›
›

Báo cáo thực hành các quá trình và thiết bị truyền nhiệt - Bài 1: Thực hành truyền nhiệt ống lồng ống đồng

pdf 55 trang vanle 8720
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo thực hành các quá trình và thiết bị truyền nhiệt - Bài 1: Thực hành truyền nhiệt ống lồng ống đồng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbao_cao_thuc_hanh_cac_qua_trinh_va_thiet_bi_truyen_nhiet_bai.pdf

Nội dung text: Báo cáo thực hành các quá trình và thiết bị truyền nhiệt - Bài 1: Thực hành truyền nhiệt ống lồng ống đồng

  1. BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ  BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT GVHD: Lê Nhất Thống SVTH: Ngô Mạnh Linh MSSV: 08097421 Tổ: 2 Lớp HP: Sáng chủ nhật Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010
  2. Bài 1: Thực hành truyền nhiệt ống lồng ống Đồng Ngày thực hành: 17-10-2010 Sinh Viên: Ngô Mạnh Linh Mã số: 08097421 Lớp thực hành: Sáng Chủ nhật Tổ thực hành: 2 Điểm: Lời phê của thầy: 1. Mục đích thí nghiệm: Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách (bài thực hành này chủ yếu khảo sát quá trình làm nguội). Tính toán hiệu suất toàn phần dựa trên cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng khác nhau. Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp: ngược chiều và xuôi chiều. Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị, từ đó so sánh với kết quả tính toán lý thuyết KLT. 2. Số liệu thực hành: 2.1. Trường hợp xuôi chiều: T (oC) T (oC) Thí V T (oC) T (oC) 3 T (oC) 5 N V (l/ph) 1 2 Nóng 4 Lạnh nghiệm (l/ph) L Nồi đun Nóng ra Lạnh ra vào vào 1 2 71 65 70 35 30 2 4 71 64 70 33 30 2 3 6 71 64 71 32 30 4 8 71 63 71 32 30
  3. 5 2 72 68 71 36 30 6 4 72 68 71 33 30 4 7 6 72 67 71 33 30 8 8 71 67 71 33 30 9 2 71 69 71 37 30 10 4 71 68 71 35 30 6 11 6 71 68 71 34 30 12 8 71 67 71 33 30 13 2 71 69 71 38 30 14 4 71 69 71 35 30 8 15 6 71 68 71 34 30 16 8 71 68 71 33 30 2.2. Trường hợp ngược chiều: T (oC) T (oC) Thí V T (oC) T (oC) 3 4 T (oC) N V (l/ph) 1 2 Nóng Lạnh 5 nghiệm (l/ph) L Nồi đun Nóng ra Lạnh ra vào vào 1 2 71 66 70 30 35 2 4 71 65 70 30 34 2 3 6 71 65 71 30 33 4 8 71 65 71 30 32 5 2 72 69 71 30 36 6 4 72 68 71 30 35 4 7 6 71 67 71 30 33 8 8 71 67 71 30 33 9 2 72 69 71 30 37 10 4 71 69 71 30 33 6 11 6 71 68 71 30 34 12 8 71 68 71 30 33 13 2 71 69 71 30 38 14 4 71 69 71 30 36 8 15 6 71 69 71 30 34 16 8 71 68 71 30 34 3. Xử lý số liệu: 3.1. Tính toán hiệu suất nhiệt độ: -Hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt: NN TTVR N NL .100% TTVV LL TTRV N NL .100% TTVV
  4.    NL hi 2 Ta có: TTTN nong__ vao nong ra TTTL lanh__ ra lanh vao 3.2. Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: -Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng: 10 3 GV N N60 nuoc 10 3 GV L L60 nuoc Với nuoc phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức thực nghiệm: 3 2 nuoc 0,000015324364.TTT 0,00584994855. 0,016286058705. 1000,04105055224 TT TT (Tính G thì T 2 3 ; tính G thì T 4 5 ) N 2 L 2 -Tính nhiệt lượng dòng nóng, dòng lạnh, nhiệt tổn thất: 3 3 0 QCGTGTNNNNNN . . 4,19.10. . (Cp= 4,19.10 J/kg ở 71 C) 3 3 0 QCGTGTLLLLLL . . 4,18.10. . (Cp= 4,18.10 J/kg ở 71 C) QQQf N L -Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: Q  L .100% QN 3.3. Tính toán hệ số truyền nhiệt: 3.3.1. Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: -Trường hợp xuôi chiều: tmax t nong _ vao t lanh _ vao tmin tnong _ ra t lanh _ ra -Trường hợp ngược chiều: Ta xét: t1 tnong _ vao t lanh _ ra
  5. t2 tnong _ ra t lanh _ vao Cái nào lớn hơn thì là tmax . Cái nào bé hơn thì là tmin . t t t max min -Tính log t ln(max ) tmin -Tính diện tích truyền nhiệt: F dtd L . d d Với d i o , L=0.5 (m) td 2 -Theo công thức: Q K F tlog QN KTN F. tlog 3.3.2. Hệ số truyền nhiệt lý thuyết: Được tính theo công thức: 1 r K (Chuyển tường ống qua tường phẳng do 2 2 ) LT 1 1 r 1 1  2 d d Có  0 i (m),  93 (W/m.K). Chỉ việc tính và . 2 dong_ thau 1 2 * Tính hệ số cấp nhiệt 1 (dòng nóng): w.d -Chuẩn số Reynolds: Re i  G Trong đó: w là vận tốc của dòng nóng: w N .d 2 4 i v là độ nhớt của dòng nóng, có thể tra bảng hoặc tính theo công thức thực nghiệm sau: v (10( 6) )*(( 0.00000000064*( T 5 )) (0.000000182875*( T 4 )) (0.000021590001*( T 3 )) (0.001417871822*(TT2 )) (0.060504453881*( )) 1.790265284068) (m2/s)
  6. CN  nuoc -Chuẩn số Prandtl: Pr dong_ nong dong_ nong có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo pp nội suy (trong chức năng thống kê của máy tính Casio) T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào. -Chuẩn số Grashoff (dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính): g. l 3 Gr  t v2 2 Với g=9.81 (m/s ), l là đường kính tương đương ở đây l=di ,  là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu, t là chênh lệch nhiệt độ t ttuong t nong_ vao . L -Hệ số hiệu chỉnh  k : phụ thuộc vào giá trị Reynolds và (tra trong bảng 1.1 di trang 33-sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009). -Tính chuẩn số Nusselt: 0,8 0,43 Nếu dòng nóng chảy xoáy: Nu 0,021. k .Re .Pr (để đơn giản ta cho Pr 1) PrT 0,8 0,43 Nếu dòng nóng chảy quá độ: Nu 0,008. k .Re .Pr 0,33 0,43 0,1 Nếu dòng nóng chảy dòng: Nu 0,158. k .Re .Pr . Gr * Tính hệ số cấp nhiệt 2 (dòng lạnh): như dòng nóng chỉ thay đổi các tham số đặc trưng của dòng lạnh. w.d L -Chuẩn số Reynolds: Re td 
  7. G w N Trong đó: w là vận tốc của dòng lạnh: .(d L )2 4 td 2 2 .(DD0 i ) L Fuot 4 Với dtd 4. 4. CDDuot .(0 i ) C  -Chuẩn số Prandtl: Pr L nuoc dong_ lanh dong_ lanh có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo pp nội suy (trong chức năng thống kê của máy tính Casio) T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào. -Chuẩn số Grashoff (dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính): g. l 3 Gr  t v2 2 L Với g=9.81 (m/s ), l là đường kính tương đương ở đây l dtd ,  là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu, t là chênh lệch nhiệt độ t ttuong t lanh_ vao . L -Hệ số hiệu chỉnh  k : phụ thuộc vào giá trị Reynolds và L (tra trong bảng 1.1 dtd trang 33-sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009). -Tính chuẩn số Nusselt: 0,8 0,43 Nếu dòng lạnh chảy xoáy: Nu 0,021. k .Re .Pr (để đơn giản ta cho Pr 1) PrT 0,8 0,43 Nếu dòng lạnh chảy quá độ: Nu 0,008. k .Re .Pr 0,33 0,43 0,1 Nếu dòng lạnh chảy dòng: Nu 0,158. k .Re .Pr . Gr
  8. 4. Kết quả tính toán: 4.1. Trường hợp xuôi chiều: Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí TN TN N L hi nghiệm (0C) (0C) (%) (%) (%) 1 5 5 12.5 12.5 12.5 2 6 3 15.0 7.5 11.3 3 7 2 17.1 4.9 11.0 4 8 2 19.5 4.9 12.2 5 3 6 7.3 14.6 11.0 6 3 3 7.3 7.3 7.3 7 4 3 9.8 7.3 8.5 8 4 3 9.8 7.3 8.5 9 2 7 4.9 17.1 11.0 10 3 5 7.3 12.2 9.8 11 3 4 7.3 9.8 8.5 12 4 3 9.8 7.3 8.5 13 2 8 4.9 19.5 12.2 14 2 5 4.9 12.2 8.5 15 3 4 7.3 9.8 8.5 16 3 3 7.3 7.3 7.3 Bảng kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt Thí GN GL QN QL Qf  nghiệm (kg/s) (kg/s) (W) (W) (W) (%) 1 0.03264 0.033164 683.8 693.1 -9.3 101.4 2 0.032649 0.066349 820.8 832.0 -11.2 101.4 3 0.03264 0.099538 957.3 832.1 125.2 86.9 4 0.032649 0.132717 1094.4 1109.5 -15.1 101.4 5 0.065204 0.033159 819.6 831.6 -12.0 101.5 6 0.065204 0.066349 819.6 832.0 -12.4 101.5 7 0.065223 0.099523 1093.1 1248.0 -154.9 114.2 8 0.065223 0.132697 1093.1 1664.0 -570.9 152.2 9 0.097777 0.033153 819.4 970.1 -150.7 118.4 10 0.097806 0.066328 1229.4 1386.3 -156.8 112.8 11 0.097806 0.099507 1229.4 1663.8 -434.3 135.3 12 0.097835 0.132697 1639.7 1664.0 -24.3 101.5 13 0.13037 0.033148 1092.5 1108.5 -16.0 101.5 14 0.13037 0.066328 1092.5 1386.3 -293.8 126.9 15 0.130408 0.099507 1639.2 1663.8 -24.5 101.5 16 0.130408 0.132697 1639.2 1664.0 -24.8 101.5 Bảng kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt: Thí QN tmax tmin tlog KLT KTN nghiệm (W) (0C) (oC) (oC) (W/m2.K) (W/m2.K) 1 683.8 40 30 34.8 359.7 659.1 2 820.8 40 31 35.3 469.1 778.9 3 957.3 41 32 36.3 481.4 883.3 4 1094.4 41 31 35.8 486.9 1025.2 5 819.6 41 32 36.3 770.8 756.2
  9. 6 819.6 41 35 37.9 1544.3 724.2 7 1093.1 41 34 37.4 1674.0 979.6 8 1093.1 41 34 37.4 1754.4 979.6 9 819.4 41 32 36.3 849.1 756.0 10 1229.4 41 33 36.9 1886.9 1117.7 11 1229.4 41 34 37.4 2084.8 1101.7 12 1639.7 41 34 37.4 2206.0 1469.4 13 1092.5 41 31 35.8 896.7 1023.4 14 1092.5 41 34 37.4 2130.8 979.0 15 1639.2 41 34 37.4 2383.8 1468.9 16 1639.2 41 35 37.9 2547.5 1448.4 4.2. Trường hợp ngược chiều: Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí TN TN N L hi nghiệm (0C) (0C) (%) (%) (%) 1 4 5 10.0 12.5 11.3 2 5 4 12.5 10.0 11.3 3 6 3 14.6 7.3 11.0 4 6 2 14.6 4.9 9.8 5 2 6 4.9 14.6 9.8 6 3 5 7.3 12.2 9.8 7 4 3 9.8 7.3 8.5 8 4 3 9.8 7.3 8.5 9 2 7 4.9 17.1 11.0 10 2 3 4.9 7.3 6.1 11 3 4 7.3 9.8 8.5 12 3 3 7.3 7.3 7.3 13 2 8 4.9 19.5 12.2 14 2 6 4.9 14.6 9.8 15 2 4 4.9 9.8 7.3 16 3 4 7.3 9.8 8.5 Bảng kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt Thí GN GL QN QL Qf  nghiệm (kg/s) (kg/s) (W) (W) (W) (%) 1 0.032631 0.033164 546.9 693.1 -146.2 126.7 2 0.032640 0.066338 683.8 1109.2 -425.4 162.2 3 0.032631 0.099523 820.3 1248.0 -427.7 152.1 4 0.032631 0.132717 820.3 1109.5 -289.2 135.3 5 0.065185 0.033159 546.2 831.6 -285.4 152.2 6 0.065204 0.066328 819.6 1386.3 -566.6 169.1 7 0.065223 0.099523 1093.1 1248.0 -154.9 114.2 8 0.065223 0.132697 1093.1 1664.0 -570.9 152.2 9 0.097777 0.033153 819.4 970.1 -150.7 118.4 10 0.097777 0.066349 819.4 832.0 -12.6 101.5 11 0.097806 0.099507 1229.4 1663.8 -434.3 135.3 12 0.097806 0.132697 1229.4 1664.0 -434.6 135.3 13 0.130370 0.033148 1092.5 1108.5 -16.0 101.5
  10. 14 0.130370 0.066317 1092.5 1663.2 -570.7 152.2 15 0.130370 0.099507 1092.5 1663.8 -571.3 152.3 16 0.130408 0.132677 1639.2 2218.4 -579.1 135.3 Bảng kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt: Thí QN tmax tmin tlog KLT KTN nghiệm (W) (0C) (oC) (oC) (W/m2.K) (W/m2.K) 1 546.9 36 35 35.5 363.0 516.2 2 683.8 35 36 35.5 474.9 645.4 3 820.3 35 38 36.5 487.4 753.5 4 820.3 35 39 37.0 494.0 743.6 5 546.2 39 35 37.0 784.3 495.2 6 819.6 38 36 37.0 1600.2 742.4 7 1093.1 37 38 37.5 1736.5 976.8 8 1093.1 37 38 37.5 1823.2 976.8 9 819.4 39 34 36.4 864.9 753.3 10 819.4 39 38 38.5 1964.8 713.1 11 1229.4 38 37 37.5 2182.7 1098.6 12 1229.4 38 38 38.0 2319.1 1084.0 13 1092.5 39 33 35.9 914.3 1019.2 14 1092.5 39 35 37.0 2235.9 990.3 15 1092.5 39 37 38.0 2515.7 963.5 16 1639.2 38 37 37.5 2697.5 1464.7 5. Đồ thị: 5.1. Trường hợp xuôi chiều: Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm
  11. Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt 1600.0 1400.0 1200.0 .K) VL=2 (l/ph) 2 1000.0 VL=4 (l/ph) 800.0 VL=6 (l/ph) (W/m 600.0 TN VL=8 (l/ph) K 400.0 200.0 0.0 VN=2 l/ph VN=4 l/ph VN=6 l/ph VN=8 l/ph Lưu lượng dòng nóng Hệ số truyền nhiệt lý thuyết Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt 3000.0 2500.0 VL=2 (l/ph) .K) 2000.0 2 VL=4 (l/ph) 1500.0 VL=6 (l/ph) (W/m LT 1000.0 VL=8 (l/ph) K 500.0 0.0 VN=2 l/ph VN=4 l/ph VN=6 l/ph VN=8 l/ph Lưu lượng dòng nóng Đồ thị biểu diễn KTN và KLT
  12. Trường hợp xuôi chiều 3000.0 2500.0 2000.0 .K) 2 KTN 1500.0 KLT K K (W/m 1000.0 500.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i 5.2. Trường hợp ngược chiều: Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt (ngược chiều) 1600.0 1400.0 1200.0 VL=2 (l/ph) 1000.0 VL=4 (l/ph) 800.0 VL=6 (l/ph) 600.0 VL=8 (l/ph) KTN KTN (W/m2.K) 400.0 200.0 0.0 VN=2 l/ph VN=4 l/ph VN=6 l/ph VN=8 l/ph Lưu lượng dòng nóng Hệ số truyền nhiệt lý thuyết
  13. Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt (ngược chiều) 3000.0 2500.0 2000.0 VL=2 (l/ph) VL=4 (l/ph) 1500.0 VL=6 (l/ph) 1000.0 VL=8 (l/ph) KLT KLT (W/m2.K) 500.0 0.0 VN=2 l/ph VN=4 l/ph VN=6 l/ph VN=8 l/ph Lưu lượng dòng nóng Đồ thị biểu diễn KTN và KLT Trường hợp ngược chiều 3000.0 2500.0 2000.0 KTN 1500.0 KLT K K (W/m2.K) 1000.0 500.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i 5.3. Quan hệ giữa chiều chuyển động và hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm
  14. Quan hệ chiều chuyển động-hệ số truyền nhiệt 1600.0 1400.0 1200.0 1000.0 Xuôi chiều 800.0 Ngược chiều (W/m2.K) TN K 600.0 400.0 200.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i Hệ số truyền nhiệt lý thuyết Quan hệ chiều chuyển động-hệ số truyền nhiệt 3000.0 2500.0 2000.0 Xuôi chiều 1500.0 Ngược chiều KLT (W/m2.K) 1000.0 500.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i 6. Bàn luận: Vì đầu dò báo sai nên ta sẽ không nói đến các yếu tố phụ thuộc nhiệt độ có độ sai số lớn như N , L và hi mà đi xét đến các yếu tố quan trọng, những tính toán cuối cùng trong bài này.
  15. Ta sẽ đi đánh giá sự ảnh hưởng các yếu tố qua hệ số truyền nhiệt. Hệ số truyền nhiệt đặc trưng cho lượng nhiệt truyền từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội qua 1m2 bề mặt tường phẳng trong một đơn vị thời gian khi hiệu số chênh lệch nhiệt độ giữa hai lưu thể là một độ. Hệ số truyền nhiệt càng lớn thì lượng nhiệt mà lưu thể lạnh nhận được từ lưu thể nóng càng tăng. Nghĩa là quá trình truyền nhiệt càng đạt hiệu quả  Q L (hiệu suất cao vì Q N ) 6.1. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến quá trình truyền nhiệt: -Trong cùng một lưu lượng nóng bằng nhau (VN=const), khi tăng lưu lượng dòng lạnh (VL=2, 4, 6, 8 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt sẽ tăng dần. -Nhận thấy nếu lưu lượng dòng lạnh bằng nhau (VL=const) và qua các mức tăng lưu lượng dòng nóng (VN=2, 4, 6, 8 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt cũng sẽ tăng lên. 6.2. Đánh giá sự ảnh hưởng của chiều chuyển động các dòng đến quá trình truyền nhiệt: -Đối với hệ số truyền nhiệt tính từ thực nghiệm ta nhận thấy KTN khi xuôi chiều thì lớn hơn chút xíu so với trường hợp ngược chiều. -Đối với hệ số truyền nhiệt tính theo lý thuyết thì ta thấy KLT khi ngược chiều nhỉnh hơn so với khi xuôi chiều nhưng không đáng để (hai đường trên đồ thị gần như trùng nhau) Qua đó ta có thể kết luận, trong trường hợp truyền nhiệt ống lồng ống Đồng loại thẳng thì chiều chuyển động không có liên quan nhiều đến hệ số truyền nhiệt (rút từ thực nghiệm). 6.3. So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm với hệ số truyền nhiệt lý thuyết: Trong cả hai trường hợp ngược chiều và xuôi chiều, ta đều thấy ở mức lưu lượng VN= 2 l/ph KTN lớn hơn KLT còn ở mức VN=4, 6, 8 l/ph trở đi thì KLT lớn hơn nhiều so với KTN. -Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là vì trong quá trình tính toán KTN chỉ có tính đến QN và tlog mà 2 yếu tố này lại phụ thuộc vào nhiệt độ do các đầu dò báo về.
  16. QN KTN F. tlog Việc đầu dò báo sai chúng ta có thể hiệu chỉnh được. Nhưng Qf mà âm thì theo em nghĩ là do quá trình truyền nhiệt từ dòng nóng sang dòng lạnh, nhiệt lượng đã bị mất mát hao tổn ra bên ngoài. Lượng nhiệt tổn thất này không thể đo chính xác. Chính nó đã làm cho việc tính toán không ổn định. Bởi vì khi tăng lưu lượng dòng lạnh hay lưu lượng dòng nóng càng lớn, nhiệt truyền từ dòng nóng sang dòng nguội càng cao, thì lượng nhiệt tổn thất này cũng tăng lên nhanh chóng. Có thể thấy rõ trên đồ thị tại các mức lưu lượng VL=4, 6, 8 l/ph hệ số truyền nhiệt không có chênh lệch nhiều so với VL=2 l/ph; trong khi đó đường hệ số truyền nhiệt lý thuyết có sự tăng vọt của VL=4, 6, 8 l/ph so với VL=2 l/ph. -Trong quá trình tính toán KLT thì ta sẽ đi tính các chuẩn số đồng dạng như Nusselt, Reynolds, Prandlt, Grashoff để tính hệ số cấp nhiệt của dòng nóng 1 và của dòng lạnh 2 . Ta nhận thấy 1 của dòng nóng có giá trị xấp xỉ bằng nhau ở cùng một mức lưu lượng VN và tăng lên khi VN tăng. Đối với 2 của dòng lạnh thì tăng dần khi VL tăng hoặc VN tăng, điều này được giải thích là do VL tăng dẫn đến vận tốc dòng lạnh tăng dẫn đến Re tăng dẫn đến Nusselt tăng tỷ lệ thuận với 2 . Hơn nữa ở mức VL= 2 l/ph, dòng lạnh chủ yếu là chảy quá độ Re 2300  10000 , nên có 2 thấp nhất khi áp dụng công tính chuẩn số Nusselt. Ta thấy rằng hệ số cấp nhiệt 2 của dòng lạnh lớn hơn hẳn 1 dòng nóng. Có nghĩa là dòng lạnh nhận được lượng nhiệt từ nguồn nóng trong một đơn vị thời gian là rất lớn và khả năng cấp nhiệt của dòng nóng là chưa tương xứng với dòng lạnh. Bảng kết quả tính hệ số cấp nhiệt 1 dòng nóng 2 dòng lạnh Thí nghiệm (W/m2.K) (W/m2.K) 1 525.7 1198.3 2 524.5 5436.6 3 525.7 7492.0 Trường hợp 4 524.5 9430.8 5 2379.6 1202.6 cùng chiều 6 2379.6 5436.6 7 2374.2 7519.8 8 2374.2 9465.8 9 3298.9 1206.9 10 3291.4 5476.5
  17. 11 3291.4 7547.4 12 3283.9 9465.8 13 4113.0 1211.3 14 4113.0 5476.5 15 4103.7 7547.4 16 4103.7 9465.8 1 526.9 1198.3 2 525.7 5456.6 3 526.9 7519.8 4 526.9 9430.8 5 2385.0 1202.6 6 2379.6 5476.5 Trường hợp 7 2374.2 7519.8 8 2374.2 9465.8 ngược chiều 9 3298.9 1206.9 10 3298.9 5436.6 11 3291.4 7547.4 12 3291.4 9465.8 13 4113.0 1211.3 14 4113.0 5496.4 15 4113.0 7547.4 16 4103.7 9500.5 6.4. Một vài nhận xét về thiết bị: -Thiết bị truyền nhiệt loại đường ống sử dụng trong bài thí nghiệm này có thể sử dụng được cho 4 bài: ống lồng ống Đồng, ống lồng ống Inox, ống xoắn, ống chùm. Khảo sát quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp chảy xuôi chiều và chảy ngược chiều. -Thiết bị dễ tháo lắp dễ dàng khi thay bộ phận, nhưng một vài chỗ còn khiếm khuyết như không có bộ phận cách nhiệt giữa nồi đun với môi trường bên ngoài, không có bộ phận cách nhiệt với giữa đường ống với môi trường bên ngoài để giảm tối thiểu nhiệt tổn thất , bộ điều khiển sử dụng là loại ON-OFF nên độ trễ thời gian lớn, đầu dò nhiệt độ hay đo sai, vị trí đặt đầu dò không chính xác (sử dụng đầu dò “xịn” chưa đủ mà cái chính là ta phải đặt đúng vị trí trong dòng chảy). Để cải thiện những điều này thì khó thực hiện, cần phải có thêm thời gian và công sức. Bài 2: Thực hành truyền nhiệt ống xoắn Ngày thực hành: 24-10-2010
  18. Sinh Viên: Ngô Mạnh Linh Mã số: 08097421 Lớp thực hành: Sáng Chủ nhật Tổ thực hành: 2 Điểm: Lời phê của thầy: 1. Mục đích thí nghiệm: Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách (bài thực hành này chủ yếu khảo sát quá trình làm nguội). Tính toán hiệu suất toàn phần dựa trên cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng khác nhau. Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp: ngược chiều và xuôi chiều. Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị, từ đó so sánh với kết quả tính toán lý thuyết KLT. 2. Số liệu thực hành: 2.1. Trường hợp xuôi chiều: T (oC) T (oC) Thí V T (oC) T (oC) 3 T (oC) 5 N V (l/ph) 1 2 Nóng 4 Lạnh nghiệm (l/ph) L Nồi đun Nóng ra Lạnh ra vào vào 1 2 70 55 70 48 31 2 3 69 54 69 47 31 2 3 4 69 51 69 41 31 4 5 69 50 68 39 31 5 2 68 57 68 47 30 6 3 67 55 67 42 30 3 7 4 66 55 66 42 29 8 5 66 53 66 40 29 9 2 66 57 65 47 29 4 10 3 65 56 65 46 29
  19. 11 4 65 54 65 42 29 12 5 65 53 65 39 29 13 2 64 57 64 46 29 14 3 64 56 64 46 29 5 15 4 64 55 64 42 29 16 5 63 54 63 40 29 2.2. Trường hợp ngược chiều: T (oC) T (oC) Thí V T (oC) T (oC) 3 4 T (oC) N V (l/ph) 1 2 Nóng Lạnh 5 nghiệm (l/ph) L Nồi đun Nóng ra Lạnh ra vào vào 1 2 64 50 63 28 41 2 3 64 49 64 28 41 2 3 4 64 48 64 28 40 4 5 64 47 64 28 38 5 2 64 54 64 28 42 6 3 65 54 64 28 43 3 7 4 64 53 64 28 42 8 5 64 51 64 28 41 9 2 64 56 64 28 44 10 3 64 55 64 28 44 4 11 4 64 54 64 28 43 12 5 63 53 64 28 42 13 2 63 57 63 28 44 14 3 63 56 63 28 44 5 15 4 63 55 63 28 43 16 5 62 53 63 28 42 3. Xử lý số liệu: 3.1. Tính toán hiệu suất nhiệt độ: -Hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt: NN TTVR N NL .100% TTVV LL TTRV N NL .100% TTVV    NL hi 2 Ta có: TTTN nong__ vao nong ra
  20. TTTL lanh__ ra lanh vao 3.2. Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: -Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng: 10 3 GV N N60 nuoc 10 3 GV L L60 nuoc Với nuoc phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức thực nghiệm: 3 2 nuoc 0,000015324364.TTT 0,00584994855. 0,016286058705. 1000,04105055224 TT TT (Tính G thì T 2 3 ); tính G thì T 4 5 ) N 2 L 2 -Tính nhiệt lượng dòng nóng, dòng lạnh, nhiệt tổn thất: 3 3 0 QCGTGTNNNNNN . . 4,19.10. . (Cp= 4,19.10 J/kg ở 71 C) 3 3 0 QCGTGTLLLLLL . . 4,18.10. . (Cp= 4,18.10 J/kg ở 71 C) QQQf N L -Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: Q  L .100% QN 3.3. Tính toán hệ số truyền nhiệt: 3.3.1. Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: -Trường hợp xuôi chiều: tmax t nong _ vao t lanh _ vao tmin tnong _ ra t lanh _ ra -Trường hợp ngược chiều: Ta xét: t1 tnong _ vao t lanh _ ra t2 tnong _ ra t lanh _ vao Cái nào lớn hơn thì là tmax . Cái nào bé hơn thì là tmin .
  21. t t t max min -Tính log t ln(max ) tmin -Tính diện tích truyền nhiệt: F dtd L . di d o Với d , L n Dvong_ xoan td 2 -Theo công thức: Q K F tlog QN KTN F. tlog 3.3.2. Hệ số truyền nhiệt lý thuyết: Được tính theo công thức: 1 r K (Chuyển tường ống qua tường phẳng do 2 2 ) LT 1 1 r 1 1  2 d d Có  0 i (m),  17,5 (W/m.K). Chỉ việc tính và . 2 thep__ khong ri 1 2 * Tính hệ số cấp nhiệt 1 (dòng nóng): w.d -Chuẩn số Reynolds: Re i  G Trong đó: w là vận tốc của dòng nóng: w N .d 2 4 i v là độ nhớt của dòng nóng, có thể tra bảng hoặc tính theo công thức thực nghiệm sau: v (10( 6) )*(( 0.00000000064*( T 5 )) (0.000000182875*( T 4 )) (0.000021590001*( T 3 )) (0.001417871822*(TT2 )) (0.060504453881*( )) 1.790265284068) (m2/s) CN  nuoc -Chuẩn số Prandtl: Pr dong_ nong
  22. dong_ nong có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo pp nội suy (trong chức năng thống kê của máy tính Casio) T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào. -Chuẩn số Grashoff (dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính): g. l 3 Gr  t v2 2 Với g=9.81 (m/s ), l là đường kính tương đương ở đây l=di ,  là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu, t là chênh lệch nhiệt độ t ttuong t nong_ vao . L -Hệ số hiệu chỉnh  k : phụ thuộc vào giá trị Reynolds và (tra trong bảng 1.1 di trang 33-sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009). -Tính chuẩn số Nusselt: 0,8 0,43 Nếu dòng nóng chảy xoáy: Nu 0,021. k .Re .Pr (để đơn giản ta Pr cho 1) PrT 0,8 0,43 Nếu dòng nóng chảy quá độ: Nu 0,008. k .Re .Pr 0,33 0,43 0,1 Nếu dòng nóng chảy dòng: Nu 0,158. k .Re .Pr . Gr * Tính hệ số cấp nhiệt 2 (dòng lạnh): như dòng nóng chỉ thay đổi các tham số đặc trưng của dòng lạnh. w.d L -Chuẩn số Reynolds: Re td  G w N Trong đó: w là vận tốc của dòng lạnh: .(d L )2 4 td
  23. 2 2 2 .(Dvobinh___ D vong xoan ( D vong xoan d o ) ) L Fuot 4 Với dtd 4. 4. Cuot .( D vobinh___ D vongxoan ( D vongxoan d o )) Với Dvo_ binh 150 mm, Dong_ xoan 100 mm, d 0= 13 mm C  -Chuẩn số Prandtl: Pr L nuoc dong_ lanh dong_ lanh có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo pp nội suy (trong chức năng thống kê của máy tính Casio) T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào. -Chuẩn số Grashoff (dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính): g. l 3 Gr  t v2 2 L Với g=9.81 (m/s ), l là đường kính tương đương ở đây l dtd ,  là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu, t là chênh lệch nhiệt độ t ttuong t lanh_ vao . L -Hệ số hiệu chỉnh  k : phụ thuộc vào giá trị Reynolds và L . Đối với ống xoắn dtd di được tính theo công thức:  k 1 3,54. Dvong_ xoan -Tính chuẩn số Nusselt: 0,8 0,43 Nếu dòng lạnh chảy xoáy: Nu 0,021. k .Re .Pr (để đơn giản ta Pr cho 1) PrT 0,8 0,43 Nếu dòng lạnh chảy quá độ: Nu 0,008. k .Re .Pr 0,33 0,43 0,1 Nếu dòng lạnh chảy dòng: Nu 0,158.k .Re .Pr . Gr
  24. 4. Kết quả tính toán: 4.1. Trường hợp xuôi chiều: Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí TN TN N L hi nghiệm (0C) (0C) (%) (%) (%) 1 15 17 38.5 43.6 41.0 2 15 16 39.5 42.1 40.8 3 18 10 47.4 26.3 36.8 4 18 8 48.6 21.6 35.1 5 11 17 28.9 44.7 36.8 6 12 12 32.4 32.4 32.4 7 11 13 29.7 35.1 32.4 8 13 11 35.1 29.7 32.4 9 8 18 22.2 50.0 36.1 10 9 17 25.0 47.2 36.1 11 11 13 30.6 36.1 33.3 12 12 10 33.3 27.8 30.6 13 7 17 20.0 48.6 34.3 14 8 17 22.9 48.6 35.7 15 9 13 25.7 37.1 31.4 16 9 11 26.5 32.4 29.4 Bảng kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt Thí GN GL QN QL Qf  nghiệm (kg/s) (kg/s) (W) (W) (W) (%) 1 0.032732 0.033083 2057.2 2350.9 -293.7 114.3 2 0.032749 0.049634 2058.3 3319.5 -1261.2 161.3 3 0.032776 0.066251 2471.9 2769.3 -297.3 112.0 4 0.032793 0.082842 2473.2 2770.2 -297.0 112.0 5 0.049097 0.033096 2262.9 2351.8 -88.9 103.9 6 0.049137 0.049688 2470.6 2492.4 -21.7 100.9 7 0.049150 0.066262 2265.3 3600.7 -1335.3 158.9 8 0.049176 0.082856 2678.6 3809.7 -1131.1 142.2 9 0.065516 0.033102 2196.1 2490.6 -294.5 113.4 10 0.065534 0.049662 2471.3 3529.0 -1057.7 142.8 11 0.065569 0.066262 3022.1 3600.7 -578.6 119.1 12 0.065586 0.082870 3297.6 3463.9 -166.3 105.0 13 0.081917 0.033108 2402.6 2352.6 50.0 97.9 14 0.081939 0.049662 2746.6 3529.0 -782.4 128.5 15 0.081961 0.066262 3090.7 3600.7 -509.9 116.5 16 0.082003 0.082856 3092.4 3809.7 -717.4 123.2 Bảng kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt: Thí QN tmax tmin tlog KLT KTN nghiệm (W) (0C) (oC) (oC) (W/m2.K) (W/m2.K) 1 2057.2 39 7 18.6 177.5 648.6 2 2058.3 38 7 18.3 200.1 659.7 3 2471.9 38 10 21.0 216.4 692.3 4 2473.2 37 11 21.4 230.0 677.8
  25. 5 2262.9 38 10 21.0 178.6 633.7 6 2470.6 37 13 22.9 200.4 632.4 7 2265.3 37 13 22.9 218.5 579.9 8 2678.6 37 13 22.9 233.1 685.7 9 2196.1 36 10 20.3 178.4 635.5 10 2471.3 36 10 20.3 202.1 715.1 11 3022.1 36 12 21.8 219.5 812.5 12 3297.6 36 14 23.3 234.0 831.5 13 2402.6 35 11 20.7 178.3 680.6 14 2746.6 35 10 20.0 202.4 808.4 15 3090.7 35 13 22.2 220.0 817.3 16 3092.4 34 14 22.5 234.3 805.8 4.2. Trường hợp ngược chiều: Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí TN TN N L hi nghiệm (0C) (0C) (%) (%) (%) 1 13 13 37.1 37.1 37.1 2 15 13 41.7 36.1 38.9 3 16 12 44.4 33.3 38.9 4 17 10 47.2 27.8 37.5 5 10 14 27.8 38.9 33.3 6 10 15 27.8 41.7 34.7 7 11 14 30.6 38.9 34.7 8 13 13 36.1 36.1 36.1 9 8 16 22.2 44.4 33.3 10 9 16 25.0 44.4 34.7 11 10 15 27.8 41.7 34.7 12 11 14 30.6 38.9 34.7 13 6 16 17.1 45.7 31.4 14 7 16 20.0 45.7 32.9 15 8 15 22.9 42.9 32.9 16 10 14 28.6 40.0 34.3 Bảng kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt Thí GN GL QN QL Qf  nghiệm (kg/s) (kg/s) (W) (W) (W) (%) 1 0.032835 0.033142 1788.5 1801.0 -12.4 100.7 2 0.032835 0.049713 2063.7 2701.4 -637.7 130.9 3 0.032843 0.066296 2201.8 3325.4 -1123.6 151.0 4 0.032852 0.082897 2340.0 3465.1 -1125.1 148.1 5 0.049189 0.033137 2061.0 1939.2 121.9 94.1 6 0.049189 0.049697 2061.0 3116.0 -1054.9 151.2 7 0.049202 0.066273 2267.7 3878.3 -1610.6 171.0 8 0.049227 0.082856 2681.4 4502.4 -1821.0 167.9 9 0.065551 0.033125 2197.3 2215.4 -18.1 100.8 10 0.065569 0.049688 2472.6 3323.1 -850.5 134.4 11 0.065586 0.066262 2748.0 4154.6 -1406.6 151.2 12 0.065603 0.082842 3023.6 4847.9 -1824.3 160.3 13 0.081939 0.033125 2059.9 2215.4 -155.5 107.5 14 0.081961 0.049688 2403.9 3323.1 -919.2 138.2 15 0.081982 0.066262 2748.0 4154.6 -1406.6 151.2 16 0.082025 0.082842 3436.8 4847.9 -1411.1 141.1 Bảng kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt:
  26. Thí QN tmax tmin tlog KLT KTN nghiệm (W) (0C) (oC) (oC) (W/m2.K) (W/m2.K) 1 1788.5 22 22 22.0 165.7 477.5 2 2063.7 21 23 22.0 188.4 551.4 3 2201.8 20 24 21.9 206.1 589.5 4 2340.0 19 26 22.3 221.3 615.9 5 2061.0 26 22 23.9 168.5 505.6 6 2061.0 26 21 23.4 190.7 517.1 7 2267.7 25 22 23.5 209.0 567.6 8 2681.4 23 23 23.0 224.3 684.8 9 2197.3 28 20 23.8 168.8 542.8 10 2472.6 27 20 23.3 191.8 622.6 11 2748.0 26 21 23.4 210.4 689.5 12 3023.6 25 22 23.5 226.2 756.8 13 2059.9 29 19 23.6 168.8 511.6 14 2403.9 28 19 23.2 191.9 608.4 15 2748.0 27 20 23.3 210.7 692.0 16 3436.8 25 21 22.9 226.6 879.9 5. Đồ thị: 5.1. Trường hợp xuôi chiều: Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Xuôi chiều) 900.0 800.0 700.0 .K) 600.0 VL=2 (l/ph) 2 500.0 VL=3 (l/ph) 400.0 VL=4 (l/ph) (W/m TN 300.0 VL=5 (l/ph) K 200.0 100.0 0.0 VN=2 l/ph VN=3 l/ph VN=4 l/ph VN=5 l/ph Lưu lượng dòng nóng Hệ số truyền nhiệt lý thuyết
  27. Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Xuôi chiều) 250.0 200.0 VL=2 (l/ph) .K) 2 150.0 VL=3 (l/ph) VL=4 (l/ph) (W/m 100.0 LT VL=5 (l/ph) K 50.0 0.0 VN=2 l/ph VN=3 l/ph VN=4 l/ph VN=5 l/ph Lưu lượng dòng nóng Đồ thị biểu diễn KTN và KLT Trường hợp xuôi chiều 900.0 800.0 700.0 600.0 .K) 2 500.0 KTN 400.0 KLT K K (W/m 300.0 200.0 100.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i 5.2. Trường hợp ngược chiều Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm
  28. Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Ngược chiều) 1000.0 900.0 800.0 700.0 .K) VL=2 (l/ph) 2 600.0 VL=3 (l/ph) 500.0 VL=4 (l/ph) (W/m 400.0 TN 300.0 VL=5 (l/ph) K 200.0 100.0 0.0 VN=2 l/ph VN=3 l/ph VN=4 l/ph VN=5 l/ph Lưu lượng dòng nóng Hệ số truyền nhiệt lý thuyết Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Ngược chiều) 250.0 200.0 VL=2 (l/ph) .K) 2 150.0 VL=3 (l/ph) VL=4 (l/ph) (W/m 100.0 LT VL=5 (l/ph) K 50.0 0.0 VN=2 l/ph VN=3 l/ph VN=4 l/ph VN=5 l/ph Lưu lượng dòng nóng Đồ thị biểu diễn KTN và KLT
  29. Trường hợp ngược chiều 1000.0 900.0 800.0 700.0 .K) 600.0 2 KTN 500.0 KLT 400.0 K (W/m K 300.0 200.0 100.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i 5.3. Quan hệ giữa chiều chuyển động và hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm Quan hệ chiều chuyển động-Hệ số truyền nhiệt 1000.0 900.0 800.0 700.0 .K) 600.0 2 Xuôi chiều 500.0 Ngược chiều (W/m TN 400.0 K 300.0 200.0 100.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i Hệ số truyền nhiệt lý thuyết
  30. Quan hệ chiều chuyển động-Hệ số truyền nhiệt 250.0 200.0 .K) 150.0 2 Xuôi chiều Ngược chiều (W/m LT 100.0 K 50.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i 6. Bàn luận: Vì đầu dò báo sai nên ta sẽ không nói đến các yếu tố phụ thuộc nhiệt độ có độ sai số lớn như N , L và hi mà đi xét đến các yếu tố quan trọng, những tính toán cuối cùng trong bài này. Ta sẽ đi đánh giá sự ảnh hưởng các yếu tố qua hệ số truyền nhiệt K. Hệ số truyền nhiệt K đặc trưng cho lượng nhiệt truyền từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội qua 1m2 bề mặt tường phẳng trong một đơn vị thời gian khi hiệu số chênh lệch nhiệt độ giữa hai lưu thể là một độ. Hệ số truyền nhiệt càng lớn thì lượng nhiệt mà lưu thể lạnh nhận được từ lưu thể nóng càng tăng. Nghĩa là quá trình truyền nhiệt càng đạt hiệu quả  Q L (hiệu suất cao vì Q N ) 6.1. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến quá trình truyền nhiệt: -Ở trường hợp xuôi chiều: Trong cùng một lưu lượng nóng bằng nhau (VN=const), khi tăng lưu lượng dòng lạnh (VL=2, 3, 4, 5 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt K sẽ tăng dần nhưng không đáng kể.-Nhận thấy nếu lưu lượng dòng lạnh bằng nhau (VL=const) và qua các mức tăng lưu lượng dòng nóng (VN=2, 3, 4, 5 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt K cũng sẽ tăng lên nhưng không đáng kể.
  31. Như vậy trong trường hợp xuôi chiều khi tăng lưu lượng dòng lạnh hoặc dòng nóng thì hệ số truyền nhiệt tăng chậm, nghĩa là hiệu suất của quá trình truyền nhiệt ít chịu ảnh hưởng của lưu lượng dòng. -Ở trường hợp ngược chiều: chỉ khác xuôi chiều là khi tăng lưu lượng dòng lạnh thì hệ số truyền nhiệt K tăng lên nhanh chóng. Như vậy trong trường hợp ngược chiều chịu ảnh hưởng của lưu lượng nhiều hơn trường hợp xuôi chiều. 6.2. Đánh giá sự ảnh hưởng của chiều chuyển động các dòng đến quá trình truyền nhiệt: -Đối với hệ số truyền nhiệt tính từ thực nghiệm ta nhận thấy KTN khi xuôi chiều thì lớn hơn so với trường hợp ngược chiều. -Đối với hệ số truyền nhiệt K tính theo lý thuyết thì ta thấy KLT khi xuôi chiều nhỉnh hơn so với khi ngược chiều nhưng không đáng để (hai đường trên đồ thị gần như trùng nhau) Qua đó ta có thể kết luận, trong trường hợp truyền nhiệt ống xoắn thì chiều chuyển động theo trường hợp xuôi chiều sẽ có lợi hơn về hệ số truyền nhiệt. 6.3. So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm với hệ số truyền nhiệt lý thuyết: Trong cả hai trường hợp ngược chiều và xuôi chiều, ta đều thấy KTN lớn hơn KLT rất nhiều. -Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là vì trong quá trình tính toán KTN chỉ có tính đến QN và tlog mà 2 yếu tố này lại phụ thuộc vào nhiệt độ do các đầu dò báo về. QN KTN F. tlog Việc đầu dò báo sai chúng ta có thể hiệu chỉnh được. Nhưng Qf mà âm thì theo em nghĩ là do quá trình truyền nhiệt từ dòng nóng sang dòng lạnh, nhiệt lượng đã bị mất mát hao tổn ra bên ngoài. Lượng nhiệt tổn thất này không thể đo chính xác. Chính nó đã làm cho việc tính toán không ổn định. Bởi vì khi tăng lưu lượng dòng lạnh hay lưu lượng dòng nóng càng lớn, nhiệt truyền từ dòng nóng sang dòng nguội càng cao, thì lượng nhiệt tổn thất này cũng tăng lên nhanh chóng. -Trong quá trình tính toán KLT thì ta sẽ đi tính các chuẩn số đồng dạng như Nusselt, Reynolds, Prandlt, Grashoff để tính hệ số cấp nhiệt của dòng nóng 1 và của dòng
  32. lạnh 2 . Ta nhận thấy 1 của dòng nóng có giá trị xấp xỉ bằng nhau ở cùng một mức lưu lượng VN và tăng lên khi VN tăng. Đối với 2 của dòng lạnh thì chỉ tăng khi VL tăng , điều này được giải thích là do VL tăng dẫn đến vận tốc dòng lạnh tăng dẫn đến Re tăng dẫn đến Nusselt tăng tỷ lệ thuận với 2 . -Ta thấy rằng hệ số cấp nhiệt 1 của dòng nóng lớn hơn rất nhiều 2 dòng lạnh. Có nghĩa là dòng lạnh nhận được lượng nhiệt từ nguồn nóng trong một đơn vị thời gian là rất lớn và khả năng nhận nhiệt của dòng lạnh là chưa tương xứng với dòng nóng. Điều này được giải thích là do dòng nóng chảy trong ống chùm có đường kính nhỏ, chế độ chảy xoáy (Re>10000) có sự đối lưu giữa các lớp nước làm cho quá trình cấp nhiệt nhanh hơn. Còn dòng lạnh chảy trong ống có đường kính lớn hơn rất nhiều, chế độ chảy quá độ (2300<Re<10000) sự nhận nhiệt sẽ kém hơn. Bảng kết quả tính hệ số cấp nhiệt 1 dòng nóng 2 dòng lạnh Thí nghiệm (W/m2.K) (W/m2.K) 1 4446.3 191.0 2 4426.7 217.4 3 4396.8 236.8 4 4376.7 253.4 5 6150.0 189.9 6 6109.1 214.8 Trường hợp 7 6095.3 235.8 8 6067.6 252.9 cùng chiều 9 7690.0 188.6 10 7672.7 215.2 11 7637.8 235.1 12 7620.2 251.8 13 9172.2 187.7 14 9151.4 214.6 15 9130.5 234.5 16 9088.5 250.8 1 3194.7 177.5 2 3194.7 203.8 3 3187.1 224.6 Trường hợp 4 3179.5 242.8 5 4470.9 177.8 ngược chiều 6 4470.9 202.6 7 4460.6 223.4 8 4439.8 241.2 9 5653.8 176.7
  33. 10 5640.9 202.0 11 5627.9 222.8 12 5614.9 240.5 13 6758.8 175.8 14 6743.4 200.9 15 6727.9 221.7 16 6696.7 239.4 Ta nhận thấy rằng truyền nhiệt trong ống chùm thì rất không ổn định so với truyền nhiệt ống lồng ống Đồng và ống xoắn (nhìn đồ thị). 6.4. Một vài nhận xét về thiết bị: -Thiết bị truyền nhiệt loại đường ống sử dụng trong bài thí nghiệm này có thể sử dụng được cho 4 bài: ống lồng ống Đồng, ống lồng ống Inox, ống xoắn, ống chùm. Khảo sát quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp chảy xuôi chiều và chảy ngược chiều. -Thiết bị dễ tháo lắp dễ dàng khi thay bộ phận, nhưng một vài chỗ còn khiếm khuyết như không có bộ phận cách nhiệt giữa nồi đun với môi trường bên ngoài, không có bộ phận cách nhiệt với giữa đường ống với môi trường bên ngoài để giảm tối thiểu nhiệt tổn thất , bộ điều khiển sử dụng là loại ON-OFF nên độ trễ thời gian lớn, đầu dò nhiệt độ hay đo sai, vị trí đặt đầu dò không chính xác (sử dụng đầu dò “xịn” chưa đủ mà cái chính là ta phải đặt đúng vị trí trong dòng chảy). Để cải thiện những điều này thì khó thực hiện, cần phải có thêm thời gian và công sức.
  34. Bài 3: Cô đặc gián đoạn dung dịch CuSO4 Ngày thực hành: 31-10-2010 Sinh Viên: Ngô Mạnh Linh Mã số: 08097421 Lớp thực hành: Sáng Chủ nhật Tổ thực hành: 2 Điểm: Lời phê của thầy: 1. Mục đích thí nghiệm: Quá trình cô đặc là một quá trình được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nó liên quan đến nhiều sản phẩm quan trọng: dược phẩm, thực phẩm, nông sản, hóa chất Quá trình này đòi hỏi khắt khe trong việc vận hành. Do đó, mục đích của bài thí nghiệm: -Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quá trình và thiết bị cô đặc.
  35. -Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng để xác định các thông số cần thiết. -Giúp sinh viên vận hành chính xác thiết bị, đo đạc các thông số của quá trình và thiết bị. -Xác định năng suất và hiệu suất của quá trình. -Đánh giá quá trình hoạt động gián đoạn và liên tục. 2. Số liệu thực hành: Nhập liệu: Vdd = 6 (lít)  W T T T V Đặc 1 1 2 5 dm Nồng độ (phút) (W) (oC) (oC) (oC) (lít) điểm 21.95 2000 100.1 28.5 35.8 0 0.0752 Gia nhiệt 31.95 1500 100.1 28.5 36.4 0 0.0752 Hoàn lưu 96.95 1600 100.1 28.5 38 2 0.1150 Kết thúc 3. Xử lý số liệu: 3.1. Cân bằng vật chất: m V. d -Khối lượng dung dịch CuSO4 7,52% là: dd_dau 30o C =6,480 (kg). mchat_ tan m dd _ dau. x dd _ dau 6,48.7,52% 0,487 (kg) -Khối lượng dung dịch CuSO4 11,50% tính theo cân bằng khối lượng chất tan: mchat_ tan_ dau m chat _ tan_ cuoi mdd_dau x dd_ dau m dd_ cuoi x dd_ cuoi xdd _ dau 7.52% mdd _cuoi m dd _ dau . 6,48. 4,237 (kg) xdd _ cuoi 11,50% -Khối lượng dung môi bốc hơi (hơi thứ): mdm mdd _ dau m dd _ cuoi 6,480 4,237 2,243 (kg) 3.2. Cân bằng năng lượng: -Nhiệt lượng mà nồi đun cung cấp trong suốt quá trình thí nghiệm:
  36. 1 1 1 1 Q1  Wi . t i W 1 . t 1 W 2 . t 2 W 3 . t 3 2000.(21,95.60) 1500.(10.60) 1600.(65.60) 9 774 000 (J) o -Nhiệt lượng để đun nóng dd CuSO4 lên 100,1 C (Quá trình gia nhiệt): Q C. m .(100,1 27,2) 4186.(1 0.0752).6,48.(100,1 27,2) 1 828 730.0 2 dd _CO uS4 dd_dau (J). Vì dd CuSO có nồng độ <20% nên có thể lấy C 4186.(1 %dd) (trang 152-tập 4 CuSO4 1-Sổ tay các quá trình và thiết bị). -Nhiệt lượng nước lạnh giải nhiệt nhận được (Quá trình hoàn lưu và Quá trình kết thúc) Q C. G .( t t ).(10.60) C . G .( t t ).(65.60) 4 828 021.9 3nuoc _1 nuoc lanhra __1lanh_ vao _1 nuoc _2 nuoc lanhra __2__2 lanhra (J) 10 3 Ta có GV . .995 (kg/s). Cho CC cho quá trình tính toán đơn giản nuoc 60 nuoc_1 nuoc _ 2 hơn. -Như vậy ta sẽ có biểu thức cân bằng năng lượng trong bài thí nghiệm: QQQQQ1 2 3 4 f (J) -Nếu bỏ qua năng lượng tổn thất Qf 0 , thì ta sẽ tính được phần nhiệt lượng còn lại Q 4 gia nhiệt cho dung dịch để dung môi bốc hơi trong hai quá trình hoàn lưu và quá trình kết thúc. QQQQ4 1 2 3 (J) -Tính năng lượng Qboc__ hoi rieng nồi đun cần cung cấp để bốc hơi 1 kg dung môi ' (hơi thứ): Trong bài thí nghiệm năng lượng Q1 cung cấp để thu được 2,243 kg dung môi bằng (bỏ qua giai đoạn hoàn lưu). ' 1 1 Q1 W 1 . t 1 W 2 . t 2 2000.(21,95.60) 1600.(65.60) 8 874 000,0 (J). Q' 8 874 000,0 Q 1 3 956 937,5 (J) boc__ hoi rieng 2, 243 2, 243 -Công suất gia nhiệt cần thiết để làm bay hơi 2,243 kg dung môi (hơi thứ). Q' 8 874 000,0 N 1 1 701,0 (W) 1 t (21,95 65).60
  37. 4. Kết quả tính toán: Cân bằng vật chất mdd _ dau mdd _ cuoi xdd _ dau xdd _ cuoi mchat _ tan mdm (kg) (kg) (%) (%) (kg) (kg) 6,480 4,237 7,52 11,50 0,487 2,243 Cân bằng năng lượng Q Q1 (J) Q2 (J) Q3 (J) Q4 (J) boc__ hoi rieng N1 Nồi đun Đun nóng lên 100,1 oC Giải nhiệt Gia nhiệt hoàn lưu-kết thúc (J) (W) 9 774 000,0 1 828 730,0 4 828 021,9 3 117 248,1 3 956 937.5 1701,0 5. Bàn luận: 5.1. Nhận xét về nồng độ đo được: -Ở đây thiết bị là một nồi cô đặc làm việc gián đoạn nhưng cũng thể chuyển sang làm việc liên tục. -Ở chế độ cô đặc gián đoạn dung dịch cho vào một lần rồi cho bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị sẽ giảm dần cho đến khi đạt đến nồng độ yêu cầu, lúc đó ta sẽ tháo dung dịch ra làm sản phẩm và thực hiện một mẻ mới. -Trong bài thí nghiệm vì dd CuSO4 ổn định nhiệt nên ta không cần dùng hơi thứ mà truyền nhiệt trực tiếp qua bộ phận điện trở. Đun nóng dd cho đến khi “hơi thứ” (hơi nước) bốc hơi thì ta cho hoàn lưu hoàn toàn để cho quá trình ngưng tụ hơi thứ diễn ra ổn định một thời gian. Trong thiết bị ngưng tụ, nước lạnh chảy trong ống xoắn tiếp xúc gián tiếp với “hơi thứ” và “hơi thứ” sẽ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua đường ống riêng để trở lại nồi đun. Ta cho hoàn lưu 10 phút, sau đó ta chuyển qua lấy hơi thứ cho đủ 2 lít. -Hơi thứ ở đây là nước, vì nước là lỏng dễ bay hơi, CuSO4 là rắn còn dd Đồng Sunfat nặng hơn rất nhiều không thể bay hơi. Tuy vậy trong hơi thứ lấy ra có thể lẫn lượng rất nhỏ CuSO4 do bị nước bay hơi lôi cuốn.
  38. -Nồng độ ban đầu là 7,5 %, nồng độ cuối là 11,5%. Mà theo tính toán lý thuyết thì lượng “hơi thứ” đi ra phải là 2,243 kg hay 2,258 lít mà trong khi đó lượng “hơi thứ” thu được chỉ là 2 lít thôi ! Điều này cũng dễ giải thích do cấu tạo của thiết bị cô đặc, “hơi thứ” ngưng tụ được cho bình đo theo ống từ dưới lên nên có khả năng lượng “còn sót lại” 0,258 lít đã còn đọng lại trong đường ống. -Khi tính toán nhiệt lượng trong cô đặc gián đoạn, ta nhận thấy quá trình làm lạnh thu nhiều nhiệt nhất Q3 = 4 828 021,9 (J) vì nhiệt lượng do hơi nước tỏa ra là rất lớn, tiếp o đến là quá trình đun nóng dd lên 100,1 C cũng thu nhiều năng lượng Q2 = 1 828 730,0 (J). Cuối cùng là là hai quá trình gia nhiệt để hoàn lưu-kết thúc thu một lượng nhiệt Q4 = 3 117 248,1 (J). Tổng cộng lại (đã bỏ qua tổn thất nhiệt) thì bằng 9 774 000,0 (J) là lượng nhiệt mà nồi đun tỏa ra cung cấp cho toàn bộ thí nghiệm. Nếu bỏ qua giai đoạn hoàn lưu thì tổng năng lượng mà nồi đun cung cấp chỉ bằng 8 874 000.0 (J). Qua đó ta tính được nhiệt lượng bốc hơi riêng cho kg dung môi bay hơi bằng 3 956 937.5 (J). Và công suất gia nhiệt trung bình của nồi đun để làm bốc hơi 2.243 kg dung môi bằng 1 701,0 (J). 5.2. Các nguyên nhân gây sai số và cách khắc phục: Có nhiều cách để nhập liệu nhưng chính xác nhất là ta đong vào ống đong cho đủ 6 lít rồi đổ vào nồi đun. Thiết bị làm chủ yếu để quan sát, không có bộ phận cách nhiệt nên lượng nhiệt thất thoát ra ngoài là rất lớn và rất khó tính toán chính xác cân bằng năng lượng. Ngoài ra việc sử dụng đầu dò đo nồng độ gây sai số rất lớn, vì vậy để chắc ăn là ta lấy một lượng dd đi sấy khô hoặc tốt hết là nung ở 300 oC trong 30 phút để chuyển về dạng tinh thể CuSO4 trắng và đem cân, bấm máy tính là ra nồng độ. Trong thí nghiệm của bọn em sử dụng pp sấy thì vẫn còn tinh thể CuSO4 và phải chờ trong thời gian lâu. Đo nồng độ một lần chưa đủ, ta có thể đo tổng cộng 3 lần để chính xác hơn.
  39. Bài 4: Thực hành truyền nhiệt ống chùm Ngày thực hành: 7-11-2010 Sinh Viên: Ngô Mạnh Linh Mã số: 08097421 Lớp thực hành: Sáng Chủ nhật Tổ thực hành: 2 Điểm: Lời phê của thầy: 1. Mục đích thí nghiệm: Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách (bài thực hành này chủ yếu khảo sát quá trình làm nguội). Tính toán hiệu suất toàn phần dựa trên cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng khác nhau. Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp: ngược chiều và xuôi chiều.
  40. Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị, từ đó so sánh với kết quả tính toán lý thuyết KLT. 2. Số liệu thực hành: 2.1. Trường hợp xuôi chiều: T (oC) T (oC) Thí V T (oC) T (oC) 3 T (oC) 5 N V (l/ph) 1 2 Nóng 4 Lạnh nghiệm (l/ph) L Nồi đun Nóng ra Lạnh ra vào vào 1 4 72 60 73 43 31 2 6 71 57 72 41 31 2 3 8 71 56 72 38 31 4 10 70 54 71 36 31 5 4 69 59 71 41 31 6 6 68 59 70 39 31 3 7 8 67 58 68 36 30 8 10 67 57 68 35 30 9 4 66 57 67 40 29 10 6 66 56 67 37 29 4 11 8 65 55 66 34 29 12 10 65 54 66 33 29 13 4 64 56 65 39 29 14 6 64 56 65 37 29 5 15 8 64 55 64 35 29 16 10 63 55 64 33 29 2.2. Trường hợp ngược chiều: T (oC) T (oC) Thí V T (oC) T (oC) 3 4 T (oC) N V (l/ph) 1 2 Nóng Lạnh 5 nghiệm (l/ph) L Nồi đun Nóng ra Lạnh ra vào vào 1 4 69 50 67 28 33 2 6 69 52 68 28 33 2 3 8 69 52 68 28 33 4 10 69 52 68 28 33 5 4 68 55 68 28 33 6 6 68 55 68 28 36 3 7 8 68 56 68 28 35 8 10 68 55 68 28 34 9 4 68 57 67 28 38 10 6 68 56 68 28 36 4 11 8 68 55 68 28 35 12 10 68 55 68 28 34 13 4 67 58 67 28 38 5 14 6 67 58 67 28 38
  41. 15 8 67 57 67 29 36 16 10 66 57 66 29 35 3. Xử lý số liệu: 3.1. Tính toán hiệu suất nhiệt độ: -Hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt: NN TTVR N NL .100% TTVV LL TTRV N NL .100% TTVV    NL hi 2 Ta có: TTTN nong__ vao nong ra TTTL lanh__ ra lanh vao 3.2. Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: -Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng: 10 3 GV N N60 nuoc 10 3 GV L L60 nuoc Với nuoc phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức thực nghiệm: 3 2 nuoc 0,000015324364.TTT 0,00584994855. 0,016286058705. 1000,04105055224 TT TT (Tính G thì T 2 3 ; tính G thì T 4 5 ) N 2 L 2 -Tính nhiệt lượng dòng nóng, dòng lạnh, nhiệt tổn thất: 3 3 0 QCGTGTNNNNNN . . 4,19.10. . (Cp= 4,19.10 J/kg ở 71 C) 3 3 0 QCGTGTLLLLLL . . 4,18.10. . (Cp= 4,18.10 J/kg ở 71 C) QQQf N L -Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:
  42. Q  L .100% QN 3.3. Tính toán hệ số truyền nhiệt: 3.3.1. Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: -Trường hợp xuôi chiều: tmax t nong _ vao t lanh _ vao tmin tnong _ ra t lanh _ ra -Trường hợp ngược chiều: Ta xét: t1 tnong _ vao t lanh _ ra t2 tnong _ ra t lanh _ vao Cái nào lớn hơn thì là tmax . Cái nào bé hơn thì là tmin . t t t max min -Tính log t ln(max ) tmin -Tính diện tích truyền nhiệt: F 19. . dtd . L . d d Với d i o , L=0.5 (m) td 2 -Theo công thức: Q K F tlog QN KTN F. tlog 3.3.2. Hệ số truyền nhiệt lý thuyết: Được tính theo công thức: 1 r K (Chuyển tường ống qua tường phẳng do 2 2 ) LT 1 1 r 1 1  2 d d Có  0 i (m),  17,5 (W/m.K). Chỉ việc tính và . 2 thep__ khong ri 1 2 * Tính hệ số cấp nhiệt 1 (dòng nóng):
  43. w.d -Chuẩn số Reynolds: Re i  G Trong đó: w là vận tốc của dòng nóng: w N .d 2 4 i v là độ nhớt của dòng nóng, có thể tra bảng hoặc tính theo công thức thực nghiệm sau: v (10( 6) )*(( 0.00000000064*( T 5 )) (0.000000182875*( T 4 )) (0.000021590001*( T 3 )) (0.001417871822*(TT2 )) (0.060504453881*( )) 1.790265284068) (m2/s) CN  nuoc -Chuẩn số Prandtl: Pr dong_ nong dong_ nong có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo pp nội suy (trong chức năng thống kê của máy tính Casio) T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào. -Chuẩn số Grashoff (dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính): g. l 3 Gr  t v2 2 Với g=9.81 (m/s ), l là đường kính tương đương ở đây l=di ,  là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu, t là chênh lệch nhiệt độ t ttuong t nong_ vao . L -Hệ số hiệu chỉnh  k : phụ thuộc vào giá trị Reynolds và (tra trong bảng 1.1 di trang 33-sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009). -Tính chuẩn số Nusselt: 0,8 0,43 Nếu dòng nóng chảy xoáy: Nu 0,021. k .Re .Pr (để đơn giản ta Pr cho 1) PrT 0,8 0,43 Nếu dòng nóng chảy quá độ: Nu 0,008. k .Re .Pr 0,33 0,43 0,1 Nếu dòng nóng chảy dòng: Nu 0,158.k .Re .Pr . Gr * Tính hệ số cấp nhiệt 2 (dòng lạnh): như dòng nóng chỉ thay đổi các tham số đặc trưng của dòng lạnh.
  44. w.d L -Chuẩn số Reynolds: Re td  G w N Trong đó: w là vận tốc của dòng lạnh: .(d L )2 4 td 2 2 .(Di 19. d0 ) L Fuot 4 Với dtd 4. 4. Cuot .( D0 19. d i ) CL  nuoc -Chuẩn số Prandtl: Pr dong_ lanh dong_ lanh có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo pp nội suy (trong chức năng thống kê của máy tính Casio) T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào. -Chuẩn số Grashoff (dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính): g. l 3 Gr  t v2 2 L Với g=9.81 (m/s ), l là đường kính tương đương ở đây l dtd ,  là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu, t là chênh lệch nhiệt độ t ttuong t lanh_ vao . L -Hệ số hiệu chỉnh  k : phụ thuộc vào giá trị Reynolds và L (tra trong bảng 1.1 dtd trang 33-sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009). -Tính chuẩn số Nusselt: 0,8 0,43 Nếu dòng lạnh chảy xoáy: Nu 0,021. k .Re .Pr (để đơn giản ta Pr cho 1) PrT 0,8 0,43 Nếu dòng lạnh chảy quá độ: Nu 0,008. k .Re .Pr 0,33 0,43 0,1 Nếu dòng lạnh chảy dòng: Nu 0,158. k .Re .Pr . Gr
  45. 4. Kết quả tính toán: 4.1. Trường hợp xuôi chiều: Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí TN TN N L hi nghiệm (0C) (0C) (%) (%) (%) 1 13 12 31.0 28.6 29.8 2 15 10 36.6 24.4 30.5 3 16 7 39.0 17.1 28.0 4 17 5 42.5 12.5 27.5 5 12 10 30.0 25.0 27.5 6 11 8 28.2 20.5 24.4 7 10 6 26.3 15.8 21.1 8 11 5 28.9 13.2 21.1 9 10 11 26.3 28.9 27.6 10 11 8 28.9 21.1 25.0 11 11 5 29.7 13.5 21.6 12 12 4 32.4 10.8 21.6 13 9 10 25.0 27.8 26.4 14 9 8 25.0 22.2 23.6 15 9 6 25.7 17.1 21.4 16 9 4 25.7 11.4 18.6 Bảng kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt Thí GN GL QN QL Qf  nghiệm (kg/s) (kg/s) (W) (W) (W) (%) 1 0.032659 0.066227 1778.9 3322.0 -1543.0 186.7 2 0.032696 0.099376 2054.9 4153.9 -2099.0 202.1 3 0.032705 0.132569 2192.5 3879.0 -1686.5 176.9 4 0.032732 0.165766 2331.5 3464.5 -1133.0 148.6 5 0.049030 0.066251 2465.2 2769.3 -304.1 112.3 6 0.049043 0.099410 2260.4 3324.3 -1063.9 147.1 7 0.049084 0.132634 2056.6 3326.5 -1269.9 161.7 8 0.049097 0.165820 2262.9 3465.6 -1202.7 153.1 9 0.065481 0.066285 2743.7 3047.8 -304.1 111.1 10 0.065499 0.099476 3018.8 3326.5 -307.6 110.2 11 0.065534 0.132697 3020.5 2773.4 247.1 91.8 12 0.065551 0.165897 3295.9 2773.8 522.1 84.2 13 0.081917 0.066296 3089.1 2771.2 317.9 89.7 14 0.081917 0.099476 3089.1 3326.5 -237.4 107.7 15 0.081961 0.132677 3090.7 3327.5 -236.8 107.7 16 0.081961 0.165897 3090.7 2773.8 316.9 89.7
  46. Bảng kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt: Thí QN tmax tmin tlog KLT KTN nghiệm (W) (0C) (oC) (oC) (W/m2.K) (W/m2.K) 1 1778.9 42 17 27.6 120.1 179.7 2 2054.9 41 16 26.6 158.1 216.0 3 2192.5 41 18 27.9 189.9 219.1 4 2331.5 40 18 27.6 217.8 236.3 5 2465.2 40 18 27.6 129.5 249.8 6 2260.4 39 20 28.5 175.5 221.8 7 2056.6 38 22 29.3 215.3 196.2 8 2262.9 38 22 29.3 253.3 215.8 9 2743.7 38 17 26.1 129.3 293.4 10 3018.8 38 19 27.4 175.0 307.5 11 3020.5 37 21 28.2 215.8 298.6 12 3295.9 37 21 28.2 254.4 325.8 13 3089.1 36 17 25.3 129.4 340.6 14 3089.1 36 19 26.6 176.0 324.3 15 3090.7 35 20 26.8 218.0 322.0 16 3090.7 35 22 28.0 256.6 308.2 4.2. Trường hợp ngược chiều: Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí TN TN N L hi nghiệm (0C) (0C) (%) (%) (%) 1 17 5 43.6 12.8 28.2 2 16 5 40.0 12.5 26.3 3 16 5 40.0 12.5 26.3 4 16 5 40.0 12.5 26.3 5 13 5 32.5 12.5 22.5 6 13 8 32.5 20.0 26.3 7 12 7 30.0 17.5 23.8 8 13 6 32.5 15.0 23.8 9 10 10 25.6 25.6 25.6 10 12 8 30.0 20.0 25.0 11 13 7 32.5 17.5 25.0 12 13 6 32.5 15.0 23.8 13 9 10 23.1 25.6 24.4 14 9 10 23.1 25.6 24.4 15 10 7 26.3 18.4 22.4 16 9 6 24.3 16.2 20.3 Bảng kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt Thí GN GL QN QL Qf  nghiệm (kg/s) (kg/s) (W) (W) (W) (%)
  47. 1 0.032801 0.066369 2336.4 1387.1 949.3 59.4 2 0.032776 0.099553 2197.3 2080.7 116.6 94.7 3 0.032776 0.132737 2197.3 2774.2 -576.9 126.3 4 0.032776 0.165922 2197.3 3467.8 -1270.5 157.8 5 0.049124 0.066369 2675.8 1387.1 1288.7 51.8 6 0.049124 0.099507 2675.8 3327.5 -651.7 124.4 7 0.049111 0.132697 2469.3 3882.7 -1413.4 157.2 8 0.049124 0.165897 2675.8 4160.7 -1484.9 155.5 9 0.065481 0.066317 2743.7 2772.1 -28.4 101.0 10 0.065481 0.099507 3292.4 3327.5 -35.1 101.1 11 0.065499 0.132697 3567.7 3882.7 -315.0 108.8 12 0.065499 0.165897 3567.7 4160.7 -593.0 116.6 13 0.081829 0.066317 3085.8 2772.1 313.7 89.8 14 0.081829 0.099476 3085.8 4158.1 -1072.3 134.8 15 0.081851 0.132656 3429.6 3881.5 -451.9 113.2 16 0.081873 0.165846 3087.4 4159.4 -1072.0 134.7 Bảng kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt: Thí QN tmax tmin tlog KLT KTN nghiệm (W) (0C) (oC) (oC) (W/m2.K) (W/m2.K) 1 2336.4 22 34 27.6 115.6 236.7 2 2197.3 24 35 29.2 153.3 210.4 3 2197.3 24 35 29.2 185.6 210.4 4 2197.3 24 35 29.2 214.2 210.4 5 2675.8 27 35 30.8 125.4 242.4 6 2675.8 27 32 29.4 172.4 253.9 7 2469.3 28 33 30.4 213.4 226.6 8 2675.8 27 34 30.4 251.1 246.0 9 2743.7 29 29 29.0 128.2 264.2 10 3292.4 28 32 30.0 174.0 306.9 11 3567.7 27 33 29.9 215.9 333.2 12 3567.7 27 34 30.4 254.5 328.1 13 3085.8 30 29 29.5 128.7 292.1 14 3085.8 30 29 29.5 176.1 292.1 15 3429.6 28 31 29.5 218.7 324.9 16 3087.4 28 31 29.5 258.2 292.5 5. Đồ thị: 5.1. Trường hợp xuôi chiều: Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm
  48. Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Xuôi chiều) 400.0 350.0 300.0 .K) VL=4 (l/ph) 2 250.0 VL=6 (l/ph) 200.0 VL=8 (l/ph) (W/m 150.0 TN VL=10 (l/ph) K 100.0 50.0 0.0 VN= 2 (l/ph) VN= 3 (l/ph) VN= 4 (l/ph) VN= 5 (l/ph) Lưu lượng dòng nóng Hệ số truyền nhiệt lý thuyết Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Xuôi chiều) 300.0 250.0 VL=4 (l/ph) .K) 200.0 2 VL=6 (l/ph) 150.0 VL=8 (l/ph) (W/m LT 100.0 VL=10 (l/ph) K 50.0 0.0 VN= 2 (l/ph) VN= 3 (l/ph) VN= 4 (l/ph) VN= 5 (l/ph) Lưu lượng dòng nóng Đồ thị biểu diễn KTN và KLT
  49. Trường hợp xuôi chiều 400.0 350.0 300.0 250.0 .K) 2 KTN 200.0 KLT K K (W/m 150.0 100.0 50.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i 5.2. Trường hợp ngược chiều: Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Ngược chiều) 350.0 300.0 250.0 .K) VL=4 (l/ph) 2 200.0 VL=6 (l/ph) 150.0 VL=8 (l/ph) (W/m TN 100.0 VL=10 (l/ph) K 50.0 0.0 VN= 2 (l/ph) VN= 3 (l/ph) VN= 4 (l/ph) VN= 5 (l/ph) Lưu lượng dòng nóng Hệ số truyền nhiệt lý thuyết
  50. Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Ngược chiều) 300.0 250.0 VL=4 (l/ph) .K) 200.0 2 VL=6 (l/ph) 150.0 VL=8 (l/ph) (W/m LT 100.0 VL=10 (l/ph) K 50.0 0.0 VN= 2 (l/ph) VN= 3 (l/ph) VN= 4 (l/ph) VN= 5 (l/ph) Lưu lượng dòng nóng Đồ thị biểu diễn KTN và KLT Trường hợp xuôi chiều 350.0 300.0 250.0 .K) 2 200.0 KTN 150.0 KLT K (W/mK 100.0 50.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i 5.3. Quan hệ giữa chiều chuyển động và hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm
  51. Quan hệ giữa chiều chuyển động-Hệ số truyền nhiệt 400.0 350.0 300.0 250.0 .K) 2 Xuôi chiều 200.0 Ngược chiều (W/m TN K 150.0 100.0 50.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i Hệ số truyền nhiệt lý thuyết Quan hệ giữa chiều chuyển động-Hệ số truyền nhiệt 300.0 250.0 200.0 .K) 2 Xuôi chiều 150.0 Ngược chiều (W/m LT K 100.0 50.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm thứ i 6. Bàn luận: Vì đầu dò báo sai nên ta sẽ không nói đến các yếu tố phụ thuộc nhiệt độ có độ sai số lớn như N , L và hi mà đi xét đến các yếu tố quan trọng, những tính toán cuối cùng trong bài này.
  52. Ta sẽ đi đánh giá sự ảnh hưởng các yếu tố qua hệ số truyền nhiệt K. Hệ số truyền nhiệt K đặc trưng cho lượng nhiệt truyền từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội qua 1m2 bề mặt tường phẳng trong một đơn vị thời gian khi hiệu số chênh lệch nhiệt độ giữa hai lưu thể là một độ. Hệ số truyền nhiệt càng lớn thì lượng nhiệt mà lưu thể lạnh nhận được từ lưu thể nóng càng tăng. Nghĩa là quá trình truyền nhiệt càng đạt hiệu quả  Q L (hiệu suất cao vì Q N ) 6.1. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến quá trình truyền nhiệt: Ta thấy hệ số truyền nhiệt K rất không ổn định theo lưu lượng dòng, hiệu suất của quá trình truyền nhiệt đạt cao nhất ở mức VN=5 l/ph và VL=2 l/ph ở trường hợp cùng chiều; VN=4 l/ph và VL=8 l/ph ở trường hợp ngược chiều (đánh giá theo hệ số truyền nhiệt K). 6.2. Đánh giá sự ảnh hưởng của chiều chuyển động các dòng đến quá trình truyền nhiệt: -Đối với hệ số truyền nhiệt tính từ thực nghiệm ta nhận thấy KTN khi xuôi chiều thì gần như tương đương so với trường hợp ngược chiều (nhìn trên đồ thị thấy hai đường này xoắn lại với nhau). -Đối với hệ số truyền nhiệt K tính theo lý thuyết thì ta thấy KLT khi xuôi chiều nhỉnh hơn so với khi ngược chiều nhưng không đáng bao nhiêu (hai đường trên đồ thị gần như trùng nhau). Qua đó ta có thể kết luận, trong trường hợp truyền nhiệt ống xoắn thì chiều chuyển động theo trường hợp xuôi chiều hay ngược chiều cũng được (rút từ thực nghiệm). 6.3. So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm với hệ số truyền nhiệt lý thuyết: Thấy rằng hệ số truyền nhiệt K trong bài này thì nhỏ hơn rất nhiều so với 2 bài truyền nhiệt ống lồng ống Đồng và ống xoắn. Trong cả hai trường hợp ngược chiều và xuôi chiều, ta đều thấy KTN lớn hơn KLT . -Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là vì trong quá trình tính toán KTN chỉ có tính đến QN và tlog mà 2 yếu tố này lại phụ thuộc vào nhiệt độ do các đầu dò báo về. QN KTN F. tlog
  53. Việc đầu dò báo sai chúng ta có thể hiệu chỉnh được. Nhưng Qf mà âm thì theo em nghĩ là do quá trình truyền nhiệt từ dòng nóng sang dòng lạnh, nhiệt lượng đã bị mất mát hao tổn ra bên ngoài. Lượng nhiệt tổn thất này không thể đo chính xác. Chính nó đã làm cho việc tính toán không ổn định. Bởi vì khi tăng lưu lượng dòng lạnh hay lưu lượng dòng nóng càng lớn, nhiệt truyền từ dòng nóng sang dòng nguội càng cao, thì lượng nhiệt tổn thất này cũng tăng lên nhanh chóng. -Trong quá trình tính toán KLT thì ta sẽ đi tính các chuẩn số đồng dạng như Nusselt, Reynolds, Prandlt, Grashoff để tính hệ số cấp nhiệt của dòng nóng 1 và của dòng lạnh 2 . Ta nhận thấy 1 của dòng nóng có giá trị xấp xỉ bằng nhau ở cùng một mức lưu lượng VN và tăng lên khi VN tăng. Đối với 2 của dòng lạnh thì chỉ tăng khi VL tăng , điều này được giải thích là do VL tăng dẫn đến vận tốc dòng lạnh tăng dẫn đến Re tăng dẫn đến Nusselt tăng tỷ lệ thuận với 2 . -Ta thấy rằng hệ số cấp nhiệt 1 của dòng nóng lớn hơn rất nhiều 2 dòng lạnh. Có nghĩa là dòng lạnh nhận được lượng nhiệt từ nguồn nóng trong một đơn vị thời gian là rất lớn và khả năng nhận nhiệt của dòng lạnh là chưa tương xứng với dòng nóng. Điều này được giải thích là do dòng nóng chảy trong ống xoắn có đường kính nhỏ, chế độ chảy xoáy (Re>10000) có sự đối lưu giữa các lớp nước làm cho quá trình cấp nhiệt nhanh hơn. Còn dòng lạnh chảy trong ống có đường kính lớn hơn rất nhiều, chế độ chảy dòng (Re<2300). Bảng kết quả tính hệ số cấp nhiệt 1 dòng nóng 2 dòng lạnh Thí nghiệm (W/m2.K) (W/m2.K) 1 1104.1 135.8 2 1094.9 186.7 3 1092.5 232.9 4 1085.4 276.8 5 3945.0 135.0 6 3936.6 185.6 Trường hợp 7 3911.1 230.9 8 3902.6 275.2 cùng chiều 9 4901.6 133.8 10 4890.7 183.4 11 4868.8 228.8 12 4857.8 272.6 13 5820.4 133.4 14 5820.4 183.4 15 5793.9 229.5 16 5793.9 272.6 Trường hợp 1 1065.9 130.6
  54. ngược chiều 2 1073.3 180.6 3 1073.3 227.4 4 1073.3 271.8 5 3885.3 130.6 6 3885.3 182.3 7 3894.0 228.8 8 3885.3 272.6 9 4901.6 132.6 10 4901.6 182.3 11 4890.7 228.8 12 4890.7 272.6 13 5872.6 132.6 14 5872.6 183.4 15 5859.6 230.2 16 5846.6 274.3 Ta nhận thấy rằng truyền nhiệt trong ống xoắn thì ổn định hơn nhiều so với truyền nhiệt ống lồng ống Đồng (nhìn đồ thị). 4. Một vài nhận xét về thiết bị: -Thiết bị truyền nhiệt loại đường ống sử dụng trong bài thí nghiệm này có thể sử dụng được cho 4 bài: ống lồng ống Đồng, ống lồng ống Inox, ống xoắn, ống chùm. Khảo sát quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp chảy xuôi chiều và chảy ngược chiều. -Thiết bị dễ tháo lắp dễ dàng khi thay bộ phận, nhưng một vài chỗ còn khiếm khuyết như không có bộ phận cách nhiệt giữa nồi đun với môi trường bên ngoài, không có bộ phận cách nhiệt với giữa đường ống với môi trường bên ngoài để giảm tối thiểu nhiệt tổn thất , bộ điều khiển sử dụng là loại ON-OFF nên độ trễ thời gian lớn, đầu dò nhiệt độ hay đo sai, vị trí đặt đầu dò không chính xác (sử dụng đầu dò “xịn” chưa đủ mà cái chính là ta phải đặt đúng vị trí trong dòng chảy). Để cải thiện những điều này thì khó thực hiện, cần phải có thêm thời gian và công sức. LỜI NHẬN XÉT