Câu 3: Mỗi giờ có 300 kg dầu chảy qua ống thép bọc cách nhiệt có chiều dài 20
m. Nhiệt độ của dầu vào là 120°C, ống thép có đường kính trong là 60 mm,
chiều dày 5 mm, chiều dày lớp cách nhiệt là 10 mm. Nhiệt độ của lớp cách
nhiệt là 35°C. Nhiệt độ mặt trong ống xem như bằng nhiệt đ ộ của dầu. Hệ số
dẫn nhiệt của thép 50 W/(m°C), của lớp cách nhiệt bằng 0,15 W/(m°C). Nhiệt dung riêng của dầu là 1800 J/(kg°C). Tính nhiệt độ của dầu ở đầu ra.
Tóm tắt:
Lưu lượng khối lượng dầu: G=300 kg/h=0,0833 kg/s
Nhiệt dung riêng của dầu: Cp=1800J/kg.oC
Chiều dài ống: L=20m
Nhiệt độ đầu vào: tw1=120oC=tvào
Nhiệt độ mặt ngoài lớp cách nhiệt: tw3=35oC
Hệ số dẫn nhiệt: = 50 / . ° ; = 0,15 / . °
Bán kính: = 0,03 ; = 0,035 ; = 0,045
Giải:
Mật độ dòng nhiệt qua vách trụ nhiều lớp: = t t 1 2 . + 1 2 . = (120 + 2 ) − 35
2 . 50 0,035 0,03 + 1 2 . 0,15 0,0450,035 => = ( à + 2 ) 35 0,267 ( / )
Tổng nhiệt lượng tổn thất ra môi trường qua chiều dài ống 20m là : = . = (120 + 2 ) 35 0,267 . 20 = 6363,6( )
Nhiệt lượng do dầu tỏa ra khi đi từ đầu ống đến cuối ống: = . . ( à ) ⇔ = à . ⇔ = 120 − 120 + 2 − 35 0,267 . 20 0,0833.1800 ⇔ = 85,3 ℃
Câu 4 Một căn phòng kích thước (7x6x6) m, tường là vách phẳng có độ dày 220 mm, hệ số dẫn nhiệt bằng 0,85 W/(m°C), hai bề mặt được phủ lớp vữa dày 5 mm, có hệ số dẫn nhiệt là 1,5 W/(m°C). Độ đen bề mặt của tường, trần, sàn bằng 0,92. Trong phòng đặt một khay xăng có đường kính là 1,2 m, giả thiết ngọn lửa khi đốt cháy xăng có chiều cao 1 m, độ đen bằng 0,85. Sau khi xăng
cháy một thời gian người ta đo được nhi ệt độ bề mặt ngoài c ủa tường là 120°C, nhiệt độ môi trường ngoài phòng là 25°C. Coi tường bị nung nóng chỉ do bức
xạ nhiệt của ngọn lửa.
Hãy xác định nhiệt độ tại tâm của tường và nhiệt độ của ngọn lửa.
Tóm tắt:
Kích thước phòng: 7x6x6m
Lớp vữa trong: = 0,005 ; = 1,5 / . °
Lớp tường giữa: = 0,22 ; = 0,85 / . °
Lớp vữa trong: = 0,005 ; = 1,5 / . °
Độ đen bề mặt trong: = 0,92
Khay xăng tròn: d= 1,2m; R=0,6m;
Chiều cao ngọn lửa: h=1m; Độ đen ngọn lửa = 0,85
Nhiệt độ mặt ngoài của tường: = 120℃ => = 393
Nhiệt độ môi trường ngoài phòng: = 25℃ => = 298
Giải:
Xác định nhiệt độ tại tâm tường:
Mật độ dòng nhiệt tỏa từ bề mặt ngoài của tường ra môi trường là: = .
là hệ số trao đổi nhiệt
Theo đề bài: > ; = 120℃ > 60℃ => = 11,63 , = 11,63 , = 15,33 ( / ° )
= . = 15,33. (120 25) = 1456,35
Phương trình dẫn nhiệt từ tâm tường đến mặt ngoài của tường: = 2 + ⇔ 1456,35 = 120 0,22 2 0,85 + 0,005 1,5
Nhiệt độ tại tâm tường: = 126,74 ℃
Xác định nhiệt độ của ngọn lửa:
Nhiệt độ mặt trong của vách tường:
= + + ⇔ 1456,35 = 120 0,005 1,5 + 0,22 0,85 + 0,005 1,5 ⇒ = 506,65℃
Nhiệt lượng trao đổi trong quá trình truyền nhiệt bức xạ từ ngọn lửa ra mặt trong của tường: = . . ( 100) + ( 100) 1 + ( 1 1) (1)
+) Diện tích tỏa nhiệt của ngọn lửa, giả sử ngọn lửa hình nón. = đ + = + + ℎ = . 0,6 + . 0,6. 0,6 + 1 = 3,33 ( )
+) Diện tích mặt trong của tường: = 2 (7 6 + 6 ∗ 6 + 7 ∗ 6) = 240 ( )
+) Nhiệt lượng nhận đượng trên bề mặt tường: = . = 1456,35 ∗ 240 = 349524( )
Thay vào phương trình (1) ta có: 349524 = 5,67.3,33. ( 100) + (506,65 100 ) 1 0,85 + 3,33 240 ( 1 0,92 1) => = 1205,83
Câu 7: Một ống có đường kính d = 200 mm, nhiệt độ bề mặt 627°C, độ
đen ε1 = 0,75; chiều dài l = 20 m.
a) Tính mất mát nhiệt toàn phần của ống trong các trường hợp sau:
- Ống đặt trong phòng rộng có nhiệt độ tf = 30°C.
- Ống đặt trong cống gạch có kích thước (400 x 500) mm, độ đen ε2 = 0,9
và nhiệt độ môi trường t2 = 27°C.
b) Giữa ống và cống đặt một màn chắn có đường kính dc = 300 mm thì
độ đen của màn chắn bằng bao nhiêu để mất mát nhiệt giảm đi 2 lần?
Tóm tắt:
Đường kính ống: d=0,2 m; Chiều dài ống: l=20m
Nhiệt độ bề mặt: T1=900K; Độ đen: = 0,75
Giải: a. Diện tích bề mặt ống: = . . = . 0,2.20 = 12,566 (m2)
Ống đặt trong phòng rộng có nhiệt độ tf=30oC => Tf = 303K
Mất mát nhiệt:
= . . . 100 100 = 0,75.5,67.12,566. 900100 303100
⇒ = 346095( )
Ống đặt trong cống gạch có kích thước (400 x 500) mm, độ đen ε2 = 0,9 và nhiệt độ môi trường t2 = 27°C
T2=300K
Diện tích mặt trong cống gạch: = 2. (0,4 + 0,5).20 = 36
Mất mát nhiệt: = . . 100 100 1 + 1 1 = 5,67.12,566. 900100 300
1 0,75 + 12,566 36 1 0,9 1 ⇒ = 336483,6 ( )
b. Đường kính màn chắn d = 0,3
Diện tích màn chắn: = . d . = . 0,3.20 = 18,85
Nhiệt mất mát giảm 2 lần thì dòng nhiệt sau khi có màn chắn : = 2 = 336483,6 2 = 168241,8( ) Mà nhiệt mất mát khi có màn chắn: = . . 100 100 1 1 + 1 1 + . 2 1 ⇔ 168241,8 = 5,67.12,566. 900
0,75 + 12,566 36
0,9 1 + 12,566 18,85 . 2 1 ⇒ = 0,5
Vậy độ đen của màn chắn để mất mát nhiệt giảm đi 2 lần là = 0,5
Câu 8 Một căn phòng có tường hình vách trụ, đường kính trong 4m, dày 20 cm, cao 3 m, có hệ số dẫn nhiệt bằng 0,85 W/(m°C). Tường, trần, sàn có độ đen bề mặt bên trong bằng 0,9. Trong phòng đặt một khay xăng hình tròn có đường kính là 1 m, ngọn lửa khi cháy xăng có chiều cao 1,2 m, độ đen bằng 0,85. Sau khi
xăng cháy một thời gian người ta đo được nhiệt độ bề mặt ngoài của tường là
180°C. Coi tường, trần, sàn của căn phòng bị nung nóng chỉ do bức xạ nhiệt của ngọn lửa. Biết nhiệt độ môi trường ngoài phòng là 20°C. Hãy xác định nhiệt độ của ngọn lửa.
Giống bài 4
Câu 11
Một bức tường lò là vách phẳng gồm 2 lớp: lớp trong làm bằng gạch chịu lửa dày 220 mm, hệ số dẫn nhiệt λ1 = 0,18 W/(m°C). Lớp ngoài làm bằng
vật liệu cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt là λ2 = 0,054(1+0,0025t) W/(m°C).
Nhiệt độ bề mặt trong của vách là 1500°C.
a) Xác định bề dày c ủa lớp cách nhiệt để mất mát nhiệt không quá 800 W/m² nếu nhiệt độ bề mặt ngoài của vách là 60°C.
b) Đổi vị trí 2 lớp và coi nhiệt độ 2 bề mặt tường lò không đổi. Tính nhiệt
độ tại tâm tường.
Tóm tắt:
Lớp 1: = 0,22 ; = 0,18 / . °
Lớp 2: = 0,054(1 + 0,0025 ) / . °
tw1=1500oC
Giải:
a. Mật độ dòng nhiệt tối đa: q=800 W/m2, nhiệt độ bề mặt ngoài tw3=60oC
Dẫn nhiệt qua lớp gạch thứ nhất:
= ( ) => = . = 1500 800. 0,22 0,18 = 522,22 ℃
Hệ số dẫn nhiệt của lớp thứ 2: = 0,054(1 + 0,0025 ) = 0,054(1 + 0,0025 + 2 )
= 0,054(1 + 0,0025. 522,22 + 60 2 ) = 0,0933 ( / . ° )
Bề dày lớp cách nhiệt:
= ( ) ⇔ 800 = 0,0933 (522,22 60) ⇔ = 0,054( )
b. Đổi vị trí 2 lớp
Mật độ dòng nhiệt qua lớp cách nhiệt:
= ( ) ⇔ = 0,054 1 + 0,0025 + 2 ( ) ⇔ = 0,054 1 + 0,0025. 1500 + 2 0,054 (1500 ) (1)
Mật độ dòng nhiệt qua tường gạch: = ( ) ⇔ = 0,18 0,22 ( 60) (2)
Từ (1) và (2): 0,054 1 + 0,0025. 1500 + 2 0,054 (1500 ) = 0,18 0,22 ( 60) ⇔ = 1277,3 (℃)
Câu 12
Một căn phòng kích thước (6x5x4) m, tường có độ dày 200 mm, hệ số dẫn nhiệt bằng 0,8 + 0,0008t W/(m°C). Độ đen bề mặt trong của tường, trần, sàn bằng 0,95. Trong phòng đặt một khay xăng có kích thước (1x1) m, giả thiết ngọn lửa khi cháy xăng có chiều cao 1 m, độ đen bằng 0,8. Sau khi xăng cháy một thời gian người ta đo được nhiệt độ bề mặt ngoài của tường là 48°C. Biết nhiệt độ môi trường ngoài phòng là 22°C. Coi phòng bị nung nóng chỉ do bức xạ nhiệt của ngọn lửa. Hãy xác định nhiệt độ của ngọn lửa.
* Giống bài 4
Câu 15
Lớp trần tầng ngầm của một ngôi nhà bê tông dày 150 mm, hệ số dẫn nhiệt 2,1 W/(m°C). Hai bề mặt phủ lớp vữa dày 5 mm, hệ số dẫn nhiệt
1,5 W/(m°C); trên bọc một lớp gỗ dày 60 mm. Khi tầng ngầm của ngôi
nhà bị cháy liên tục, nhiệt độ của nguồn nhiệt bằng 1200°C, nhiệt độ của không khí tầng trên bằng 30°C, hệ số dẫn nhiệt của gỗ là 0,15
Kcal/(m·h·°C); hệ số trao đổi nhiệt bằng 15 Kcal/(m²·h·°C). Nhiệt độ tự
bốc cháy của gỗ là 270°C.
a) Vậy gỗ có bị cháy không?
b) Để gỗ không cháy thì hệ số dẫn nhiệt của lớp bê tông phải có giá trị
như thế nào?
Tóm tắt: 1 / . ℎ. ℃ = 1,163 /℃
Lớp vữa dưới: = 0,005 ; = 1,5 / °
Lớp bê tông: = 0,15 ; = 2,1 / °
Lớp vữa trên: = 0,005 ; = 1,5 / °
Lớp sàn gỗ: = 0,06 ; = 0,17445 / °
Tầng ngầm: t = 1200℃
Tầng trên: t = 30℃ ; Hệ số trao đổi nhiệt: = 17,445 / . °
Nhiệt độ tự bắt cháy của gỗ: t ỗ = 270℃
Giải: a. Mật độ dòng nhiệt truyền qua trần tầng ngầm: = t -t + + + + 1 =
= 2440,77( / 2)
Tính Nhiệt độ mặt dưới lớp gỗ: = t -t + + ⇒ t = t . + + t = 1200-2440,77. (0,005 1,5 + 0,15 2,1 + 0,005 1,5 ) = 1009,39 (℃)
Ta thấy: t > t ỗ => Gỗ chắc chắn bị cháy.
b.Để gỗ không cháy t ≤ t ỗ ; chọn t = 270℃
Dòng nhiệt từ mặt dưới lớp gỗ lên không khí tầng trên: = t -t + 1 = 270-30 0,06 0,17445 + 1 17,445 = 598,11( / 2)
Nhiệt độ mặt dưới lớp gỗ: t = t . + + 270 = 1200 598,11. 0,005 1,5 + 0,15 + 0,005 1,5 => = 0,0969( / . ° )
Câu 16
Một ống thép dài 10m, đường kính ngoài 100 mm, độ đen của bề mặt ống là
0,7 đặt trong một kênh làm bằng gạch có kích thước 300 x 300 mm, độ đen của bề mặt gạch là 0,9. Nhiệt độ của ống thép và gạch lần lượt là 500°C và 27°C.
a) Tính nhiệt lượng trao đổi giữa ống thép và kênh gạch.
b) Nhiệt lượng này sẽ thay đổi như thế nào nếu giữa ống thép và kênh đặt một màn chắn bức xạ có đường kính 200 mm, độ đen 0,3?
Giống bài 7