và T- S.

(ĐS : v2 = 0,087 m3/ kg; wtt = wkt = -200 kJ/kg;q = -200 kJ/kg)

2.9Không khí được nén đoạn nhiệt từ trạng thái ban đầu có t1 = 15oC, p1 = 1 at đến trạng thái cuối có p2 = 8 at. Hãy xác định cácthông số trạng thái cuối v2 , t2 của không khí nén, công thay

Trang 2


đổi thể tích, công kỹ thuật, hướng biến đổi nội năng vàentanpi.

(ĐS: t2 = 249 oC; v2 = 0,1906 m3/kg; wtt = - 168 kJ/kg;wkt = - 235,2 kJ/kg; ∆ u = 168 kJ/kg; ∆ i= 235,2 kJ/kg)

2.10 Không khí trong xilanh ở trạng thái đầu p1 = 6 at, t1 = 25 oCsau khi giản nở đoạn nhiệt thể tích tăng lên gấp hai. Hãy tínháp suất và nhiệt độ cuối qúa trình, công thay đổi thể tích của1 kg không khí.

(ĐS: p2 = 2,22 bar; t2 = -47 oC; wtt

= 52,2 kJ/kg)2.11 1 kg không khí ở áp suất p1 = 1 at, nhiệt độ t1 = 30 oC. Sau khinén đoạn nhiệt áp suất tăng lên 10 lần. Xác định: thể tích,nhiệt độ sau khi nén, công của máy nén.

(ĐS: t2 = 312 oC; v2 = 0,171 m3/kg; wmn = wkt =-282,8 kJ/kg)

2.12 1 kg không khí được nén đa biến (n = 1,2) trong máy nén từnhiệt độ t

1 = 20 oC, ở áp suất p1 = 0,98 bar đến áp suất p2 =7,845 bar. Xác định nhiệt độ cuối qúa trình nén, lượng biến đổinội năng, entanpi, công kỹ thuật của qúa trình.

(ĐS: t2 = 141 oC; ∆u = 87,2 kJ/kg; ∆I = 122,08 kJ/kg;qn = -87,2 kJ/kg; wtt = -174,4 kJ/kg; wkt = -209 kJ/kg)

2.13 Cần nén lượng không khí từ V1 = 10 m3, p1 = 0,9 bar, t1 = 17 o Cđến p2 = 7,2 bar, V2 = 1,77 m3. Xác định số mũ đa biến n, thểtích sau khi nén và lượng nhiệt thải ra.

(ĐS: n = 1,2 ; Wtt = -1872 kJ)

2.14

Trang 3


1,5 kg không khí được nén đa biến từ p1 = 0,9 bar, t1 =18 oC đếnp2 = 10 bar, t2 = 125 oC. Xác định số mũ đa biến n , thể tíchsau nén và lượng nhiệt thải ra.

(ĐS: n = 1,14 ; V2 = 0,171 m3; Qn

= -195 kJ)2.15 10 kg không khí ở nhiệt độ 27 oC được đốt nóng ở áp suất khôngđổi đến 127 oC. Xác định nhiệt lượng, biến đổi entanpi, biến đổinội năng, công thay đổi thể tích của qúa trình đốt nóng (coikhông khí là khí 2 nguyên tử và có = 29 kg/kmol)

(ĐS: Q = 1010 kJ ; ∆I = 1010 kJ; ∆U = 720 kJ;Wtt = 290 kJ)

2.16Khi đốt nóng đẳng tích (v = const) khí O2 biến đổi entanpi ∆i =150 kJ/kg. Xác định nhiệt đốt nóng đẳng tích trên của 1 kg và20 kg khí O2 .

(ĐS: qv = 107 kJ/kg; Qv =2140 kJ)

2.17 Người ta đốt nóng 1 kg không khí trong điều kiện áp suất khôngđổi p = 2 bar từ nhiệt độ 20 oC đến nhiệt độ 110 oC . Tính thểtích cuối, lượng nhiệt, công thay đổi thể tích, lượng thay đổinội năng và entropi.

(ĐS: v2 = 0,549 m3/kg; q = 90,9 kJ/kg; wtt = 25,8 kJ/kg;u = 64,8 kJ/kg; ∆s = 0,27 kJ/kg.oK)

2.1810 kg khí O2 ở 527 o C được làm nguội đẳng áp đến 27 oC. Tínhbiến đổi entropi ∆S và nhiệt lượng Q tỏa ra.

(ĐS: ∆S = -9,095 kJ/oK; Q = -4578 kJ)

2.19 Khi nén đẳng nhiệt 4 kg chất khí (coi là khí lý tưởng) có hằngsố chất khí R = 189 J/kg. oK từ áp suất 2 at đến 5,4 at, cần

Trang 4


thải lượng nhiệt 378 kJ. Xác định nhiệt độ của quá trình, thểtích ban đầu và thể tích cuối của qúa trình đó.

(ĐS: t = 227 oC; V1 = 1,93 m3; V2 =0,72 m3)

2.20Không khí có thể tích 2,48 m3, nhiệt độ 15 oC , áp suất 1 bar.Khi bị nén đoạn nhiệt không khí nhận công thay đổi thể tích 471kJ. Xác định nhiệt độ cuối, biến đổi nội năng và entanpi.

(ĐS: t2 = 233 oC; ∆U = 471 kJ; ∆I= 661 kJ)

2.21 2 kg khí O2 thực hiện qúa trình đa biến với số mũ đa biến n =1,2 từ nhiệt độ t1 = 27 oC đến t2 = 537 oC. Xác định biến đổientropi, nhiệt lượng của qúa trình, biến đổi nội năng, côngthay đổi thể tích và công kỹ thuật của qúa trình.

(ĐS: = -1,3 kJ / oK; Q = -663 kJ; ∆U = 663kJ; W tt = -1326 kJ)

2.22 Xác định số mũ đa biến khi qúa trình đa biến thay đổi từ ápsuất 0,001 at , nhiệt độ –73 oC đến áp suất 1000 at, nhiệt độ1727 oC.

(ĐS : n =1,2)

2.232 kg O2 thực hiện qúa trình nén đa biến với n = 1,2 từ nhiệt độ27 oC đến 537 oC. Xác định biến đổi entropi và nhiệt lượng củaqúa trình.

(ĐS : ∆S = - 1,3 kJ/ oK ; Q= -663 kJ)

2.24

Trang 5


15 kg khí CO2 nén đa biến với n = 1,2 nhiệt độ tăng từ 30 oC đến130 oC. Xác định công thay đổi thể tích (công nén), công kỹthuật (công của máy nén).

(ĐS: Wtt = -1417 kJ; Wkt = -1700 kJ)

2.25 Xác định số mũ đa biến n của khí O2 nếu biết nhiệt dung riêng đabiến Cn = - 1,524 kJ/kg.

( ĐS : n = 1,12 )2.26 Khi nén đa biến 1 kg không khí tiêu tốn công kỹ thuật 287kJ/kg, nhiệt độ lúc này tăng từ 30 oC đến 230 oC. Xác định số mũđa biến n.

( ĐS: n = 1,25 )2.27 10 kg khí N2 nhận nhiệt lượng 45 kJ để thực hiện qúa trình giãnnở đa biến. Nhiệt độ giảm từ 200oC đến 170 oC. Xác định côngthay đổi thể tích ( công nén), công kỹ thuật (công của máy nén)và số mũ đa biến n.

( ĐS: W12 = 267,6 kJ; Wkt12 = 356,7 kJ; n = 1,333 )2.28Xác định công nén của 16 kg khí O2 nén đa biến với n = 1,5 từnhiệt độ 27oC, áp suất 1 bar đến 8 bar.

( ĐS: W12 = - 2490 kJ )2.29Xilanh có đường kính d = 400 mm chứa không khí có thể tích 0,08m3, áp suất 3,06 at, nhiệt độ 15oC. Nếu không khí nhận nhiệttrong điều kiện pittong chưa kịp dịch chuyển và nhiệt độ khôngkhí tăng tới 398 oC. Xác định lực tác dụng lên mặt pittong, khốilượng không khí có trong xilanh, nhiệt lượng cung cấp, lượngbiến đổi entropi.

(ĐS: F = 0,877.105 N; G = 0,29 kg; Q = 79,97 kJ; S = 0,177kJ/oK )

Trang 6


2.30Trong một bình kín thể tích V = 0,015 m3 chứa lượng không khívới áp suất đầu p1 = 2 bar, nhiệt độ t1 = 30oC. Nhiệt độ và ápsuất sẽ thay đổi ra sao nếu ta cấp cho không khí lượng nhiệt 16kJ. Xác định lượng biến đổi nội năng, entanpi và eantropi khicoi không khí là khí lý tưởng.(ĐS: t2 = 674oC; p2 = 6,25 bar; U = 16 kJ; I = 22,44 kJ; s =

28,3 J/oK)2.31 Không khí nhận nhiệt đẳng áp (p = const) nhiệt độ tăng từ 40 oClên 240 oC. Xác định nhiệt của 1 kg không khí và của 7200 kg/hkhông khí.

(ĐS: qp = 200 kJ/kg; Qp = 400 kJ )2.32 Một bình oxy có thể tích 6 lít, p suất tuyệt đối là 120 bar,nhiệt độ 27oC. Sau khi lấy ra sử dụng, nhiệt độ không thay đổi,áp suất dư trong bình là 21 bar. Biết suất khí quyển là 750mmHg ở 0oC, . Hãy tính lượng oxi đã lấy ra sử dụng.

(ĐS: G = 0,76 kg )2.33 Một bình kín có thể tích 500 lít chứa không khí, áp suất tuyệtđối 2 bar, nhiệt độ 20 oC. Sau khi lấy ra sử dụng một phần,nhiệt độ không thay đổi, độ chân không trong bình bằng 420mmHg, áp suất khí quyển bằng 768 mmHg. Biết của không khíbằng 29, hãy tính lượng không khí đã lấy ra sử dụng.

(ĐS: G = 0,91g )2.34 Đưa 0,473 m3 không khí ở áp suất tuyệt đối 8,314 bar và nhiệt độ200 oC đến nhiệt độ 800oC trong điều kiện đẳng áp.a) Xác định nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp trung bình

trong phạm vi nhiệt độ từ 200 oC đến 800 oC theo cc dạng cĩtrong phụ lục.

Trang 7


b) Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho các dạng nhiệt dungriêng

2.35 1 kilogram không khí từ t1 = 20 oC, p1 = 2 bar, tiến hành mộtqúa trình đẳng áp đến t2 = 110 oC.

a) Biểu diễn qúa trình trên đồ thị p – v và T – s.b) Tính thể tích của không khí ở trạng thi cuối của qúa

trình.c) Tính các đại lượng u, i, s, q, w, wkt .

(ĐS: b) v2 = 0,549 m3/kg; c) u = 64,8 kJ/kg; i = 90,9 kJ/ kg; s = 0,271 kJ /kg.oK; q = 90,9 kJ/kg; w = 26,1 kJ/kg; wkt = 0)

2.36 Một bình kín có thể tích 0,12 m3 chứa oxi ở áp suất p1 = 10bar, nhiệt độ t1 = 50 oC; sau khi tiến hành một qúa trình đẳngtích, nhiệt độ tăng đến t2 = 150 oC.

a) Biểu diễn qa trình trên đồ thị p – v và T – s.b) Xác định khối lượng oxi và áp suất cuối cùng.c) Xác định U, I, S, Q, W, Wkt .

(ĐS: b) G = 1,3 kg; p = 13 bar; c) U = 85 kJ; I = 119kJ; S = 0,252 kJ /oK; W = 0 kJ; Wkt = -36 kJ )

2.37 Cho 12 kg khơng khí ở t1 = 27 oC ; p1 = 6 bar tiến hnh một qúatrình đẳng nhiệt đến v2 = 4v1 .

a) Biểu diễn qa trình trên đồ thị p – v và T – s.b) Xác định p, T, v ở trạng thi cuối qúa trình.c) Xác định U, I, S, Q, W, Wkt .

(ĐS: b) p2 = 1,5 bar; v2 = 5,6 m3/kg; T2 = 300 oK; c) U = I = 0; S = 4,833 kJ /oK; Q = W = Wkt = 1450 kJ )

2.38 Cho 2 kg không khí giãn nở đoạn nhiệt từ nhiệt độ t1 = 327 oC,áp suất tuyệt đối p1 = 10 bar đến trạng thái 2 có áp suất tuyệtđối 1 bar.

Trang 8


a) Biểu diễn qa trình trên đồ thị p – v và T – s.b) Xác định các thông số cơ bản ở trạng thái cuối p2 , v2, T2.c) Xác định U, I, S, Q, W, Wkt .

(ĐS: b) v2 = 0,90 m3/kg; T2 = 312 oK; c) U = -415kJ; I = -580kJ; S = 0; W = 415 kJ; Wkt = 580 kJ )

2.39 Một bình chứa khí O2 có dung tích V = 0,5 m3, đồng hồ áp kế chỉ

bar, nhiệt kế chỉ t1 = 20 oC, người ta nạp thêm khí O2 vàobình. Sau khi nạp, p kế chỉ bar, nhiệt kế chỉ t2 = 25 oC.Barometer chỉ áp suất khí trời B = 750 mmHg.

a) Tính khối lượng O2 nạp thêm vô trong bình.b) Nếu bình sau khi nạp xong được làm lạnh đến nhiệt độ t3 =

10 oC, tính nhiệt lượng cần thải ra Q23.(ĐS: G = 35,45 kg; Q23 = -385,9 kJ )

2.40 Một bình chứa khí CO2 có thể tích V = 3 m3, đồng hồ áp kế banđầu chỉ 0,3 bar, người ta dùng máy nén nạp thêm CO2 vô bình. Saukhi nạp, p suất đồng hồ chỉ 6 bar. Nhiệt kế trước khi nạp thêmchỉ t1 = 45 oC, sau khi nạp xong nhiệt kế chỉ t2 = 70 oC. Áp suấtkhí trời pkt = 1 bar.Tính khối lượng CO2 nạp thêm vô bình.2.41 Một pittong – xilanh có dung tích V = 0,8 m3, đường kính xilanhd = 0,6 m, không khí ban đầu chứa trong xilanh có áp suất là 5bar. Hỏi pittông phải dịch chuyển một khoảng x là bao nhiêu đểáp suất trong xilanh là 8 bar. Xem nhiệt độ trước và sau khidịch chuyển pittông là như nhau và bằng 30 oC. Tính khối lượngkhông khí có trong xilanh.2.42 Trong bình kín có thể tích V = 300 lit chứa không khí ở p suấtp1 = 3 bar, nhiệt độ t1 = 20 oC.a) Xác định nhiệt lượng cần cung cấp để nhiệt độ không khí

trong bình tăng đến t2 =120 oC.b) Áp suất không khí trong bình lúc này p2 là bao nhiêu.

Trang 9


2.43 Có 4 m3 không khí ở điều kiện ban đầu p1 = 2 bar, t1 = 20 oC đượcđốt nóng trong điều kiện đẳng áp đến nhiệt độ t2 = 120 oC. Xácđịnh nhiệt lượng cần cung cấp cho khối khí.

Chương 4:HƠI NƯỚC

4.1 Hơi bão hòa ẩm có áp suất p = 2 bar, độ khô x = 0,9. Hãy xácđịnh: thể tích riêng vx, entanpi ix, entropi sx, nội năng ux.(ĐS: vx = 0,797 m3/kg; ix = 2486,8 kJ/kg; sx = 6,567 kJ/kg.oK; ux

= 2326,6 kJ/kg)4.2 Xác định entanpi, nội năng của hơi ẩm ở áp suất p = 13 bar, độ khô x = 0,98.

(ĐS: ix = 2748,5 kJ/kg; ux = 2541,3 kJ/kg)4.3 Một bình kín có thể tích V = 0,035 m3 chứa 5 kg hơi bão hòa ẩm ởnhiệt độ t = 310 oC. Xác định độ khô, lượng hơi bão hòa khô vàlượng nước sôi trong bình.

(ĐS: x = 0,33; Gh = 1,65 kg; Gn = 3,35 kg)4.4 Bao hơi có thể tích V = 9 m3, hai phần ba thể tích đó chứa nướcsôi ở áp suất p = 100 bar. Hãy xác định lượng nước sôi, lượnghơi, độ khô và entanpi của hơi ẩm trong bao hơi.

Trang 10


(ĐS: Gn = 4,132 kg; Gh = 166 kg; x = 0,0386; ix = 1458,5 kJ/kg)4.5 Bao hơi của lò hơi có thể tích V= 12 m3 chứa hỗn hợp nước và hơiG= 1800 kg ở áp suất 110 bar. Hãy xác định độ khô, lượng nướcvà lượng hơi bão hòa.

(ĐS: x= 0,357 ; Gh = 642,6 kg ; Gn = 1157,4 kg)4.6 Một lượng hơi bão hòa ẩm G = 1,4 kg/s với độ khô là x = 0,96;áp suất p = 20 bar chuyển động trong ống với vận tốc = 40m/s . Hãy xác định đường kính trong của ống.

(ĐS: d = 65 mm)4.7 Hới nước có G= 1,2 kg/s và áp suất p = 16 bar chuyển động trongđường ống với vận tốc = 30 m/s . Hãy xác định đường kínhtrong của ống trong hai trường hợp sau :

a) Biết hơi có độ khô x = 0,9b) Biết hơi có nhiệt độ t = 350 oC

(ĐS: a) d = 75,4 mm ; b) d’ = 94,4 mm)

4.8 Hơi bão hòa ẩm có lưu lượng G = 500 kg/h với áp suất p = 100bar, độ khô x = 0,99, từ bao hơi của lò hơi chuyển vào bộ qúanhiệt. Sau khi qua bộ qúa nhiệt, nhiệt độ của hơi tăng lên đếnt2 = 550 oC. Hãy tính lượng nhiệt cần cung cấp cho bộ qúa nhiệtnếu biết hiệu suất của bộ quá nhiệt = 0,984 và bỏ qua tổnthất áp suất của dòng hơi khi qua bộ qúa nhiệt.

(ĐS: QC = 110,8 kW)4.9 Hơi ẩm có áp suất p = 20 bar, độ khô x = 0,98, lưu lượng G =2500 kg/h được đưa vào bộ qúa nhiệt. Hơi sau khi ra khỏi bộ qúanhiệt có nhiệt độ t2 = 400 oC. Hãy xác định lượng nhiệt mà hơinhận được ở bộ qúa nhiệt và tỷ số đường kính của ống dẫn hơi

Trang 11


khi vô và ra khỏi bộ qúa nhiệt nếu giả thiết hơi vào và ra cócùng tốc độ, bỏ qua tổn thất áp suất

(ĐS: Q = 1,25.106 kJ/h; d1/d2 = 0,81)4.10Nước được cấp vào lò với lưu lượng G = 900.103 kg/h nhiệt độ t1

= 180 oC, áp suất p = 160 bar. Sau khi nhận nhiệt lượng Q =2270,4 . 106 kJ/h nước biến thành hơi và ra khỏi lò hơi. Xácđịnh trạng thái của hơi ra khỏi lò hơi là hơi gì, có nhiệt độbao nhiêu.

(ĐS: Hơi qúa nhiệt, có t = 500 oC) 4.11Hơi trích từ tuabin vào bình hồi nhiệtcó áp suất p = 6,5 bar, lưu lượng Gh ,độ khô x = 0,94. Nước ngưng ra khỏibình có nhiệt độ t2 nhỏ hơn nhiệt độsôi 2 oC. Nước cấp có áp suất pn = 100bar , nhiệt độ nước vào tn1 = 110 oC,nhiệt độ nước ra tn2 = 155 oC. Hãy xác định lượng hơi trích Gh

cần để đốt nóng 1 kg nước cấp.(ĐS: Gh = 0,098 kg hơi / kg nước)

4.12 Người ta đốt nóng 1 kg hơi nước ở áp suất p1 = 10 bar, nhiệt đột1 = 240 oC đến t2 = 350 oC trong điều kiện áp suất không đổi.Xác định nhiệt lượng mà hơi nước nhận được, công thay đổi thểtích và lượng thay đổi nội năng.

(ĐS: q = 238 kJ/kg ; wtt = 54,8 kJ/kg ; u = 183,2 J/kg) 4.13 Nồi hơi chứa lượng hơi bão hòa ẩm G = 8000 kg ở áp suất p1 = 4bar, độ khô x = 0,0015. Người ta cấp cho nó lượng nhiệt Q = 300kW trong điều kiện đóng tất cả các van thì áp suất tăng lên đến10 bar. Xác định thời gian cần thiết đốt nóng để áp suất tănglên như trên và xác định độ khô.

(ĐS: = 71,3 phút; x = 0,00335)

Trang 12


4.14 Một bình kín thể tích V = 0,2 m3 chứa một lượng hơi bão hòa ẩm ởnhiệt độ t1 = 180 oC, độ ẩm y = 5%. Sau một thời gian nhất địnhđể ra ngoài trời người ta đo được áp suất p2 = 9 bar. Xác địnhđộ khô của hơi ở trạng thái cuối, lượng nhiệt của hơi nhả ramôi trường.

(ĐS: x2 = 0,85; Qv = 298 kJ)4.15 Hơi nước ở áp suất p1 = 6 bar, t1 = 200 oC. Sau khi bị nén đẳngnhiệt đến thể tích v2 = 0,11 m3/kg. Xác định nhiệt thải trongqúa trình nén, biểu diễn qúa trình trên đồ thị i – s.

(ĐS: qT = -522,9 kJ/kg)4.16 Hơi nước ở trạng thái đầu p1 = 8 bar, t1 = 240 oC, giãn nở đoạnnhiệt đến p2 = 2 bar. Xác định độ khô, công kỹ thuật và côngthay đổi thể tích.

(ĐS: x2 = 0,976; wkt = 272 kJ/kg; wtt = 216 kJ/kg)4.17 1 kg hơi nước từ trạng thái ban đầu p1 = 30 bar, t1 = 300 oCgiãn nở đoạn nhiệt đến p2 = 0,5 bar. Xác định x2 và công kỹthuật của qúa trình.

(ĐS: x2 = 0,84; wkt = 725 kJ/kg;)4.18 1 kg nước ở áp suất 1 bar, nhiệt độ 20 oC được đốt nóng đến 200oC trong điều kiện áp suất không đổi. Xác định nhiệt lượng q1

đốt nóng nước ban đầu đến nhiệt độ sôi, nhiệt lượng q2 biến nướcsôi thành hơi bảo hòa khô, nhiệt lượng q3 biến hơi bảo hòa khôthành hơi qúa nhiệt và nhiệt lượng q biến nước ban đầu thànhhơi qúa nhiệt ở trạng thái cuối.

(ĐS: q1 = 334,4 kJ/kg; q2 = 2258 kJ/kg; q3 = 200 kJ/kg; q =2792,4 kJ/kg)

4.19

Trang 13


100 kg/h hơi nước ở trạng thái đầu p1 = 8 bar, t1 = 280 oC giãnnở đoạn nhiệt đến áp suất p2 = 2 bar. Xác định độ khô của hơisau khi giãn nở và công kỹ thuật của qúa trình.

(ĐS: x2 = 0,977; wkt = 7.5 kW )4.20180 kg/h hơi nước qúa nhiệt ở p = 1,2 bar, t = 120 oC được làmlạnh đẳng áp, tỏa nhiệt 36 kW. Xác định : độ khô của hơi bảohòa ẩm x2 và lượng nước ngưng tụ trong 1 giờ Gn.

(ĐS: x2 = 0,7; Gn = 54 kg )Chương 5

MỘT SỐ QÚA TRÌNH ĐẶC BIỆT CỦA KHÍ VÀ HƠI5.1 Khí O2 có áp suất p1 = 60 at, nhiệt độ t1 = 100 oC lưu động quaống tăng tốc nhỏ dần vào môi trường có p2’ = 6 at. Xác định tốcđộ của dòng khí tại cửa ra của ống và lưu lượng nếu biết tiếtdiện khi ra của ống f2 = 20 mm2.

(ĐS: 2 = 304 m/s; G = 0,250 kg/s)5.2 Không khí từ bình chứa có áp suất p1 = 100 bar, nhiệt độ t1 =15oC chảy ra ngoài trời qua ống tăng tốc nhỏ dần có đường kínhtrong của ra làd2 = 10 mm. Xác định tốc độ của dòng khí tại cửara của ống và lưu lượng không khí nếu áp suất ngoài trời là 1bar.

(ĐS: k = 310 m/s; Gmax = 1,872 kg/s)5.3 Khí hai nguyên tử có R = 294.3 J/kg.oK trước khi vào ống phunnhỏ dần (ống tăng tốc nhỏ dần) có p1 = 63,7 bar, T1 = 300 oK,chảy vào môi trường có p2’= 35,4 bar. Xác định tốc độ và lưulượng nếu biết đường kính trong của ống ở cửa ra d2 = 5mm.

(ĐS: 2 = 310 m/s; G = 0.257 kg/s)5.4 Không khí được nén tới p1 = 50 bar, t1 = 27 oC được phun vàoxilanh động cơ đốt trong diesel qua vòi phun. Áp suất bên trong

Trang 14


xilanh p2’ = 35 bar. Xác định tốc độ của dòng khí tại cửa ra củavòi phun.

(ĐS: 2 = 241 m/s)5.5 Không khí có áp suất p1 = 1 bar, t1 = 15 oC từ bình A chảy vàobình B có áp suất p2’ qua vòi phun. Xác định trị số áp suất p2’để tốc độ không khí ở cửa ra của vòi phun bằng tốc độ âm thanhvà giá trị tốc độ này là bao nhiêu.

(ĐS: p2 = pk = 0.528 bar; 2 = k = 310 m/s)5.6 Hơi nước có áp suất p1 = 18 bar, t1 = 400 oC chảy qua ống tăngtốc nhỏ dần vào môi trường có p2’ = 1 bar. Xác định tốc độ tạicửa ra của ống và lưu lượng hơi nếu biết đường kính trong củaống d2 = 20 mm.

(ĐS: k = 533 m/s; Gmax = 0.62 kg/s)

5.7 Hơi nước có áp suất p1 = 10 bar, t1 = 300 oC chảy qua ống tăngtốc nhỏ dần vào môi trường với hai trường hợp sau :

a) p2’ = 6 barb) p2’ = 2 bar

Xác định tốc độ lưu động và lưu lượng trong hai trường hợp trênnếu biết tiết diện ra của ống f2 = 30 cm2.5.8 Xác định tốc độ lưu động và lưu lượng trong hai trường hợp trênnếu biết tiết iện ra của ống f2 = 30 cm2.

(ĐS : a) 2 = 502 m/s; G = 3.85 kg/s; b) k = 543 m/s; Gmax =3.88 kg/s)

5.9 Hơi nước ở áp suất p1 = 20 bar, nhiệt độ t1 = 300 oC, lưu độngqua ống tăng tốc nhỏ dần (ống phun nhỏ dần) tới áp suất p2 = 12

Trang 15


bar, nhiệt độ t2 = 240 oC. Xác định tốc độ tại cửa ra 2 lưulượng hơi nếu biết đường kính ống khi ra d2 = 30 mm.

(ĐS : 2 = 465 m/s; G = 1.74 kg/s)5.10Hơi nước qúa nhiệt có áp suất p1 = 10 bar, t1 = 300 oC chảy quaống tăng tốc nhỏ dần vào môi trường với hai trường hợp sau :

a) p2’ = 7 barb) p2’ = 4 bar

Xác định tốc độ của dòng hơi tại cửa ra của ống tăng tốc tronghai trường hợp trên biết k = 0.55.

(ĐS : a) 2 = 447 m/s; b) 2 = k = 510 m/s)

Chương 7 MÁY NÉN PISTON

7.1 Máy nén lý tưởng một cấp, lưu lượng hút không khí là 100 m3/h ởáp suất p1 = 1 at, nhiệt độ t1 = 27 o C. Áp suất cuối p2 = 8 at.Xác định công thức lý thuyết của máy nén và lượng nước làm mátxilanh của máy nén nếu nhiệt độ của nước tăng lên 13 oC, qúatrình nén là đa biến với n = 1,2.

(ĐS : Wmn = -6,78 kW ; Gnước = 187 kg/h)7.2

Trang 16


Máy nén một cấp hút lượng không khí 400 m3/h ở áp suất p1= 1bar, t1 = 20 oC, áp suất nén là p2 = 7 bar với số mũ đa biến củaqúa trình nén n = 1,3. Xác định:

a) Công suất lý thuyết của máy nén, công suất tiêu thụ điệnnăng của máy nén, cho biết .

b) Xác định số vòng quay của trục khuỷu nếu biết hệ số nạp, đường kính xilanh d = 200 mm, hành trình piston s =

100 mm, số xilanh Z = 2.c) Lượng nhiệt thải qua xilanh của máy nén.(ĐS : a) Wmn = - 9,8.107 J/h ; Wđ = - 38,8 kW ; b) n = 1500 vòng / phút ; c) Q = 5,25

kW )7.3 Máy nén lý tưởng một cấp hút lượng không khí 250 m3/h ở áp suấtp1 = 1 at, áp suất sau khi nén đa biến với n = 1,3 là p2 = 8 at.Xác định lượng nước làm mát xilanh nếu nhiệt độ nước tăng 15 oC.

(ĐS : 175 lít/giờ)7.4Máy nén một cấp hút lượng không khí 200 m3/h ở áp suất p1 = 1bar, sau khi nén đa biến n = 1,2 áp suất là p2 = 6 bar. Xác định:

a) Công suất lý thuyết và công suất tiêu thụ điện của máy nénnếu cho biết hiệu suất toàn bộ của máy nén khí .

b) Xác định đường kính xilanh nếu cho n = 900 vòng/phút, sốxilanh Z = 1, hệ số nạp , hành trình piston s = 100mm

(ĐS : a) Wmn = -11,6 kW ; Wđ = -15,5 kW ; b) d = 260 mm)7.5Cần chọn một máy nén bao nhiêu cấp nếu áp suất vào cấp một là pđ

= 1 bar, áp suất ra của cấp cuối là pc = 120 bar. Giả thiết lànén đa biến với n = 1,3. Nhiệt độ khi vào các cấp như nhau to =20 oC, nhiệt độ lớn nhất khi ra của các cấp như nhau tmax = 120oC.Xác định tỷ số nén, áp suất và nhiệt độ khi ra của các cấp.

Trang 17


(ĐS: x = 3,31; p2 = 3,31 bar; p4 = 10,95 bar; p6 = 36,22 bar; p8 = 120 bar ; T2 = T4 = T6 = T8 = 386,5 oK)

7.6Máy nén ba cấp hút lượng không khí 250 kg/h ở áp suất p1= 0,95bar, t1 = 17 oC. Áp suất cuối p6 = 80 bar.Xác định công suất lý thuyết và công suất tiêu thụ điện của máynén nếu giả thiết là nén đoạn nhiệt và hiệu suất toàn bộ củamáy nén .

(ĐS : Wmn = - 31,9 kW ; Wđ = - 42,53 kW)7.7Máy nén ba cấp hút lượng không khí 250 kg/h ở áp suất p1 = 0,95bar, t1 = 17 oC, áp suất cuối p6 = 80 bar. Giả thiết nén đa biếnvới n = 1,2 . Xác định nhiệt độ ra của các cấp, nhiệt cần làmmát xilanh của mỗi cấp, nhiệt cần làm mát bình làm mát trunggian, công suất tiêu thụ điện của máy nén nếu .

(ĐS : t2 = 98 oC ; Qn = -14562 kJ/h ; Qm = -20655 kJ/h ; Wđ = 38,74 kW)7.8Máy nén lý tưởng một cấp mỗi giờ nén được 100 m3 không khí từ ápsuất p1 = 1 at, nhiệt độ t1 = 27 oC đến áp suất p2 = 8 at theoqúa trình đa biến với n = 1,2. Xác định công suất của máy nén,lượng nhiệt tỏa ra trong qúa trình nén.

(ĐS : Wmn = - 6,78 kw ; Qn = - 2,82 kW)7.9 Máy nén khí một cấp, không khí hút vào 360 m3/h ở áp suất 1 at,nhiệt độ 27 oC, nhiệt độ sau khi nén 137 oC, nén đa biến n =1,3. Xác định nhiệt tỏa ra trong qúa trình nén.

(ĐS : Q = -3 kW)7.10Máy nén không khí ba cấp , áp suất đầu pđ = 1 at, áp suất cuốipc = 27 at. Nén đa biến với n = 1,2, nhiệt độ đầu t1 = 27 oC.Xác định công của máy nén và nhiệt tỏa trong các bình làm máttrung gian ứng với 1 kg không khí.

(ĐS : wmn = - 311,4 kJ/kg ; qm = 2qlm = -120 kJ/kg)

Trang 18


Chương 8 CHU TRÌNH THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC HƠI NƯỚC

8.1 Chu trình Renkin của hơi nước có p1 = 30 bar, t1 = 400 oC, p2 =0,04 bar. Xác định công và hiệu suất nhiệt của chu trình, lượngnước cần làm mát bình ngưng ứng với 1 kg hơi khi nhiệt độ làmmát tăng lên 10 oC.

(ĐS: w = 1137 kJ/kg; t = 36,6%; Gn = 47,14 kg nước / kg hơi)8.2Hãy xác định công của 1 kg hơi nước thực hiện và hiệu suấtnhiệt của chu trình Renkin. Nếu biết p1 = 100 bar ; t1 = 550oC , p2 = 0,04 bar.

(ĐS: w = 1465 kJ/kg ; t = 43,4%)8.3Chu trình Renkin thiết bị động lực hơi nước có nhiệt độ và ápsuất vào tuabin t1 = 500 oC, p1 = 100 bar, áp suất bình ngưng p2

= 0,05 bar. Xác định hiệu suất nhiệt và công của chu trình.(ĐS: t = 42% ; w = 1361 kJ/kg)

8.4 Chu trình Renkin thiết bị động lực hơi nước có entanpi vàotuabin 6500 kJ/kg, entanpi ra khỏi tuabin 4200 kJ/kg, entanpinước ngưng ra khỏi bình ngưng 1000 kJ/kg. Xác định hiệu suấtcủa chu trình

(ĐS : t = 30,4%)8.5Hơi nước trong chu trình Renkin giãn nở đoạn nhiệt trongtuabin, entanpi giảm đi 150 kJ/kg, sau đó hơi nước ngưng tụđẳng áp trong bình ngưng thải nhiệt 280 kJ/kg. Xác định hiệusuất nhiệt của chu trình

Trang 19


(ĐS: t = 35%)

Chương 9: CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

9.1Chu trình động cơ đốt trong cháy đẳng tích, môi chất được xemnhư không khí. Thể tích hành trình của piston Vh = 0,006 m3,nhiệt độ vào t1 = 20 oC, áp suất vào p1 = 1 bar. Thể tích thừa Vt

= V2 = 0,001 m3. Áp suất lớn nhất của chu trình p3 = 25 bar. Hãyxác định :

a) Thông số cơ bản tại các điểm đặt trưng của chu trình.b) Nhiệt cấp vào và thải ra của chu trình.c) Công và hiệu suất nhiệt của chu trình.

(ĐS: a) p1 = 1bar , t1 = 20o C, V1 = 0,007 m3; V2 = 0,001 m3, p2 = 15,24 bar, t2 = 366 oC ;V3 = 0,001 m3, p3 = 25 bar, t3 = 775 oC; V4 = 0,007 m3, t4 = 208 oC, p4 = 1,64 bar; b) Q1

= 2,45 kJ; Q2 = 1,13 kJ; c)W = 1,32 kJ; t = 54 %)9.2Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng áp có p1 = 1 bar, t1

= 27 oC, p4 = 3,5 bar, p3 = 55 bar. Xác định : nhiệt cấp, nhiệtthải, công và hiệu suất của chu trình. Tính toán xem chất môigiới như không khí.

(ĐS: q1 = 1379 kJ/kg; q2 = -540 kJ/kg; w = 839 kJ/kg; t = 61 %)9.3Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng áp có tỷ số nén =15, tỷ số giãn nở sớm = 2, nhiệt độ ban đầu t1 = 27 oC, p1 =1 bar.

Trang 20


Xác định : hiệu suất nhiệt, công của chu trình. Tính toán xemmôi chất như không khí.

(ĐS: t = 60 % ; w = 537 kJ/kg)9.4Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệthỗn hợp có các thông số : p1 = 1 bar ,t1 = 30 oC , = 7 , = 2 , = 1,2.Xác định :

a) Thông số cơ bản tại các điểm đặctrưng.

b) Lượng nhiệt cấp và thải của chutrình.

c) Công và hiệu suất nhiệt của chutrình.

Tính toán xem chất môi giới như khôngkhí.

9.5 Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt hỗn hợp có p1 = 0,9 bar,t1 = 67 oC , = 10 , p3 = 45 bar. Nhiệt cấp cho chu trình q1 =1090 kJ/kg, chất môi giới xem như không khí. Xác định: nhiệtcấp qv và qp cho chu trình và nhiệt độ t4.

(ĐS: qv = 609 kJ/kg; qp = 481 kJ/kg; t4 = 1903 oC)9.6 Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt hỗn hợp có tỷ số nén =7, tỷ số tăng áp = 2, tỷ số giãn nở sớm = 1,2 ; môi chấtxem như không khí, nhiệt cấp cho chu trình 1090 kJ/kg. Xácđịnh hiệu suất nhiệt, công và nhiệt thải của chu trình.

(ĐS: t = 53,5 %; w = 58,3 kJ/kg; q2 = -507 kJ/kg)9.7

Trang 21

ĐSa)

Điểm P,bar

toC v,m3/kg

1 1 30 0,872 15,2 387 0,1243 30,5 1047 0,1244 30,5 1311 0,1495 2,6 511 0,87

b) q1 = 744,2kJ/kg; q2 = -378,2kJ/kg c) w = 396 kJ/kg ; t = 53,2 %


Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng tích có tỷ số nén = 5, số mũ đoạn nhiệt k = 1,5. Xác định hiệu suất của chutrình.

(ĐS: t = 55,3 % ) 9.8Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng tích có p1 = 1 bar,nhiệt độ môi chất vào 20 oC, tỷ số nén là 3,6, tỷ số tăng áp là3,33. Xác định công và hiệu suất nhiệt của chu trình với môichất là 1 kg không khí.

(ĐS: t = 40 %; w = 328 kJ/kg)9.9 Động cơ diesel cháy đẳng áp, nhiệt độ lớn nhất tmax = 800 oC,nhiệt độ nhỏ nhất tmin = 27 oC , tỷ số nén = 10. Chất môi giớixem là không khí (k = 1). Xác định tỷ số giãn nở sớm .

(ĐS: = 1,423)9.10Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt hỗn hợp, môi chất là 1 kgkhông khí có pmin = 0,9 bar, t1 = 67 oC, pmax = 45 bar, = 10,nhiệt nhận từ nguồn nóng 1090 kJ/kg. Tính nhiệt nhận trong qúatrình đẳng tích, đẳng áp.

(ĐS: q1v = 609 kJ/kg ; q2p = 481 kJ/kg) 9.11Động cơ đốt trong cháy hỗn hợp, môi chất là 180 kg/h không khí.Hiệu suất nhiệt 60%, công suất của động cơ là 20 kW, nhiệt độsau qúa trình nén đoạn nhiệt t2 = 480 oC, nhiệt cấp trong qúatrình cháy v = const bằng nhiệt cấp trong qúa trình cháy p =const. Xác định nhiệt độ môi chất sau qúa trình cháy.

(ĐS: t3v = 943 oC; t3p = 1276 oC) 9.12Động cơ đốt trong làm việc với chutrình cấp nhiệt đẳng tích, các thôngsố của chu trình như sau: p1 = 1 bar,T1 = 320 oK, tỷ số nén = 4; tỷ số

Trang 22

Đáp sốĐiểm P,bar toK v,

m3/kg1 1 320 0,922 7,38 592 0,233 29,6 2368 0,234 4,17 1340 0,92

w = 547 kJ/kg; t = 42,6 %


tăng áp = 4, môi chất công tác xem gần giống không khí R =287 J/kg.độ, k = 1,4. Xác định thông số tại các điểm đặc trưng,hiệu suất nhiệt và công của chu trình. 9.13 Tính hiệu suất nhiệt t và thông sốtại các điểm đặc trưng của chu trìnhcấp nhiệt đẳng áp với tỷ số nén =10, tỷ số giãn nở sớm = 2, hai qúatrình nén ép và giãn nở còn lại là qúatrình đoạn nhiệt, môi chất được xemtương tư không khí. Xác định thông sốtại các điểm đặc trưng, công sinh ra của chu trình và hiệu suấtnhiệt của chu trình. Thông số trạng thái đầu p1 = 1 bar và T1 =400 oK.9.14Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp có thôngsố như sau: Trạng thái ban đầu p1 = 1bar; T1 = 400 oK; tỷ số nén = 16; tỷsố tăng áp = 1,6; tỷ số giãn nở sớm = 2.Xác định thông số trạng thái tại cácđiểm đặc trưng, nhiệt lượng cấp vàoq1, nhiệt lượng thải ra q2, công sinhra của chu trình W, hiệu suất nhiệtcủa chu trình t. Chất môi giới xem tương tự không khí, nhiệtdung riêng xem là hằng số.

Trang 23


m3/kg1 1 400 1,1482 25,1 1005 0,11483 25,1 2010 0,22964 2,64 1054 1,148

w = 544 kJ/kg ; t = 53,6 %


m3/kg1 1 400 1,1482 48,5 1213 0,07173 77,6 1941 0,07174 77,6 3882 0,1435 4,19 1687 1,148

q1 = 2486 kJ/kg; q2 = 927 kJ/kg; w = 1559 kJ/kg; t =62,7 %


Chương 10 DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH

10.1Tính mật độ dòng nhiệt truyền qua vách phẳng rộng, đồng chất,chiều dày vách =50 mm, nhiệt độ bề mặt trong và bề mặt ngoàiduy trì không đổi t1 = 100 oC và t2 = 90 oC với các trường hợpvách được làm bằng những vật liệu sau :

a) Vách thép, hệ số dẫn nhiệt = 40 w/m oCb) Bê tông, = 1,1 w/m oCc) Gạch diatomic, = 0,11 w/m oC

(ĐS: a) q = 8000 w/m2 ; b) q = 220 w/m2 ; c) q = 22 w/m2)10.2Xác định tổn thất nhiệt Q truyền qua vách phẳng làm bằng gạchđỏ có = 0,70 w/m oC. Vách có kích thước: chiều dài L = 5m,chiều cao H = 4m, chiều dày = 250 mm. Nhiệt độ bề mặt váchduy trì không đổi t1 = 110 oC và t2 = 40 oC.

(ĐS: Q = 3920 w)10.3 Xác định độ chênh lệch nhiệt độ phía trong và phía ngoài váchlò hơi, lò hơi làm việc ở áp suất p = 20 bar, bề dày vách thép = 20 mm. Nước được cấp vào lò hơi có nhiệt độ tnc = 200 oC, hơisinh ra là hơi bão hoà khô, sản lượng hơi trên một đơn vị bềmặt diện tích truyền nhiệt là 30 kg/m2h, hệ số dẫn nhiệt củathép = 50 w/m oC .

(ĐS: t = 6,48 ∆ oC)10.4Vách buồng sấy được xây dựng bằng 2 lớp vật liệu, lớp gạch đỏ 1= 250 mm, 1 = 0,7 w/m oC, lớp vật liệu phía ngoài có 2 = 0,0465w/m oC. Nhiệt độ bề mặt trong cùng t1 = 110 oC, nhiệt độ bề mặtngoài cùng t3 = 25 oC. Xác định chiều dày lớp vật liệu thứ 2,

Trang 24


nhiệt độ tại lớp tiếp xúc để tổn thất nhiệt qua vách buồng sấykhông vượt qúa 110 w/m2.

(ĐS: 2 = 19 mm; t2 = 70,7 oC)10.5Một bộ qúa nhiệt được chế tạo bằng các ống thép, đường kínhd1/d2 = 32/42 (mm), hệ số dẫn nhiệt = 14 w/m oC. Nhiệt độ bềmặt ngoài t2 = 580 oC, nhiệt độ bề mặt trong t1 = 450 oC. Tínhmật độ dòng nhiệt truyền trên 1 m chiều dài ống.

(ĐS: q = 42036 w/m)

10.6Một ống dẫn hơi bằng thép có đường kính 100/110 (mm), 1 = 55w/m oC, bên ngoài được bọc một lớp cách nhiệt có 2 = 0,09 w/moC, nhiệt độ bề mặt trong t1 = 200 oC và nhiệt độ ngoài cùng t3 =50 oC. Xác định chiều dày lớp cách nhiệt để tổn thất nhiệt trênđường ống không vượt quá 300 w/m.

(ĐS: 2 = 18 mm)10.7Một ống dẫn hơi làm bằng thép có đường kính d1/d2 = 100 / 110(mm), hệ số dẫn nhiệt 1 = 50 w/m oC, ống được bọc bằng 2 lớpvật liệu cách nhiệt có chiều dày bằng nhau 2 = 3 = 50 mm.Nhiệt độ bề mặt trong của ống t1 = 250 oC và mặt ngoài của lớpcách nhiệt thứ hai là t4 = 50 oC, hệ số dẫn nhiệt của các lớpbọc lần lượt bằng 2 = 0,06 w/m oC và 3 = 0,12 w/m oC.

a) Xác định tổn thất nhiệt qua 1 m ống và nhiệt độ trên bềmặt tiếp xúc giữa các lớp cách nhiệt.

b) Nếu đổi vị trí của hai lớp cách nhiệt cho nhau nhưng vẫngiữ điều kiện nhiệt độ bề mặt trong và bề mặt ngoài khôngthay đổi thì tổn thất nhiệt trên 1 m đường ống là baonhiêu?

(ĐS: a) q1 = 89,7 w/m, t3 = 96,3 oC ; b) q1 = 105,5 w/m ; t3 = 159 oC)10.8

Trang 25


Một tường lò phẳng xây bằng vách phẳng hai lớp, lớp thứ nhấtbằng gạch samốt dày 120 mm, hệ số dẫn nhiệt bằng 0,93 W/m.o; Lớpthứ hai bằng gạch đỏ, dày 25 mm, hệ số dẫn nhiệt 0,7 W/m.oK.Biết nhiệt độ mặt trong và mặt ngoài của tường lò luôn luônbằng 1000 oC và 50 oC.

a) Xác định tổn thất nhiệt qua một m2 tường lò và nhiệt độ ởmặt tiếp xúc giữa hai lớp.

b) Xác định chiều dày lớp gạch đó, nếu thêm vào giữa hai lớpgạch lớp bột diatomit dày 50 mm có hệ số dẫn nhiệt là0,238 W/m.oK để tổn thất nhiệt qua tường và nhiệt độ haibên tường không thay đổi.

(ĐS: a) q = 1518 W/m2; tw2 = 592 o; b) x = 102 mm)10.9Vách phẳng hai lớp có độ chênh lệch nhiệt độ 105 oC, chiều dàyvà hệ số dẫn nhiệt tương ứng của hai lớp: 1=100 mm, 2 = 50 mm,1 = 0,5 W/m.oK, 2 = 0,1 W/m.oK. Xác định mật độ dòng nhiệt dẫnqua vách.

(ĐS: q = 150 W/m2)10.10Biết mật độ dòng nhiệt qua vách phẳng dày 20 cm có hệ số dẫnnhiệt 0,6 W/m.oK là 150 W/m2. Xác định độ chênh lệch nhiệt độgiữa hai mặt vách.10.11 Vách phẳng ba lớp, nhiệt trở lớp thứ nhất là R1, lớp thứ hai làR2, lớp thứ ba R3 = 3R1. Xác định hiệu số nhiệt độ của lớp thứba, t3, nếu biết lớp thứ nhất t1 = 40 oC.10.12Một tường nhà dày = 300 mm, nhiệt độ mặt tường trong nhà tw1=25 oC, nhiệt độ tường mặt ngoài tw2 = 35 oC. Với = const, nếubây giờ tường chỉ còn dày ’= 100 mm mà giữ nguyên mật độ dòngnhiệt (q = const) và nhiệt độ mặt ngoài (tw2 = const). Xác địnhnhiệt độ mặt trong t’w1.

(ĐS: t’w1 = 31,7 oC)

Trang 26


10.13Vách trụ dài 1 m, đường kính d2/d1 = 144/120 mm, có độ chênhlệch nhiệt độ giữa hai mặt vách là 60 oC, hệ số dẫn nhiệt củavách 0,4 W/m.oK. Xác định dòng nhiệt dẫn qua vách.

(ĐS: Q = 826,7 W)10.14Dẫn nhiệt ổn định qua ống có đường kính trong dT = 100 mm, chiềudày = 10 mm, hệ số dẫn nhiệt = 0,6 W/m.oK. Nhiệt độ mặtngoài ống tw2 = 300 oK. Xác định nhiệt độ mặt trong nếu trongmột phút nhiệt dẫn qua 10 m chiều dài ống là 60 kCal.

(ĐS: tw1 = 47 oC)10.15Một tường gạch cao 5m, rộng 3m, dày 250 mm, hệ số dẫn nhiệt củagạch = 0,6 W/m.oK. Nhiệt độ mặt tường phía trong là 70 oC vàbề mặt tường phía ngoài là 20 oC. Tính tổn thất nhiệt qua tường.

(ĐS: Q = 1800 W)10.16Vách phẳng ba lớp, biết lớp thứ nhất có 1 = 300 mm, 1 = 0,6W/m.oK, nhiệt độ mặt trong tw1 = 20 oC, nhiệt độ giữa lớp thứnhất và thứ hai là tw2 = 200 oC. Xác định mật độ dònh nhiệt qualớp thứ ba.

(ĐS: q1 = q2 = q3 = 140 W/m2)10.17Vách phẳng hai lớp biết 1 = 100 mm, 1 = 0,7 W/m.oK, 2 = 200mm, 2 = 0,5 W/m.oK, nhiệt độ mặt trong tw1 = 300 oC, mặt ngoàitw3 = 50 oC. Xác định nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp (tw2), nhiệtdẫn qua vách diện tích 10 m2 trong 2 giờ.

(ĐS : tw2 = 234 oC, Q1 = 33,2 MJ)

10.18Một ống có đường kính ngoài d2 = 40mm, hệ số dẫn nhiệt = 0,7W/m.oK, nhiệt trở ứng với 1 m chiều dài ống R1 = 0,0645 m.oK/W.Xác định đường kính trong d1.

Trang 27


(ĐS : d1 = 30mm)10.19Một ống thép dài l = 5m, đường kính d2/d1 = 65/60 mm, 1 = 72W/m.oK, bọc một lớp cách nhiệt dày = 10 mm, 2 = 0,07 W/m.oK.Nhiệt độ mặt trong tw1 =145 oC, mặt ngoài tw3 = 45 oC. Xác địnhdòng nhiệt dẫn qua.

(ĐS : Q = 819 W)

Chương 11

Trang 28


TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU11.1Tính hệ số tỏa nhiệt trung bình của dầu máy biến áp có nhiệt độtf = 80oC chảy trong ống có đường kính d = 8mm, dài 1 m, nhiệtđộ trung bình của vách ống tw = 20 oC. Tốc độ dầu chảy trong ống = 0.6 m/s.

(ĐS: = 215 W/m2.oK)11.2Một chùm ống so le gồm 10 dãy ống. Đường kính ngoài của ống d =38 mm. Dòng không khí chuyển động ngang qua chùm ống có nhiệtđộ trung bình tf = 500 oC. Tốc độ của dòng khí là 12 m/s. Xácđịnh hệ số tỏa nhiệt trung bình của chùm ống.

(ĐS: = 91.6 W/m2.oK)11.3Không khí chuyển động trong ống đường kính trong d = 60 mm,chiều dài ống l = 10 m, nhiệt độ mặt trong ống tw = 40 oC có hệsố tỏa nhiệt đối lưu = 40 W/m2.oK và nhiệt độ tf = 160 oC. Xácđịnh :

a. Nhiệt trao đổi của không khí với bề mặt ốngb. Tốc độ của không khí trong ống

(ĐS: Q = 9043 W; = 14.3 m/s)11.4Một chùm ống gồm n = 8 dãy ống (hay hàng ống), biết hiệu sốnhiệt độ giữa chất lỏng và bề mặt ống t = 120 oC, tổng diệntích các ống F = 10 m2, nhiệt trao đổi bằng đối lưu Q = 120 kW.Xác định hệ số tỏa nhiệt của hàng ống thứ 7 (7) theo :

a. Khi bố trí song songb. Khi bố trí so le

(ĐS: a) 7 = 106.7 W/m2.oK; b) 7 = 109.6 W/m2.oK)11.5Khói chuyển động trong ống thẳng d = 200 mm, tốc độ = 10 m/s.Nhiệt độ tf = 300 oC, chiều dài l = 15 m, nhiệt độ bề mặt ống tw

= 40 oC. Xác định dòng nhiệt đối lưu.

Trang 29


(ĐS: Q = 53.4 kW)11.6Trị số Nusselt của chất lỏng khi chảy tầng trong ống sẽ thayđổi như thế nào nếu đường kính ống tăng lên hai lần và bốn lầntrong khi nhiệt độ trung bình của chất lỏng và bề mặt trong củaống vẫn duy trì không thay đổi.Xét trong hai trường hợp sau :

a. Khi tốc độ không thay đổi.b. Khi lưu lượng không thay đổi.

(ĐS: a) Tăng 1.55 lần; b) giảm 1.04 lần)

11.7Xác định hệ số tỏa nhiệt và lượng nhiệt truyền cho nước khinước chảy trong ống đường kính d = 10 mm, chiều dài L = 1.2 mm.Biết nhiệt độ trung bình của vách ống và của nước tương ứngbằng tw = 60 oC, tf = 30 oC, lưu lượng nước G = 7. 10-3 kg/s.

(ĐS: = 738 W/m2.độ, Q = 834 W)11.8Xác định hệ số tỏa nhiệt từ vách ống bình ngưng của tuabin hơiđến nước làm mát, biết nhiệt độ trung bình của vách ống tw = 37oC, đường kính trong của ống d =16 mm, nhiệt độ nước ở cửa vàot’f = 27 oC và ở cửa ra t”f = 33 oC, tốc độ nước trung bình = 2m/s.

a. Xác định lượng nhiệt truyền cho mỗi ống và chiều dài ống.b. Hệ số tỏa nhiệt thay đổi thế nào khi tăng tốc độ nước lên

hai và bốn lần, các điều kiện khác không thay đổi.(ĐS: a) Q = 10.1 kW; L = 3.5 m; b) tăng 1.74 lần và 3.04 lần)

11.9Nước chảy trong ống có đường kính d = 17 mm dài là L = 1.5m vớitốc độ = 2 m/s. Biết nhiệt độ trung bình của nước là 30 oC.Tính hệ số tỏa nhiệt , biết nhiệt độ bề mặt tw = 70 oC.

(ĐS: = 9532 W/m2.độ)11.10

Trang 30


Tính hệ số tỏa nhiệt của chùm ống so le do 8 hàng ống tạothành, nếu biết đường kính ống d = 60 mm, S1/ d = S2/d = 2.Nhiệt độ trung bình của dòng khói tf = 600 oC, nhiệt độ bề mặtvách ống tw = 120 oC, tốc độ trung bình của khói qua chỗ hẹpnhất = 8 m/s, góc va bằng 60o.

(ĐS: = 60 W/m2.oC)

Chương 12 TRAO ĐỔI BỨC XẠ

12.1Một thanh thép có nhiệt độ là 727 oC, độ đen = 0.7. Tính khảnăng bức xạ của thanh thép. Nếu nhiệt độ bức xạ giảm đi hai lầnthì khả năng bức xạ giảm mấy lần.

(ĐS: E = 3.97.104 W/m2, giảm 6.09 lần)12.2Hai tấm phẳng đặt song song, tấm thứ nhất có nhiệt độ t1 = 527oC, độ đen 1= 0.8, tấm thứ hai có nhiệt độ t2 = 27 oC, độ đen 2=0.6. Tính khả năng bức xạ của mỗi tấm, độ đen quy dẫn và lượngnhiệt trao đổi bằng bức xạ giữa hai tấm phẳng.

(ĐS: E1 = 18579 W/m2, E2 = 275 W/m2; qd = 0.526; q = 11975 W/m2)12.3Xác định tổn thất nhiệt do bức xạ từ bề mặt ống thép có đườngkính d = 70 mm, dài 3m, nhiệt độ bề mặt ống t1 = 227 oC, tronghai trường hợp :

a. Ống đặt trong phòng rộng có nhiệt độ tường bao bọc t2 = 27oC.

Trang 31


b. Ống đặt trong cống có kích thước (0.3 x 0.3) m và nhiệt độvách cống t2 = 27 oC. Biết độ đen của ống thép 1= 0.95 vàcủa vách cống 2 = 0.3.

(ĐS: a) Q1-2 = 1934 W, b) Q1 - 2 = 1374 W)12.4Tấm phẳng kích thước 6 x 12 m có độ đen = 0.6, nhiệt độ t =127 oC. Biết trong 30 phút nhiệt bức xạ đập tới tấm phẳng là 720kCal. Xác định dòng bức xạ hiệu dụng của tấm phẳng

(ĐS: Qhd = 1.296 kW)12.5Nhiệt độ hai tấm phẳng đặt ở môi trường trong suốt lần lượtbằng 127 oC và 327 oC, độ đen của hai tấm phẳng như nhau và bằng0.8. Giữa hai tấm phẳng có đặt một màng chắn song song có độđen c = 0.05.

a. Tính mật độ dòng nhiệt bức xạ trao đổi và nhiệt độ củamàng chắn.

b. Nếu muốn mật độ dòng nhiệt giảm 79 lần so với khi không cómàng chắn còn các điều kiện khác vẫn như cũ thì số màngchắn là bao nhiêu ?

c. Nếu thay màng chắn có độ đen là 0.1 thì mật độ dòng nhiệtgiảm đi bao nhiêu lần (số màng chắn không thay đổi).

(ĐS: a) q = 146 W/m2; tc = 254oC; b) n = 3; c) q giảm 38 lần)

12.6Một ống có đường kính d = 200 mm, nhiệt độ bề mặt ống t1 = 527oC, độ đen 1 = 0.735, ống có chiều dài L = 10m.

a. Tính tổn thất nhiệt của ống trong trường hợp ống đặt trongphòng rộng có nhiệt độ môi trường tf = 27 oC.

b. Nếu ống đặt trong cống gạch có kích thước (400 ẹn00) mm,độ đen 2 = 0.92 và nhiệt độ t2 = 27 oC thì tổn thất nhiệtbằng bao nhiêu.

(ĐS: a) Q = 105000 W; b) Q = 103000 W)12.7

Trang 32


Hai tấm phẳng đặt song song, tấm thứ nhất là vật đen tuyệt đốicó nhiệt độ 0oF còn tấm thứ hai là thép không gỉ có độ đen 2 =0.5 và nhiệt độ là 1500 oF.

a. Tính mật độ dòng nhiệt trao đổi nhiệt bức xạ giữa hai tấm.b. Nếu giữa hai tấm có đặt một tấm nhôm có độ đen c = 0.08

thì trao đổi nhiệt bức xạ giảm đi bao nhiêu lần, nhiệt độcủa tấm nhôm là bao nhiêu

(ĐS: a) q1 – 2 = 39.6 kW/m2; b) giảm 13 lần, tc = 643 oC)

Chương 13TRUYỀN NHIỆT VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

13.1Một vách lò hơi làm bằng thép dày 20 mm, hệ số dẫn nhiệt = 58

W/m.độ, nhiệt độ của khí lò tf1 = 1000 oC, nhiệt độ của nước

trong lò là nhiệt độ bão hòa của nước ở áp suất p = 33,5 bar.

Trang 33


Hệ số tỏa nhiệt của khí lò tới vách là 1 = 116 W/m2.độ, hệ số

tỏa nhiệt từ vách lò đến nước là 2 = 2320 W/m2.độ. Xác định mật

độ dòng nhiệt truyền qua vách q và nhiệt độ bề mặt trong và

ngoài của vách lò.

13.2Một tường lò bên trong là gạch chịu lửa dày 250 mm, hệ số dẫnnhiệt bằng 0,348 W/m.oK, bên ngoài là lớp gạch đỏ dày 250 mm, hệsố dẫn nhiệt bằng 0,695 W/m.oK. Nếu khói trong lò có nhiệt độ1300oC. hệ số tỏa nhiệt đối lưu từ khói đến gạch là 34,8 W/m0K,nhiệt độ không khí xung quanh bàng 30oC, hệ số tỏa nhiệt từ gạchđến không khí là 11,6 W/m2 .oK. Tìm mật độ dòng nhiệt truyền quatường lò và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp gạch.13.3Một ống dẫn hơi làm bằng thép có hệ số dẫn nhiệt 1 = 46,4

W/m.độ, đường kính ống 200/216 mm, ống được bọc một lớp cách

nhiệt có chiều dày = 120 mm, hệ số dẫn nhiệt 2 = 0,116

W/m.độ. Nhiệt độ vách ống phía hơi tw1 = 300 oC, nhiệt độ không

khí xung quanh tf2 = 25 oC, hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt ngoài đến

không khí 2 = 9,86 W/m2.độ. Tính tổn thất nhiệt trên một mét

chiều dài ống và nhiệt độ bề ngoài lớp cách nhiệt.

Trang 34

Bai tap Nhiet

Documents

Transcript of Bai tap Nhiet