BÀI TẬP KỸ THUẬT NHIỆT
Bài 1
Một bình O2 có thể tích 5 lít, nhiệt độ 270C, áp suất dư 100 bar. Sau một thời gian sử dụng áp
suất dư còn lại là 50 bar, nhiệt độ vẫn bằng 270C. Biết áp suất khí quyển bằng 1at. Xác định
khối lượng khí O2 đã dùng.
Bài 2
Một bình có thể tích 600 lít chứa không khí ở áp suất dư 2 bar. Để trong bình có độ chân
không 400 mmHg thì cần hút lượng không khí ra khỏi bình là bao nhiêu kg? Biết nhiệt độ
không khí trước và sau khi hút ra khỏi bình có nhiệt độ không đổi và bằng 270C.
Bài 3
2 kg không khí chứa trong bình kín được đốt nóng từ 250C đến 750C. Xác định biến thiên
năng lượng toàn phần của hệ trước và sau khi đốt nóng và nhiệt lượng mà khối khí nhận được.
Bài 4
10 kg khí CO2 có nhiệt độ 1270C, áp suất 2 bar được làm lạnh đẳng áp đến nhiệt độ 270C. Xác
định thể tích khối khí trước và sau khi làm lạnh, công thay đổi thể tích, công kỹ thuật, biến
thiên nội năng, biến thiên entanpy, biến thiên entropy và nhiệt lượng tỏa ra.
Bài 5
Xilanh có đường kính 120mm, dài 250mm chứa không khí có nhiệt độ 270C và áp suất 3 at.
Nếu không khí nhận nhiệt lượng trong điều kiện pít tông chưa kịp dịch chuyển và nhiệt độ
tăng lên 3270C. Xác định lực khối khí tác dụng lên bề mặt pít tông sau khi đốt nóng, khối
lượng không khí, biến thiên nội năng, biến thiên entanpy, biến thiên entropy, công thay đổi
thể tích, công kỹ thuật và nhiệt lượng không khí đã nhận.
Bài 6
5 kg khí O2 được nén đẳng nhiệt từ trạng thái đầu có nhiệt độ 270C, áp suất 1 bar đến trạng
thái cuối có áp suất 10 bar. Xác định thể tích trước và sau khi nén, công thay đổi thể tích,
công kỹ thuật, biến thiên nội năng, biến thiên entanpy, biến thiên entropy và nhiệt lượng khí
O2 đã tỏa ra.
Bài 7
2 kg khí N2 từ trạng thái đầu có nhiệt độ 1270C, áp suất 10 bar giãn nở đoạn nhiệt đến áp suất
5 bar. Xác định thể tích trước và sau khi giãn nở, nhiệt độ sau quá trình giãn nở, công thay
đổi thể tích, công kỹ thuật, biến thiên nội năng, biến thiên entanpy.
Bài 8
4 kg khí H2 từ trạng thái đầu có nhiệt độ 1270C, áp suất 10 bar thực hiện quá trình đa biến với
số mũ đa biến bằng 1,2 đến áp suất 5 bar. Xác định thể tích trước và sau khi giãn nở, nhiệt độ
sau quá trình giãn nở, công thay đổi thể tích, công kỹ thuật, biến thiên nội năng, biến thiên
entanpy.
Bài 9
Khí O2 có nhiệt độ 270C, áp suất 1 bar được máy nén một cấp lý tưởng nén lên áp suất 10 bar
theo quá trình đa biến với số mũ đa biến bằng 1,2. Xác định công suất máy nén và nhiệt lượng
tỏa ra trong quá trình nén. Biết mỗi giờ máy nén nén được 36 m3 khí O2.
Bài 10
Khí O2 có nhiệt độ 270C, áp suất 1 bar được máy nén một cấp lý tưởng nén lên áp suất 10 bar
theo quá trình đẳng nhiệt. Xác định công suất máy nén và nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình
nén. Biết mỗi giờ máy nén nén được 36 m3 khí.
Bài 11
Khí O2 có nhiệt độ 270C, áp suất 1 bar được máy nén một cấp lý tưởng nén lên áp suất 10 bar
theo quá trình đoạn nhiệt. Xác định công suất máy nén và nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình
nén. Biết mỗi giờ máy nén nén được 36 m3 khí.
Bài 12
Một bình kín thể tích 0,12 m3 chứa khí O2 áp suất 10 bar, nhiệt độ 470C. Khối khí nhận được
một lượng nhiệt 100 kJ. Xác định các thông số trạng thái cơ bản ở cuối quá trình, biến thiên
nội năng, biến thiên entanpy, biến thiên entropy, công thay đổi thể tích, công kỹ thuật của quá
trình.
Bài 13
10 kg khí N2 nhiệt độ 270C, áp suất 5 at thực hiện quá trình đẳng nhiệt làm thể tích tăng 4 lần.
Xác định các thông số trạng thái cơ bản ở cuối quá trình, biến thiên nội năng, biến thiên
entanpy, biến thiên entropy, công thay đổi thể tích, công kỹ thuật của quá trình.
Bài 14
2 kg không khí thực hiện quá trình đa biến từ trạng thái đầu có nhiệt độ 270C, áp suất 1 at đến
trạng thái cuối có nhiệt độ 1270C, áp suất 9 at. Viết phương trình biểu diễn quá trình, biến
thiên nội năng, biến thiên entanpy, biến thiên entropy, công thay đổi thể tích, công kỹ thuật
và nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình.
Bài 15
Không khí có thể tích 2 m3, nhiệt độ 270C, áp suất 1 bar. Không khí nhận công thay đổi thể
tích 450 kJ để thực hiện quá trình nén đoạn nhiệt. Xác định biến thiên nội năng, biến thiên
entanpy, biến thiên entropy, công thay đổi thể tích, công kỹ thuật và nhiệt lượng tỏa ra trong
quá trình.
Bài 16
Không khí trong xi lanh giãn nở đẳng nhiệt ở nhiệt độ 270C, áp suất 4 bar, thể tích 1,2 m3 đến
thể tích 4,5 m3. Xác định lượng nhiệt cần cung cấp, công thay đổi thể tích, công kỹ thuật, biến
thiên entropy của không khí trong xi lanh.
Bài 17
Trong một quá trình đa biến, 2 kg không khí nhận lượng công thay đổi thể tích là 175 kJ và
thải một lượng nhiệt là 85 kJ. Biết nhiệt độ và áp suất của không khí ở trạng thái cuối của quá
trình là 1270C, áp suất 6 bar. Viết phương trình của quá trình, biến thiên entanpy, biến thiên
entropy của không khí trong quá trình.
Bài 18
Chu trình Carnot thuận chiều, môi chất là không khí. Nhiệt độ nguồn nóng 6270C, nhiệt độ
nguồn lạnh 270C, áp suất lớn nhất là 60 bar, áp suất nhỏ nhất là 1 bar. Xác định các thông số
trạng thái cơ bản tại các điểm đặc trưng của chu trình, nhiệt lượng cấp và thải, công và hiệu
suất nhiệt của chu trình.
Bài 19
Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng tích, có nhiệt độ và áp suất môi chất vào là 270C,
áp suất 1,2 bar. Áp suất sau khi nén là 10 bar, tỷ số tăng áp bằng 1,5. Xác định công và hiệu
suất nhiệt của chu trình. Biết môi chất là 1kg không khí.
Bài 20
Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng áp có nhiệt độ và áp suất môi chất vào là 270C, áp
suất 1,2 bar. Áp suất sau khi nén là 10 bar, tỷ số giãn nở sớm bằng 2. Xác định công và hiệu
suất nhiệt của chu trình với môi chất là 1 kg không khí
Bài 21
Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt hỗn hợp, môi chất là 1 kg không khí có nhiệt độ và áp
suất môi chất vào là 270C, áp suất 0,8 bar. Tỷ số nén bằng 7, tỷ số tăng áp bằng 2, tỷ số giãn
nở sớm bằng 1,5. Xác định nhiệt độ tại các điểm đặc trưng của chu trình, lượng nhiệt môi chất
nhận vào và nhả ra.
Bài 22
Máy lạnh dùng môi chất là không khí. Nhiệt độ và áp suất không khí vào máy nén là -200C,
1 bar. Áp suất không khí ra khỏi máy nén là 5 bar. Nhiệt độ không khí vào máy giãn nở là
150C. Xác định hệ số làm lạnh, hệ số bơm nhiệt của máy lạnh.
Bài 23
Tường lò gồm 3 lớp, lớp trong cùng là lớp gạch sa mốt dày 250 mm và hệ số dẫn nhiệt 1,2
W/mK; lớp tiếp theo là lớp cách nhiệt dày 120 mm và hệ số dẫn nhiệt 0,12 W/mK; lớp ngoài
cùng là là lớp gạch đỏ dày 250 mm và hệ số dẫn nhiệt 0,8 W/mK. Nhiệt độ bề mặt tường phía
trong cùng là 15270C và phía ngoài cùng là 570C. Xác định tổn thất nhiệt qua trường và nhiệt
độ tại chỗ tiếp xúc giữa các lớp.
Bài 24
Một ống dẫn hơi bằng thép dài 10 m, có đường kính trong d1 = 245 mm, dày 2,5 mm; hệ số
dẫn nhiệt 50 W/mK được bọc một lớp cách nhiệt có chiều dày 50 mm với hệ số dẫn nhiệt 0,05
W/mK. Nhiệt độ mặt trong của ống thép và mặt ngoài lớp cách nhiệt tương ứng bằng 1200C
và 500C. Xác định tổn thất nhiệt trong một ngày đêm.
Bài 25
Về mùa đông nhiệt độ ngoài trời là 150C, nhiệt độ trong phòng 250C. Tường nhà xây bằng
gạch đỏ có chiều dày 250 mm, hệ số dẫn nhiệt của gạch 0,7 W/mK. Hệ số trao đổi nhiệt đối
lưu giữa bề mặt tường phía trong phòng và phía ngoài phòng tương ứng bằng 13 W/m2K, 13
W/m2K. Xác định mật độ dòng nhiệt truyền qua tường và nhiệt độ tại bề mặt tường phía trong
phòng và phía ngoài phòng
Bài 26
Một ống dẫn hơi bằng thép dài 10 m, có đường kính trong bằng 245 mm, dày 2,5 mm; hệ số
dẫn nhiệt 50 W/mK được bọc một lớp cách nhiệt có chiều dày 50 mm với hệ số dẫn nhiệt 0,05
W/mK. Nhiệt độ của hơi đi trong ống bằng 1600C, hệ số tỏa nhiệt giữa mặt trong ống và hơi
bằng 12 W/m2K. Nhiệt độ không khí phía ngoài tiếp xúc với lớp cách nhiệt bằng 300C, hệ số
tỏa nhiệt giữa bề mặt lớp cách nhiệt với không khí bằng 20 W/m2K. Xác định tổn thất nhiệt
trong một ngày đêm, nhiệt độ tại bề mặt bên trong ống và bề mặt lớp cách nhiệt.
Bài 27
Không khí trong một thiết bị sấy có nhiệt độ trung bình 900C chuyển động với tốc độ 5 m/s
trong kênh dài 2,4 m với tiết diện 300 x200 mm. Mặt trong của kênh có nhiệt độ 500C. Xác
định đường kính tương đương, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu và nhiệt lượng tổn thất.
Bài 28
Một ống hình trụ có đường kính trong cùng 200mm, dày 10 mm, hệ số dẫn nhiệt 45 W/mK.
Nước chuyển động trong ống có tốc độ 3 m/s, độ nhớt động học 1,6.10-6 m2/s, nhiệt độ của
nước là 200C, hệ số dẫn nhiệt độ 0,4.10-7 m2/s, hệ số dẫn nhiệt của nước 1,2 W/mK. Nhiệt độ
tại bề mặt trong của ống là 150C. Xác định mật độ dòng nhiệt dài truyền qua ống và nhiệt độ
tại bề mặt ngoài cùng của ống trên cơ sở lựa chọn một trong các phương trình tiêu chuẩn sau:
a. Nu = 0,21Re0,8.Gr0,1.Pr0,43 b. Nu = 0,06Re0,8
c. Nu = 0,018Re0,8. Pr0,43 d. Nu = 0,021Re0,8.Gr0,1
Bài 29
Một tấm phẳng là vật xám có diện tích 3 m2, nhiệt độ 1270C, độ đen 0,7. Cứ mỗi phút nhận
một năng lượng bức xạ từ nơi khác chiếu tới là 72 kJ. Xác định năng suất bức xạ hiệu dụng
của tấm phẳng đó.
Bài 30
Một thanh thép có nhiệt độ 7270C, độ đen 0,7. Tính khả năng bức xạ của thanh thép. Nếu
nhiệt độ thanh thép giảm đi một nửa thì khả năng bức xạ giảm đi bao nhiêu lần?
Bài 31
Hai tấm thép đặt song song, tấm thứ nhất có nhiệt độ t1 = 5270C, tấm thứ hai có nhiệt độ
t2 = 270C. Độ đen của hai tấm lần lượt là 1 = 0,8; 2 = 0,6.
a) Tính khả năng bức xạ của mỗi tấm và mật độ dòng nhiệt trao đổi bức xạ giữa hai tấm
b) Mật độ dòng nhiệt bức xạ giữa hai tấm giảm đi bao nhiêu lần nếu giữa chúng đặt một
màn chắn có độ đen m = 0,1.
Bài 32
Trong một thiết bị trao đổi nhiệt cần làm nguội 200 kg/h chất lỏng nóng từ nhiệt độ 3000C
đến 1500C, chất lỏng nóng có nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp 3 kJ/kg.K. Chất lỏng lạnh
có lưu lượng 800 kg/h, nhiệt độ chất lỏng lạnh đi vào thiết bị là 150C, nhiệt dung riêng khối
lượng đẳng áp 4,18 kJ/kg.K. Biết hệ số truyền nhiệt của thiết bị là 1200 W/m2K. Tính diện
tích bề mặt truyền nhiệt của thiết bị trong hai trường hợp:
a. Hai chất tải nhiệt chuyển động song song cùng chiều
b. Hai chất tải nhiệt chuyển động song song ngược chiều.