BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ BÀI 6 TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO
THÍ NGHIỆM Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ
(MÃ MH: 602047)

BÀI 6: TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG
Ngày TN: 29/10/2020
Giảng viên: TS. Nguyễn Quốc Hải
Sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Hùng Anh

61702068

2. Lê Ngọc Hân

61702099

3. Lý Quốc Khánh

61702131

4. Nguyễn Ngọc Thùy Linh

61702144

5. Ngô Vũ Lợi

61702150

6. Nguyễn Hồng Long

61702151

7. Nguyễn Thị Minh Thư

61702250

NHĨM: 03 - 03
HỌC KỲ I/ 2020-2021

MỤC LỤC


1. MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................3
1.1.

Mục tiêu thí nghiệm.....................................................................................................................3

1.2.

Cơ sở lý thuyết.............................................................................................................................3

2. PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH.........................................................3
2.1.

Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm..........................................................................................................3

2.2.

Sơ đồ hệ thống thí nghiệm............................................................................................................3

2.3.

Các bước tiến hành.......................................................................................................................3

3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM................................................................3
3.1.

Số liệu thơ....................................................................................................................................3

3.2.

Xử lý số liệu..................................................................................................................................3

4. BÀN LUẬN........................................................................................8
4.1. Hùng Anh..........................................................................................................................................8
4.2. Ngọc Hân..........................................................................................................................................8
4.3. Quốc Khánh......................................................................................................................................8
4.4. Thùy Linh..........................................................................................................................................8
4.5. Vũ Lợi................................................................................................................................................8
4.6. Hoàng Long.......................................................................................................................................8
4.7. Minh Thư..........................................................................................................................................8


1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

 Làm quen với thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống, các dụng cụ đo nhiệt độ và lưu
lượng lưu chất.

 Xác định hệ số truyền nhiệt trong q trình truyền nhiệt giữa hai dịng nóng và
lạnh qua vách kim loại ở các chế độ chảy khác nhau.
 Thiết lập cân bằng nhiệt lượng.
 Khảo sát sự ảnh hưởng theo phương pháp truyền nhiệt song song cùng chiều, song
song ngược chiều và vng góc.
 Khảo sát sự ảnh hưởng theo phương pháp truyền nhiệt song song cùng chiều, song
song ngược chiều và vng góc.
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM
1.1. Hệ thống thí nghiệm
Hệ thống thiết bị thí nghiệm có hai kiểu kết cấu bề mặt truyền nhiệt như sau:
Kiểu A: loại ống lồng ống mà lưu chất chảy ngang mặt ngoài của ống trong. Hai dịng
chảy có phương vng góc với nhau.
Kiểu B: loại ống đơn giản, lưu chất chảy ngang bề mặt ngồi của ống trong. Hai dịng
chảy có phương song song với nhau.
Kích thước ống:
Kiểu ống

Đường kính (mm)

Chiều dài (mm)

Ống trong

Ống ngoài

A

ϕ 17/21

ϕ 30/24

1020

B

ϕ17/21

ϕ30/24

1020

Tủ điều khiển


Sơ đồ ngun lý
1.2. Trình tự thí nghiệm
 Kiểm tra lượng nước trong bồn.
 Mở cầu dao nguồn, bật công tắc NGUỒN trên hộp điều khiển.
 Bật công tắc GIA NHIỆT. Đèn hoạt động màu đỏ sáng.
 Sau khi nước trong bồn gia nhiệt ổn định nhiệt độ, bắt đầu làm thí nghiệm.
 Mở van 3, bấm nút BƠM, đèn hoạt động của bơm sáng. Bơm ly tâm hoạt độngvà bơm
tuần hoàn. 
 Chờ một thời gian để bơm ổn định và chờ nhiệt độ đạt đến khoảng 90 oC rồi mở các
cặp van tương ứng: 4/8, 5/9, 6/10. Điều chỉnh cặp van 2, 3 để điều chỉnh lưu lượng
dịng nóng và chỉnh van 7 để điều chỉnh lưu lượng dòng lạnh theo yêu cầu. Chỉ số lưu
lượng được đọc trên lưu lượng kế.
 Chờ khoảng 5-10 phút khi quá trình đã ổn định, ấn và giữ nút để xem nhiệt độ tại vị
trí tương ứng.
 Sau khi đo xong tất cả các thông số cần thiết, tắt công tắc GIA NHIỆT, tiếp theo tắt

BƠM, tắt công tắc nguồn CB. Mở nắp bồn gia nhiệt cho nước nguội bớt. Khóa tất cả
các van lại.
2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
a. Số liệu thơ


Bảng 1: Kết quả đo cho ống loại A
Lưu lượng dịng nóng Lưu lượng dịng
(L/p)
lạnh (L/p)

4

8

10

Tv1(oC)

Tr1(oC)

Tv2(oC)

Tr2(oC)

4

86.6

76.6

30.0

40.7

8

86.4

75.8

30.0

37.6

12

85.7

74.8

30.0

36.4

4

85.8

78.5

30.0

44.1

8

85.3

77.5

30.0

38.2

12

85.4

77.2

30.0

37.0

4

85.4

78.9

30.0

44.2

8

84.8

78.0

30.0

38.0

12

84.4

77.4

30.0

38.6

Tv1(oC)

Tr1(oC)

Tv2(oC)

Tr2(oC)

4

84.4

73.2

30.0

39.0

8

84.0

73.5

30.0

37.7

12

83.7

72.8

30.0

36.2

4

84.4

77.6

30.0

40.5

8

84.0

76.1

30.0

38.4

12

83.5

75.0

30.0

37.0

4

84.3

78.1

30.0

40.7

8

83.8

76.5

30.0

38.4

12

83.8

75.8

30.0

37.4

Bảng 2: Kết quả đo cho ống loại B1
Lưu lượng dịng nóng Lưu lượng dịng
(L/p)
lạnh (L/p)

4

8

10


Bảng 3: Kết quả đo cho ống loại B2
Lưu lượng dịng nóng Lưu lượng dịng
(L/p)
lạnh (L/p)

4

8

10

Tv1(oC)

Tr1(oC)

Tv2(oC)

Tr2(oC)

4

84.6

75.6

30.0

38.8

8

84.2

73.6

30.0

36.8

12

83.7

72.2

30.0

35.8

4

84.3

78.0

30.0

40.2

8

83.4

75.6

30.0

38.1

12

83.5

75.0

30.0

37.1

4

84.3

78.2

30.0

40.2

8

83.8

76.7

30.0

38.7

12

83.2

75.4

30.0

37.6

b. Xử lý số liệu
4.1 Tính tốn cho ống A
4.1.1 Tính nhiệt lượng Q
Xét trường hợp lưu lượng dịng nóng là 4L/phút, lưu lượng dịng lạnh là 4L/phút, ta có:
tv1=86.6oC;

tr1=76.6oC

tv2=30oC;

tr2=40.7oC

Nhiệt độ trung bình của dịng nóng trong ống: ttb1=( tv1 + tr1)/2 =(86.6+76.6)/2=81.6oC
Từ ttb1 tra bảng ta được khối lượng riêng và nhiệt dung riêng của lưu chất
ρ=970.88(kg/m3)
C1=4190 (J/kg.K)
Lưu lượng dịng nóng:
G1=4 (L/phút)=

(m3/s)=0.065(kg/s)

Nhiệt lượng dịng nóng:
=

=2723.5 W

Nhiệt độ trung bình của dịng lạnh trong ống: ttb2=( tv2 + tr2)/2 =(40.7+30)/2=35.35oC
Từ ttb2 tra bảng ta được khối lượng riêng và nhiệt dung riêng của lưu chất
ρ=993.86(kg/m3)
C1=4180 (J/kg.K)
Lưu lượng dòng lạnh:
G1=4 (L/phút)=

(m3/s)=0.066(kg/s)

Nhiệt lượng dòng lạnh:
=

=2951.916 W

Tổn thất nhiệt lượng:

W

Bảng 4.1.1: Một số thông số vật lý của nước theo nhiệt độ
Ttb1(oC
)
81.6
81.1
80.25
82.15
81.4
81.3
82.15
81.4

80.9

Ttb2(oC
)
35.35
33.8
33.2
37.05
34.1
33.5
37.1
34
34.3

C1(J/
kg.K)
4190
4190
4190
4190
4190
4190
4190
4190
4190

C2(J/
kg.K)
4180
4180

4180
4180
4180
4180
4180
4180
4180

ρ1(kg/
m3)
970.88
971.23
971.825
970.495
971.02
971.09
970.945
971.02
971.37

ρ2(kg/
m3)
993.86
994.48
994.72
993.18
994.36
994.6
993.16
994.4

994.28

Bảng 4.1.2: Kết quả tính tốn nhiệt lượng Q và tổn thất nhiệt
G1(kg/s)
0.065
0.065
0.065
0.129
0.129
0.129
0.162
0.162
0.162

G2(kg/s)
0.066
0.133
0.199
0.066
0.133
0.199
0.066
0.133
0.199

Q1(W)
2723.5
2886.91
2968.615
3945.723

4215.978
4432.182
4412.07
4615.704
4751.46

Q2(W)
2951.916
4225.144
5323.648
3889.908
4558.708
5822.74
3917.496
4447.52
7153.652

∆Q (W)
-228.416
-1338.23
-2355.03
55.815
-342.73
-1390.56
494.574
168.184
-2402.19


4.1.2 Tính Δtlog

Trong đó: ∆tl: Hiệu số nhiệt độ lớn hơn giữa các chất tải nhiệt
∆tn: Hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn giữa các chất tải nhiệt
Đối với ống A: ∆tI= tv1-tr2
∆tII=tr1-tv2
So sánh ∆tI với ∆tII, nếu cái nào cao hơn thì đó là Δtl
Trường hợp đặc biệt nếu ∆tl/∆tn<2 thì ∆tlog được tính gần đúng như sau:

4.1.3 Tính hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm KL
, W/mK
Trong đó L là chiều dài ống, m
Xét trường hợp lưu lượng dòng nóng là 4L/phút, lưu lượng dịng lạnh là 4L/phút, ta có:
Dịng nóng:
Dịng lạnh:

=
=

= 58.89, W/mK
= 63.83, W/mK

Bảng 4.1.3:Kết quả tính Δtlog và hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm
Lưu lượng
dòng nóng
(L/p)
4
8

Lưu lượng dịng
lạnh (L/p)

ΔtI

ΔtII

Δtlog

KL1

KL2

4
8
12
4
8

45.9
48.8
49.3
41.7
47.1

46.6
45.8
44.8
48.5
47.5

46.25

47.3
47.05
45.1
47.3

58.89
61.03
63.09
87.49
89.13

63.83
89.33
113.15
86.25
96.38


12
4
8
12

10

48.4
41.2
46.8
45.8

47.2
48.9
48
47.4

47.8
45.05
47.4
46.6

92.72
97.94
97.38
101.9
6

121.81
86.96
93.83
153.51

4.1.4 Tính hệ số cấp nhiệt α1, α2
a. Xác định chế độ chảy của lưu chất bằng chuẩn số Re
=
Trong đó : W: là vận tốc dịng, m/s, W=G/F
F là tiết diện ống (m2), đối với ống trịn thì tiết diện ống là

=

(m2)

d là đường kính trong của ống trong: d=14mm=0.014m
Đối với dịng lạnh thì tiết diện ống mà lưu chất chảy qua sẽ tính bằng cơng thức sau:
, m2
: Độ nhớt động học của lưu chất, m2/s ( được xác định ở nhiệt độ trung bình của lưu
chất)
l: Kích thước hình học đặc trưng, m. Đối với dịng nóng thì kích thước hình học đặc trưng
sẽ bằng đường kính trong của ống trong, tức l = 14mm = 0.014m
Đối với dịng lạnh ống A, l = đường kính ngồi của ống trong = 0.016 m ( do dòng lạnh
chảy men theo phía ngồi thành ống vng góc với dịng nóng).
μ: độ nhớt của lưu chất cũng tra bảng theo nhiệt độ
Bảng 4.1.4: Kết quả tính chuẩn số Reynold
Lưu lượng
dịng nóng
(L/p)
4

Lưu lượng
dịng lạnh
(L/p)
4

ν1*10-6
(m2/s)

ν2*10-6
(m2/s)

W1(m/s) W2(m/s)

0.359

0.73

0.433

0.202

8

0.361

0.753

0.433

0.404

12

0.364

0.762

0.433

0.606

Re1

Re2

16885.7
9
16792.2
4
16653.8

4427.397
8584.329
12724.41


8

10

4

0.357

0.704

0.866

0.202

8

0.36

0.749

0.866

0.404

12

0.36

0.758

0.866

0.606

4

0.357

0.704

1.083

0.202

8

0.36

0.75

1.083

0.404

12

0.361

0.746

1.083

0.606

5
33960.7
8
33677.7
8
33677.7
8
42470.5
9
42116.6
7
42000

4590.909
8630.174
12791.56
4590.909
8618.667
12997.32

b. Xác định chuẩn số Nu cho phương thức chảy ngang (ống kiểu A)
Xác định hệ số dẫn nhiệt và chuẩn số Pr của dịng nóng và dịng lạnh
Từ nhiệt độ trung bình ttb1 của dịng nóng, ta tra bảng để được chuẩn số Pr1
Từ nhiệt độ trung bình ttb2 của dịng nóng, ta tra bảng để được chuẩn số Pr2
Bảng 4.1.5: Chuẩn số Pr của dịng nóng và dịng lạnh
Lưu lượng
Lưu lượng
Ttb1(oC) Ttb2(oC)
Pr1
Pr2
dịng nóng
dịng lạnh
(L/p)
(L/p)
4
4
81.6
35.35
2.17
4.83
8
81.1
33.8

2.18
5
12
80.25
33.2
2.2
5.06
8
4
82.15
37.05
2.15
4.64
8
81.4
34.1
2.17
4.96
12
81.3
33.5
2.18
5.03
10
4
82.15
37.1
2.15
4.63
8

81.4
34
2.17
4.98
12
80.9
34.3
2.19
4.94
Thực hiện phép tính lặp để tìm hệ số cấp nhiệt α1, α2

Đầu tiên ta tính:
Trong đó Re1, Re2 là chuẩn số Reynold trung bình của dịng nóng và dịng lạnh

Ta chọn cách tính sau:


Từ ∆t1 , ∆t2 vừa tìm được ta tính được nhiệt độ của thành ống( vách) theo công thức sau:
tv1 = t1tb- ∆t1
tv2 = t2tb + ∆t2
t1tb, t2tb: Nhiệt độ trung bình của dịng nóng và dịng lạnh
Từ tv1, tv2 vừa tìm được tra bảng ta tìm được chuẩn số Prv của dịng nóng và dịng lạnh.
Bảng 4.1.6: Chuẩn số Prv của dịng nóng và dịng lạnh
Lưu lượng Lưu lượng Δt1(oC)
Tv1(oC)
Prv1
Δt2(oC) Tv2(oC)
Prv2
dịng nóng dịng lạnh
(L/p)

(L/p)
4
4
9.3
72.3
2.47
35.45
70.8
2.52
8
15.49
65.61
2.74
30.31
64.11
2.8
12
19.73
60.52
2.96
25.82
59.02
3.03
8
4
5.19
76.96
2.31
38.41
75.46

2.36
8
9.34
72.06
2.48
36.46
70.56
2.53
12
12.74
68.56
2.61
33.56
67.06
2.68
10
4
4.25
77.9
2.28
39.3
76.4
2.33
8
7.8
73.6
2.43
38.1
72.1
2.48

12
10.66
70.24
2.54
34.44
68.74
2.6

Từ đó ta tính được hệ số Nu theo cơng thức sau:
5
Nu=0.5Re0.5Pr0.38(Pr/Prv)0.25

103≤Re<2.105

Nu=0.25Re0.6Pr0.38(Pr/Prv)0.25

2.105≤Re≤2.106

Nu=0.023Re0.8Pr0.37(Pr/Prv)0.25

Sau khi tìm được Nu ta tính hệ số câp nhiệt theo cơng thức sau:
, W/m2K
Trong đó: λ là hệ số dẫn nhiệt của lưu chất
l: Kích thước hình học đặc trưng, m
Bảng 4.1.7: Kết quả tính hệ số cấp nhiệt α1, α2
Lưu
Lưu
λ1
Nu1

α1
lượng
lượng
(W/m.K)
dịng
dịng
nóng
lạnh
(L/p)
(L/p)

λ2
(W/m.K)

Nu2

α2


4

8

10

4

0.6758

111.75

8

0.6756

108.84

12

0.6751

106.84

4

0.6761

171.81

8

0.6757

168.93

12

0.6757

167.27

4

0.6761

197.13

8

0.6757

194.17

12

0.6755

192.82

5394.33
2
5252.30
7
5151.97
7
8297.19
6
8153.28
6
8073.16

7
9519.97
1
9371.47
6
9303.56
5

0.6266

82.45

0.6241

122.1

0.6231

152.75

0.6293

83.51

0.6246

125

0.6236

157.42

0.6294

83.67

0.6244

125.85

0.6249

158.33

3228.94
8
4762.66
3
5948.65
8
3284.55
3
4879.68
8
6135.44
5
3291.36
9
4911.29
6

6183.77
6

Sau khi có kết quả tính α1, α2 ta kiểm tra ∆t1 , ∆t2 bằng phương trình sau:
q=K.∆tlog = α1. ∆t1= α2. ∆t2

Hay
Hệ số truyền nhiệt tổng qt K:
Vì

Ta có thể sử dụng cách tính gần đúng:

Trong đó: δlà bề dày của lớp tường

m

λ: hệ số dẫn nhiệt của tường, do ống được làm bằng chất liêu thép không gỉ (inox) nên tra
bảng ta tìm được hệ số dẫn nhiêt của tường λ = 23.334 W/m.K
Sai số cho phép là 5%, nếu chưa đạt q trình được tính lặp lại với giá trị ∆t1 , ∆t2 mới
này.


Sai số được tính như sau:

Bảng 4.1.8: Kiểm tra phép tính lặp
Lưu lượng
dịng nóng
(L/p)
4

Lưu lượng
K
Δt1(oC)
dịng lạnh
(L/p)
4
1858.964
15.94
8
2256.241
20.32
12
2468.762
22.55
8
4
2137.51
11.62
8
2699.514
15.66
12
3032.965
17.96
10
4
2213.745
10.48
8
2831.458

14.32
12
3204.562
16.05
Sai số lớn hơn 5% nên tiếp tục phép tính lặp lần 2.

Δt2(oC)

Sai số
Δt1 , %

Sai số
Δt2 , %

26.63
22.41
19.53
29.35
26.17
23.63
30.3
27.33
24.15

71.4
31.18
14.29
123.89
67.67
40.97

146.59
83.59
50.56

24.88
26.06
24.36
23.59
28.22
29.59
22.9
28.27
29.88

Bảng 4.1.9: Kết quả tính lặp lần 2
G1(L/p) G2(L/p)
4
8
10

4
8
12
4
8
12
4
8
12

Tv1
(oC)
65.66
60.78
57.7
70.53
65.74
63.34
71.67
67.08
64.85

Prv1

Nu1

α1

2.74
2.95
3.11
2.53
2.73
2.84
2.49
2.68
2.77

108.89
106.85

105.53
167.95
164.92
163.77
192.83
189.47
188.69

5256.276
5156.276
5088.807
8110.785
7959.746
7904.242
9312.312
9144.634
9104.293

Δt2
(oC)
61.98
56.21
52.73
66.4
60.27
57.13
67.4
61.33
58.45

Prv2

Nu2

2.89
3.19
3.39
2.7
2.97
3.14
2.66
2.92
3.07

79.67
118.19
148.52
80.75
120.09
151.3
80.94
120.81
151.89

α2
3120.076
4610.149
5783.926
3175.998
4688.013

5896.918
3183.977
4714.61
5932.254

Bảng 4.1.10: Kiểm tra phép tính lặp lần 2
Lưu lượng
dịng nóng
(L/p)
4

Lưu lượng
dịng lạnh
(L/p)
4
8

K

Δt1(oC)

Δt2
(oC)

1806.327
2204.065
3

15.89
20.22

26.78
22.61

Sai số
Δt1 ,
%
0.31
0.49

Sai số
Δt2 ,
%
0.56
0.89


12

2425.662
22.43
19.73
0.53
1.02
1
8
4
2078.958
11.56
29.52

0.52
0.58
8
2619.185
15.56
26.43
0.64
0.99
7
12
2950.284
17.84
23.91
0.67
1.18
4
10
4
2153.718
10.42
30.47
0.57
0.56
4
8
2744.867
14.23
27.6
0.63
0.99

7
12
3112.702
15.93
24.45
0.75
1.24
9
→ Lúc này sai số nhỏ hơn 5% nên ta chấp nhận kết quả tính tốn của lặp lần 2.
4.1.5 Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết Kl*

Trong đó: α1,α2 : hệ số cấp nhiệt vừa được tính ở trên.
dn: đường kính ngồi của ống truyền nhiệt, dng = 0.016 m
dt : đường kính trong của ống truyền nhiệt , dtr = 0.014 m
λ: hệ số dẫn nhiệt của ống, ống được làm bằng thép không gỉ nên l=23.334 W/m.K
Ở bài thí nghiệm này, lớp cáu coi như là khơng đáng kể, tức là rb và db -> 0
Bảng 4.1.11: Kết quả tính Kl* và Kl theo chế độ chảy
Lưu lượng
dịng nóng
(L/p)
4

Lưu lượng
dịng lạnh
(L/p)
4
8
12

8

4
8

Re1

Kl1

Re2

Kl2

Kl *

16885.79
4
16792.24
4
16653.84
6
33960.78
4
33677.77

58.89

4427.39
7
8584.32
9

12724.4
1
4590.90
9
8630.17

63.83

86.11

89.33

103.7
8
113.4

61.03
63.09
87.49
89.13

113.1
5
86.25
96.38

100.2
2
124.8

12
10

4
8
12

8
33677.77
8
42470.58
8
42116.66
7
42000

92.72
97.94
97.38
101.96

4
12791.5
6
4590.90
9
8618.66
7
12997.3

2

121.8
1
86.96
93.83
153.5
1

3
139.6
5
104.1
6
131.2
9
147.8
9

4.1.6 Dựng đồ thị KL* và KL theo Re
Đồ thị KL1* và KL theo Re

Đồ thị giá trị của K1L và KL* theo Re (dịng
nóng)
160
140
120
100

Kl1

Kl*

80
60
40
20
0

16885.794 16792.244 16653.846 33960.784 33677.778 33677.778 42470.588 42116.667

Re
Đồ thị KL2* và KL theo Re

42000


Đồ thị giá trị của K2L và KL* theo Re (dịng
lạnh)
180
160
140
Kl2
Kl*

120
100
80
60
40
20

0

4427.397 8584.329 12724.41 4590.909 8630.174 12791.56 4590.909 8618.667 12997.32

4.2 Tính tốn cho ống B1
4.2.1 Tính nhiệt lượng Q
Trường hợp lưu lượng dịng nóng G1= 4 lít/phút, lưu lượng dịng lạnh 4 lít/phút
trong dịng nóng ống B1:
-

Ta có:
tV1 = 84,4 ℃
tR1 = 73,2 ℃
Nhiệt độ trung bình của dịng nóng trong ống:
ttb1 = (t1V + t1R)/2 = (84,4+ 73,2)/2 = 78,8 ℃
Từ ttb1 trang bảng và dùng phương pháp nội suy ta tìm được khối lượng riêng và
nhiệt dung riêng của lưu chất:
 = 972,66 kg/m3
C1 = 4190 J/kg.K

-

Lưu lượng dòng nóng:
G1 = 4 lít/phút = 4.10-3/60 = 6,67.10-5 m3/s = 0.06484 kg/s
( trong đó  = 972,66 kg/m3: khối lượng riêng của lưu chất)

-

Nhiệt lượng dịng nóng:

Q1 = G1.C1 (tV1 – tR1)
= 0,06484*4190*(84,4-73,2) = 3042.81 W
Thực hiện phép tính tương tự như trên cho dịng lạnh và cho các trường hợp khác
của lưu lượng dịng nóng và dịng lạnh ta có kết quả tính tốn nhiệt lượng như sau:
 G1 = 4 (l/ph) = 6,67.10-5 m3/s
G1
(l/ph)

G1
(kg/s)

(℃ )

(℃ )

(℃ )

4

0.06484

84,4

73,2

78,8

C1
Q1


(J/Kg.K
3
(W)
(kg/m )
)
972.66
4190
3042.81

8

0,1297

84

73,5

78,75

972.69

4190

5706,15

12

0,1946

83,7

72,8

78,25

972.96

4190

8887,58

tV1

tR1

ttb1

 G1 = 8 l/ph = 1.3*10-4 m3/s
G1
(l/ph)

G1
(kg/s)

4

tV1

tR1

(℃ )

(℃ )

0.0647
5

84,4

77,6

8

0,1296

84

76,1

12

0,1945

83,5

75

ttb1

(℃ )

C1

(J/Kg.K
(kg/m3)
)

81 971.3

Q1
(W)

4190

1844,86

80,05 971.97

4190

4289,87

79,25 972.41

4190

6927,12

 G1 = 12 l/ph = 2*10-4 m3/s

G1
(l/ph)

G1
(kg/s)

4

tV1

tR1

(℃ )

(℃ )

0.0647
4

84,3

78,1

8

0,1259

83,8

76,5

12

0,1944

83,8

75,8

ttb1

(℃ )

C1

(J/Kg.K
(kg/m3)
)

81,2 971.16
80,15 971.9
79,8 972.11

Q1
(W)

4190

1681,82

4190

3850,9

4190

6516,29


Dòng lạnh ống B1:
 G1 = 4 (l/ph) = 6,67.10-5 m3/s
G2
(l/ph)

G2
(kg/s)

4

tV2

tR2

ttb2

(℃ )

C2

(J/Kg.K

(kg/m3)
)

Q2
(W)

(℃ )

(℃ )

0.0662
4

30

39

34,5

993,65

4180

-2491,95

8

0,1325

30

37,7

33,85

993,85

4180

-4264,645

12

0,1988

30

36,2

33,1

994,07

4180

-5152,1

 G1 = 8 l/ph = 1.3*10-4 m3/s
G2
(l/ph)

G2
(kg/s)

4

tV2

tR2

ttb2

C2

(J/Kg.K
(kg/m3)
)

(℃ )

(℃ )

(℃ )

0.0662
3

30

40,5

35,25

993,43

4180

8

0,1325

30

38,4

34,2

993,74

4180

12

0,1988

30

37

33,5

993,95

4180

Q2
(W)
2906,83
4652,34
5816,89

 G1 = 12 l/ph = 2*10-4 m3/s
G2
(l/ph)

G2
(kg/s)

4

tV2

tR2

ttb2

C2

(J/Kg.K
(kg/m3)

)

(℃ )

(℃ )

(℃ )

0.0662
3

30

40,7

35,35

993,4

4180

8

0,1325

30

38,4

34,2

993,74

4180

12

0,1988

30

37,4

33,7

993,89

4180

 Chú ý: Dấu “-“ chứng tỏ dòng lạnh thu nhiệt
 Tổn thất nhiệt:

Q2
(W)
-2962,2
4652,34
6149,28


Trường hợp lưu lượng dịng nóng G1=4 lít/phút, lưu lượng dịng lạnh: G2 = 4 lít/phút

cho ống B1:
Q = Q1 - Q2
Trong đó Q1 : nhiệt lượng tỏa của dịng nóng
Q2 : nhiệt lượng thu của dịng lạnh
Q: tổn thất nhiệt
Ta có kết quả tính tốn cho các trường hợp khác như sau:
Bảng 4.2.1: Kết quả tính tốn nhiệt lượng Q và tổn thất nhiệt
G1 (lít/phút)
4

8

12

G2 (lít/phút)

Q1 (W)

Q2 (W)

4

3042,81

-2491,95

8

5706,15

-4264,645

12

8887,58

-5152,1

3735,48

4

1844,86

-2906,83

-1061,97

8

4289,87

-4652,34

-362,47

12

6927,12

-5816,89

1110,23

4

1681,82

-2962,2

-1280,38

8

3850,9

-4652,34

-801,44

12

6516,29

-6149,28

367,01

4.2.2 Tính Δtlog

Δt log =

Δt L− Δt N
ln

Δt L
Δt N

Trong đó tl : hiệu số nhiệt độ lớn giữa các chất tải nhiệt
tN : hiệu số nhiệt độ nhỏ giữa các chất tải nhiệt
tl ; tN được tính như sau:
Đối với ống B1 ( 2 dòng lưu chất chảy ngược chiều ):
tL = tV1 – tR2
tN = tR1 – tV2

∆ Q (W)

550,86
1441,505


Trường hợp lưu lượng dịng nóng G1= 4 lít/phút, lưu lượng dịng lạnh: G2 = 4
lít/phút:
Ta có: tV1 = 84,4

℃

tV2 = 30 ℃

tR1 = 73,2 ℃

tR2 = 39 ℃
tL = 84,4 – 39 = 45,4 ℃

tN = 73,2 – 30 = 43,2 ℃

Δt L− Δt N

Δt log =

ln

Δt L
Δt N

=

46 . 8−42. 7
=44 . 72
46 . 8
ln
42 .7

 Áp dụng cơng thức trên thực hiện phép tính ta có kết quả tính tốn như sau:
Bảng 4.2.2:Kết quả tính Δtlog
G1

G2

(l/p)

(l/p)

4

8

12

tV1

tR1

tV2

tR2

∆tL

∆tN

∆tlog

4

84,4

73,2

34,2

39

45,4

43,2

44,29

8

84

73,5

34,7

37,7

46,3

43,5

44,89

12

83,7

72,8

34,8

36,2

47,5

42,8

45,11

4

84,4

77,6

34,6

40,5

43,9

47,6

45,73

8

84

76,1

34,8

38,4

45,6

46,1

45,85

12

83,5

75

34,6

37

46,5

45

45,75

4

84,3

78,1

34,6

40,7

43,6

48,1

45,81

8

83,8

76,5

34,7

38,4

45,4

46,5

45,95

12

83,8

75,8

35

37,4

46,4

45,8

46,1

 Tính hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm KL
KL = Q/(tlog.L)
Trong đó L: chiều dài ống
Trường hợp lưu lượng dịng nóng G1= 4 lít/phút, lưu lượng dịng lạnh: G2 = 4
lít/phút:


Dịng nóng: KL1 = Q1/(tlog.L) = 3042,81/ 44,29.1 = 68,7 W/m.K
Dòng lạnh: KL2 = Q2/(tlog.L) = 2497,9/ 44,29.1 = 56,4 W/m.K
Thực hiện phép tính tương tự như trên ta có kết quả tính tốn như sau:
Bảng 4.2.3 Kết quả tính hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm
G1

G2

Q1

Q2

(l/p)

(l/p)

(W)

(W)

4

3042,81

2491,95

44,29

68,70

56,26

8

5706,15

4264,645

44,89

127,11

95,002

12

8887,58

5152,1

45,11

197,02

114,21

4

1844,86

2906,83

45,73

40,34

63,57

8

4289,87

4652,34

45,85

93,56

101,47

12

6927,12

5816,89

45,75

151,41

127,15

4

1681,82

2962,2

45,81

36,71

64,66

8

3850,9

4652,34

45,95

83,81

101,24

12

6516,29

6149,28

46,1

141,35

133,39

4

8

12

∆tlog

KL1

KL2

(W/m.K)

(W/m.K)

 Xác định chuẩn số Reynold:

wl wl ρ
=
υ
μ
Re =
Trong đó : w = G/ F : vận tốc dòng, m/s.
F là tiết diện ống, m2
Đối với dịng nóng thì tiết diện ống là F = πd 2/4 và đường kính ống (cả ống A và B) ta
lấy bằng đường kính trong của ống trong, tức d = 14mm = 0.014m
F = πd2/4

F = π.0,0142/4=1,54.10-4
Đối với dịng lạnh thì tiết diện ống mà lưu chất chảy qua sẽ tính bằng cơng thức sau:
F= π(0.0262-0.0162)/4 = 3.3*10-4 m2
l: kích thước hình học đặc trưng. l có giá trị như sau:
+ Đối với ống B:


ℓ=

(

d 22−d12
4∗3. 14
4

)

4F
=
=d 2 −d 1 =0 . 026−0 . 016=0 .01 m ¿
∏ ¿ 3 .14 ( d 2+ d 1)

: khối lượng riêng của lưu chất tra bảng và tính nội suy theo nhiệt độ trung
bình của dịng nóng ( đối với dịng nóng) và theo nhiệt độ trung bình của dịng
lạnh ( đối với dịng lạnh )
: độ nhớt của lưu chất cũng tra bảng theo nhiệt độ như khối lượng riêng ở
trên.
 Áp dụng cách tính ở trên ta có kết quả tính tốn như sau:
Dịng nóng ống B1:
G1

ttb1


(kg/m3)

1*106

4

78,8

8

G2

W1

l

2

(m /s)

(m/s)

(m)

972.66

361,9

0.433

0.014

16292,53

78,75

972.69

362,19

0.433

0.014

16279,98

12

78,25

972.96

365,06

0.433

0.014

16156,48

4

81

971.3

351,35

0.866

0.014

33516,55

8

80,05

971.97

354,82

0.866

0.014

33211,67

12

79,25

972.41

359,31

0.866

0.014

32811,5

4

81,2

971.16

350,62

1.299

0.014

50372,24

8

80,15

971.9

354,45

1.299

0.014

49865,91

12

79,8

972.11

356,15

1.299

0.014

49638,61


(kg/m3)

2*106

W2

l

(m/s)

(m)

(lít/phút) (lít/phút)
4

8

12

Dịng lạnh ống B1:
G1
G2
ttb2
(lít/
(lít/phút)
phút)
4

2

(m /s)

Re1

Re2

4

34,5

993,65

751,325 0.202

0.01

2671,51

8

33,85

993,85

762,47 0.404

0.01

5265,98

8

12

12

33,1

994,07

775,34 0.606

0.01

7769,58

4

35,25

993,43

738,46 0.202

0.01

2717,45

8

34,2

993,74

756,47 0.404

0.01

5307,16

12

33,5

993,95

768,48 0.606

0.01

7837,99

4

35,35

993,4

736,75 0.202

0.01

2723,68

8

34,2

993,74

756,47 0.404

0.01

5307,16

12

33,7

993,89

765,05 0.606

0.01

7872,65

4.2.3 Tính hệ số cấp nhiệt α1, α2
-

Xác định hệ số dẫn nhiệt và chuẩn số Pr của dịng nóng và dịng lạnh

Từ nhiệt độ trung bình t1tb của dịng nóng ta tra bảng và tính nội suy ra được hệ
số dẫn nhiệt 1 của dịng nóng.
Từ nhiệt độ trung bình t2tb của dịng lạnh ta tra bảng và tính nội suy ra được hệ
số dẫn nhiệt 2 của dịng lạnh.
Từ đó ta tình được chuẩn số Pr của dịng nóng và dịng lạnh như sau:
υ 1 C 1 μ1
=
λ1
Pr1 = a1

Trong đó:

Ci: nhiệt dung riêng của dịng nóng và dịng lạnh, J/kg.K
i: độ nhớt của dịng nóng và dịng lạnh, N.s/m2.
 Áp dụng cách tính trên ta tính được kết quả như sau:
 Dịng nóng ống B1:

G1
(lít/phút)
4
8

G2
(lít/phút)

ttb1

C1
(J/Kg.K)

μ1 x 106(N.s λ 1 x 10 2(W/

/m2)

m.K)

Pr1

4

78,8 4190

361,9

67,404

2,24

8

78,75 4190

362,19

67,4

2,25

12

78,25 4190

365,06

67,36

2,27

81 4190

351,35

67,54

2,17

4


12

8

80,05 4190

354,82

67,502

2,20

12

79,25 4190

359,31

67,44

2,23

4

81,2 4190

350,62

67,548

2,17

8

80,15 4190

354,45

67,506

2,20

12

79,8 4190

356,15

67,484

2,21

 Dịng lạnh ống B1:
G1
(lít/phút)
4

8

12

G2
(lít/phút)

C1
(J/Kg.K)

ttb2

6
μ2 x 10 (N.

s/m2)

2
λ 2 x 10 (W/

m.K)

Pr2

4

34,5 4180

751,325

62,44

5,03

8

33,85 4180

762,47

62,32

5,11

12

33,1 4180

775,34

62,19

5,21

4

35,25 4180

738,46

62,57

4,93

8

34,2 4180

756,47

62,39

5,07

12

33,5 4180

768,48

62,26

5,16

4

35,35 4180

736,75

62,59

4,92

8

34,2 4180

756,47

62,39

5,07

12

33,7 4180

765,05

62,3

5,13

Thực hiện phép tính lặp để tìm hệ số cấp nhiệt α1, α2
Δt log −( 1÷2 )
Δt 1 =

Đầu tiên ta tính:

1+

Re1
Re2

Δt 2 =

Δt log−( 1÷2 )
Re2
1+
Re1

Trong đó: Re1, Re2 : chuẩn số Reynold của dịng nóng và dịng lạnh.
Ta chọn cách tính như sau:


Δt 1 =

Δt log−1 .5
1+

Δt 2 =

Re1
Re2

Δt log−1 .5
1+

Re2
Re1

Từ t1, t2 vừa tìm được ta tính được nhiệt độ của thành ống( vách) theo công thức sau:
tv1 = t1tb- t1
tv2 = t2tb + t2
t1tb, t2tb : nhiệt độ trung bình của dịng nóng và dịng lạnh
Từ tv1, tv2 vừa tìm được tra bảng ta tìm được chuẩn số Prv của dịng nóng và dịng lạnh.
Từ đó ta tính được hệ số Nu theo công thức sau:
 Đối với ống B :
Re<2320

Nu=0.15Re0.33Pr0.43Gr0.1(Pr/Prv)0.25

2320
Nu=C.Pr0.43(Pr/Prv)0.251

Re>10000

Nu=0.021Re0.8Pr0.43(Pr/Prv)0.25

Trong đó các hệ số C, 1 tra bảng.
Khi tìm được Nu ta sẽ tính được hệ số cấp nhiệt theo cơng thức sau:
α1 = (Nu1.1)/l
α2 = (Nu2.2)/l
Trong đó Nu1, Nu2: chuẩn số Nu của dịng nóng và dịng lạnh; 1,2: hệ số dẫn nhiệt của
dịng nóng và dịng lạnh; l: kích thước hình học đặc trưng( các đại lượng nầy đều đã được
tính ở trên)
1 , 2 = 1
Ta có: L/d > 50 nên
Áp dụng cách tính trên ta tính được kết quả như sau:
Phép tính lặp lần 1:
G1,
l/p
4

G2,
l/p

∆t1

tv1

Pr v1

Nu1

α1 ,
W/m2K

∆t2

tv2

Prv2

Nu2

α2,
W/m2K

4

6,028

72,77 2,49

67,75 3261,872

36,76 71,26

2,55 11,74 733,0456

8

10,6

68,15 2,67

66,74 3213,054

32,79 66,64

2,72 39,14 2439,205