Báo cáo Thực hành kỹ thuật thực phẩm Thí nghiệm ống chùm

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

BÁO CÁO THỰC HÀNH:
KỸ THUẬT THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
MSSV
Lớp
Nhóm

: Trần Ngọc Thắng
: Bùi Quang Trường
: 13024971
: ĐHTP9A
: 2 – Sáng T5

TP.Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2015


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

BÁO CÁO BÀI 5: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM
1. Mục đích thí nghiệm

-

Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về thiết bị truyền nhiệt ống chùm.

Giúp sinh viên vận hành chính xác thiết bị, đo đạc các thơng số của q trình
và thiết bị.
Khảo sát q trình 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 xi chiều.
-

Đánh giá q trình hoạt động xi chiều và ngược chiều.
2. Cơ sở lý thuyết

Các công thức tra và cơng thức sử dụng
Nhiệt lượng do dịng nóng tỏa ra:

Nhiệt lượng do dịng lạnh thu vào:

Tính hiệu suất của q trình truyền nhiệt:

Nhiệt lượng tổn thất (phần nhiệt lượng mà dịng nóng tỏa ra nhưng dịng lạnh
khơng thu vào được do trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh):

Hiệu số nhiệt độ của các dòng – hiệu suất nhiệt độ quá trình truyền nhiệt:

Bài 5: Thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm

Page 2

SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

Ta có:

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

Với

phụ thuộc vào nhiệt độ theo cơng thức thực nghiệm:

(Tính GN thì T

; tính GL thì

)

Tính tốn hệ số truyền nhiệt:
Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:
-Trường hợp xuôi chiều:

Trường hợp ngược chiều:
Ta xét:

Giá trị nào lớn hơn thì là

. Giá trị nào bé hơn thì là

Tính:

Bài 5: Thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm

Page 3


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

Xác định hệ số truyền nhiệt KTN :

Đối với thiết bị ống chùm :
với
Trong đó :
Hệ số truyền nhiệt lý thuyết
Được tính theo công thức:

tra bảng 39 trong bảng tra cứu quá trình cơ học truyền nhiệt - truyền khối

* Tính hệ số cấp nhiệt

(dịng nóng):

Chuẩn số Reynolds:

Trong đó: w là vận tốc của dịng nóng:

v là độ nhớt của dịng nóng, có thể tra bảng hoặc tính theo cơng thức thực nghiệm
sau:

Chuẩn số Prandtl:

Bài 5: Thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm

Page 4


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo phương pháp 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)

Với g = 9,81(m/s2), l là đường kính tương đương ở đây l=d i , β là hệ số giãn nở thể
tích được tra trong bảng tra cứu, ∆t là chênh lệch nhiệt độ∆t = ttường - tnóng vào.
Hệ số hiệu chỉnh

:phụ thuộc vào giá trị Reynolds và

(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 dịng nóng chảy dịng: :

* Tính hệ số cấp nhiệt

(dịng lạnh): như dịng nóng chỉ thay đổi các tham số đặc

trưng của dịng lạnh.
Chuẩn số Reynolds:

Trong đó: w là vận tốc của dòng lạnh:

Với
Chuẩn số Prandtl:

Bài 5: Thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm

Page 5


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

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)

Với g = 9,81(m/s2), l là đường kính tương đương ở đây l=

, β là hệ số giãn nở thể

tích được tra trong bảng tra cứu, ∆t là chênh lệch nhiệt độ∆t = ttường – tlạnh vào
Hệ số hiệu chỉnh

:phụ thuộc vào giá trị Reynolds và

(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 dịng nóng chảy dịng: :

3. Tiến hành thí nghiệm
-

Bật cơng tắc tổng

Mở nắp 2 thùng chứa nước nóng TN và nước lạnh TL kiểm tra mực nước có
trong thùng. Mực nước chiếm 2/3 thùng
-

Cài đặt nhiệt độ ban đầu là 800C.

-

Bật công tắc điện trở

Khi nhiệt độ trong thùng chứa nước nóng TN đạt giá trị cài đặt ban đầu thì bắt
đầu tiến hành thí nghiệm.
-

Thiết bị truyền nhiệt ống chùm TB1


Trường hợp xi chiều

Điều chỉnh dịng nóng
Khi nước trong thùng nước nóng TN đạt nhiệt độ cài đặt ban đầu, tiến hành thí
nghiệm.
-

Mở van VN1, VN2, VN3, VN6, VN

Bài 5: Thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm

Page 6


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971
-

Đóng van VN4, VN5

-

Bật bơm nóng BN

GVHD: Trần Ngọc Thắng

Dùng van VN để điều chỉnh lưu lượng dịng nóng theo u cầu thí nghiệm. Chú
ý trong trường hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ từ van V N1
cho đạt giá trị thí nghiệm.
-

Khi lưu lượng đạt giá trị cần thí nghiệm thì mở van V N4, đóng van VN2 và VN3.
Chú ý lúc này dịng nóng khơng qua lưu lượng kế nhưng vẫn đạt giá trị cần thí
nghiệm.
-

Điều chỉnh dịng lạnh
-

Mở van VL1, VL, VL3, VL4, VL7, VL8

-

Đóng van VL2, VL5, VL6, VL9

-

Bật bơm lạnh BL

Dùng van VL để điều chỉnh lưu lượng dịng lạnh theo u cầu thí nghiệm. Chú
ý trong trường hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ từ van V L1
cho đạt giá trị thí nghiệm.
-

Ghi kết quả thí nghiệm
Khi điều chỉnh lưu lượng của 2 dịng nóng và lạnh xong đợi khoảng 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


Hồn tất bài thí nghiệm:
Tắc cơng tắc điện trở
Điều chỉnh nhiệt độ cài đặt về mức 0
Tắt bơm nóng
Đóng dịng van lạnh
Tiến hành xả nước thùng lạnh
Tắt cơng tắt tổng
Tiến hành làm vệ sinh thiết bị và kết thúc bài thí nghiệm

-

4. Số liệu thực nghiệm

TN
1
2
3
4
5
6
7

VN (lít/phút) VL (lít/phút)
8

10

8
10
12
14
8
10
12

Bài 5: Thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm

T1 (0C)
NV
66
66
65
66
67
66
65

T2 (0C)
Nr
52
54

53
52
54
53
52

T3 (0C)
Lv
28
28
28
28
28
29
29

T4 (0C)
Lr
33
32
31
33
32
32
33
Page 7


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

8
9
10
11
12
13
14
15
16

14
8
10
12
14
8
10
12
14

12

14

GVHD: Trần Ngọc Thắng

65
66
67
66

66
65
66
66
68

54
53
54
55
54
57
55
56
59

30
31
30
29
31
30
32
33
33

34
35
35
34

34
36
36
38
40

5. Kết quả

5.1 Bảng hiệu suất nhiệt độ
TN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

TN (0C)
14
12

12
14
13
13
13
11
13
13
11
12
8
11
10
9

TL (0C)
5
4
3
5
4
3
4
4
4
5
5
3
6
4

5
7

(%)
36.84
31.57
32.43
36.84
33.33
35.14
36.11
31.43
35.13
35.13
29.73
34.29
22.85
32.35
30.3
25.71

(%)
13.15
10.5
8.1
13.16
10.26
8.12
11.11
11.43

11.43
13.51
13.51
8.57
17.14
11.76
15.15
20

(%)
24.995
21.035
20.265
25
21.795
21.63
23.61
21.43
23.28
24.32
21.62
21.43
20.01
22.055
22.725
22.855

5.2 Bảng hiệu suất truyền nhiệt
TN
1

2
3
4

QN (W)
7802.67
6688
6688
7802.67

QL (W)
2786.67
2786.67
2508
4876.67

Bài 5: Thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm

Qf (W)
5016
3901.33
4180
2926

(%)
35.71
41.67
37.5
62.5
Page 8

SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

9056.67
9056.67
9056.67
7663.33
10868
10868
9169
10032
7802.67
10728.67
9753.33
8778

2229.33
2090
3344
3901.33
2229.33
3483.33
4180
2926
3344
2786.67
4180
6827.33

GVHD: Trần Ngọc Thắng

6827.34
6966.67
5712.67
3762
8638.67
7384.67
4989
7106
4458.67
7942
5573.33
1950.67

24.62
23.08

36.92
50.91
20.51
32.05
45.59
29.17
42.85
25.397
42.86
77.78

5.3 Bảng hệ số truyền nhiệt
TN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

Tmax
38
38
27
38
39
37
36
35
35
37
37
35
35
34
33
35
 Bàn luận

Tmin
19
22
22
19
22
21
19
20
18
19

21
20
21
19
18
19

Tlog
27.41
29.27
24.41
27.41
29.69
28.25
26.6
26.8
25.56
27
28.25
26.8
27.41
25.78
24.75
26.19

QN (W)
7802.67
6688
6688
7802.67

9056.67
9056.67
9056.67
7663.33
10868
10868
9169
10032
7802.67
10728.67
9753.33
8778

KTN (W/m2 0C)
14982.37
12025.96
14420.32
14982.37
16054.79
16873.16
17919.81
1504975
22378.72
21185.16
17082.44
19701.49
14982.37
21903.29
20740.73
17640.32

Quá trình truyền nhiệt phụ thuộc lưu lượng dịng nóng lạnh khác nhau thì hiệu suất
truyền nhiệt và hệ số truyền nhiệt khác nhau.
Xi chiều khơng ảnh hưởng đến nhiệt độ, vì vậy hệ số truyền nhiệt tương đối ổn
định.
Dựa vào bảng kết quả ta thấy hiệu suất truyền nhiệt thấp, nguyên nhân do nhiệt lượng
thất thốt ra ngồi nhiều hoặc do sai số trong quá trình, độ nhạy thiết bị thấp đẫn đến
sai số các thông số nhiệt độ
Bài 5: Thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm

Page 9


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

Dựa trên bảng số liệu ta thấy dịng nước lạnh vào có hiện tương tăng nhiệt độ là do hệ
thống thiết bị sử dụng nước lạnh ra đổ lại vào thùng chứa nước lạnh vì thay nước
khơng kịp nên có hiện tượng dòng nước lạnh vào tăng nhiệt độ.
6. Phụ lục

Xét trường hợp: GN=8lit/phút , GL=8lít/phút,
T1 = 66 0C, T2 = 52 0C, T3 = 28 0C, T4= 330C
Nhiệt độ chênh lệch giữa dịng nóng vào và dịng nóng ra:
TN =T1-T2= 66-52=14 0C
Nhiệt độ chênh lệch giữa dòng lạnh ra và dòng lạnh vào:
TL=T4-T3=33-28=5 0C
*Hiệu suất nhiệt độ dịng nóng:
=

x100=36.84 %

=

x100=13.15 %

*Hiệu suất nhiệt độ dịng lạnh:

*Hiệu suất nhiệt độ q trình truyền nhiệt:
=

=24.995 %

CH2O = 4180 J/kg. oC
Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:
QN=GN.CN.∆TN =

= 7802.67 (W)

Nhiệt lượng do dịng lạnh thu vào:
QL=GL.CL.∆TL=

=2786.67 (W)

Nhiệt lượng tổn thất:
Qf=QN-QL = 7802.67-2786.67=5016 (W)
Hiệu suất quá trình truyền nhiệt:

=

=35.71 %

Bài 5: Thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm

Page 10


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

Đối với dịng chảy xi chiều, có:
(oC) ;

(oC)

Thay số vào, ta được:
Tmax= TN-V – TL-V = 66-28= 38 ( 0C)
∆tmin=TN-R – TL-R = 52-33=19 ( 0C)
 ∆tlog=

=

= 27.41

Thiết bị 2 có: L2= 500mm, d2t= 11mm, d2n= 13mm
F=π.dtb.L=πx

x500x10-3 =0.019 (m2)

Hệ số truyền nhiệt :
=>

=

= 14982.37 (W/m2 .0C)

Tính tốn tương tự đối với các trường hợp khác.

Bài 5: Thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm

Page 11