Trở lực truyền nhiệt (1/k) trong truyền nhiệt qua tường phẳng nhiều lớp

Theo định luật Newton về làm nguội (hoặc định luật Fourier về truyền nhiệt đối lưu), lượng nhiệt dQ do một phân tố bề mặt dF của vật thể rắn cấp cho môi trường xung quanh trong một đơn vị thời gian dt tỷ lệ thuận với hiệu số giữa nhiệt độ bề mặt vật thể rắn tiếp xúc với môi trường (Ts) và nhiệt độ môi trường (T∞), tức là dQ ∝ (Ts - T∞). Hệ số tỉ lệ ở đây chính là hệ số cấp nhiệt đối lưu h và diện tích bề mặt dF.

Các phương án khác không chính xác vì:
- Hệ số dẫn nhiệt là đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của vật liệu, không trực tiếp quyết định lượng nhiệt trao đổi giữa bề mặt vật và môi trường.
- Hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể không rõ ràng (cần biết cụ thể hai lưu thể nào).
- Hệ số cấp nhiệt độ không phải là một khái niệm chính xác trong truyền nhiệt.

Thiết bị ngưng tụ baromet có đặc điểm là nước ngưng, nước làm nguội và khí không ngưng được dẫn ra chung một đường.

Các lựa chọn khác không đúng vì:
* A: Nước và hơi chuyển động ngược chiều trong thiết bị ngưng tụ baromet.
* B: Thiết bị ngưng tụ baromet trao đổi nhiệt trực tiếp.
* D: Ống baromet cao khoảng 10m là đặc điểm của cấu tạo để tạo áp suất chân không, không phải đặc điểm chính của thiết bị.
* E: Thiết bị ngưng tụ baromet làm việc ở áp suất thấp (áp suất chân không).

Để tăng lượng nhiệt truyền qua tường ống nhiều lớp, chúng ta cần tối ưu hóa các yếu tố sau:

1. Hệ số cấp nhiệt của hai lưu thể: Tăng hệ số cấp nhiệt (h) ở cả hai phía của tường ống (trong và ngoài) sẽ cải thiện khả năng truyền nhiệt từ lưu chất nóng sang tường và từ tường sang lưu chất lạnh. Điều này có nghĩa là nhiệt dễ dàng "gắn" vào bề mặt và "nhả" ra khỏi bề mặt hơn.

2. Trở nhiệt dẫn nhiệt của các lớp ống: Giảm trở nhiệt dẫn nhiệt (R) của các lớp vật liệu tạo nên tường ống. Trở nhiệt tỉ lệ nghịch với hệ số dẫn nhiệt (k). Do đó, giảm trở nhiệt tương đương với việc tăng hệ số dẫn nhiệt của vật liệu. Vật liệu có hệ số dẫn nhiệt cao sẽ cho phép nhiệt truyền qua dễ dàng hơn.

3. Hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể: Tăng hiệu số nhiệt độ (ΔT) giữa hai lưu thể (nóng và lạnh). Sự chênh lệch nhiệt độ lớn hơn tạo ra động lực mạnh hơn để nhiệt truyền từ nơi nóng sang nơi lạnh.

4. Diện tích bề mặt truyền nhiệt: Tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt (A). Diện tích lớn hơn cho phép nhiều nhiệt được truyền đi hơn.

Dựa vào phân tích trên, phương án A là phù hợp nhất vì nó bao gồm các yếu tố:

* Tăng hệ số cấp nhiệt của hai lưu thể.
* Tăng hệ số dẫn nhiệt của các lớp ống (tương đương với giảm trở lực dẫn nhiệt).
* Tăng hiệu số nhiệt độ của hai lưu thể.
* Tăng bề mặt truyền nhiệt (mặc dù không được nêu rõ, nhưng ngụ ý trong bài toán về tường ống).

Cốc tháo nước ngưng (steam trap) là một thiết bị được sử dụng trong các hệ thống hơi nước để tự động xả nước ngưng tụ (condensate), không khí và các khí không ngưng khác ra khỏi hệ thống, đồng thời ngăn chặn sự thất thoát hơi nước. Mục đích chính của nó là loại bỏ nước ngưng tụ, vốn làm giảm hiệu quả truyền nhiệt và có thể gây ra các vấn đề như ăn mòn và búa nước, mà không làm mất hơi nước, vì hơi nước vẫn cần thiết cho quá trình hoạt động. Do đó, đáp án chính xác nhất là 'A. Cho nước ngưng đi ra và không cho hơi đi ra'.

Bố trí hai lưu thể chuyển động ngược chiều trong trao đổi nhiệt có ưu điểm chính là cho phép nhiệt độ của lưu thể nguội ở đầu ra có thể cao hơn nhiệt độ của lưu thể nóng ở đầu ra. Điều này giúp tận dụng nhiệt hiệu quả hơn và tăng hiệu suất trao đổi nhiệt.

* Phương án A: Sai. Bố trí ngược chiều không trực tiếp giảm lượng lưu thể nguội hay làm cho việc bố trí lưu thể dễ dàng hơn.
* Phương án B: Đúng. Đây là ưu điểm quan trọng nhất của cách bố trí ngược chiều.
* Phương án C: Sai. Bố trí ngược chiều chủ yếu ảnh hưởng đến hiệu quả trao đổi nhiệt tổng thể, không trực tiếp tăng hệ số cấp nhiệt của từng lưu thể.
* Phương án D: Sai. Tương tự phương án C, không trực tiếp giảm lượng lưu thể nguội.
* Phương án E: Đúng. Phương án này kết hợp đúng ưu điểm của phương án B và nhấn mạnh kết quả là có thể giảm được lượng lưu thể nguội cần thiết để đạt được hiệu quả làm mát/nóng mong muốn. Tuy nhiên, phương án B đúng hơn vì nó nêu rõ bản chất của ưu điểm.

Vì vậy, đáp án chính xác nhất là B.