BÀI 1 THỰC HÀNH TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN

BÀI 1: THỰC HÀNH TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN
1.1.Mục Đích Thí Nghiệm:
Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động
của tháp đệm bằng
cách xác định:
- Ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên độ giảm áp suất của
dòng khí qua cột.
- Sự biến đổi của hệ số ma sát f
ck
trong cột theo chuẩn số
Reynolds của dòng khí và
suy ra các hệ thức thực nghiệm.
- Sự biến đổi của thừa số σ liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí
khi cột khô và khi
cột ướt với vận tốc dòng lỏng.
1.2.Cơ sở lý thuyết
Các quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách rất
thường gặp trong các lĩnh vực công nghiệp hóa chất, thực phẩm, hóa dầu…Trong đó
nhiệt lượng do dòng nóng sẽ tỏa ra sẽ được dòng lạnh thu vào.
Mục đích của quá trình nhằm thực hiện một giai đoạn nào đó trong qui trình công
nghệ, đó có thể là đun nóng, làm nguội, ngưng tụ hay bốc hơi… Tùy thuộc vào bản
chất của quá trình mà ta bố trí sự phân bố các dòng sao cho giảm tổn thất, tăng hiệu
suất của quá trình.
Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc vào cách bố trí thiết
bị, điều kiện hoạt động… Trong đó chiều chuyển động có ý nghĩa rất quan trọng:
Cân bằng nhiệt lượng khí 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp:
Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra.
Q
N
= G
N

.C
N
.ΔT
N
Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào
Q
L
= G
L
.C
L
.ΔT
L
Nhiệt lượng tổn thất (phần nhiệt lượng mà dòng nóng tỏa ra nhưng dòng lạnh
không thu vào được do trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh).
Q
f
= Q
N
- Q
L
Cân bằng nhiệt lượng.
Q
N
= Q
L
– Q
f
Mặt khác nhiệt lượng trao đổi còn có thể tính theo công thức:
Q = K.F.Δt

log
Từ công thức (5) ta thấy nhiệt lượng trao đổi sẽ phụ thuộc vào kích thước thiết bị
F, cách bố trí các dòng Δt
log
. Do thiết bị là phần cứng ta rất khó thay đổi nên có thể
xem nhiệt lượng trao đổi trong trường hợp này phụ thuộc vào cách bố trí dòng chảy.
Tuy nhiên trong thiết bị truyền nhiệt ống xoắn này ta không xét tất cả các trường
hợp bố trí dòng trên, chúng ta chỉ xét trường hợp dòng xuôi chiều và ngược chiều.
Chảy xuôi chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song, cùng chiều với nhau
1
2
Chảy ngược chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song nhưng ngược chiều
1
2
Tùy thuộc vào cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu
ích logarit Δt
log
khác nhau
Trường hợp chảy xuôi chiều
Nhiệt độ lưu thể nóng giảm dần, lưu thể nguội tăng dần.
Đặc trưng thay đổi nhiệt độ khi xuôi chiều.
Δt
max
= Δt
1
= T
1đ
– T
2đ
Δt

min
= Δt
2
= T
1c
– T
2c
Trường hợp chảy ngược chiều
Đặc trưng thay đổi nhiệt độ khi ngược chiều
Nếu (t
1đ
– t
2c
) > (t
1c
– t
2đ
)
Δt
max
= t
1đ
-t
2c
, Δt
min
= t
1c
-t
2đ

Nếu (t
1đ
– t
2c
) < (t
1c
– t
2đ
)
Δt
max
= t
1c
-t
2đ
, Δt
min
= t
1đ
-t
2c
Nếu trong quá trình biến đổi nhiệt mà nhiệt độ của lưu thể ít biến đổi, tức tỷ số
thì hiệu số nhiệt độ trung bình Δtlog có thể được tính gần đúng theo trong bình số học
Δt
log
= 0.5 ( Δt
max
+ Δt
min
)

1.3.Bảng số liệu thô
Khảo sát quá trình truyền nhiệt trên TB2
Trường hợp xuôi chiều
Tiến hành thí nghiệm trên thiết bị TB2 ở chế độ xuôi chiều với các giá trị
lưu lượng của các dòng theo bảng 3.
Bảng 3: Bảng bố trí thí nghiệm trên thiết bị TB2 khi xuôi chiều
TN
V
N
(lít/phút)
V
L
(lít/phút)
T
5
(
0
C)
T
6
(
0
C)
T
7
(
0
C)
T
8

(
0
C)
1
4
4 26 62 38 43
2
7 26 61 36 42
3
10 26 59 35 39
4
13 26 56 32 37
5
16 26 54 31 35
6
7
4 26 52 36 42
7
7 26 51 35 40
8
10 26 50 34 38
9
13 26 49 32 36
10
16 26 47 31 35
11
10
4 26 46 35 39
12

7 26 45 33 38
13
10 26 43 32 36
14
13 26 42 30 34
15
16 26 41 29 33
16
13
4 26 41 33 36
17
7 26 41 32 34
18
10 26 40 31 34
19
13 26 39 30 33
20
16 26 38 29 32
21
16
4 26 38 32 35
22
7 26 38 31 34
23
10 26 38 30 33
24
13 26 37 29 32
25
16 26 37 28 32
TN

G
N
kg/s
G
L
kg/s
Dòng nóng Dòng lạnh
T
v
(
0
C) T
r
(
0
C) T
v
(
0
C) T
r
(
0
C)
1
0.066
0.066
62 43 26 38
2
0.116

61 42 26 36
3
0.166
59 39 26 35
4
0.216
56 37 26 32
5
0.266
54 35 26 31
6
0.115
0.066
52 42 26 36
7
0.116
51 40 26 35
8
0.166
50 38 26 34
9
0.216
49 36 26 32
10
0.266
47 35 26 31
11
0.165
0.066
46 39 26 35

12
0.116
45 38 26 33
13
0.166
43 36 26 32
14
0.216
42 34 26 30
15
0.266
41 33 26 29
16
0.215
0.066
41 36 26 33
17
0.116
41 34 26 32
18
0.166
40 34 26 31
19
0.216
39 33 26 30
20
0.266
38 32 26 29
21
0.265

0.066
38 35 26 32
22
0.116
38 34 26 31
23
0.166
38 33 26 30
24
0.216
37 32 26 29
25
0.266
37 32 26 28
Trường hợp ngược chiều
Tiến hành thí nghiệm trên thiết bị TB2 ở chế độ ngược chiều với các giá trị lưu
lượng của các dòng theo bảng 4.
Bảng 4: Bảng bố trí thí nghiệm trên thiết bị TB2 khi ngược chiều
TN
V
N
(lít/phút
)
V
L
(lít/phút)
T
5
(
0

C)
T
6
(
0
C)
T
7
(
0
C)
T
8
(
0
C)
1
4
4 42 65 26 47
2
7 37 64 26 45
3
10 34 61 26 42
4
13 32 59 26 39
5
16 31 57 26 38
6
7
4 38 55 26 46

7
7 36 54 26 44
8
10 34 53 26 42
9
13 32 52 26 41
10
16 31 51 26 39
11
10
4 35 50 26 44
12
7 34 49 26 42
13
10 32 49 26 41
14
13 32 48 26 39
15
16 30 46 26 38
16
13
4 33 45 26 41
17
7 32 45 26 40
18
10 31 44 26 39
19
13 30 43 26 37
20
16 29 42 26 36

21
16
4 32 42 26 39
22
7 31 42 26 38
23
10 30 42 26 37
24
13 29 41 26 36
25
16 29 40 26 =35
TN
G
N
kg/s
G
L
kg/s
dòng nóng dòng lạnh
T
v
(
0
C) T
r
(
0
C) T
v
(

0
C) T
r
(
0
C)
1
0.066 0.066
65 47 26 42
2
0.116
64 45 26 37
3
0.166
61 42 26 34
4
0.216
59 39 26 32
5
0.266
57 38 26 31
6
0.115
0.066
55 46 26 38
7
0.116
55 44 26 36
8
0.166

53 42 26 34
9
0.216
52 41 26 32
10
0.266
51 39 26 31
11
0.165
0.066
50 44 26 35
12
0.116
49 42 26 34
13
0.166
49 41 26 32
14
0.216
48 39 26 32
15
0.266
46 38 26 30
16
0.215
0.066
45 41 26 33
17
0.116
45 40 26 32

18
0.166
45 39 26 31
19
0.216
43 37 26 30
20
0.266
42 36 26 29
21
0.265
0.066
42 39 26 32
22
0.116
42 38 26 31
23
0.166
42 37 26 30
24
0.216
41 36 26 29
25
0.266
40 35 26 29
1.5. Kết quả tính toán
Trường hợp xuôi chiều
Hiệu suất nhiệt độ
TN
ΔT

N
(
0
C)
ΔT
l
(
0
C)
ŋ
n
(
0
C)
ŋ
l
(
0
C)
ŋ
hi
(
0
C)
1
19 12 52.78 33.33 43.06
2
19 10 54.29 28.57 41.43
3
20 9 60.61 27.27 43.94

4
19 6 63.33 20.00 41.67
5
19 5 67.86 17.86 42.86
6
10 10 38.46 38.46 38.46
7
11 9 44.00 36.00 40.00
8
12 8 50.00 33.33 41.67
9
13 6 56.52 26.09 41.30
10
12 5 57.14 23.81 40.48
11
7 9 35.00 45.00 40.00
12
7 7 36.84 36.84 36.84
13
7 6 41.18 35.29 38.24
14
8 4 50.00 25.00 37.50
15
8 3 53.33 20.00 36.67
16
5 7 33.33 46.67 40.00
17
7 6 46.67 40.00 43.33
18
6 5 42.86 35.71 39.29

19
6 4 46.15 30.77 38.46
20
6 3 50.00 25.00 37.50
21
3 6 25.00 50.00 37.50
22
4 5 33.33 41.67 37.50
23
5 4 41.67 33.33 37.50
24
5 3 45.45 27.27 36.36
25
5 2 45.45 18.18 31.82
Hiệu suất truyền nhiệt
TN
G
N
kg/s
G
L
kg/s
Q
N
(W)
Q
L
(W)
Q
f

(W)
ŋ
(%)
1
0.066
0.066
5238.2
8
3327.5
3
1910.7
6 63.52
2
0.116
5238.2
8
4854.1
4 384.14 92.67
3 0.166 5513.9
8
6241.9
8
-
728.00
113.20
4
0.216
5238.2
8
5412.0

9
-
173.80 103.32
5
0.266
5238.2
8
5551.6
4
-
313.36 105.98
6
0.115
0.066
4836.8
8
2773.7
9
2063.0
9 57.35
7
0.116
5320.5
7
4369.3
8 951.19 82.12
8
0.166
5804.2
6

5549.2
5 255.01 95.61
9
0.216
6287.9
5
5412.0
9 875.86 86.07
10
0.266
5804.2
6
5551.6
4 252.62 95.65
11
0.165
0.066
4846.0
2
2496.7
9
2349.2
2 51.52
12
0.116
4846.0
2
3399.4
1
1446.6

0 70.15
13
0.166
4846.0
2
4163.1
4 682.87 85.91
14
0.216
5538.3
0
3609.0
7
1929.2
3 65.17
15
0.266
5538.3
0
3331.9
1
2206.4
0 60.16
16
0.215
0.066
4506.8
1
1942.5
2

2564.2
9 43.10
17
0.116
6309.5
3
2914.2
0
3395.3
3 46.19
18
0.166
5408.1
7
3469.7
8
1938.3
9 64.16
19
0.216
5408.1
7
3609.0
7
1799.1
0 66.73
20
0.266
5408.1
7

3331.9
1
2076.2
6 61.61
21
0.265
0.066
3330.5
0
1665.2
6
1665.2
5 50.00
22
0.116
4440.6
7
2428.8
4
2011.8
3 54.70
23
0.166
5550.8
4
2776.2
1
2774.6
3 50.01
24 0.216 5550.8 2707.1 2843.6 48.77

4 7 7
25
0.266
5550.8
4
2221.5
7
3329.2
7 40.02
Hệ số truyền nhiệt
TN
Q
N
(W)
Δt
max
(
0
C)
Δt
min
(
0
C)
Δt
log
(
0
C)
K

TN
(W/m
2
K
)
α
N
(W/m
2
K
)
α
L
(W/m
2
K
)
K
LT
(W/m
2
K
)
1
5238.2
8 36 5
15.70
4 469.823 7,386 232.20 216.76
2
5238.2

8 35 6
16.44
4 448.673 7,350 277.44 255.63
3
5513.9
8 33 4
13.74
3 565.113 7,253 309.65 282.59
4
5238.2
8 30 5
13.95
3 528.774 7,160 332.39 301.24
5
5238.2
8 28 4
12.33
4 598.194 7,085 352.76 317.72
6
4836.8
8 26 6
13.63
9 499.472 11,243 223.90 211.57
7
5320.5
7 25 5
12.42
7 603.037 11,146 267.73 250.23
8
5804.2

6 24 4
11.16
2 732.383 11,058 299.34 277.58
9
6287.9
5 23 4
10.86
2 815.336 10,969 323.67 298.32
10
5804.2
6 21 4
10.25
2 797.414 10,879 342.75 314.38
11
4846.0
2 20 4 9.941 686.563 14,598 217.67 206.87
12
4846.0
2 19 5
10.48
7 650.849 14,513 259.42 244.20
13
4846.0
2 17 4 8.985 759.674 14,351 287.99 269.29
14
5538.3
0 16 4 8.656 901.141 14,231 310.79 289.07
15
5538.3
0 15 4 8.322 937.296 20,611 329.95 307.62

16
4506.8 15 3 7.456 851.341 17,613 210.64 200.98
1
17
6309.5
3 15 2 6.452
1377.36
7 17,506 252.83 239.02
18
5408.1
7 14 3 7.141
1066.70
8 17,458 281.85 264.78
19
5408.1
7 13 3 6.820
1116.93
0 17,356 304.40 284.56
20
5408.1
7 12 3 6.492
1173.28
9 17,255 322.67 300.43
21
3330.5
0 12 3 6.492 722.544 20,559 205.56 196.66
22
4440.6
7 12 3 6.492 963.393 20,494 246.72 234.00
23

5550.8
4 12 3 6.492
1204.24
1 20,434 276.93 261.00
24
5550.8
4 11 3 6.157
1269.73
8 20,313 298.69 280.22
25
5550.8
4 11 4 6.920
1129.82
6 20,316 319.14 298.14
Trường hợp ngược chiều
Hiệu suất nhiệt độ
TN
ΔT
N
ΔT
l
ŋ
n
ŋ
l
ŋ
hi
(
0
C) (

0
C) (
0
C) (
0
C) (
0
C)
1
18 16 46.15 41.03 43.59
2
19 11 50.00 28.95 39.47
3
19 8 54.29 22.86 38.57
4
20 6 60.61 18.18 39.39
5
19 5 61.29 16.13 38.71
6
9 12 31.03 41.38 36.21
7
11 10 37.93 34.48 36.21
8
11 8 40.74 29.63 35.19
9
11 6 42.31 23.08 32.69
10
12 5 48.00 20.00 34.00
11
6 9 25.00 37.50 31.25

12
7 8 30.43 34.78 32.61
13
8 6 34.78 26.09 30.43
14
9 6 40.91 27.27 34.09
15
8 4 40.00 20.00 30.00
16
4 7 21.05 36.84 28.95
17
5 6 26.32 31.58 28.95
18
6 5 31.58 26.32 28.95
19
6 4 35.29 23.53 29.41
20
6 3 37.50 18.75 28.13
21
3 6 18.75 37.50 28.13
22
4 5 25.00 31.25 28.13
23
5 4 31.25 25.00 28.13
24
5 3 33.33 20.00 26.67
25
5 3 35.71 21.43 28.57
Hiệu suất truyền nhiệt
TN

G
N
G
L
Q
N
Q
L
Q
f
ŋ
kg/s kg/s (W) (W) (W) (%)
1
0.066
0.066
4954.0
8
4433.8
5 520.23 89.50
2
0.116
5229.3
1
5338.7
4 -109.43
102.0
9
3
0.166
5229.3

1
5549.2
5 -319.94
106.1
2
4
0.216
5504.5
4
5412.0
9 92.45 98.32
5
0.266
5229.3
1
5551.6
4 -322.33
106.1
6
6
0.115
0.066
4346.3
5
3327.5
3
1018.8
2 76.56
7
0.116

5312.2
0
4854.1
4 458.06 91.38
8
0.166
5312.2
0
5549.2
5 -237.05
104.4
6
9
0.216 5312.2
0
5412.0
9
-99.89 101.8
8
10
0.266
5795.1
3
5551.6
4 243.48 95.80
11
0.165
0.066
4145.9
0

2496.7
9
1649.1
1 60.22
12
0.116
4836.8
8
3884.4
7 952.41 80.31
13
0.166
5527.8
7
4163.1
4
1364.7
2 75.31
14
0.216
6218.8
5
5412.0
9 806.76 87.03
15
0.266
5527.8
7
4441.9
3

1085.9
3 80.36
16
0.215
0.066
3599.1
7
1942.5
2
1656.6
5 53.97
17
0.116
4498.9
6
2914.2
0
1584.7
6 64.77
18
0.166
5398.7
6
3469.7
8
1928.9
8 64.27
19
0.216
5398.7

6
3609.0
7
1789.6
9 66.85
20
0.266
5398.7
6
3331.9
1
2066.8
5 61.72
21
0.265
0.066
3325.6
0
1665.2
6
1660.3
4 50.07
22
0.116
4434.1
3
2428.8
4
2005.2
9 54.78

23
0.166
5542.6
6
2776.2
1
2766.4
5 50.09
24
0.216
5542.6
6
2707.1
7
2835.4
9 48.84
25
0.266
5542.6
6
3331.9
1
2210.7
6 60.11
Hệ số truyền nhiệt
TN Q
N
Δt
max
Δt

min
Δt
log
K
TN
α
N
α
L
K
LT
(W) (
0
C) (
0
C) (
0
C)
(W/m
2
K
)
(W/m
2
K)
(W/m
2
K)
(W/m
2

K)
1
4954.0
8 23 21
21.98
5
317.381
5 7513 235.79
219.99
2
2
5229.3
1 27 19
22.76
6
323.515
5 7459 280.28
258.17
2
3
5229.3
1 27 16
21.02
3
350.349
1 7345 310.85
283.72
2
4
5504.5

4 27 13
19.15
5
404.748
2 7253 335.57
304.01
7
5
5229.3
1 26 12
18.10
7
406.765
5 7199 356.37
320.87
8
6
4346.3
5 17 20
18.45
9
331.626
1 11449 227.24
214.61
6
7
5312.2
0 19 18
18.49
5

404.529
5 11382 272.27
254.31
9
8
5312.2
0 19 16
17.45
7 428.593 11263 302.89
280.75
7
9
5312.2
0 20 15
17.38
0
430.485
9 11206 327.67
301.88
2
10
5795.1
3 20 13
16.24
9
502.302
3 11117 348.78
319.64
1
11

4145.9
0 15 18
16.45
4
354.876
5 14954 221.68
210.55
5
12
4836.8
8 15 16
15.49
5
439.669
5 14827 264.97
249.19
8
13
5527.8
7 17 15
15.97
9
487.243
1 14791 296.83
277.16
3
14
6218.8
5 16 13
14.44

8
606.233
9 14670 322.24
299.14
2
15
5527.8
7 16 12
13.90
4
559.953
6 21193 340.34
316.77
0
16
3599.1
7 12 15
13.44
4
377.057
2 18055 215.68
205.61
7
17
4498.9
6 13 14
13.49
4
469.590
3 18002 258.88

244.50
8
18
5398.7
6 14 13
13.49
4
563.508
4 17953 290.59
272.59
5
19
5398.7
6 13 11
11.97
2
635.129
9 17751 312.68
291.88
9
20
5398.7
6 13 10
11.43
4
664.995
7 17656 332.08
308.70
3
21

3325.6
0 10 13
11.43
4
409.632
8 21030 211.56
202.18
9
22
4434.1
3 11 12
11.49
3
543.408
1 20965 253.92
240.53
5
23
5542.6
6 12 11
11.49
3
679.260
1 20906 285.01
268.24
7
24
5542.6
6 12 10
10.97

0
711.652
6 20787 308.10
288.57
7
25
5542.6
6 11 9 9.967
783.274
5 20670 327.68
305.66
3