Báo cáo thí nghiệm nhiệt động lực học kỹ thuật

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>ĐẠI HỌC </b>QUỐC<b> GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH </b>

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

<b>BÁO CÁO THÍ NGHIỆM </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>BÀI 1: XÁC ĐỊNH TRẠNGTHÁI KHƠNG KHÍ ẨM VÀ TÍNH TỐN CÂN BẰNG </b>

<b>NHIỆT ỐNG KHÍ </b>

<b>1.1.1 Mục đích thí nghiệm </b>

- ^{Biết cách}^{đo nhiệt độ} (khô, ^ướt), lưu lượng gió, áp suất, thể tích

- ^{Hiểu q trình làm}lạnh có tách ẩm của khơng khí ẩm

- ^{Hiểu nguyên làm}lý việc và các thiết bị cơ bản của chu trình lạnh đơn giản

- Tính tốn cân bằng nhiệt trong ống khí

<b>1.1.2 Yêu cầu chuẩn bị </b>

Sinh viên đọc kỹ phần lý thuyết các phần sau trước khi vào tiến hành thí nghiệm:

- ^{Nhiệt kế khơ và nhiệt kế ướt.} - Thiết bị đo tốc độ gió

- Thiết bị đo thể tích.

- ^{Thước kẹp.}

<b>1.2.2 Mơ tả thí nghiệm. </b>

Khơng khí được quạt thổi qua dàn lạnh của máy lạnh. Trước và sau dàn lạnh có đặt các bầu nhiệt kế khô ướt để xác định trạng thái của khơng khí ẩm.

Tại đầu ra của ống khí động có sử dụng thiết 1 bị đo tốc gió xác độ để định tốc và độ nhiệt

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>gió ^10:^{Cáp tiết lưu}3: Nhiệt kế khô7: Áp kế bay hơi 11: Quạt 4: Dàn bay hơi 8: Áp kế ngưng tụ 12: Dàn Ngưng tụ </b>

- Sử dụng các bầu nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt để xác định trạng của khơng khí tại các vị trí trước dàn lạnh (cũng chính là trạng thái khơng khí của mơi trường xung quanh) và sau dàn lạnh.

- ^Sử^{dụng thiết}^{bị đo}tốc độ gió xác định vận tốc gió và nhiệt độ gió ra khỏiống khí động, từ đó xác định lưu lượng khơng khí qua ống khí động.

- Xác định áp suất bay hơi và áp suất ngưng tụ của máy lạnh.

- Từ các số liệu trên, sinh viên xác định:

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của khơng khí trên đồ thị t-d (hoặc d). I-Nhiệt lượng khơng khí nhả ra khi qua dàn lạnh.

Lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh theo tính tốn và giá trị thực tế nhận xét

<b>1.4 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM</b>

Khi hệ thống đã hoạt động ổn định, bắt đầu xuất hiện nước ngưng tại dàn lạnh,sinh viên tiến hành làm thí nghiệm với yêu cầu sau:

Sinh viên tiến hành thí <b>nghiệm đợt khác nhau về lưu lượng</b> 2 <b>khơng kh qua dàní lạnh </b>

- Thí nghiệm đợt 1: 3 lần, thời gian lấy số liệu thí nghiệm của mỗi lần là: 5 phút, 8 phút, 13

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Bảng 6 & 7: Các số liệu liên quan đến chu trình lạnh

<b>Thí nghiệm đợt 1 (áp suất khí quyển: o p = 1 bar)</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>Thí nghiệm đợt 2 (áp suất khí quyển: o =1 p bar)</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<small>6 </small>

<b>THỰC HIỆN CÁC YÊU CẦU </b>

Sử dụng số liệu đo được tại lầnthứ 2 cho việc tính tốn

<b>*THÍ NGHIỆM ĐỢT 1 </b>

<b>Yêu </b>cầu<b> 1: </b>Biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của khơng khí trên t-d đồ thị

<b>Yêu </b>cầu<b> 2: </b>Nhiệt lượng khơng khí nhả ra khi qua dàn lạnh

<b> G = </b>ω ∗ A = 5,11*0,01*∗ ρ <small>8314</small>¹⁰⁰⁰⁰⁰

𝑄 = 𝐺 ∗ 𝑖 (<small>𝑠𝑎𝑢 𝑑 𝑛à 𝑙ạ𝑛ℎ </small>− 𝑖<small>𝑡𝑟ướ𝑐 𝑑 𝑛 𝑙ạ𝑛ℎ à ) </small>= 0,06 47.8 90 =∗ ( − ) −2,53 𝑘𝑊

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Theo quy ước dấu nguyên I lý nhiệt động lực học=> Khơng khí nhả ra lượng 1

Giá trị thực tế đo được: 165 ml sau 8 phút = 0,34 ml/s

Vậy,trongthực tế, lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh là ít hơn t ương đối so với lý thuyết.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<small>8 </small>

<b>*THÍ NGHIỆM ĐỢT 2 </b>

<b>Yêu </b>cầu<b> 1: </b>Biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của khơng khí trên t-d đồ thị

<b>u </b>cầu<b> 2: </b>Nhiệt lượng khơng khí nhả ra khi qua dàn lạnh

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>Yêu </b>cầu<b> 3: </b>Lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh theo tính tốn và giá trị thực tế nhận xét 𝐺<small>𝑛ướ𝑐 𝑛𝑔 𝑛𝑔ư𝑐ℎả𝑦 𝑟𝑎 </small>= 𝐺 ∗ (𝑑<small>𝑡𝑟ướ𝑐 𝑑à𝑛 𝑙ạ𝑛ℎ</small>− 𝑑<small>𝑠𝑎𝑢 𝑑 à𝑛 𝑙ạ𝑛ℎ</small>)

= 0,02 * (22,3 4,75) – = 0,35 (g/s)

Giá trị thực tế đo được: 155 ml sau 9 phút = 0.29 ml/s

Vậy, trong thực tế, lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh là ít hơn một lượng nhỏ so với lý thuyết.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<small>10 </small> BÀI 2: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỬ DỤNG NHIỆT COP (ε) CHO CHU TRÌNH MÁY LẠNH VỚI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ GIẢI NHIỆT BẰNG KHÔNG KHÍ VÀ

<b>THIẾT BỊ BAY HƠI LÀM LẠNH KHƠNG KHÍ </b>

<b>2.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA THÍ NGHIỆM 2.1.1 Mục đích thí nghiệm </b>

- ^{Giúp sinh viên có khả năng kết hợp các kiến thức}giữa lý thuyết và thực hành

- ^{Nắm được chu trình hoạt động cơ bản của thiết bị làm lạnh khơng khí có kết hợp một số}

thiết bị phụ trong sơ đồ hoạt động.

- ^{Giúp sinh viên có thể đo đạc thơng số nhiệt độ, áp suất để tính nhiệt lượng, hệ số làm lạnh}

thực tế của thiết bị.

<b>2.1.2 Yêu cầu thí nghiệm </b>

- ^{Sinh viên phải nắm được chu trình lạnh.} - ^{Biết ứng dụng các công thức trong sơ đồ lạnh.}

Để làm lạnh khơng khí trong buồng lạnh, bàn thí nghiệm này sử dụng một hệ thống lạnh với tác nhân lạnh là R12 (CCl2 2F , thuộc nhóm TNL CFC) có sơ đồ ngun lý như được mơ tả ở hình 1. Máy nén (A) nén hơi R12 từ áp suất sôi p đến áp suất ngưng tụ p . Hơi R12 s0 k au khi ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng không khí (B) được đi vào bình chứa cao áp (C). Sau đó lỏng R12 từ (C) đi qua van tiết lưu (I) để giảm áp suất từ pk đến 0 p và vào đi thiết bị bay hơi làm lạnh khơng khí (J). Hơi R12 ra khỏi (J) ở áp suất p0 được hút vào (A) và các quá trình của chu trình được lặp lại.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Hình 1

Chu trình máy lạnh được biểu diễn trên đồ thị logp-i và T – s gồm các quá trình như sau:

- <b>^{1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt hơi trong máy nén.}</b> - <b>^{2-3: Quá trình ngưng tụ đẳng}</b>áp.

- <b>3-4: Quá trình tiết lưu trong van tiết lưu </b>

- <b>^{4-1: Quá trình bay hơi đẳng nhiệt và đẳng áp trong thiết bị bay hơi.}</b>

Các v ị trí đo nhiệt độ và áp su t trong chu trình máy l nh ấ ạ

- ^{Các áp kế p}1 và p2 ^{dùng để đo áp suất hút và đẩy sau van tiết lưu và sau đầu đẩy của máy}

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<small>12 </small>

<b>2.3 NHIỆM VỤ THÍ NGHI M </b>Ệ

Trong bài thí nghiệm này sinh viên có nhiệm vụ phải thu thập các số liệu về áp suất hút, đẩy; nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi, nhiệt độ của khơng khí giải nhiệt khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ và nhiệt độ của khơng khí khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi. Sau đó kết hợp với kết quả tính tốn để xác định:

- ^{Các thơng số trạng thái trong chu trình thực của máy lạnh.}

- ^{Hệ số sử dụng nhiệt COP (ε) của chu trình lý thuyết và chu trình thực.} - Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk

- Lượng khơng khí để giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ Gkk

<b>2.4 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM </b>

<b>Bảng 1- Các số liệu đo của tác nhân lạnh trong chu trình Áp suất làm việc của hệ thống (Đơn vị: MPa) Áp suất ngưng tụ </b>Áp suất bay hơi

<b>Số chỉ đồng hồ Áp suất tuyệt đối Số chỉ đồng hồ Áp suất tuyệt đối </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>Bảng 2 – Các số liệu đo của khơng khí liên quan đến q trình lạnh Nhiệt độ mơi trường (Ta) ^{Nhiệt độ khơng khí sau}</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Lưu ý: Nhiệt độ của khơng khí đi vào thiết bị ngưng tụ T3 chính là nhiệt độ của mơi trường xung quanh Ta

<b>Bảng 5 - Các thông s cố ủa R12 trong chu trình máy lạnh </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>PHẦN TÍNH TỐN </b>

<b>a) Xác định các thơng số trạng thái của tác nhân lạnh </b>

Từ các thông số áp suất trong bảng 1, dựa vào các bảng tra “Các tính chất nhiệt động của R12 ở trạng thái bão hịa” và “Các tính chất nhiệt động của R12 ở trạng thái quá nhiệt” sinh viên xác định các thông số của R12 tại các điểm trong chu trình máy lạnh và viết vào bảng 5.

<b>b) </b>Xác định lưu lượ<b>ng khơng khí Gkk qua thiết bị </b>ngưng tụ<b> (kg/s) </b>

Chọn theo tốc độ khơng khí ra khỏi dàn ngưng trung bình: 1,79 m/s Khối lượng riêng của khơng khí: ρ = 𝑃

Lưu lượng khối lượng của môi chất R12 trong hệ thống: G = Q<small>k</small>/(i<small>2 </small>- i<small>3</small>) = 0,01 kg /s Năng suất lạnh của hệ thống: Q<small>o</small> = G*(i <small>1</small>– i ) = 0,004*(180,8 <small>4</small> – 75,85) = 1,05 kW

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<small>16 </small> BÀI 4: XÁC ĐỊNH CÂN BẰNG NHIỆT TẠI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ VÀ BAY HƠI

<b>TRONG CHU TRÌNH MÁY LẠNH LÀM LẠNH NƯỚC </b>

<b>3.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA THÍ NGHIỆM 3.1.1 Mục đích thí nghiệm </b>

- Giúp sinh viên có khả năng kết hợp các kiến thức giữa lý thuyết và thực hành

- Nắm được chu trình hoạt động cơ bản của thiết bị làm lạnh khơng khí có kết hợp một số thiết bị phụ trong sơ đồ hoạt động.

- ^{Giúp sinh viên có thể đo đạc thơng số nhiệt độ, áp suất để tính nhiệt lượng, hệ số làm lạnh}

thực tế của thiết bị.

<b>3.1.2 Yêu cầu thí </b>nghiệm

- ^{Sinh viên phải nắm được chu trình lạnh.} - Biết ứng dụng các công thức trong sơ đồ lạnh.

<b>3.2 MƠ TẢ THÍ NGHIỆM 3.2.1 Thiết bị & vật tư thí nghiệm </b>

- ^{Mơ hình làm lạnh nước và khơng khí} - ^{Các sensor nhiệt độ lắp trực tiếp trên thiết bị.}

<b>3.2.2 Mô tả thí nghiệm </b>

Để làm lạnh nước trong buồng lạnh, bài thí nghiệm này sử dụng một hệ thống lạnh với tác nhân lạnh là R22 có sơ đồ ngun lý như được mơ tả ở hình 2. Máy nén (A) nén hơi R22 từ áp suất sôi p0 đến áp suất ngưng tụ pk. Hơi R22 sau khi ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng khơng khí (B) được đi vào bình chứa cao áp (C). Sau đó lỏng R22 từ (C) đi qua van tiết lưu để giảm áp suất từ pk đến p0 và đi vào thiết bị bay hơi làm lạnh nước dạng ống xoắn (K) và dàn lạnh (J). Hơi R22 ra khỏi (K) và (J) ở áp suất p được hút vào (A) và các quá trình 0 của chu trình được lặp lại.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Hình 2

Chu trình máy lạnh được biểu diễn trên đồ thị logp-I và T – S gồm các quá trình như sau:

- <b>^{1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt hơi trong máy nén.}</b> - <b>^{2-3: Quá trình ngưng tụ đẳng}</b>áp.

- <b>^{3-4: Quá trình tiết lưu trong van tiết lưu}</b>

- <b>^{4-1: Quá trình bay hơi đẳng nhiệt và đẳng áp trong thiết bị bay hơi.}</b>

<b>3.3 NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM </b>

Trong bài thí nghiệm này sinh viên có nhiệm vụ phải thu thập các số liệu về áp suất pk, p0, nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi, nhiệt độ của khơng khí giải nhiệt khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ và nhiệt độ của nước khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi. Sau đó kết hợp với kết quả tính tốn để xác định:

- Lượng khơng khí cần thiết để giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ Gkk Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<small>18 </small>

<b>3.4 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM </b>

Đo thời gian bắt đầu khởi động hệ thống làm lạnh nước cho đến khi kết thúc thí nghiệm. Sau khi thiết bị đã hoạt động ổn định, sinh viên thực hiện việc ghi chép các số liệu của không khí và tác nhân lạnh vào bảng 1 và 2

<b>Bảng 1- </b>Nhiệt độ của khơng khí (<b><small>0</small>C)</b>

Nhiệt độ khơng khí vào

<b>Bảng 2- Các số liệu đo của tác nhân lạnh trong chu trình Áp suất làm việc của hệ thống (Đơn vị: MPa) </b>

<b>Số chỉ đồng hồ Áp suất tuyệt đối Số chỉ đồng hồ Áp suất tuyệt đối </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<b>Bảng 3 – Thông số c</b>ủa khơng khí qua dàn ngưng

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<small>20 </small>

<b>3.5 PHẦN TÍNH TỐN </b>

(Sử dụng số liệu lần đo thứ 2 để tính tốn)

<b>a. </b>Xác định các thông số trạng thái của tác nh<b>ân lạnh </b>

<b>b. Nhiệt lượng làm lạnh nước </b>

Q<small>o</small> = V Cρ pm(T8’ – T8)*1000/ Trong đó:

V – Thể tích nước làm lạnh, m <small>3</small>

ρ - Khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m <small>3</small>

T8 – ^{Nhiệt độ nước sau khi được làm lạnh,}⁰^C T8’- ^{Nhiệt độ nước trước khi được làm lạnh,}⁰C - Thời gian để nước làm lạnh từ T8’ xuống T8, giây. Cpm – ^{Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của nước,}^kJ/kgK

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<b>f. Xác định hệ số làm lạnh ε (COP) của chu trình. </b>

𝑇_ℎ𝑜𝑡−𝑇<small>𝑐𝑜𝑙𝑑</small>

=

_{(31+273 −(− ,5+273)}^−13,5+273₎ ₁₃ = 5,83

𝑖<small>2</small>−𝑖<small>1</small>

=

^{404,4−2 ,4}_{420,6−404,4}²⁵ = 11,05

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<small>22</small>

</div>