BÁO CÁO THỰC HÀNH TRUYỀN NHIỆT (bản hoàn chỉnh)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (642.45 KB, 80 trang )

LỜI NHẬN XÉT
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................

1

2

BÀI 1: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM
1.Mục đích thí nghiệm


Khảo sát q khi trình tuyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội
gián tiếp giữa 2 dòng qua bề mặt ngăn cách



Tính tốn hiệu suất tồn phần dựa vào 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 2 trường hợp xuôi chiều và ngược chiều



Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị ống
chùm từ đó so sánh với kết quả tính tốn theo lý thuyết KLT.

1.2.Thực nghiệm
1.2.1.Kết quả thí nghiệm
1.2.1.1.Trường hợp truyền nhiệt xi chiều – TB1
Bảng 1.1. Truyền nhiệt xi chiều
TN
1
2
3
4
5
6

7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

VN
(lít/phút)
4

7

10

13

VL
(lít/phút)
4
7
10
13
4
7
10

13
4
7
10
13
4
7
10
13

T1
(oC)
64
63
62
61
60
59
59
58
57
56
56
54
64
63
62
60
3

T2
(oC)
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25

T3
(oC)
48
46
44
42
50
48
46
45
48

47
46
44
54
53
51
50

T4
(oC)
32
34
31
28
32
33
31
29
34
35
32
29
34
35
33
30

1.2.1.2. Trường hợp truyền nhiệt ngược chiều – TB1
Bảng 1.2. Truyền nhiệt ngược chiều

TN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

VN
(lít/phút)
4

7

10

13

VL
(lít/phút)

4
7
10
13
4
7
10
13
4
7
10
13
4
7
10
13

T1
(oC)
68
66
64
62
59
58
57
56
58
58
57

56
61
61
60
58

T2
(oC)
39
31
30
31
34
38
30
29
36
34
32
27
35
34
33
30

T3
(oC)
48
44
44

42
48
47
45
43
49
48
47
46
52
52
51
50

1.2.2. Xử lý kết quả thí nghiệm
1.2.2.1. Trường hợp truyền nhiệt xuôi chiều – TB1
Bảng 1.3. Hiệu suất nhiệt độ-xuôi chiều

4

T4
(oC)
26
26
26
25
25
26
25
20

20
20
20
20
20
20
20
20

TN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

ΔTN
(oC)

16
17
18
19
10
11
13
13
9
9
10
10
10
10
11
10

ΔTL
(oC)
7
9
6
3
7
8
6
4
9
10
7

4
9
10
8
5

ȠN

ȠL

Ƞhi

41.03
44.74
48.65
52.78
28.57
32.35
38.24
39.39
28.13
29.03
32.26
34.48
25.64
26.32
29.73
28.57

17.95

23.68
16.22
8.33
20.00
23.53
17.65
12.12
28.13
32.26
22.58
13.79
23.08
26.32
21.62
14.29

29.49
34.21
32.43
30.56
24.29
27.94
27.94
25.76
28.13
30.65
27.42
24.14
24.36
26.32

25.68
21.43
Bảng

1.4. Hiệu suất truyền nhiệt-xuôi chiều

5

GL
(kg/s)

QN
(W)

1

0.066

8840.83

2

0.116

9393.38

3

0.166

9945.94

4

0.215

10498.4
9

5

0.066

5525.52

6

0.116

6078.07

7

0.166

7183.18

8

0.215

7183.18

9

0.066

4972.97

10

0.116

4972.97

11

0.166

5525.52

12

0.215

5525.52

13

0.066

5525.52

14

0.116

5525.52

15

0.166

6078.07

16

0.2154
2

5525.52

TN

GN
(kg/s)

0.066

0.115

0.164

0.213

QL
(W)
1938.8
0
4360.9
0
4155.2
5
2702.2
3
1938.8
0
3876.9
8
4155.2
5
3602.3
9
2491.9
4
4844.6
5
4847.0
1

3602.3
9
2491.9
4
4844.6
5
5538.5
4
4502.2
5

Bảng 1.5. Hệ số truyền nhiệt-xuôi chiều

6

Qf
(W)
6902.0
3
5032.4
9
5790.6
8
7796.2
6
3586.7
2
2201.0
9
3027.9

2
3580.7
9
2481.0
3

η
(%)
21.93
46.43
41.78
25.74
35.09
63.79
57.85
50.15
50.11

128.31

97.42

678.51

87.72

1923.1
3
3033.5
8

65.20
45.10

680.87

87.68

539.53

91.12

1023.2
7

81.48

Δtmi

T
N

QN
(W)

Δtmax
(oC)

1

8840.83

39

16

2

9393.38

38

12

3

9945.94

37

13

4

10498.4
9

36

14

5

5525.52

35

18

6

6078.07

34

15

7

7183.18

34

15

8

7183.18

33

16

9

4972.97

32

14

10 4972.97

31

12

11 5525.52

31

14

12 5525.52

29

15

13 5525.52

39

20

14 5525.52

38

18

15 6078.07

37

18

16 5525.52

35

20

n

(oC)

Δtlog
(oC)

KTN
(W/m2.
K)

αN
(W/m2.K
)

αL
(W/m2.
K)

KLT
(W/m2.
K)

25.8
980.17 6283.34 1571.48 1172.83
4
22.5
1191.87 6203.62 2209.80 1490.61
8
22.9
1240.58 6126.81 2716.23 1699.19
7
23.3
1289.92 6052.73 3155.33 1854.32
2
25.5

618.59 9747.84 1571.48 1256.16
9
23.2
749.21 9626.18 2204.14 1626.76
4
23.2
885.43 9547.51 2716.23 1886.65
4
23.5
875.45 9470.69 3163.27 2088.29
1
21.8
12700.2
653.66
1579.54 1300.43
0
3
20.0
12598.0
710.95
2215.50 1701.01
4
5
21.4
12547.8
739.48
2723.15 1983.89
1
5
21.2

12352.7
744.67
3163.27 2201.55
6
0
28.4
16566.4
555.85
1579.54 1332.26
8
4
26.8
16417.8
590.83
2215.50 1756.18
0
7
26.4
16202.3
659.70
2730.11 2061.23
0
3
26.8
23317.5
589.99
3171.27 2407.55
3
6

1.2.2.2. Trường hợp truyền nhiệt ngược chiều – TB1
Bảng 1.6. Hiệu suất nhiệt độ-ngược chiều

7

TN

ΔTN
(oC)

ΔTL
(oC)

ȠN

ȠL

Ƞhi

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11
12
13
14
15
16

20
22
20
20
11
11
12
13
9
10
10
10
9
9
9
8

13
5
4
6
9
12

5
9
16
14
12
7
15
14
13
10

68.97
62.86
58.82
64.52
44.00
55.00
44.44
48.15
40.91
41.67
40.00
34.48
34.62
33.33
33.33
28.57

30.95
12.50

10.53
16.22
26.47
37.50
15.63
25.00
42.11
36.84
32.43
19.44
36.59
34.15
32.50
26.32

49.96
37.68
34.67
40.37
35.24
46.25
30.03
36.57
41.51
39.25
36.22
26.96
35.60
33.74
32.92

27.44

Bảng 1.7. Hiệu suất truyền nhiệt-ngược chiều

8

TN

GN
(kg/s)

1
2
3

0.066

4
5
6
7

0.115

8
9
10
11

0.164

12
13
14
15
16

0.213

GL
(kg/s)
0.0661
8
0.11596
0.1656
8
0.2153
8
0.0662
4
0.11583
0.1657
1
0.2156
3
0.0662
7
0.11601
0.1657

9
0.2157
0
0.0662
8
0.11601
0.1657
6
0.2155
9

QN
(W)

QL
(W)

Qf
(W)

η
(%)

10951.600

3595.969

7355.631

32.84

12046.760

2423.506

9623.254

20.12

10951.600

2770.170

8181.430

25.29

10951.600

5401.831

5549.769

49.32

9058.060

2491.941

6566.119

27.51

9058.060

5809.815

3248.245

64.14

9881.520

3463.273

6418.247

35.05

10704.980

8111.936

2593.044

75.78

9894.060

4432.271

5461.789

44.80

10993.400

6789.115

4204.285

61.76

10993.400

8315.895

2677.505

75.64

10993.400

6311.326

4682.074

57.41

12376.980

4155.928

8221.052

33.58

12376.980

6789.115

5587.865

54.85

12376.980

9007.428

3369.552

72.78

11001.76

9011.80

1989.96

81.91

Bảng 1.8. Hệ số truyền nhiệt-ngược chiều

9

TN
1
2
3
4

QN
(W)
10951.6
0
12046.7
6
10951.6
0
10951.6
0

Δtma Δtmi
x
o

n
o

29

22

35

18

34

18

31

17

( C) ( C)

5

9058.06

25

23

6

9058.06

21

20

7

9881.52

27

20

8

10704.9
8

27

23

9

9894.06

29

22

28

24

27

25

29

26

32

26

32

27

31

27

30

28

10993.4
0
10993.4

11
0
10993.4
12
0
12376.9
13
8
12376.9
14
8
12376.9
15
8
11001.7
16
6
10

Δtlog
(oC)
25.3
7
25.5
9
25.1
9
23.3
3
24.0

1
20.5
2
23.3
5
24.9
7
25.3
7
25.9
8
26.0
2
27.5
0
28.9
3
29.4
6
28.9
9
29.0
2

KTN
αN
αL
KLT
2
2

2
(W/m .K (W/m .K (W/m .K (W/m2.K
)
)
)
)
1235.72 6394.55 1604.39 1195.01
1347.28 6229.86 2198.52 1486.96
1244.63 6177.70 2716.23 1703.08
1343.67 6077.13 3179.31 1864.88
1079.71 9626.18 1579.54 1259.25
1263.57 9547.51 2238.67 1643.18
1211.24 9432.96 2709.36 1878.83
1226.89 9322.31 3124.05 2063.94
1116.39
1211.29
1209.50
1144.10
1224.63
1202.45
1222.19
1085.10

12804.8
8
12752.2
4
12648.8
4
12547.8

5
16202.3
3
16202.3
3
16063.2
5
15861.1
1

1567.48 1293.32
2181.87 1683.84
2689.00 1968.17
3108.70 2180.95
1563.52 1318.49
2181.87 1732.55
2695.75 2039.35
3131.80 2275.34

1.2.3. Đồ thị
Đồ thị 1.1. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng tới hệ số truyền nhiệt
thực nghiệm (ngược chiều)
10

Object 3

Đồ thị 1.2. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng tới hệ số truyền nhiệt
lý thuyết (ngược chiều)

Object 5

Đồ thị 1.3. So sánh hệ số truyền nhiệt lý thuyết KTL và hệ số
truyền nhiệt thực nghiệm KTN (ngược chiều)

11

Object 7

Đồ thị 1.4. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng tới hệ số truyền nhiệt
thực nghiệm (xuôi chiều)

Object 9

Đồ thị 1.5. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng tới hệ số truyền nhiệt
lý thuyết (xuôi chiều)

12

Object 11

Đồ thị 1.6. So sánh hệ số truyền nhiệt lý thuyết KTL và hệ số
truyền nhiệt thực nghiệm KTN (xuôi chiều)

Object 13

Đồ thị 1.7. Ảnh hưởng của chiều chuyển động đến hệ số thực
nghiệm KTN

13

Object 15

Đồ thị 1.8. Ảnh hưởng của chiều chuyển động đến hệ số lý thuyết
KLT

Object 17

1.3. Nhận xét và bàn luận
14

1.3.1. Đánh giá sự ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến q trình
truyền nhiệt
Trong cùng một lưu lượng nóng bằng nhau (VN=const), khi lưu
lượng dịng lạnh tăng thì hệ số truyền nhiệt tăng (Đồ thị 1.1 và 1.4).
Ta cũng nhận thấy rằng cùng một lưu lượng dòng lạnh (VL=const)
và lưu lượng dịng nóng tăng thì hệ số truyền nhiệt K cũng tăng (Đồ
thị 1.1 và 1.4).
1.3.2. Đánh giá sự ảnh hưởng của chiều lưu thể đến quá
trình truyền nhiệt

Đối với hệ số truyền nhiệt tính theo thực nghiệm KTN trường hợp
ngược chiều thì lớn hơn trường hợp xi chiều (Đồ thị 1.7), điều này
chứng tỏ quá trình truyền nhiệt ngược chiều lượng nhiệt trao đổi lớn
hơn so với trường hợp xi chiều.
Đối với hệ số truyền nhiệt tính theo lý thuyết KLT thì hình như là

bằng nhau (Đồ thị 1.8: hài đường gần như là trùng nhau). Điều này
khẳng định rằng trên lý thuyết thì cả hai quá trình truyền nhiệt xuôi
chiều và ngược chiều lượng nhiệt trao đổi là như nhau.
1.3.3. So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN với tính tốn
lý thuyết KLT, đánh giá kết quả tính tốn hệ số truyền nhiệt
Ta thấy hệ số truyền nhiệt tính theo lý thuyết có khoảng dao động
rất lớn tăng mạnh theo lưu lượng của dòng lưu chất. Trong khi đó hệ
số truyền nhiệt tính theo thực nghiệm có khoảng dao động nhỏ hơn và
cũng tăng theo lưu lượng của dòng lưu chất nhưng tăng chậm và tăng
dần.
1.3.4. Nhận xét về thiết bị
Thiết bị truyền nhiệt tương đối tốt tuy nhiên do mục đích thí
nghiệm là để quan sát nên các thiết bị khơng có vật liệu cách nhiệt
15

nên lượng nhiệt tổn thất rất lớn. Đồng thời thiết bị sử dụng bộ điều
khiển tự động là bộ điều khiển ON-OFF nên có thời gian trễ lớn dẫn
đến bộ điều khiển xử lý chậm và hiển thị kết chậm, kết quả khơng
đúng với lúc q trình truyền nhiệt xảy ra. Gây ra sai số trong tính tốn
thực nghiệm.
1.4. Tài liệu tham khảo
[1]. Bộ môn máy và thiết bị, Bảng tra cứu quá trình cơ học, truyền
nhiệt – truyền khối, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2012.
[2]. Bộ môn quá trình và thiết bị cơng nghệ hóa chất (Khoa Hóa
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội), Sổ tay Quá trình và thiết bị
cơng nghệ hóa chất tập 1, NXB Khoa học và kĩ thuật, 1978.
[3]. Khoa máy và thiết bị, Q trình thiết bị truyền nhiệt, Đại học
Cơng nghiệp TP.HCM, 2011.

[4]. Khoa cơng nghệ hóa học, giáo trình hướng dẫn thực hành
QTTB truyền nhiệt, Đại học Công nghiệp TP.HCM, 2012.
1.5. Phụ lục
1.5.1. Các công thức sử dụng và số liệu tra cứu
 Hiệu suất nhiệt độ các dòng – hiệu suất nhiệt độ q trình
truyền nhiệt
Hiệu số nhiệt độ dịng nóng :
Hiệu số nhiệt độ dịng lạnh :
Hiệu suất nhiệt độ dịng nóng :
Hiệu suất nhiệt độ dịng lạnh :
Hiệu suất nhiệt độ hữu ích :
 Lưu lượng khối lượng
Lưu lượng dịng nóng :
Lưu lượng của dịng lạnh:
16

Trong đó:
- VN, VL: lưu lượng thể tích của dịng nóng và dịng lạnh, lít/phút
- : khối lượng riêng của lưu chất phụ thuộc vào nhiệt độ, kg/m 3

 Cân bằng nhiệt lượng


Nhiệt lượng của dịng nóng tỏa ra:



Nhiệt lượng của dòng lạnh thu vào



Nhiệt lượng tổn thất



Hiệu suất của q trình truyền nhiệt



Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

Với
Trong đó :
: đường kính trung bình của ống truyền nhiệt
, : đường kính trong và ngồi của ống truyền nhiệt ( thiết bị
1)
: số ống chum truyền nhiệt


Tính chuẩn số Reynold

17



Vận tốc dịng chảy:

d: đường kính tương đương, m

: vận tốc dòng chảy, m/s
: khối lượng riêng của lưu chất, kg/m3

μ: độ nhớt động lực học, Pa.s


Chẩn số Nusselt

-

Lưu thể cháy xoáy R > 10000

-

Lưu thế chảy quá độ Re = 2300 – 10000

-

Lưu thể chảy dòng : Re < 2300
: hệ số hiệ chỉnh
chuẩn số prandtl
: nhiệt dung riêng
: độ nhớt động lức, Pa.s
: hệ số dẫn nhiệt ,
: chuẩn số Grashoff ,
G=9.81 ,
L: kích thước xác định, m
v độ nhới động học
hệ số giãn nở vì nhiệt, K-1
độ chênh lệch nhiệt độ,

Xác định hệ số nhiệt độ hữu ích
Trường hợp 2 lưu thể chảy xuôi chiều:

Trường hợp 2 lưu thể chảy ngược chiều:

18

Nếu > thì

Nếu < thì

Nếu ( cả xi chiều và ngược chiều) thì :

 Hệ số cấp nhiệt


Hệ số cấp nhiệt cả dịng nóng



Hệ số cấp nhiệt cả dịng lạnh

Nu : chuẩn số Nusselt : hệ số truyền nhiệt
: đường kính trong ống truyền nhiệt ( ống nóng)

 Hệ số truyền nhiệt lý thuyết


Hệ số truyền nhiệt tường phẳng :



Hệ số truyền nhiệt dạng tường ống :

Đối với ống 1 lớp, nếu thì ta áp dụng

: bề dày ,m

19

: bán kính thứ i, m
: hệ số dẫn nhiệt thứ i,
:

6.Tính mẫu xi chiều
Cùng chiều :

di
15mm

TN
3

do
17mm

D1
250mm

VN
(lít/phút)
4

D2
100mm

VL
(lít/phút)
10

Dvx1
200mm

T1
(oC)
62

Dvx2
96mm

T2
(oC)
25

L1
12m

T3

(oC)
44

L2
6m

T4
(oC)
31

Số liệu ,
Hiệu số nhiệt dộ các dòng – hiệu suất nhiệt độ quá trình truyền
nhiệt
;

Lưu lượng của dịng nóng

Với ,
20

Lưu lượng của dịng lạnh:

Với ,
Nhiệt lượng của dịng nóng tỏa ra:

(với )
Nhiệt lượng của dòng lạnh tỏa ra:

(với )

Nhiệt lượng tổn thất

Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

Các giá cịn lại tính tương tự
Trường hợp xi chiều :
; ;

Hệ số truyền nhiệt :

Với
21

Tính Reynold của dịng nóng:
Vận tốc dịng chảy
Với độ nhớt động lực của nước nóng ở 56 0C là

(vì dịng chảy quá độ )
Vì ; Pr = 5.35 ở 560C

- Hệ số cấp nhiệt cả dịng nóng ở 560C là:
Với của nước ở 560C
Tính Reynold của dịng lạnh:
Vận tốc dịng chảy
Với

Với độ nhớt động lực của nước lạnh ở 28.5 0C là

Tra bảng : Pr = 8.93 ở 28.50C

Vì 2320 < Re < 10000 dòng chảy quá độ

- Hệ số cấp nhiệt cả dịng nóng ở 28.50C là:
22

Với của nước ở 28.50C
Vì nên ta pá dụng cơng thức tường phẳng :

Với hệ số dẫn nhiệt của là
Tương tự tính các giá trị cịn lại.
Các giá trị KTN , , KLT , tính tương tự giống mục 2.5, 2.3 ở trên

23

BÀI 2: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN
Ngày thực hành: 30-09-2013
Sinh Viên:

Phạm Hồng Phước

Mã số:

11254121

Lớp thực hành: Sáng thứ 2 (nhóm 6)
Tổ thực hành:

Tổ 2

2.1. Mục đích thí nghiệm


Khảo sát q khi trình tuyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp
giữa 2 dịng qua bề mặt ngăn cách



Tính tốn hiệu suất tồn phần dựa vào 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
2 trường hợp xuôi chiều và ngược chiều



Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị ống xoắn từ đó
so sánh với kết quả tính tốn theo lý thuyết KLT

2.2. Thực nghiệm
2.2.1. Kết quả thí nghiệm
2.2.1.1. Trường hợp truyền nhiệt xuôi chiều – TB1
Bảng 2.1. Truyền nhiệt xuôi chiều – TB1
VL(l/ph)

T1 nồi đun

T2 nóng ra

T3 nóng
vào

T4 lạnh ra

T5 lạnh
vào

4

70

41

49

34

29

7

69

43

49

34

28

10

69

42

50

34

28

4

13

69

40

50

35

27

5

4

68

41

49

34

27

7

67

42

49

34

26

10

66

41

49

34

26

13
4

66
66

40
40

48
47

33
34

26
25

TN

VN (l/ph)

1
2
3

6
7
8
9

4

7

10

24

VL(l/ph)

T1 nồi đun

T2 nóng ra

T3 nóng
vào

T4 lạnh ra

T5 lạnh

vào

10

7

65

40

46

34

25

11

10

65

40

45

34

25

12

13

65

40

45

33

25

13

4

64

39

44

34

25

7

64

39

44

34

25

10

64

39

43

33

25

13

63

38

43

32

25

T4 lạnh ra

T5 lạnh
vào

TN

14
15

VN (l/ph)

13

16

2.2.1.2. Trường hợp truyền nhiệt ngược chiều – TB1
Bảng 2.2. Truyền nhiệt ngược chiều – TB1
TN

VN (l/ph)

T3 nóng
vào

VL(l/ph)