báo cáo thực hành các quá trình và thiết bị truyền nhiệt

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


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 K
TN
của thiết bị, từ đó so sánh với kết quả
tính toán lý thuyết K
LT

.

2. Số liệu thực hành:
2.1. Trường hợp xuôi chiều:

Thí
nghiệm
V
N

(l/ph)
V
L
(l/ph)

T
1
(
o
C)
Nồi đun
T
2
(
o
C)
Nóng ra
T
3
(

o
C)
Nóng
vào
T
4
(
o
C)
Lạnh ra
T
5
(
o
C)
Lạnh
vào
1
2
2
71 65 70 35 30
2 4
71 64 70 33 30
3 6
71 64 71 32 30
4 8
71 63 71 32 30
5
4
2

72 68 71 36 30
6 4
72 68 71 33 30
7 6
72 67 71 33 30
8 8
71 67 71 33 30
9
6
2
71 69 71 37 30
10 4
71 68 71 35 30
11 6
71 68 71 34 30
12 8
71 67 71 33 30
13
8
2
71 69 71 38 30
14 4
71 69 71 35 30
15 6
71 68 71 34 30
16 8
71 68 71 33 30

2.2. Trường hợp ngược chiều:

Thí
nghiệm
V
N

(l/ph)
V
L
(l/ph)

T
1
(
o
C)
Nồi đun
T
2
(
o
C)
Nóng ra
T
3
(
o
C)
Nóng
vào
T

4
(
o
C)
Lạnh
vào
T
5
(
o
C)
Lạnh ra
1
2
2
71 66 70 30 35
2 4
71 65 70 30 34
3 6
71 65 71 30 33
4 8
71 65 71 30 32
5
4
2
72 69 71 30 36
6 4
72 68 71 30 35
7 6
71 67 71 30 33

8 8
71 67 71 30 33
9
6
2
72 69 71 30 37
10 4
71 69 71 30 33
11 6
71 68 71 30 34
12 8
71 68 71 30 33
13
8
2
71 69 71 30 38
14 4
71 69 71 30 36
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:

.100%

N N
V R
N
N L
V V
T T
T T






.100%
L L
R V
N
N L
V V
T T
T T






2
N L
hi

 




Ta có:
_ _
N nong vao nong ra
T T T
  


_ _
L lanh ra lanh vao
T T T  


3.2. Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:
-Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng:

3
10
. .
60
N N nuoc
G V




3
10
. .
60
L L nuoc
G V



Với
nuoc

phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức thực nghiệm:
3 2
0,000015324364. 0,00584994855. 0,016286058
705. 1000,04105055224
nuoc
T T T

   

(Tính
N
G
thì
2 3
2
T T
T


 ; tính
L
G
thì
4 5
2
T T
T

 )
-Tính nhiệt lượng dòng nóng, dòng lạnh, nhiệt tổn thất:

3
. . 4,19.10 . .
N N N N N N
Q C G T G T
   
(C
p
= 4,19.10
3
J/kg ở 71
0
C)

3
. . 4,18.10 . .
L L L L L L
Q C G T G T
   

(C
p
= 4,18.10
3
J/kg ở 71
0
C)

f N L
Q Q Q
 

-Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

.100%
L
N
Q
Q




3.3. Tính toán hệ số truyền nhiệt:
3.3.1. Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:
-Trường hợp xuôi chiều:

ax _ _
m nong vao lanh vao
t t t

  


min _ _
nong ra lanh ra
t t t  

-Trường hợp ngược chiều:
Ta xét:
1 _ _
nong vao lanh ra
t t t
  


2 _ _
nong ra lanh vao
t t t  

Cái nào lớn hơn thì là
ax
m
t

. Cái nào bé hơn thì là
min
t

.

-Tính
ax min
log
ax
min
ln( )
m
m
t t
t
t
t
  
 



-Tính diện tích truyền nhiệt:

. .
td
F d L


.
Với
2
i o
td
d d

d


, L=0.5 (m)
-Theo công thức:
log
. .
Q K F t
 


log
.
N
TN
Q
K
F t
 



3.3.2. Hệ số truyền nhiệt lý thuyết:
Được tính theo công thức:

1 2
1
1 1
LT
K


  

 
(Chuyển tường ống qua tường phẳng do
2
1
2
r
r

)
Có
0
2
i
d d


 (m),
_
93
dong thau


(W/m.K). Chỉ việc tính
1

và
2


.

* Tính hệ số cấp nhiệt
1

(dòng nóng):
-Chuẩn số Reynolds:
w.
Re
i
d



Trong đó: w là vận tốc của dòng nóng:
2
w
.
4
N
i
G
d




v
là độ nhớt của dòng nóng, có thể tra bảng hoặc tính theo công thức

thực nghiệm sau:
( 6) 5 4 3
2
(10 )*(( 0.00000000064*( )) (0.000000182875*
( )) (0.000021590001*( ))
(0.001417871822*( )) (0.060504453881*( )) 1.790265284068)
v T T T
T T

   
  

(m
2
/s)

-Chuẩn số Prandtl:
_
. .
Pr
N nuoc
dong nong
C
 




_
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):

3
2
.
. .
g l
Gr t
v

 

Với g=9.81 (m/s
2
), l là đường kính tương đương ở đây l=d
i
,

là hệ số giãn nở thể
tích được tra trong bảng tra cứu,
t

là chênh lệch nhiệt độ
_
tuong nong vao
t t t  

.

-Hệ số hiệu chỉnh
k

: phụ thuộc vào giá trị Reynolds và
i
L
d
(tra trong bảng 1.1
trang 33-sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009).

-Tính chuẩn số Nusselt:
Nếu dòng nóng chảy xoáy:
0,8 0,43
0,021. .Re .Pr
k
Nu

 (để đơn giản ta cho
Pr
1
Pr
T

)
Nếu dòng nóng chảy quá độ:
0,8 0,43
0,008. .Re .Pr
k

Nu


Nếu dòng nóng chảy dòng:
0,33 0,43 0,1
0,158. .Re .Pr .
k
Nu Gr






* Tính hệ số cấp nhiệt
2

(dòng lạnh): như dòng nóng chỉ thay đổi các tham số
đặc trưng của dòng lạnh.
-Chuẩn số Reynolds:
w.
Re
L
td
d



Trong đó: w là vận tốc của dòng lạnh:
2

w
.( )
4
N
L
td
G
d



Với
2 2
0
0
.( )
4
4. 4.
.( )
i
L
uot
td
uot i
D D
F
d
C D D




 




-Chuẩn số Prandtl:
_
. .
Pr
L nuoc
dong lanh
C
 




_
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):

3
2
.

. .
g l
Gr t
v

 

Với g=9.81 (m/s
2
), l là đường kính tương đương ở đây
L
td
l d

,

là hệ số giãn nở thể
tích được tra trong bảng tra cứu,
t

là chênh lệch nhiệt độ
_
tuong lanh vao
t t t  
.

-Hệ số hiệu chỉnh
k

: phụ thuộc vào giá trị Reynolds và

L
td
L
d
(tra trong bảng 1.1
trang 33-sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009).

-Tính chuẩn số Nusselt:
Nếu dòng lạnh chảy xoáy:
0,8 0,43
0,021. .Re .Pr
k
Nu


(để đơn giản ta cho
Pr
1
Pr
T

)
Nếu dòng lạnh chảy quá độ:
0,8 0,43
0,008. .Re .Pr
k
Nu



Nếu dòng lạnh chảy dòng:
0,33 0,43 0,1
0,158. .Re .Pr .
k
Nu Gr




4. Kết quả tính toán:
4.1. Trường hợp xuôi chiều:
Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ
Thí
nghiệm
N
T


(
0
C)
N
T


(
0
C)
N


(%)
L


(%)
hi


(%)
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

nghiệm
G
N

(kg/s)
G
L

(kg/s)
Q
N

(W)
Q
L

(W)
Q
f

(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
nghiệm
Q
N

(W)
t
max

(
0
C)
t
min
(
o

C)
t
log

(
o
C)
K
LT

(W/m
2
.K)
K
TN

(W/m
2
.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
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
nghiệm
N
T


(
0
C)
N
T


(
0
C)
N


(%)
L



(%)
hi


(%)
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
nghiệm
G
N

(kg/s)
G
L

(kg/s)
Q
N

(W)
Q
L

(W)
Q
f

(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

0.0
97777

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

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
nghiệm
Q
N

(W)
t
max

(
0
C)
t
min
(
o
C)
t
log

(
o
C)
K

LT

(W/m
2
.K)
K
TN

(W/m
2
.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
Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt
0.0
200.0
400.0
600.0
800.0
1000.0
1200.0
1400.0
1600.0
VN=2 l/ph VN=4 l/ph VN=6 l/ph VN=8 l/ph
Lưu lượng dòng nóng
K
TN
(W/m
2
.K)

VL=2 (l/ph)
VL=4 (l/ph)
VL=6 (l/ph)
VL=8 (l/ph)




Hệ số truyền nhiệt lý thuyết
Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
3000.0
VN=2 l/ph VN=4 l/ph VN=6 l/ph VN=8 l/ph
Lưu lượng dòng nóng
K
LT
(W/m
2
.K)
VL=2 (l/ph)
VL=4 (l/ph)
VL=6 (l/ph)
VL=8 (l/ph)

Đồ thị biểu diễn K
TN
và K
LT

Trường hợp xuôi chiều
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
3000.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Thí nghiệm thứ i
K (W/m
2
.K)
KTN
KLT



5.2. Trường hợp ngược chiều:
Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm
Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt (ngược chiều)
0.0

200.0
400.0
600.0
800.0
1000.0
1200.0
1400.0
1600.0
VN=2 l/ph VN=4 l/ph VN=6 l/ph VN=8 l/ph
Lưu lượng dòng nóng
KTN (W/m2.K)
VL=2 (l/ph)
VL=4 (l/ph)
VL=6 (l/ph)
VL=8 (l/ph)







Hệ số truyền nhiệt lý thuyết
Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt (ngược chiều)
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0

3000.0
VN=2 l/ph VN=4 l/ph VN=6 l/ph VN=8 l/ph
Lưu lượng dòng nóng
KLT (W/m2.K)
VL=2 (l/ph)
VL=4 (l/ph)
VL=6 (l/ph)
VL=8 (l/ph)




Đồ thị biểu diễn K
TN
và K
LT

Trường hợp ngược chiều
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
3000.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Thí nghiệm thứ i
K (W/m2.K)
KTN
KLT

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
0.0
200.0
400.0
600.0
800.0
1000.0
1200.0
1400.0
1600.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Thí nghiệm thứ i
K
TN
(W/m2.K)
Xuôi chiều
Ngược chiều


Hệ số truyền nhiệt lý thuyết
Quan hệ chiều chuyển động-hệ số truyền nhiệt
0.0
500.0

1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
3000.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Thí nghiệm thứ i
KLT (W/m2.K)
Xuôi chiều
Ngược chiều


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. Hệ số truyền
nhiệt đặc trưng cho lượng nhiệt truyền từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội qua 1m
2
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 (hiệu
suất cao vì
L
N
Q
Q


)

6.1. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến quá trình truyền nhiệt:
-Trong cùng một lưu lượng nóng bằng nhau (V
N
=const), khi tăng lưu lượng dòng
lạnh (V
L
=2, 4, 6, 8 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt sẽ tăng dần.
-Nhận thấy nếu lưu lượng dòng lạnh bằng nhau (V
L
=const) và qua các mức tăng lưu
lượng dòng nóng (V
N
=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 K
TN
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 K
LT
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
V
N
= 2 l/ph K
TN
lớn hơn K
LT
còn ở mức V
N
=4, 6, 8 l/ph trở đi thì K
LT
lớn hơn nhiều so
với K
TN
.
-Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là vì trong quá trình tính toán K
TN
chỉ có tính đến
Q

N
và
log
t

mà 2 yếu tố này lại phụ thuộc vào nhiệt độ do các đầu dò báo về.

log
.
N
TN
Q
K
F t



Việc đầu dò báo sai chúng ta có thể hiệu chỉnh được. Nhưng Q
f
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 V
L
=4, 6, 8 l/ph hệ số truyền nhiệt không có chênh lệch nhiều so với
V
L

=2 l/ph; trong khi đó đường hệ số truyền nhiệt lý thuyết có sự tăng vọt của V
L
=4, 6,
8 l/ph so với V
L
=2 l/ph.
-Trong quá trình tính toán K
LT
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 V
N
và tăng lên khi VN tăng. Đối với
2

của dòng lạnh thì tăng dần khi V
L

tăng hoặc V
N

tăng, điều này được giải thích là do V
L
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 V
L
= 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
Thí nghiệm
1


dòng nóng
(W/m
2
.K)
2

dòng lạnh
(W/m
2
.K)
Trường hợp
cùng chiều
1 525.7 1198.3
2 524.5 5436.6
3 525.7 7492.0
4 524.5 9430.8
5 2379.6 1202.6
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
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
Trường hợp

ngược chiều
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
7 2374.2 7519.8
8 2374.2 9465.8
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
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 K
TN
của thiết bị, từ đó so sánh với kết quả
tính toán lý thuyết K
LT
.

2. Số liệu thực hành:
2.1. Trường hợp xuôi chiều:

Thí
nghiệm
V
N

(l/ph)
V
L
(l/ph)

T
1
(
o
C)
Nồi đun
T
2
(
o

C)
Nóng ra
T
3
(
o
C)
Nóng
vào
T
4
(
o
C)
Lạnh ra
T
5
(
o
C)
Lạnh
vào
1
2
2
70 55 70 48 31
2 3
69 54 69 47 31
3 4
69 51 69 41 31

4 5
69 50 68 39 31
5
3
2
68 57 68 47 30
6 3
67 55 67 42 30
7 4
66 55 66 42 29
8 5
66 53 66 40 29
9
4
2
66 57 65 47 29
10 3
65 56 65 46 29
11 4
65 54 65 42 29
12 5
65 53 65 39 29
13
5
2
64 57 64 46 29
14 3
64 56 64 46 29
15 4
64 55 64 42 29

16 5
63 54 63 40 29


2.2. Trường hợp ngược chiều:

Thí
nghiệm
V
N

(l/ph)
V
L
(l/ph)

T
1
(
o
C)
Nồi đun
T
2
(
o
C)
Nóng ra
T
3

(
o
C)
Nóng
vào
T
4
(
o
C)
Lạnh
vào
T
5
(
o
C)
Lạnh ra
1
2
2
64 50 63 28 41
2 3
64 49 64 28 41
3 4
64 48 64 28 40
4 5
64 47 64 28 38
5
3

2
64 54 64 28 42
6 3
65 54 64 28 43
7 4
64 53 64 28 42
8 5
64 51 64 28 41
9
4
2
64 56 64 28 44
10 3
64 55 64 28 44
11 4
64 54 64 28 43
12 5
63 53 64 28 42
13
5
2
63 57 63 28 44
14 3
63 56 63 28 44
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:

.100%
N N
V R
N
N L
V V
T T
T T






.100%
L L
R V
N
N L
V V
T T
T T







2
N L
hi
 



Ta có:
_ _
N nong vao nong ra
T T T
  


_ _
L lanh ra lanh vao
T T T  


3.2. Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:
-Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng:

3
10
. .
60
N N nuoc

G V





3
10
. .
60
L L nuoc
G V




Với
nuoc

phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức thực nghiệm:
3 2
0,000015324364. 0,00584994855. 0,016286058
705. 1000,04105055224
nuoc
T T T

   

(Tính
N

G
thì
2 3
2
T T
T

 ); tính
L
G
thì
4 5
2
T T
T

 )
-Tính nhiệt lượng dòng nóng, dòng lạnh, nhiệt tổn thất:

3
. . 4,19.10 . .
N N N N N N
Q C G T G T
   
(C
p
= 4,19.10
3
J/kg ở 71
0

C)

3
. . 4,18.10 . .
L L L L L L
Q C G T G T
   
(C
p
= 4,18.10
3
J/kg ở 71
0
C)

f N L
Q Q Q
 

-Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

.100%
L
N
Q
Q



3.3. Tính toán hệ số truyền nhiệt:
3.3.1. Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:
-Trường hợp xuôi chiều:

ax _ _
m nong vao lanh vao
t t t
  


min _ _
nong ra lanh ra
t t t  

-Trường hợp ngược chiều:
Ta xét:
1 _ _
nong vao lanh ra
t t t
  


2 _ _
nong ra lanh vao
t t t  

Cái nào lớn hơn thì là
ax
m
t


. Cái nào bé hơn thì là
min
t

.

-Tính
ax min
log
ax
min
ln( )
m
m
t t
t
t
t
  
 



-Tính diện tích truyền nhiệt:

. .
td
F d L



.
Với
2
i o
td
d d
d

 ,
_
. .
vong xoan
L n D



-Theo công thức:
log
. .
Q K F t
 


log
.
N
TN
Q
K

F t
 



3.3.2. Hệ số truyền nhiệt lý thuyết:
Được tính theo công thức:

1 2
1
1 1
LT
K

  

 
(Chuyển tường ống qua tường phẳng do
2
1
2
r
r

)
Có
0
2
i
d d



 (m),
_ _
17,5
thep khong ri


(W/m.K). Chỉ việc tính
1

và
2

.

* Tính hệ số cấp nhiệt
1

(dòng nóng):
-Chuẩn số Reynolds:
w.
Re
i
d



Trong đó: w là vận tốc của dòng nóng:
2

w
.
4
N
i
G
d



v
là độ nhớt của dòng nóng, có thể tra bảng hoặc tính theo công thức
thực nghiệm sau:
( 6) 5 4 3
2
(10 )*(( 0.00000000064*( )) (0.000000182875*
( )) (0.000021590001*( ))
(0.001417871822*( )) (0.060504453881*( )) 1.790265284068)
v T T T
T T

   
  
(m
2
/s)

-Chuẩn số Prandtl:
_
. .

Pr
N nuoc
dong nong
C
 




_
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):

3
2
.
. .
g l
Gr t
v

 

Với g=9.81 (m/s
2

), l là đường kính tương đương ở đây l=d
i
,

là hệ số giãn nở thể
tích được tra trong bảng tra cứu,
t

là chênh lệch nhiệt độ
_
tuong nong vao
t t t  
.

-Hệ số hiệu chỉnh
k

: phụ thuộc vào giá trị Reynolds và
i
L
d
(tra trong bảng 1.1
trang 33-sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009).

-Tính chuẩn số Nusselt:
Nếu dòng nóng chảy xoáy:
0,8 0,43
0,021. .Re .Pr
k
Nu


 (để đơn giản ta
cho
Pr
1
Pr
T

)
Nếu dòng nóng chảy quá độ:
0,8 0,43
0,008. .Re .Pr
k
Nu


Nếu dòng nóng chảy dòng:
0,33 0,43 0,1
0,158. .Re .Pr .
k
Nu Gr






* Tính hệ số cấp nhiệt
2


(dòng lạnh): như dòng nóng chỉ thay đổi các tham số
đặc trưng của dòng lạnh.
-Chuẩn số Reynolds:
w.
Re
L
td
d



Trong đó: w là vận tốc của dòng lạnh:
2
w
.( )
4
N
L
td
G
d



Với
2 2 2
_ _ _
_ _ _
.( ( ) )
4

4. 4.
.( ( ))
vo binh vong xoan vong xoan o
L
uot
td
uot vo binh vong xoan vong xoan o
D D D d
F
d
C D D D d


  
 
  


Với
_
150
vo binh
D 
mm,
_
100
ong xoan
D 
mm, d
0

= 13 mm

-Chuẩn số Prandtl:
_
. .
Pr
L nuoc
dong lanh
C
 




_
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):

3
2
.
. .
g l
Gr t
v


 

Với g=9.81 (m/s
2
), l là đường kính tương đương ở đây
L
td
l d

,

là hệ số giãn nở
thể tích được tra trong bảng tra cứu,
t

là chênh lệch nhiệt độ
_
tuong lanh vao
t t t  
.

-Hệ số hiệu chỉnh
k

: phụ thuộc vào giá trị Reynolds và
L
td
L
d

. Đối với ống xoắn
được tính theo công thức:
_
1 3,54.
i
k
vong xoan
d
D

 

-Tính chuẩn số Nusselt:
Nếu dòng lạnh chảy xoáy:
0,8 0,43
0,021. .Re .Pr
k
Nu

 (để đơn giản ta
cho
Pr
1
Pr
T

)
Nếu dòng lạnh chảy quá độ:
0,8 0,43
0,008. .Re .Pr

k
Nu


Nếu dòng lạnh chảy dòng:
0,33 0,43 0,1
0,158. .Re .Pr .
k
Nu Gr




4. Kết quả tính toán:
4.1. Trường hợp xuôi chiều:
Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ
Thí
nghiệm
N
T


(
0
C)
N
T


(

0
C)
N


(%)
L


(%)
hi


(%)
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
nghiệm
G
N

(kg/s)
G
L

(kg/s)
Q
N

(W)
Q
L

(W)
Q
f

(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
nghiệm
Q
N

(W)
t
max

(

0
C)
t
min
(
o
C)
t
log

(
o
C)
K
LT

(W/m
2
.K)
K
TN

(W/m
2
.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
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
nghiệm
N
T


(
0
C)
N
T


(
0

C)
N


(%)
L


(%)
hi


(%)
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
nghiệm
G
N

(kg/s)
G
L

(kg/s)
Q
N

(W)
Q
L

(W)
Q
f

(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: