tiểu luận môn kỹ thuật thực phẩm 2 truyền nhiệt ống lồng ống
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (984.84 KB, 69 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH</b>
<b>VIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VÀ PHÁT TRIỂN BỀNVỮNG – KHỐI ĐÀO TẠO</b>
<b>BÁO CÁO TIỂU LUẬN </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM...5
2.1. Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dịng lưu chất...5
2.2. Phương trình biểu diễn q trình truyền nhiệt...5
2.4. Hệ thống cấp nhiệt α<small>1</small>, α<small>2</small> giữa các vách ngăn và các dòng lưu chất...6
III. DỤNG CỤ,THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM...6
3.1. Thiết bị thí nghiệm...6
3.2. Phương pháp thí nghiệm...7
IV. KẾT QUẢ TÍNH...9
4.1. Thí nhiệm xi chiều...9
4.2. Thí nghiệm ngược chiều...10
VIII. TÀI LIỆU KHAM KHẢO...22
THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM...23
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM...23
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT...23
2.1 Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dịng lưu chất...23
2.2 Phương trình biểu diễn q trình truyền nhiệt...24
2.3 Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết...24
2.4 Hệ số cấp nhiệt α<small>1</small>, α<small>2</small> giữa vách ngăn và các dòng lưu chất...24
III. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM:...24
3.1 Thiết bị thí nghiệm...24
3.2 Phương pháp thí nghiệm...25
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">IV. KẾT QUẢ TÍNH TỐN...27
2.2. Đặc trưng của quá trình sấy:...41
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy:...41
2.4. Tác nhân sấy:...42
2.5. Động lực của quá trình sấy:...42
2.6. Các dạng liên kết ẩm:...43
2.7. Xác định tốc độ sấy theo cân bằng nhiệt của quá trình sấy...44
2.8. Phương trình cơ bản của động học quá trình sấy...44
2.9. Lượng nhiệt cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy giảm tốc (q<small>2</small>)...45
2.10. Lượng nhiệt cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy đẳng tốc(q<small>1</small>):...46
2.12. Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy:...47
2.13.Các giai đoạn của quá trình sấy...48
2.14. Thời gian sấy vật liệu...49
III. DỤNG CỤ – THIẾT BỊ & VẬT LIỆU SẤY...50
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">VI. TÍNH TỐN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM...54 VI. BÀN LUẬN...60 VIII. TRÀ LỜI CÂU HỎI CHUẨN BỊ...62
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">Xác định hệ số truyền nhiệt trong q trình truyền nhiệt giữa hai dịng lạnh nóng được ngăn cách bởi vách ngăn kim loại ở các chế độ chảy khác nhau.
Thiết lập cân bằng nhiệt lượng.
<b>1.2. Tiến hành thí nghiệm</b>
Tiến hành các thí nghiệm với chế độ dịng chảy khác nhau. Với mỗi thí nghiệm, ta cố định lưu lượng dịng nóng, đo nhiệt độ của nó, rồi thay đổi lưu lượng dịng lạnh, ứng với mỗi giá trị của lưu lượng ta đo nhiệt độ của chúng.
<b>1.3. Kết quả</b>
Với mỗi thí nghiệm, ta đo lưu lương và nhiệt độ của dóng nóng và dịng lạnh, từ đó tính được nhiệt lượng trao đổi, tốn thất nhiệt. Xác định được các chuẩn số Re, Nu, Pr, tính hệ số truyền nhiệt dài theo thực nghiệm và lý thuyết, dựng đồ thị K<small>1</small>,K<small>1</small>* theo Re.
<b>II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM</b>
Truyền nhiệt trong các thiết bị dạng ống lồng ống là sự truyền nhiệt phức tạp giữa hai lưu chất để ngăn cách. Phương thức truyền nhiệt: nhiệt đối lưu từ vách ngăn đến lưu chất (ngược lại) và dẫn nhiệt qua thành ống kim loại.
<b>2.1. Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dịng lưu chất</b>
<i>Q=G</i><sub>1</sub><i>C</i><sub>1</sub>
(
<i><sup>t</sup><small>V</small></i><small>1</small>−<i>t<sub>V</sub></i><sub>2</sub>)
=<i>G</i><sub>2</sub><i>C</i><sub>2</sub>(
<i><sup>t</sup><small>R</small></i><small>2</small>−<i>t<sub>R</sub></i><sub>1</sub>)
, (W) G<small>1,</small> G<small>2</small>: Lưu lượng dịng nóng và dịng lạnh. (kg/s) C<small>1</small>, C<small>2</small>: Nhiệt dung riêng của lưu chất. (J/kg.độ) t<small>v1</small>, t<small>v2</small>: Nhiệt độ đầu vào của dịng nóng, lạnh. (<small>0</small>C) t<small>R1</small>, t<small>R2</small>: Nhiệt độ đầu ra của dịng nóng, lạnh. (<small>0</small>C)<b>2.2. Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt</b>
Q = KL.∆tlog.L Với: L: chiều dài ống. (m)
K<small>L</small>: hệ số truyền nhiệt dài. (W/mK)
∆t<small>log</small>: chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, K
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">d<small>ng</small>, d<small>t</small>: đường kính ngồi và đường kính trong của ống truyền nhiệt. (m) : hệ số dẫn nhiệt của kim loại làm ống, W/mk
d<small>b</small>: đường kính lớp bẩn, m r<small>b</small>: nhiệt trở của lớp cáu.
<i>Nu= A . ℜ<sup>m</sup>Pr<sup>n</sup>.</i>
(
<i>Pr<sup>Pr</sup><small>t</small></i>)
<sup>0,25</sup><i>. ε<sub>i</sub>ε<sub>R</sub></i>Các hệ số A, n, m,<i>ε<sub>i</sub>, ε<sub>R</sub></i>là các hệ số thực nghiệm, túy thuộc vào các yếu tố sau: Chế độ chảy của các dòng lưu chất.
Sự tương quan giữa dòng chảy và các bệ mặt truyền nhiệt. Đặc điểm bề mặt truyền nhiệt. (độ nhám, hình dạng…)
<b>III. DỤNG CỤ,THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM</b>
<b>3.1. Thiết bị thí nghiệm</b>
Hệ thống thiết bị thí nghiệm như sau:
+ Loại ống lồng ống đơn giản, lưu chất chảy dọc mặt của ống trong, hai dịng chảy có phương song song nhau, 4 đoạn ống, chiều dài mỗi đoạn 1m.
+ Bơm nước lạnh công suất 0,5 hp. + Bơm nước nóng cơng suất 1 hp.
+ Hệ thống có 2 thùng chứa nước, thùng chứa nước nóng và thùng chứa nước lạnh.
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7"><b>3.2. Phương pháp thí nghiệm</b>
<i>a. Chuẩn bị : </i>
- Làm quen với hệ thống thiết bị, tìm hiểu các van và tác dụng của nó.
- Làm quen với thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đo nhiệt độ đầu vào – ra và cách điều chỉnh công tắc đo nhiệt độ.
- Làm quen với thiết bị đo lưu lượng và cách điều chỉnh lưu lượng. - Xác định các đại lượng cần đo.
- Đo lưu lượng dịng nóng, dịng lạnh, nhiệt độ ở các vị trí cần thiết. Lập bảng kết quả đo.
<i>b. Nội dung thí nghiệm : </i>
1. Nắm vững các thao tác vận hành thiết bị. 2. Nắm vững nguyên lí hoạt động của thiết bị.
3. Ghi nhận các thơng số ban đầu: kích thước, tính chất vật lí của dịng nóng, dịng lạnh, các tham số nhiệt độ.
4. Vận hành, ghi nhận các tham số thu nhận từ thí nghiệm. 5. Tính tốn:
+ Tổn thất năng lượng cho hệ thống.
+ Tính tốn hệ số truyền nhiệt bề mặt cho 2 phía.
+ Tính hệ số truyền nhiệt lí thuyết và hệ số truyền nhiệt thực tế.
<i>c. Vẽ sơ đồ nguyên lí hệ thống thiết bị theo hướng dẫn của cán bộ phịng thí nghiệm : </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8"><i>d. Trình tự thí nghiệm : </i>
<b>* Trường hợp xi chiều</b>
- Điều chỉnh dịng nóng sau đó mở van 5, 8;
- Đóng van 6, 7 và bật bơm nóng có mở lỏng van 3 tránh bơm cháy;
- Dùng van V<small>N</small> để diều chỉnh lưu lượng dịng nóng, chú ý trong trường hợp lưu lượng khơng đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ van N<small>1</small> cho đến khi đạt giá trị yêu cầu của thí nghiệm;
- Bật bơm lạnh và điều chỉnh dịng lạnh bằng van 1, 2.
<b>* Trường hợp ngược chiều (Tương tự xi chiều, thay đổi vị trí van dịng nóng)</b>
- Điều chỉnh dịng nóng sau đó mở van 6, 7;
- Đóng van 5, 8 và bật bơm nóng có mở lỏng van 3 tránh bơm cháy;
- Dùng van V<small>N</small> để diều chỉnh lưu lượng dịng nóng, chú ý trong trường hợp lưu lượng khơng đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ van N<small>1</small> cho đến khi đạt giá trị yêu cầu của thí nghiệm;
- Bật bơm lạnh và điều chỉnh dòng lạnh bằng van 1, 2.
<b>* Ghi kết quả thí nghiệm</b>
- Khi điều chỉnh lưu lượng của hai dịng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1 phút thì ghi
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13"><i><b>5.2. Bàn luận </b></i>
<i>a. Nguyên nhân về tổn thất nhiệt:</i>
Nhiệt lượng truyền cho ống làm ống nóng lên.
Tại những vị trí dịng nóng chảy khơng có dịng lạnh bao quanhcó tổn thất do q trình truyền nhiệt từ dịng nóng qua ống đến mơitrường xung quanh do khơng có bọc lớp cách nhiệt.
Trên đường ống do lâu ngày có đóng cặn bẩn cũng góp phầnlàm tổn hao nhiệt lượng. Tổn thất nhiệt qua các van do van bị rò rỉ sau một thời gian sử dụng.
Sai số khi đọc nhiệt độ trong q trình thí nghiệm làm kết quả tính tốn khơng chính xác. Sự mất mát nhiệt dọc chiều dài ống. Đường đi càng dài lượngnhiệt tổn thất càng nhiều.
<i>i. Ảnh hưởng của chiều chuyển động các dòng đến quá trình truyền nhiệt:</i>
Sự mất mát nhiệt dọc chiều dài ống. Đường đi càng dài lượngnhiệt tổn thất càng nhiều. Đường ống làm bằng đồng không bọc lớp cách nhiệt nên sự tổn hao nhiệt ra môi trường xung quanh cũng nhiều hơn so với những vật liệu khác
<i>j. So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm và hệ số truyền nhiệt lý thuyết, nguyên nhân gây ra sự sai khác nếu có:</i>
Xác định hệ số dẫn nhiệt λ cho ống bằng đồng đỏ nguyên chấtnhưng thực tế nguyên liệu làm ống dẫn không nguyên chất.
Các giá trị α xác định được ln mắc phải sai số do tính tốn nhiệt độ vách, nhiệt độ lưu chất để xác định các chuẩn số Nu, Pr...
Nhiệt lượng tổn thất vẫn chưa bù nổi sai số trong q trình làm thí nghiệm.
Ở đây quá trình truyền nhiệt là phức tạp nhưng khi tính tốn chỉ kể đến những ảnh hưởng chính chẳng hạn bỏ qua sự đối lưu tự nhiên trong dòng chảy màng ở ống B dẫn
- Xác định hệ số truyền nhiệt trong q trình truyền nhiệt giữa hai dịng lạnh nóng được ngăn cách bởi vách ngăn kim loại ở các chế độ chảy khác nhau.
- Thiết lập cân bằng nhiệt lượng.
<b>2. Các thông số cần đo?</b>
- Lưu lượng dịng lưu chất ở dịng nóng và dịng lạnh G, Re, Pr, C. - Nhiệt độ nối đun T
<small>nđ</small>.
- Nhiệt độ lưu chất vào và ra ở dịng nóng và dịng lạnh.
<b>3. Nêu trình tự thí nghiệm.</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14"><b>a. Trường hợp xi chiều</b>
- Điều chỉnh dịng nóng sau đó mở van 5, 8;
- Đóng van 6, 7 và bật bơm nóng có mở lỏng van 3 tránh bơm cháy;
yêu cầu của thí nghiệm;
- Bật bơm lạnh và điều chỉnh dòng lạnh bằng van 1, 2.
<b>b. Trường hợp ngược chiều (Tương tự xi chiều, thay đổi vị trí van dịng</b>
- Điều chỉnh dịng nóng sau đó mở van 6, 7;
- Đóng van 5, 8 và bật bơm nóng có mở lỏng van 3 tránh bơm cháy;
yêu cầu của thí nghiệm;
- Bật bơm lạnh và điều chỉnh dịng lạnh bằng van 1, 2.
<b>c. Ghi kết quả thí nghiệm</b>
- Khi điều chỉnh lưu lượng của hai dịng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1 phút thì ghi nhiệt độ của 2 dòng:
- Tiến hành làm vệ sinh thiết bị và kết thúc thí nghiệm.
<b>4. Thiết bị ống lồng ống có phải là thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ ốngkhơng?</b>
- Thiết bị ống lồng ống cịn có tên gọi là thiết bị truyền nhiệt kiểu ống kép là thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ ống.
<b>5. Chỉ rõ đường đi của dịng nóng trong hệ thống thiết bị truyền nhiệt?</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15"><b>a. Trường hợp xuôi chiều</b>
- Máy bơm → Van 4 → Van 5 → Van 8 → Bồn chứa.
<b>b. Trường hợp ngược chiều</b>
- Máy bơm → Van 4 → Van 6 → Van 7 → Bồn chứa.
<b>6. Chỉ rõ đường đi của dòng lạnh trong hệ thống thiết bị thí nghiệm?</b>
- Bễ nước → Bơm, nước theo đó qua van 2 đến thiết bị đo lưu lượng đến cảm ứng nhiệt đầu vào đến các ống → thiết bị cảm ứng nhiệt đầu ra và qua van 1 về thùng chứa nước.
<b>7. Ưu – nhược điểm của thí nghiệm ống lồng ống là gì?</b>
- Ưu điểm: đơn giản trong chế tạo, hệ số truyền nhiệt lớn.
- Nhược điểm: cồng kềnh, giá thành cao vì tốn nhiều vật liệu chế tạo, khó làm sạch bên trong các ống dẫn lưu chất, năng suất thấp.
<b>8. Hãy cho biết phương thức truyền nhiệt cơ bản? Trong bài thí nghiệmnày có các phương thức truyền nhiệt nào?</b>
- Có 3 phương thức truyền nhiệt cơ bản:
<b>9. Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng? Giải thích các thơng số vàcho biết các đơn vị của nó.</b>
<i>Q<sub>N</sub></i>=<i>Q<sub>L</sub></i>=<i>G<sub>N</sub>C<sub>P</sub></i>
(
<i><sup>t</sup><small>V</small></i><small>1</small>−<i>t<sub>V</sub></i><sub>2</sub>)
=<i>G<sub>L</sub>C<sub>P</sub></i>(
<i><sup>t</sup><small>R</small></i><small>2</small>−<i>t<sub>R</sub></i><sub>1</sub>) - Trong đó:
T
<small>v1</small>, T
<small>R1 </small>là nhiệt đ
ộcủa dịng nóng vào và ra. (
<small>O</small>C) T
<small>v2</small>, T
<small>R2 </small>là nhiệt độ của dòng lạnh vào và ra. (
<small>O</small>C)
<b>10. Ý nghĩa vật lý của hệ số truyền nhiệt dài K? Cơng thức tình và giảithích các thơng số đơn vị đo của chúng?</b>
<b>a. Ý nghĩa vật lý</b>
- Là lượng nhiệt truyền đi trong 1 giây từ lưu chất nóng đến lưu chất lạnh qua 1
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16"><b>b. Công thức theo lý thuyết</b>
<b>11. Viết phương trình truyền nhiệt. Giải thích các thơng số và cho biếtđơn vị đo của chúng.</b>
hiệu số nhiệt độ trung bình. (
<small>O</small>C)
<b>12. Chế độ chảy có ảnh hưởng đến q trình truyền nhiệt hay khơng? Vìsao?</b>
- Từ Re ta tính được Nu, và α sau đó suy ra K và tính được Q.
→ Chế độ chảy được biểu diễn bằng chuẩn số Renold có ảnh hưởng đến q trình truyền nhiệt.
<b>13. Phân biệt q trình truyền nhiệt cố định truyền nhiệt khơng cố định.</b>
- Cố định là trường hợp hiệu số nhiệt độ giữa 2 lưu thể biến đổi theo vị trí nhưng không biến đổi thời gian.
- Không cố định là trường hợp hiệu số nhiệt độ giữa 2 lưu thể biến đổi theo vị trí và thời gian.
<b>14. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến hệ số cấp nhiệt α?</b>
α=
<i><sup>Nu λ</sup><sub>l</sub></i></div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">- Từ phương trình trên, ta nhận thấy các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số cấp nhiệt α bao gồm:
+ Chuẩn số Nu mà Nu phụ thuộc Renold → chế độ chảy tần hoặc rối có ảnh hưởng đến α.
+ λ hệ số dẫn nhiệt của lưu chất trong ống.
+ l kích thước hình học đặc trưng của thiết bị, cụ thể ở đây là lồng ống.
<b>15. So sánh hiệu quả quá trình truyền nhiệt xuôi và ngược chiều?a. Xuôi chiều</b>
- Truyền nhiệt ổn định.
- Năng lượng truyền nhiệt cao. - Tốc độ truyền nhiệt nhanh.
<b>b. Ngược chiều</b>
- Truyền nhiệt không ổn định.
- Năng lượng truyền nhiệt không cao.
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">d
<small>ng</small>,d
<small>tr</small>: đường kính ngồi và trong của ống. (m) r
<small>b</small>, d
<small>tr </small>: nhiệt trở và bề dày của lớp bẩn.
<b>4. Tính Nu:</b>
ℜ=<i>w d<sub>θ</sub>ρ/ μ</i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19"><b>* Chuẩn số Pr:</b>
<i>Pr=<sup>v</sup>a</i>
υ : độ nhớt động lực học của lưu chất. a: hệ số dẫn nhiệt của lưu chất.
Pr: tra bảng theo nhiệt độ trung bình của lưu chất.
<b>* Nu được tính theo công thức tùy thuộc vào Re:</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20"><b>C</b>1.92.23.33.84.46.010.3 15.5 19.5 2733 ԑ
<small>1</small>phụ thuộc vào L/d.
- Các hệ số phụ thuộc khi Re>10
<small>4</small>:
- Sau khi có α
<small>1</small>, α
<small>2</small>tra , suy ra K
<small>L</small>theo công thức trên.
- Do nhiệt độ thành ống (vách) khơng biết, ta tính theo trình tự sau:
t
<small>1</small>, t
<small>2</small>: nhiệt độ trung bình của dịng nóng và dịng lạnh.
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">*Lưu ý: Trường hợp ống, l là độ dài ống
- Sau khi có kết quả tính α
<small>1</small>, α
<small>2</small>ta kiểm tra ∆t
<small>1, </small>∆t
<small>2</small>bằng phương trình sau:
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22"><b>VIII. TÀI LIỆU KHAM KHẢO</b>
1. Phạm Văn Bồn - Nguyễn đình Thọ, Quá trình và thiết bị truyền nhiệt" ĐHBK Tp.HCM. 1992.
2. TS Trần Xoa - TS Nguyễn Trọng Khuông - Ks Hồ Lê Viên, "Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hoa chất" tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1992
3. TS Trần Xoa - TS Nguyễn Trọng Khuông - Ks Hồ Lê Viên, "Sổ tay Q trình vàThiết bị Cơng nghệ Hố chất" tập 2. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội,1992
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23"><b>THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙMI. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM</b>
Giúp sinh viên làm quen với thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm, vận hành chính xác thiết bị, đo đạc các thông số của quá trình và thiết bị.
Khảo sát q trình truyền nhiệt, tính tốn hệ số truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách.
Tính tốn hiệu suất tồn 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.
<b>II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT</b>
Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm là một trong những dạng thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các ngành cơng nghiệp, ước tính có tới 60% số thiết bị trao đổi nhiệt hiện nay trên thế giới là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có khoảng áp dụng rất rộng, gần như ở mọi công suất, trong mọi điều kiện hoạt động từ chân không đến siêu cao áp, từ nhiệt độ rất thấp đến nhiệt độ rất cao và cho tất cả các dạng lưu thể ở nhiệt độ, áp suất khác nhau ở phía trong và ngồi ống. Vật liệu để chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm chỉ phụ thuộc vào điều kiện hoạt động, vì vậy cho phép thiết kế để đáp ứng được các yêu cầu khác như độ rung, khả năng sử dụng cho các lưu thể có những tính chất đóng cặn, chất có độ nhớt cao, có tính xâm thực, tính ăn mịn, tính độc hại và hỗn hợp nhiều thành phần. Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có thể được chế tạo từ vật liệu là các loại kim loại, hợp kim cho tới các vật liệu phi kim với bề mặt truyền nhiệt từ 0,1m<small>2</small> đến 100.000m<small>2</small>. Tuy nhiên, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có một nhược điểm là bề mặt trao đổi nhiệt tính trên một đơn vị thể tính của thiết bị thấp so với các dạng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu mới, vì vậy, cùng một bề mặt trao đổi nhiệt như nhau, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm thường có kích thường lớn hơn nhiều.
Trong ngành công nghiệp chế biến dầu khí, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm được sử dụng tương đối rộng rãi ở nhiều quá trình khác nhau và được sử dụng phối hợp với các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu khác.
<b>2.1 Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất</b>
Q = G<small>1</small>C<small>1</small>(t<small>V1</small>-t<small>R1</small>) = G<small>2</small>C<small>2</small>(t<small>R2 </small>–t<small>V2</small>), (W) G<small>1</small>, G<small>2</small> : lưu luợng dòng ống và dòng lạnh (kg/s)
C<small>1</small>, C<small>2</small> : nhiệt dung riêng của lưu chất (J/kg.độ)
t<small>V1</small>, t<small>V2 </small>: nhiệt dòng dung vào của dịng nóng,lạnh (<small>O</small>C) t<small>R1</small>, t<small>R2 </small>: nhiệt độ ra của dịng nóng, lạnh (<small>O</small>C)
</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24"><b>2.2 Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt</b>
∆t<small>log</small>: chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit,K
<i>∆ t</i><sub>log</sub>=<i>∆ t<sub>max</sub></i>−<i>∆ t<sub>min</sub></i>
<i>d<sub>ng</sub>, d<sub>tr</sub>:đường kínhngồi và đường kínhtrong của ống truyềnnhiệt , m</i>
: hệ số dẫn nhiệt của kim loại làm ống (W/mK)
<i>d<sub>b</sub></i>: đường kính lớn bẩn (m)
<i>r<sub>b</sub></i>: nhiệt trở của lớp cáu (m)
<i>Nu= A . ℜ<small>m</small>∙ Pr<small>n</small>∙</i>
(
<i>Pr<sup>Pr</sup><sub>t</sub></i>)
<i>∙ ε<sub>r</sub>ε<sub>R</sub></i>Các hệ số A,n,m,<i>ε<sub>r</sub>, ε<sub>R</sub></i> là các hệ số thực nghiệm, tùy thuốc vào các yếu tố sau: Chế độ chảy của các dòng lưu chất
Sự chuyển quan giữa dóng chảy và bề mặt truyền nhiệt Đặc biệt bề mặt truyền nhiệt (độ nhám, hình dạng…)
<b>III. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM:</b>
<b>3.1 Thiết bị thí nghiệm</b>
Hệ thống thiết bị thí nghiệm như sau:
Loại ống chùm, dịng nóng đi trong ống, dóng lạnh đi phái ngồi vỏ Bơm nước lạnh cơng suất 0,5 hp
Bơm nước nóng cơng suất 1 hp
Hệ thống có 2 thùng chứa nước; thúng chứa nước nóng thùng chứa nước lạnh
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25"> Dụng cụ xác định lưu lượng ở dóng nóng lạnh
Hệ thống cảm biến nhiệt ghi nận nhiệt độ tại các dịng nóng và lạnh ở đầu vào và ra
Tủ điện điều kiện Cấu tạo thiết bị ống chùm:
Dịng nóng : 19 ống, chiều dài mỗi ống 0,5m, đường kính mỗi ống 1,1 cm. Dịng lạnh: chay bên ngồi phía vỏ của thiết bị, đường kính vỏ: 20 cm
cơng tắc đo nhiệt độ
<i>k. Nội dung thí nghiệm:</i>
1. Nắm vững thao tác vận hành thiết bị 2. Nắm vững nguyên lí hoạt động của thiết bị
3. Ghi nhận các thơng số ban đẩu: kích thước, tính chất vật lí cùa dịng nóng lạnh và các tham số nhiệt độ
4. Vận hành, ghi nhận các tham số thu nhận từ thí nghiệm 5. Tính tồn:
Tổn thất năng lượng cho hệ thống
Tình tổng hệ số truyền nhiệt bề mặt cho 2 phía
Tính hệ số truyền nhiệt lí thuyết và hệ số truyền nhiệt thực tế
</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26"><i>l. Vẽ sơ đồ nguyên lí hệ thống thiết bị theo HDPTN: (autocad)</i>
<i>m. Trình tự thí nghiệm : </i>
Bật công tắc tổng
Mở nắp 2 thùng chứa nước nóng (TN) và nước lạnh (TL) kiễm tra mực nước có trong thùng, mực nước chiếm khoảng 2/3 thùng
Cài đặt nhiệt độ ban đầu 80<i>℃</i>
Bật công tắc điện trở gia nhiệt.
Khi nhiệt độ trong thùng chứa nước nóng (TN) đạt giá trị cài đặt ban đầu
Dùng van V<small>N</small> để điều chỉnh lưu lượng dịng nóng, chú ý trong trường hợp lưu lượng khơng đạt đến gái trị thí nghiệm thì đóng từ van N<small>1 </small>cho đến khi đạt giá trị TN
Mở van… Đóng van…
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27"> Dùng van V<small>L</small> để điều chỉnh lưu lượng dòng lạnh, chú ý trong trướng hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ van L<small>1</small> cho đến khi đạt giá trị TN
Khi điều chỉnh lưu lượng của hai dịng nóng và lạnh xong đợi 1 phút thì ghi nhiệt độ của 2 dịng
Nhiệt độ dịng nóng vào T<small>2</small>, nóng ra là T<small>3</small>
Nhiệt độ dóng lạnh vào là T<small>5</small>, lạnh ra là T<small>4</small>
Tiến hành làm vệ sinh thiết bị và kết thúc thí ngiệm
<b>IV. KẾT QUẢ TÍNH TỐN</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28"><b>Tph)ph)Nồi đunNóng vàoNóng raLạnh raLạnh vào</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29"><i>o. Trường hợp ngược chiều:</i>
<b>5.2. Tính hệ số truyền nhiệt thực nghiệm </b>
<i>a. Trường hợp xuôi chiều:</i>
<b>STTQ</b>
<b><small>N </small></b><b>(W)Q</b>
<b><small>L </small></b><b>(W)ΔQt</b>
<b><small>max</small></b><b>ΔQt</b>
<b><small>min</small></b><b>ΔQt</b>
<b><small>log</small></b><b>K</b>
<b><small>TN</small></b><b> (W/m</b>
<b><small>2</small></b><b>.K)</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30"><i>p. Trường hợp ngược chiều:</i>
<b>STTQ</b>
<b><small>N</small></b><b>(W)Q</b>
<b><small>L</small></b><b>(W)ΔQt</b>
<b><small>max</small></b><b>ΔQt</b>
<b><small>min</small></b><b>ΔQt</b>
<b><small>log</small></b><b>K</b>
<b><small>TN</small></b><b> (W/m</b>
<b><small>2</small></b><b>.K)</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">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 (hiệu suất cao vì ¿ <i>QL</i>
Trong cùng một lưu lượng nóng bằng nhau (QN=const), khi tăng lưu lượng dòng lạnh (QL= 3, 6, 9, 12 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt sẽ tăng dần.
</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">Nhận thấy nếu lưu lượng dòng lạnh bằng nhau (QL=const) và qua các mức tăng lưu lượng dịng nóng (VN= 3, 6, 9, 12 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt cũng sẽ tăng lên.
Đối với hệ số truyền nhiệt tính từ thực nghiệm ta nhận thấy K<small>TN</small> khi xi chiều thì lớn hơn chút xíu so với trường hợp ngược chiều.
Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là vì trong q trình tính tốn KTN chỉ có tính đến QN và t<small>log</small> mà 2 yếu tố này lại phụ thuộc vào nhiệt độ do các đầu dò báo về.
<b>VI. Câu hỏi chuẩn bị</b>
<b>1) Mục đích thí nghiệm</b>
- Giúp sinh viên làm quen với các thiết bị truyền nhiệt dạng ống trùm. Biết cách vận hành thiết bị và đô đạc các thơng số.
- Khảo sát q trình trun nhiệt, tính tốn hệ số truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm ngượi gián tiếp giữa 2 dòng lưu chất qua 1 bề mặt ngăn. - Tính tốn hiệu suất toàn phần dựa trên cân bằng nhiệt lượng ở những
lưu lượng dòng khác nhau
- Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển đọng lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp xi và ngược dịng
<b>2) Các thơng số cần đó</b>
- Chiều dài ống (L=0.5M) - Đường kính trong của ống - Đường kính ngồi của ống
<b>3) Trình tự thí nghiệm?</b>
- Mở nắp 2 thùng chứa nứoc nóng (TN) và nước lạnh (TL) kiểm tra mực nước có trong thùng, mực nước chiếm khỏang 2/3 thùng.
Khi nhiệt độ trong thùng chứa nước nóng (TN) đạt giá trị cài đặt ban đầu
- Dùng van 7 để điều chỉnh lưu lượng dịng nóng, chú ý trường hợp lưu lượng khơng đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ van 6 cho đến khi giá trị TN
o Điều chỉnh dòng lạnh : - Mở van 1,2
</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">- Đóng van - Bật bơm nóng
- Dùng van 2 điều chỉnh lưu lượng dịng lạnh , chú ý trường hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ van 1 cho đến khi giá trị TN
o Ghi kết quả thí nghiệm:
Khi điều chỉnh lưu lương của hai dịng nóng và lạnh xong đợi khỏang 1 phút thì ghi nhiệt độ của 2 dịng.
- Nhiệt độ dịng nóng vào là T2, nóng ra là T3 - Nhiệt độ dòng lạnh vào là T5, lạnh ra là T4 .
- Tiến hanh làm vệ sinh thíết bị và kết thúc thí nghiệm.
<i><b>4) So sánh truyền nhiệt ống chùm với truyền nhiệt ống lồng ống.5) Chỉ rõ đường đi của dịng nóng trong hệ thống thiết bị thí nghiệm?</b></i>
Dịng nóng đi từ bồn chứa gia nhiệt. Bơm van 2 van 4 van 5 van 6 đi trong ống B2 đi trong ống B1. Bồn chứa gia nhiệt van 3. Lưu lượng kế nóng đi trong ống A.
<i><b>6) Chỉ rõ đường đi của dòng lạnh trong hệ thống thiết bị thí nghiệm.</b></i>
Dịng lạnh được cấp khi mở van 1B tiếp theo đi qua van 7 đi đến lưu lượng kế dòng lạnh, đi qua ống A theo ống dẫn xả ra ngoài đi ngoài ống B1 đi ngoài ống B1 đi ngoài ống B2, van 10 van 9 van 8 lưu lượng kế dòng lạnh.
<i><b>7) Ưu nhược điểm của thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống?</b></i>
<i><b>8) Hãy cho biết các phương thức truyền nhiệt cơ bản? Trong bài thí nghiệm này có những phương thức truyền nhiệt nào?</b></i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">Dẫn nhiệt.
<i><b>9) Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng. Giải thích các thơng số và cho biết đơn vị đo của chúng.</b></i>
Q = G
<small>1</small>C
<small>1 </small>(t
<small>V1</small>-t
<small>V2</small>) = G
<small>2</small>C
<small>2 </small>(t
<small>R2</small>-t
<small>R2</small>) , (W)
C
<small>1</small>, C
<small>2</small>: Nhiệt dung riêng của lưu chất (J/kg) t
<small>V1</small>, t
<small>V2</small>: Nhiệt độ vào cảu dịng nóng, lạnh (
<small>o</small>C) t
<small>R1</small>, t
<small>R2</small>: Nhiệt độ ra của dịng nóng, lạnh (
<small>o</small>C)
<i><b>10)Ý nghĩa vật lý của hệ số truyền nhiệt dài K</b></i>
<i><b><small>L</small></b></i><i><b>? Cơng thức tính? Giải thích các thông số và cho biết đơn vị đo của chúng?</b></i>
K
<small>L</small>là hệ số truyền nhiệt lý thuyết.
Là lượng nhiệt truyền đi trong 1s từ lưu chất nóng đến lưu chất lạnh qua
- Công thức theo lý thuyết:
ʎ: hệ số dẫn nhiệt của kim loại cấu tạo ống (W/m◦C)
d
<small>b </small>r
<small>b</small>: đường kính lớp bẩn (m) , hệ số điện trở của cặn bẩn (m
<small>2</small>◦C/w)
α
<small>1 </small>α
<small>2</small>: hệ số cấp nhiệt giữa vách ngăn của các dịng lưu chất được tính bằng chuẩn số Nu
<i><b>11)Viết phương trình truyền nhiệt? Giải thích các thông số và cho biết đơn vị đo của chúng?</b></i>
<i>Q=K<sub>L</sub>. Δt</i><sub>log</sub><i>. L</i>
