THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc
Mục lục

1


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc
BÀI 1: CHƯNG CẤT

I.

Cơ sở lý thuyết
1. Khái niệm chung

Định nghĩa chưng cất
Chưng cất là quả trình dùng để tách các cẩu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp
khí - lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong
hỗn hợp (ở cùng điều kiện).
Các phurơng pháp chưng cất
-

Chưng cất đơn giản: dùng để tách cốc hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất
khác nhau.

-

Chưng bằng hơi nước trực tiếp: dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay

hơi và tạp chất không bay hơi.

-

Chưng cất: dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu từ dễ bay hơi có tính chất hòa
tan một phẩn hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau.

Định Luật Henry
Đối với dung địch lý tưởng áp suất riêng phần p của khí trên chất lỏng tỷ lệ với phần
mol x của nó trong dung địch.
y= H.p
H: Hằng số Henry, (khi nhiệt độ tăng thì H tăng)
Định Luật Raoult
Áp suất riêng phần cùa một câu từ
cùng nhiệt

trên

dung dịch bằng áp

suất

hơi bão hòa của cẩu tử (ở

độ) nhân với nồng độ phần mol của cấu tử đó trong dung dịch.

p= pph.x

1

Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

p: Áp suất hơi riêng phần của cấu tử trong hỗn hợp hơi, [N/m2]
pph: áp suất bơi bão hòa của cấu tử ở cùng nhiệt độ, [N/m2]
x: nồng độ phần mol của cấu tử trong dung dịch, [% mol]
2.

Mô hình mâm lý thuyết

Mô hình mâm lý thuyết là mô hình toán đơn giản nhất dựa tr6n các cơ sơ lý sau:
Cân bằng giữa hai pha lỏng - hơi cho hỗn hợp hai cấu tử.
Điều kiện động lực học lưu chất lý tưởng trên mâm lý tưởng cho hai pha lỏng - hơi
là:
+ Pha lỏng phải hòa trộn hoàn toàn trên mâm.
+ Pha hơi không lôi cuốn các giọt lỏng từ mâm dưới lên mâm trên và đồng thời có
nồng độ đồng nhất tại mọi vị trí trên tiết diện.
+ Trên mỗi mâm luôn đạt sự cân bằng giữa hai pha.
Phương trinh cân bàng vật chất
F = D+W
F.xF= D.XD+W.XW

(2 3)
' (2.4)

Trong đó:
F: suất lượng nhập liệu, [kmol/h]
D: suất lượng sản phẩm đỉnh, [kmol/h]

W: suất lượng sản phẩm đáy, [kmol/h]
Xp: nồng độ nhập liệu (của cấu tử dễ bay hơi), [%mol]
Xp: nồng độ sản phẩm đỉnh (của cấu tử dễ bay hơi), [%mol] x w: nồng độ sản phẩm đáy
(của cấu tử dễ bay hơi), [%mol]
2.1 Hiệu suất
Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm. Có
ba loại hiệu suất mâm được dùng là; hiệu suất tổng quát, liên quan đến toàn tháp; hiệu
suất mâm Murphree, liên quan đến một mâm; hiệu suất cục bộ, liên quan đên một vị trí
cụ thể trên một mâm.
hiệu suất tổng quát E0: là hiệu suất đơn giản khi sử dụng nhưng kém chính xác nhất,
được định nghĩa là tỉ số giữa số mâm lý tưởng và số mâm thực cho toàn tháp:
3


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

Số mâm lý tưởng
E0 =
Số mâm thực
• hiệu suất mâm Murphree: là tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ pha hơi qua một mâm với
sự biến đổi nồng độ cực đại có thế đạt được khi pha hơi rời mâm cân bằng với pha lỏng
rời mâm thứ n:

Trong đo1
yn: Nồng độ thực của pha hơi rời mâm thứ n [%mol]
yn+1: Nồng độ thực cửa pha hơi vào mầm thứ n [%mol]
y*n+1 : Nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng rồi mâm thứ n, [%mol]
Nói chung, pha lỏng rồi mâm có nồng độ không bằng với nồng độ trung bình của

pha lỏng trên mâm nên dẫn đến khái niêm hiêu suất cục bộ
uất cục bộ được định nghĩa như sau

y’n nồng độ pha hơi rời khỏi vị trí cụ thể trên mâm n,

[%mol]

y’n+1 Nồng độ pha hơi mâm n tại cùng vị trí. [%mol]
y’en Nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng tại cùng vị trí, [%mol]
2.2 Mối quan hệ giữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất mâm tông quát
Hiệu suất tổng quát của tháp không bằng với hiệu suất trung bình của từng mâm. Mối
quan hệ giữa hai hiệu suất này tùy thuộc trên độ dốc tương đối của đường
4


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

Cần bằng và đường lầm việc, Khi mG/L lớn hơn 1, hiệu suất tổng quát có giá trị lớn
hơn và mG/L nhỏ hơn 1 thì hiệu suất tổng quát có giá trị nhỏ hơn.
Như vậy, với quá trình trong đó có cả hai vùng như

trên (chưng cất) thì hiệu

Suất tổng quát E0 có thể gần bằng hiệu suất mâm EM. Tuy nhiên khi phân tích
hoạt động của một tháp hay một phần của tháp thực tế, trong đó đo được sự
biến thiên nồng độ qua một hoặc một vài mâm sẽ xác định được giá trì đúng
của EM hơn là giả sử EM bằng E0

5


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

BÀI 2: THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG KÉP
1/ MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Làm quen với thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống, các dụng cụ đo, chứng minh lý thuyết
đã học.
- Xác định hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt trong quá trình truyền nhiệt giữa hai dòng
lưu chất lạnh và nóng qua vách ngăn kim loại ở các chế độ chảy khác nhau.
- So sánh hệ số truyền nhiệt lý thuyết với hệ số truyền nhiệt thực nghiệm, đưa ra các
nguyên nhân sai số trong lúc làm thí nghiệm.
2/ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Quá trình truyền nhiệt trong thiết bị dạng ống lồng ống là một ví dụ của sự truyền
nhiệt phức tạp. Ở đây diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa hai lưu chất được ngăn cách bởi vách
ngăn kim loại, bao gồm truyền nhiệt đối lưu từ dòng nóng đến vách, dẫn nhiệt qua thành
ống kim loại và đối lưu nhiệt giữa dòng lạnh với thành ống.
2.1/ Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho 2 dòng lưu chất nóng và lạnh có dạng:
Q = GN.CN(tNV - tNR) = GL.CL(tLR - tLV)
Trong đó:
GN, GL: lưu lượng khối lượng của dòng nóng và dòng lạnh (kg/s)
CN, CL: nhiệt dung riêng đẳng áp của nước nóng và nước lạnh (J/kg.độ)
tNV, tNR: nhiệt độ vào, ra của dòng nóng (oC)
tLV, tLR: nhiệt độ vào, ra của dòng lạnh (oC)
2.2/ Quá trình truyền nhiệt được biểu diễn bằng phương trình sau:
Q= KL.∆tlog.L
Trong đó:

Q: nhiệt lượng trao đổi (W hoặc j/s)
KL: hệ số truyền nhiệt dài (W/m.độ)
∆t log: hiệu nhiệt độ logarit củ hai dòng lưu chất (oC)
L: chiều dài ống, ở bài thí nghiệm này ta lấy L=1050mm
2.3/ Hiệu nhiệt độ của 2 lưu chất

2.4/ Hệ số truyền nhiệt dài KL:

Trong đó:
dtr, dng: đường kính trong và đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m).
λinox: hệ số dẫn nhiệt của kim loại chế tạo ống (w/m.độ)
6


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

α1, α2: hệ số cấp nhiệt của dòng nước nóng, dòng nước lạnh (w/m2.độ)
rb: hệ số nhiệt của cặn bẩn (m2.độ/w)
db: đường kính lớp bẩn (m)
KL: hệ số truyền nhiệt dài (w/m.độ)
2.5/ Hệ số cấp nhiệt α 1, α 2 giữa vách ngăn và các dòng lưu chất được tính từ chuẩn
số Nusselt (Nu)
Phương trình tổng quát của chuẩn số Nusselt là:

Trong đó:
Các hệ số: A, n, m, εL, εP là các hệ số thực nghiệm phụ thuộc các yếu tố sau:
-

Chế độ chảy của các dòng lưu chất .
Sự tương quan giữa dòng chảy và bề mặt truyền nhiệt.
Đặc điểm của bề mặt truyền nhiệt (độ nhám, hình dạng ,…)

Ta có các phương trình Nusselt cho dòng chảy ngang ống như sau:

Khi 5 < Re < 103 :

Khi 103 ≤ Re ≤ 2.105:

Khi 2.105 ≤ Re ≤ 2.106:
Ta có phương trình tính Nusselt cho chế độ chảy dọc theo thân ống:
-

Chế độ chảy màng Re ≤ 2320

-

Chế độ chảy chuyển tiếp 2320 < Re < 10000:

7


Thực hành KTTP

-

Lê Nguyễn Anh Quốc

Chế độ chảy rối Re > 10000:

Trong đó giá trị C phụ thuộc Re theo bảng sau:
Re
2100
2200
2300
2400
C
1,9
2,2
3,3
3,8
Re
3000
4000
5000
6000
C
6,0
10,3
15,5
19,5
Giá trị εL phụ thuộc vào tỉ lệ L/d khi Re < 10000
L/d
1,0
2,0
5,0
10,0
15,0
29,0

30,0
εL
1,9
1,7
1,44
1,28
1,18
1,13
1,05
Khi Re >10000 thì hệ số εP phụ thuộc vào Re và L/d như sau:
L/d
10,0
20,0
30,0
40,0
Re
1.104
2.104
5.104
1.105
1.106

1,23
1,18
1,13
1,10
1,05
-

1,13

1,10
1,08
1,06
1,03

1,07
1,05
1,04
1,03
1,02

1,03
1,02
1,02
1,02
1,01

2500
4,4
8000
27,0
40,0
1,02

10000
33,0
≥50,0
1,00

≥50

1,00
1,00
1,00
1,00
1,00

Chuẩn số Grashof (Gr)

Chuẩn số Grashof đặc trưng cho quan hệ giữa lực ma sát phân tử và lực kéo do tỉ trọng
khác nhau, ở những điểm có nhiệt độ không giống nhau trong cùng một dòng lưu chất
(nước).

Trong đó:
Gr: chuẩn số Grashof
ν: độ nhớt động học của lưu chất (m2/s)
dtd: đường kính tương đương của tiêt diện dòng chảy (m)
ρ: khối lượng riêng của lưu chất (nước), (kg/m3)
µ: độ nhớt động lực học của nước (N.S/m2).
∆t: hiệu nhiệt độ giữa lưu chất và thành ống, trong bài thí nghiệm này ta lấy
o
∆t=6 C
8


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

β: hệ số giãn nở thể tích (phụ thuộc vào nhiệt độ), (1/oC)
T(oC)

0
20
40
60
80
-4
-4
-4
-4
o
-0,6.10
2,1.10
3,9.10
5,3.10
6,3.10-4
β(1/ C)

100
7,5.10-4

120
8,6.10-4

⇒
3/ SỐ LIỆU VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU
 Bảng số liệu từ phòng thí nghiệm
Lưu lượng
dòng nóng
G’N(L/P)

Lưu lượng dòng lạnh
G’L(L/P)
G’L1 = 1,8
G’L1 = 3
G’L1 = 4
G’L1 = 5
G’L1 = 6
G’L1 = 1,8
G’L1 = 3
G’L1 = 4
G’L1 = 5
G’L1 = 6

8

10

Nhiệt độ dòng nóng
tNV
tNR
51
55
58
62
68
64
66
65
66
65

50
53
55
59
63
58
58
57
58
56

Nhiệt độ dòng lạnh
tLV
tLR
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30

38
36
36
36

37
46
43
42
41
40

 Xử lý số liệu.

Ống kép chảy ngang

3.1/ Tính suất lượng khối lượng của dòng nóng.
GN = G’N(lít/ph)* �(kg/m3 ) / 60(s/ph)* 1000(1/ m3)
Bảng 1: Bảng tính GN của dòng nóng
G’N(L/P)
tNV (0C)
tNR (0C)
tNTB (0C)
�N (kg/m3)
8

GN (kg/s)

51

50

50,5

987,9

0,1317

55

53

54

986,1

0,1314

58

55

56,5

984,9

0,1313

62

59

60,5

982,9

0,1310

68

63

65,5

980,2

0,1307

9


Ống kép chảy dọc

Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

10

64

58

61

982,7

0,1638

66

58

62

982,1

0,1637

65

57

61

982,7

0,1638

66

58

62

982,1

0,1637

65

56

60,5

982,9

0,1638

QN (W)

Ống kép chảy
ngang

tNR (0C)

0,1314

4176

55

53

1097,5

0,1313

4177

58

55

1645,3

0,1307

4183

68

63

2733,6

Ống kép chảy dọc

3.2/ Tính nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng:
QN = G’N.CN.(tNV-tNR)
Bảng 2: Bảng tính QN của dòng nóng
GN (kg/s)
CN (J/kg.độ)
tNV (0C)

0,1637

4181

66

58

5475,4

0,1638

4180

65

57

5477,5

0,1637

4181

66

58

5475,4

0,1638

4179

65

56

6160,7

Ống kép
chảy
ngang

3.3/ Tính suất lượng khối lượng của dòng lạnh:
GL = G’L(lít/ph)* �(kg/m3 ) / 60(s/ph)* 1000(1/ m3)
Bảng 3: Bảng tính giá trị GL của dòng lạnh
G’L(L/P)
tLV (0C) tLR (0C) tLTB (0C)

�L (kg/m3)

GL (kg/s)

1,8

30

38

34

994,3

0,0298

3

30

36

33

994,7

0,0497

10


Ống kép chảy dọc

Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc
4

30

36

33

994,7

0,0663

5

30

36

33

994,7

0,0829

6

30

37

33,5

994,5

0,0995

1,8

30

46

38

992,9

0,0298

3

30

43

36,5

993,4

0,0497

4

30

42

36

993,6

0,0662

5

30

41

35,5

993,8

0,0828

6

30

40

35

994,0

0,0994

QL (W)

Ống kép chảy
ngang

tLV (0C)

0,0497

4174

36

30

1244,7

0,0663

4174

36

30

1660,4

0,0995

4174

37

30

2907,1

Ống kép chảy dọc

3.4/ Tính nhiệt lượng thu vào của dòng lạnh
QL = G’L.CL.(tLR-tLV)
Bảng 4: Bảng tính giá trị QL của dòng lạnh
GL (kg/s)
CL (J/kg.độ)
tLR (0C)

0,0497

4174

43

30

2696,8

0,0662

4174

42

30

3315,8

0,0828

4174

41

30

3801,7

0,0994

4174

40

30

4149,0

3.5/ Tính tổn thất nhiệt
Q = QN - QL

Bảng 5: Bảng tính giá trị Q
11


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

STT

QN (w)

QL (w)

Q (w)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

549,7
1097,5
1645,3

1642,3
2733,6
4108,1
5475,4
5477,5
5475,4
6160,7

995,1
1244,7
1660,4
2076,1
2907,1
1990,1
2696,8
3315,8
3801,7
4149,0

-445,4
-147,2
-15,1
-433,8
-173,5
2118
2778,6
2161,7
1673,7
2011,7

3.6/ Tính hiệu nhiệt độ logarit tlog (tính mẫu hai số liệu)
Áp dụng công thức tính tlog

-

Xét trường hợp ống kép chảy ngang.

G’N = 8L/p, G’L = 3L/p, tNV=55oC, tNR=53oC. tLV=30oC, tLR= 36oC
tmax = tNV – tLR = 53 – 30 = 23 oC
tmin = tNR – tLV = 55 – 36 = 19 oC

-

Xét trường hợp ống kép chảy dọc.

G’N = 10L/p, G’L = 3L/p, tNV=66oC, tNR=58oC. tLV=30oC, tLR= 43oC
tmax = tNV – tLR = 58 – 30 = 28 oC
tmin = tNR – tLV = 66 – 43 = 23 oC

Tính tương tự cho các trường hợp còn lại, ta có bảng sau:
Bảng 6: Bảng tính tlog
Lưu lượng
dòng nóng
G’N(L/P)
8

Lưu lượng
dòng lạnh
G’L(L/P)
G’L1 = 1,8

G’L1 = 3

Nhiệt độ dòng
nóng
tNV
tNR
51
50
55
53

Nhiệt độ dòng
lạnh
tLV
tLR
30
38
30
36
12

tmax
20
23

tmin
13
19

tlog

16,24
20,94


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

G’L1 = 4
G’L1 = 5
G’L1 = 6
G’L1 = 1,8
G’L1 = 3
G’L1 = 4
G’L1 = 5
G’L1 = 6

10

58
62
68
64
66
65
66
65

55
59

63
58
58
57
58
56

30
30
30
30
30
30
30
30

36
36
37
46
43
42
41
40

25
29
33
28
28

27
28
26

22
26
31
18
23
23
25
25

23,47
27,47
31,99
22,63
25,41
24,95
26,47
25,50

3.7/ Tính hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm
Q = K*L. ∆tlog . L
Bảng 7: Bảng tính K*L
STT

QN
(w)

QL
(w)

Q = Qtb =
(w)

∆tlog

L
(m)

K*L
(w/m.độ)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

549,7
1097,5
1645,3
1642,3
2733,6

4108,1
5475,4
5477,5
5475,4
6160,7

995,1
1244,7
1660,4
2076,1
2907,1
1990,1
2696,8
3315,8
3801,7
4149,0

772,4
1171,1
1652,9
1859,2
2820,3
3049,1
4086,1
4396,7
4638,6
5154,9

16,24
20,94

23,47
27,47
31,99
22,63
25,41
24,95
26,47
25,50

1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05

45,3
53,3
67,1
64,5
83,9
128,3
153,1
167,8
166,7
192,5

3.8/ Tính tốc độ chảy của dòng nóng:

Trong đó :
(đối với cả 2 trường hợp ống kép
chảy ngang và ống kép chảy dọc thì FN được tính giống nhau)
G’N = 8 (L/P) = 8.10-3 (m3/phút)
G’N = 10 (L/P) = 10-2 (m3/phút)
Trường hợp ống kép chảy ngang:

Trường hợp ống kép chảy dọc:

13


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

3.9/ Tính tốc độ chảy của dòng lạnh

-Đối với ống kép chảy ngang:
Bảng 8: Bảng tính L của dòng lạnh trường hợp ống kép chảy ngang
G’L (m3/phút)

FL (m2)

1,8 (L/P) = 1,8.10-3 (m3/phút)
3 (L/P) = 3.10-3 (m3/phút)
4 (L/P) = 4.10-3 (m3/phút)

5 (L/P) = 5.10-3 (m3/phút)
6 (L/P) = 6.10-3 (m3/phút)

(m2)

(m/s)

8,4.10-3
8,4.10-3
8,4.10-3
8,4.10-3
8,4.10-3

0,00357
0,00595
0,00794
0,00992
0,01190

-Đối với ống kép chảy dọc:
Bảng 9: Bảng tính L của dòng lạnh trường hợp ống kép chảy dọc
G’L (m3/phút)

FL (m2)

1,8 (L/P) = 1,8.10-3 (m3/phút)
3 (L/P) = 3.10-3 (m3/phút)
4 (L/P) = 4.10-3 (m3/phút)
5 (L/P) = 5.10-3 (m3/phút)
6 (L/P) = 6.10-3 (m3/phút)

(m/s)

3,267.10-4
3,267.10-4
3,267.10-4
3,267.10-4
3,267.10-4

0,0918
0,1530
0,2041
0,2551
0,3061

3.10/ Tính chuẩn số Reynolds của dòng nóng

Trong đó:
đối với cả 2 trường hợp ống kép chảy ngang và ống kép
chảy dọc.
Bảng 10: Bảng tính giá trị ReN
Trường DtdN
�N
tNV
tNR tNTB
�N
�N
ReN
3
2

(m)
(kg/m )
(N.s/m )
hợp
(m/s)
Ống

0,018

0,5239

51

50

50,5
14

987,9

545,4.10-6

17078,1


Thực hành KTTP
kép
chảy
ngang

ống
kép
chảy
dọc

Lê Nguyễn Anh Quốc

0,018

0,5239

55

53

54

986,1

517,4.10-6

17972,8

0,018

0,5239

58

55

56,5

984,9

497,4.10-6

18672,7

0,018

0,5239

62

59

60,5

982,9

466,2.10-6

19881,9

0,018

0,5239

68

63

65,5

980,2

434,6.10-6

21268,9

0,018

0,6549

64

58

61

982,7

463,1.10-6

25014,6

0,018

0,6549

66

58

62

982,1

456,7.10-6

25349,7

0,018

0,6549

65

57

61

982,7

463,1.10-6

25014,6

0,018

0,6549

66

58

62

982,1

456,7.10-6

25349,7

0,018

0,6549

65

56

60,5

982,9

466,2.10-6

24853,3

3.11/ Tính chuẩn số Reynolds của dòng lạnh.

-

Trường hợp ống kép chảy ngang:

(m)
-

Trường hợp ống kép chảy dọc:
(m)

Bảng 11: Bảng tính giá trị ReL
Trường
DtdL
�L
(m)
hợp
(m/s)

tLV

tLR

tLTB

�L
(kg/m3)

�L
(N.s/m2)

ReL

7,97.10-3

0,00357

30

38

34

994,3

742,2.10-6

38,1

7,97.10-3

0,00595

30

36

33

994,7

757,0.10-6

62,3

7,97.10-3

0,00794

30

36

33

994,7

757,0. 10-6

83,1

7,97.10-3

0,00992

30

36

33

994,7

757,0, 10-6

103,9

7,97.10-3

0,01190

30

37

33,5

994,5

749,6. 10-6

125,8

8.10-3

0,0918

30

46

38

992,9

682,9. 10-6

1067,8

8.10-3

0,1530

30

43

36,5

993,4

705,2. 10-6

1724,2

Ống
kép
chảy

ngang

ống
kép

15


Thực hành KTTP
chảy
dọc

Lê Nguyễn Anh Quốc

8.10-3

0,2041

30

42

36

993,6

712,6. 10-6

2276,7

8.10-3

0,2551

30

41

35,5

993,8

720,0. 10-6

2816,9

8.10-3

0,3061

30

40

35

994,0

727,4. 10-6

3346,3

3.12/ Tính chuẩn số Prandlt của dòng nóng:

Bảng 12: Bảng tính giá trị PrN
tNV (0C)

51
55
58
62
68
64
66
65
66
65

tNR (0C)

50
53
55
59
63
58
58
57
58
56

tNTB (0C)

50,5
54
56,5
60,5
65,5
61
62
61
62
60,5

CN
(J/kg.độ)

�N
(N.s/m2)

4174
4176
4177
4179
4183
4180
4181
4180
4181
4179

545,4.10-6
517,4.10-6
497,4.10-6
466,2.10-6
434,6.10-6
463,1.10-6
456,7.10-6
463,1.10-6
456,7.10-6
466,2.10-6

PrN
N
(w/m.độ)
64,9.10-2
65,2.10-2
65,5.10-2
65,9.10-2
66,4.10-2
66,0.10-2
66,1.10-2
66,0.10-2
66,1.10-2
65,9.10-2

3,51
3,31
3,17
2,96

2,74
2,93
2,89
2,93
2,89
2,96

3.13/ Tính chuẩn số Prandlt của dòng lạnh

Bảng 13: Bảng tính giá trị PrL của dòng lạnh
tLV (0C)

30
30
30
30
30
30
30
30
30
30

tLR (0C)

38
36
36
36
37

46
43
42
41
40

tLTB (0C)

34
33
33
33
33,5
38
36,5
36
35,5
35

CL
(J/kg.độ)
4174
4174
4174
4174
4174
4174
4174
4174
4174

4174
16

�L
(N.s/m2)
-6

742,2.10
757,0.10-6
757,0. 10-6
757,0, 10-6
749,6. 10-6
682,9. 10-6
705,2. 10-6
712,6. 10-6
720,0. 10-6
727,4. 10-6

PrL
L

(w/m.độ)
62,48.10-2
62,31.10-2
62,31.10-2
62,31.10-2
62,39.10-2
63,16.10-2
62,90.10-2
62,82.10-2

62,73.10-2
62,65.10-2

4,958
5,071
5,071
5,071
5,015
4,513
4,679
4,735
4,791
4,846


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

3.14/ Tính chuẩn số Nusselt của dòng nóng NuN
- Trường hợp ống kép chảy ngang:
Từ bảng 10, ta thấy giá trị các chuẩn số Re N dòng nóng ở trường hợp ống kép chảy ngang
đều nằm trong khoảng cho nên phương trình tính Nusselt có dạng:

- Trường hợp ống kép chảy dọc:
Ta thấy các giá trị chuẩn số ReN ở trường hợp ống kép chảy dọc đều > 10000 nên phương
trình tính Nusselt có dạng:

Ta có :
nên

=1
Bảng 14: Bảng tính giá trị PrtN của vách (dòng nóng)
tNV
(0C)

tNR
(0C)

tNTB – 4 oC

51

50

50,5 – 4 = 46,5

55

53

54 – 4 = 50

58

55

56,5 – 4 = 52,5

62

59

60,5 – 4 = 56,5

68

63

65,5 – 4 = 61,5

64

58

61 – 4 = 57

66

58

62 – 4 = 58

65

57

61 – 4 =57

66

58

62 – 4 = 58

65

56

60,5 – 4 = 56,5

CtN
(J/kg.độ)

(N.s/
m)
2

4174

585,8.10-6

64,3.10-2

3,803

4174

549,4.10-6

64,8.10-2

3,539

4175

529,4.10-6

65,1.10-2

3,395

4177

497,4.10-6

65,5.10-2

3,172

4180

459,9.10-6

66,0.10-2

2,913

4177,5

493,4.10-6

65,6.10-2

3,142

4178

485,4.10-6

65,7.10-2

3,087

4177,5

493,4.10-6

65,6.10-2

3,142

4178

485,4.10-6

65,7.10-2

3,087

4177

497,4.10-6

65,5.10-2

3,172

Bảng 15: Bảng tính giá trị NuN dòng nóng
Trường
hợp

ReN

(W/
m.độ)

PrN

PrtN
17


Thực hành KTTP
Ống
kép
chảy
ngang

Ống
kép

chảy
dọc

Lê Nguyễn Anh Quốc
17078,1

3,51

17972,8

3,31

18672,7

3,17

19881,9

2,96

21268,9

2,74

25014,6

2,93

25349,7

2,89

25014,6

2,93

25349,7

2,89

24853,3

2,96

3,803

136,7

3,539

138,4

3,395

139,2

3,172

140,8

2,913

142,7

3,142

108,1

3,087

108,7

3,142

108,1

3,087

108,7

3,172

108,0

3.15/ Tính chuẩn số Nusselt của dòng lạnh NuL
- Trường hợp ống kép chảy ngang:
Từ bảng 11, ta thấy giá trị các chuẩn số Re L dòng lạnh ở trường hợp ống kép chảy ngang
đều nằm trong khoảng 5< ReL<103cho nên phương trình tính Nusselt có dạng:

- Trường hợp ống kép chảy dọc:

+ Ta thấy các giá trị chuẩn số ReL của dòng lạnh [ 1067,8 ; 1724,2 ; 2276,7 ] < 2320 nên

phương trình tính Nusselt có dạng:
• Tính chuẩn số Grashof của dòng lạnh:
ReL
1067,8

tLtb (oC)
38

3

(kg/m )
992,9

dtđL (m)
8.10-3

(1/oC)

2

(N.s/m )

Gr

3,738.10-4

682,9. 10-6

23813,7

-6

1724,2

36,5

993,4

8.10-3

3,639.10-4

705,2. 10

21761,8

2276,7

36

993,6

8.10-3

3,606.10-4

712,6. 10-6

21127,5

18


Thực hành KTTP

Với các giá trị

Lê Nguyễn Anh Quốc

đã tính ở bảng 3, dtdL đã tính ở phần tính chuẩn số Reynolds dòng lạnh,

đã tính ở bảng 11.
+ Còn 2 giá trị chuẩn số ReL [2816,9 ; 3346,3] nằm trong khoảng 2320phương trình tính Nusselt có dạng:

Ta nội suy để tìm giá trị C

+ Ta

ReL

C

2816,9

5,41

3346,3

7,49

có :

=

>50 nên

1

Bảng 16: Bảng tính giá trị Prt của vách dòng lạnh:
tLV
(0C)

tLR
(0C)

tLTB + 6 oC

30

38

34 + 6 =40

30

36

33 + 6 = 39

30

36

33 + 6 =39

30

36

33 + 6 = 39

CtL
(J/kg.độ)

(N.s/
m)
2

(W/
m.độ)

4174

653,3.10-6

63,5.10-2

4,29

4174

668,1.10-6

63,3.10-2

4,40

4174

668,1.10-6

63,3.10-2

4,40

4174

668,1.10-6

63,3.10-2

4,40

19


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

30

37

33,5 + 6 = 39,5

30

46

38 + 6 = 44

30

43

36,5 + 6 = 42,5

30

42

36 + 6 =42

30

41

35,5 + 6 = 41,5

30

40

35 + 6 = 41

4174

660,7.10-6

63,4.10-2

4174

611,7.10-6

64,02.10-2 4,31

4174

627,3.10-6

63,8.10-2

4174

632,5.10-6

63,76.10-2 4,14

4174

637,7.10-6

63,7.10-2

4,17

4174

642,9.10-6

63,6.10-2

4,22

GrL

C

4,35
4,10

Bảng 17: Bảng tính giá trị NuL dòng lạnh
Trườn
g hợp
Ống

kép
chảy
ngang

Ống
kép
chảy
dọc

ReL

PrL

38,1

4,958

62,3

5,071

83,1

5,071

103,9

5,071

125,8

5,015

1067,8

4,513

1724,2

4,679

2276,7

4,735

2816,9

4,791

3346,3

4,846

PrtL

4,29

5,88

4,40

7,58

4,40

8,75

4,40

9,79

4,35

10,72

4,31

23813,7

7,93

4,10

21761,8

9,56

4,14

21127,5

10,51

4,17

5,41

10,99

4,22

7,49

15,28

3.16/ Tính hệ số cấp nhiệt của dòng nóng:

Bảng 3.18 : Bảng tính giá trị
Trường
hợp
Ống
kép
chảy

136,7
138,4

(w/m.độ)
64,9.10-2

0,018

(w/m2.độ)
4928,8

65,2.10-2

0,018

5013,1

20

(m)


Thực hành KTTP
ngang

Lê Nguyễn Anh Quốc
139,2
140,8
142,7

Ống
kép
chảy
dọc

108,1

108,7
108,1
108,7
108,0

65,5.10-2

0,018

5065,3

65,9.10-2

0,018

5154,8

66,4.10-2

0,018

5264,0

66,0.10-2

0,018

3963,6

66,1.10-2

0,018

3991,7

66,0.10-2

0,018

3963,6

64,9.10-2

0,018

3991,7

65,2.10-2

0,018

3912,0

Các giá trị của
;
;
đã được tính ở những phần trên.
3.17/ Tính hệ số cấp nhiệt của dòng lạnh:

21

Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

Bảng 3.19 : Bảng tính giá trị
Trường
hợp
Ống
kép
chảy
ngang

5,88
7,58
8,75
9,79
10,72

Ống
kép
chảy
dọc

7,93
9,56
10,51
10,99
15,28

(w/m.độ)
62,48.10-2

(m)
7,97.10-3

(w/m2.độ)
460,96

62,31.10-2

7,97.10-3

592,61

62,31.10-2

7,97.10-3

684,08

62,31.10-2

7,97.10-3

765,39

62,39.10-2

7,97.10-3

839,17

63,16.10-2

8.10-3

626,07

62,90.10-2

8.10-3

751,65

62,82.10-2

8.10-3

825,30

62,73.10-2

8.10-3

861,75

62,65.10-2

8.10-3

1196,61

Với các giá trị
; ;
đã tính ở các phần trên.
3.18/ Tính hệ số truyền nhiệt lý thuyết KL

Trong đó: dtr = 0,018 (m)
dng = 0,022 (m)
= 25 (W/m.độ)
= 0,0051 (m2.độ/ W)

22


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

Bảng 20: Bảng tính gí trị KL
STT
1
2
3
4
5
6
7

8
9
10

(w/ m2.độ)
4928,8
5013,1
5065,3
5154,8
5264,0
3963,6
3991,7
3963,6
3991,7
3912,0

(w/m2.độ)
460,96
592,61
684,08
765,39
839,17
626,07
751,65
825,30
861,75
1196,61

(w/m2.độ)
26,4

32,4
36,3
39,6
42,5
32,8
37,6
40,2
41,4
51,2

4/ ĐỒ THỊ

Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt dài K L và chế độ chảy của dòng lạnh là quan hệ tuyến
tính. Ta tiến hành vẽ hai đồ thị K*L và KL theo 2 chế độ chảy trong ống kép chảy ngang và
ống kép chảy dọc.
 Trường hợp ống kép chảy ngang:
Bảng 21: Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và dòng lạnh trường hợp ống kép chảy ngang.
Trường hợp

K*L (w/m.độ)

ReL

Ống
kép
chảy
ngang
G’N= 8 (L/P)

KL (w/m.độ)

38,1

45,3

26,4

62,3

53,3

32,4

83,1

67,1

36,3

103,9

64,5

39,6

125,8

83,9

42,5

Chú thích :
: là đường hệ số truyền nhiệt dài thực

nghiệm K*L

: là đường hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết

KL

 Trường hợp ống kép chảy dọc
Bảng 22: Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và dòng lạnh trường hợp ống kép chảy dọc.
Trường hợp

ReL

K*L (w/m.độ)

KL (w/m.độ)

Ống

1067,8

128,3

32,8

23

Thực hành KTTP
kép
chảy
dọc

Lê Nguyễn Anh Quốc
1724,2

153,1

37,6

2276,7

167,8

40,2

2816,9

166,7

41,4

3346,3

192,5

51,2

Chú thích:
: là đường hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm K*L
: là đường hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết KL

24


Thực hành KTTP

Lê Nguyễn Anh Quốc

5/ BÀN LUẬN
Sau khi tính toán xử lý số liệu và dựng đồ thị thì có thể lúc ra những nhận xét như sau:
-

-

Tổn thất nhiệt lượng của quá trình truyền nhiệt là rất lớn, ở trường hợp
ống kép chảy ngang thì tổn thất nhiệt khoảng vài trăm (w) nhưng đối với
trường hợp ống kép chảy ngang tổn thất nhiệt còn lên đến con số vài
ngàn (W). Bên cạnh đó, chênh lệch nhiệt lượng
của dòng nóng và
dòng lạnh ở trường hợp ống kép chảy ngang lại là số âm.
Phần trăm sai số của K*L và KL:

K* L

KL

45,3

26,4

53,3

32,4

67,1

36,3

64,5

39,6

83,9

42,5

128,3

32,8

153,1

37,6

167,8

40,2

166,7

41,4

192,5

51,2

Sai số
18,9
20,9
30,8
24,9
41,4
95,5
115,5
127,6
125,3
141,3

Ta thấy sai số giữ hệ số truyền nhiệt dài thực tế K *L và hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết K L
là rất lớn. Đặc biệt sai số của trường hợp ống kép chảy dọc lớn hơn rất nhiều so với sai số
của trường hợp ống kép chảy ngang.
- Nguyên nhân gây sai số có nhiều nhưng chủ yếu là do các bước tiến
hành thí nghiệm chưa nhịp nhàng, người thực hiện chưa nắm rõ các bước
thực hiện cũng như các điểm cần lưu ý khi vận hành thiết bi, các chỉ số
trên máy không được nhạy, dẫn đến nhiệt độ chênh lệch lớn. Ví dụ như ở
trường hợp ống kép chảy ngang, nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng Q N lại

bé hơn nhiệt lượng của thu vào của dòng lạnh Q L . Nguyên nhân có thể là
do khi đo nhiệt lượng dòng nóng thiết bị đo không chuẩn chênh hay do
thao tác của người thực hiện và đọc kết quả chưa chính xác, đúng thời
đểm làm cho chênh lệch nhiệt độ vào và ra của dòng nóng quá thấp ( chỉ
vài độ C) nên dẫn đến nhiệt lượng dòng nóng thấp hơn dòng lạnh. Bên
cạnh đó, quá trình tính toán xử lý số liệu cũng là một nguyên nhân dẫn
đến sai số.
25