Tiểu Luận Báo cáo 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: FCC
MSSV: 1234567
Tổ: 2
Lớp HP: Sáng chủ nhật



Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010

LỜI NHẬN XÉT

LỜI MỞ ĐẦU
Truyền nhiệt là lĩnh vực đóng vai trò quan trọng, không thể thiếu trong hầu hết
các quá trình hóa học, thực phẩm, sinh học, môi trường

Chúng ta hiểu được quá trình truyền nhiệt diễn ra như thế nào thì chưa đủ,
chúng ta còn phải biết cách tính toán xử lý số liệu đo được và cao hơn nữa là thiết
kế chế tạo một hệ thống thiết bị truyền nhiệt phổ biến trong công nghiệp nữa. Khi
đó chúng ta sẽ sẽ được tiết kiệm được năng lượng và thời gian rất nhiều trong việc
giảm lượng nhiệt hao hụt, cách bố trí dòng chảy sao cho đạt hiệu suất cao nhất,
thiết bị gọn nhẹ, dễ lắp đặt và bảo trì.

Việc học môn Thực hành Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt rất bổ ích đối
với chúng em hơn là những tiết học lý thuyết. Qua sự chỉ bảo tận tình của thầy
Thống, bọn em đã biết cách vận hành một thiết bị truyền nhiệt, hiểu được nguyên
lý hoạt động và qua đó mỗi người tự xử lý số liệu. Mặc dù trong quyển báo cáo
thực hành này các kết luận của em có thể sai (vì rút từ quá trình thực nghiệm) do
số liệu sai, nhưng em tin vào cách tính toán của mình bởi vì em đã nghiên cứu khá
kỹ lưỡng.

Mặc dù rất cẩn thận nhưng cũng không tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót nên
em mong thầy đóng góp ý kiến nhận xét để bài báo cáo thực hành được hoàn thiện
hơn.
MỤC LỤC

Tựa đề Trang

Bài 1: Thiết bị truyền nhiệt loại ống lồng ống Đồng 1
1.1. Mục đích thí nghiệm 1
1.2. Số liệu thực hành 1

1.3. Xử lý số liệu 2
1.4. Kết quả tính toán 7
1.5. Đồ thị 10
1.6. Bàn luận 14

Bài 2: Thiết bị truyền nhiệt loại ống xoắn 17
2.1. Mục đích thí nghiệm 17
2.2. Số liệu thực hành 17
2.3. Xử lý số liệu 18
2.4. Kết quả tính toán 23
2.5. Đồ thị 26
2.6. Bàn luận 30

Bài 3: Cô đặc gián đoạn dung dịch CuSO
4
34
3.1. Mục đích thí nghiệm 34
3.2. Số liệu thực hành 34
3.3. Xử lý số liệu 35
3.4. Kết quả tính toán 36
3.5. Bàn luận 37

Bài 4: Thiết bị truyền nhiệt loại ống chùm 39
4.1. Mục đích thí nghiệm 39
4.2. Số liệu thực hành 39
4.3. Xử lý số liệu 40
4.4. Kết quả tính toán 45
4.5. Đồ thị 48
5.6. Bàn luận 52

Nhận xét và đánh giá về 3 bài truyền nhiệt 55

Danh mục sách tham khảo và tra cứu 57

Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
1
Bài 1: Thực hành truyền nhiệt ống lồng ống Đồng

Ngày thực hành: 17-10-2010
Sinh Viên: FCC
Mã số: 1234567
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
71 65 70 35 30
2 4
71 64 70 33 30
3 6
71 64 71 32 30
4
2
8
71 63 71 32 30
5 4 2
72 68 71 36 30

Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
2
6 4
72 68 71 33 30
7 6
72 67 71 33 30
8 8
71 67 71 33 30
9 2
71 69 71 37 30
10 4
71 68 71 35 30
11 6
71 68 71 34 30
12
6
8
71 67 71 33 30
13 2
71 69 71 38 30
14 4
71 69 71 35 30
15 6
71 68 71 34 30
16
8
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
71 66 70 30 35
2 4
71 65 70 30 34
3 6
71 65 71 30 33
4
2
8
71 65 71 30 32
5 2
72 69 71 30 36
6 4
72 68 71 30 35
7 6
71 67 71 30 33
8
4
8
71 67 71 30 33
9 2

72 69 71 30 37
10 4
71 69 71 30 33
11 6
71 68 71 30 34
12
6
8
71 68 71 30 33
13 2
71 69 71 30 38
14 4
71 69 71 30 36
15 6
71 69 71 30 34
16
8
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





Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
3

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  

Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
4
-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



Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống

5

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






Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
6
* 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:
Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
7
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
Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
8



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







Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
9
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 0.097777 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

Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
10

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)




Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống

11

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)






Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
12

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





Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
13
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


Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
14
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.
Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
15

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)
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
Trường hợp
cùng chiều
9 3298.9 1206.9
Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
16
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
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
Trường hợp
ngược chiều
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.

Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
17
Bài 2: Thực hành truyền nhiệt ống xoắn

Ngày thực hành: 24-10-2010
Sinh Viên: FCC
Mã số: 1234567
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
70 55 70 48 31
2 3
69 54 69 47 31
3 4
69 51 69 41 31
4
2
5
69 50 68 39 31
5 3 2
68 57 68 47 30
Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống

18
6 3
67 55 67 42 30
7 4
66 55 66 42 29
8 5
66 53 66 40 29
9 2
66 57 65 47 29
10 3
65 56 65 46 29
11 4
65 54 65 42 29
12
4
5
65 53 65 39 29
13 2
64 57 64 46 29
14 3
64 56 64 46 29
15 4
64 55 64 42 29
16
5
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
64 50 63 28 41
2 3
64 49 64 28 41
3 4
64 48 64 28 40
4
2
5
64 47 64 28 38
5 2
64 54 64 28 42
6 3
65 54 64 28 43
7 4
64 53 64 28 42
8
3
5
64 51 64 28 41
9 2

64 56 64 28 44
10 3
64 55 64 28 44
11 4
64 54 64 28 43
12
4
5
63 53 64 28 42
13 2
63 57 63 28 44
14 3
63 56 63 28 44
15 4
63 55 63 28 43
16
5
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





Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
19

.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  

Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
20

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



Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống
21
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

)