truyền nhiệt ống lồng ống

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

BÀI 6: TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG
1. Mục đích thí nghiệm
- Làm quen với thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống, các dụng cụ đo nhiệt độ và lưu
lượng lưu chất.
- Xác định hệ số truyền nhiệt trong quá trình truyền nhiệt giữa hai dòng lạnh và
nóng qua vách kim loại ở các chế dộ chảy khác nhau.
- Thiết lập cân bằng nhiệt lượng.
2. Cơ sở lý thuyết
2.1 Các khái niệm
• Truyền nhiệt
Truyền nhiệt là một quá trình phức tạp xảy ra đồng thời 3 dạng trao đổi
nhiệt: trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt, trao đổi nhiệt bằng đối lưu nhiệt và trao đổi
nhiệt bằng bức xạ nhiệt.
• Chiều quá trình
Trong tự nhiên quá trình truyền nhiệt chỉ xảy ra theo một chiều từ nơi có
nhiệt độ cao tới nơi có nhiệt độ thấp.
• Chất tải nhiệt
Chất tải nhiệt là chất mang nhiệt từ nơi này tới môi trường khác theo quy
luật tự nhiên.
• Truyền nhiệt trực tiếp
Truyền nhiệt trực tiếp là quá trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt tiếp xúc
trực tiếp với vật liệu.
• Truyền nhiệt gián tiếp
Truyền nhiệt gián tiếp lầ quá trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt không tiếp
xúc trực tiếp với vật liệu mà thông qua vật ngăn.
• Truyền nhiệt ổn định

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

Truyền nhiệt ổn định là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ chỉ thay đổi theo
không gian mà không thay đổi theo thời gian.
• Truyền nhiệt không ổn định
Truyền nhiệt không ổn định là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ thay đổi
cả theo không gian và thời gian.
• Trường nhiệt
Trường nhiệt đặc trưng cho độ nóng của vật là nhiệt độ (toC, toK). Tập hợp
tất cả những giá trị nhiệt độ của vật hoặc môi tường gọi là trường nhiệt.
• Nhiệt trường ổn định
Nhiệt trường ổn định là nhiệt trường mà nhiệt độ chỉ thay đổi theo không
gian mà chỉ thay đổi theo thời gian.
t=f(x,y,z)
• Nhiệt trường không ổn định
Nhiệt trường không ổn định là nhiệt trường mà nhiệt độ thay đổi theo cả
không gian và thời gian.
t=f(x,y,z,t)
• Mặt đẳng nhiệt
Mặt đẳng nhiệt là tập hợp các điểm có nhiệt độ bằng nhau. Quá trình dẫn
nhiệt không xảy ra trên một mặt đẳng nhiệt, mà chỉ dẫn nhiệt từ mặt đẳng nhiệt
này đến mặt đẳng nhiệt kia.
2.2 Các quá trình truyền nhiệt
Trong thực tế quá trình truyền nhiệt diễn ra theo 3 phương thức truyền nhiệt cơ
bản sau.
• Dẫn nhiệt
Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt năng từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ

thấp. do sự truyền động năng hoặc dao động va chậm vào nhau, nhưng không có
sự chuyển rời vị trí giữa các phân tử vật chất. dẫn nhiệt chỉ xảy ra khi truyền nhiệt
của các chất rắn hoặc truyền nhiệt của chất lỏng, chất khí đứng yên hay chuyển
động dòng.
 Định luật Fourien


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

Xét trên một mặt phẳng có diện tích F có dòng nhiệt dẫn qua theo phương
vuông góc với mặt phẳng, định luật Fourien phát biểu như sau:
Mật độ dòng nhiệt truyền qua bằng phương thức dẫn nhiệt theo phương quy
định tỷ lệ thuận với diện tích vuông góc với Phương truyền nhiệt và gradian nhiệt
độ theo phương ấy.
Q x = −λ F

qx =

∂T
(W)
∂x

Qx
∂T
= −λ
(W/m2)
F
∂x

Qx: dòng nhiệt truyền qua diện tích F (j/s)
qx: mật độ dòng nhiệt (W/m2)
F: diện tích bề mặt truyền nhiệt vuông góc với phương x (m2)
λ: hệ số dãn nhiệt W/m.độ
Thực nghiệm chứng tỏ λ là một thông số vật lý biểu diển khả năng dẫn
nhiệt của vật liệu.
Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, vật liệu, cấu trúc vật liệu.
Hệ số dẫn nhiệt của chất khí trong khoảng 0,006÷0,6 (W/m.độ)
Hệ số dẫn nhiệt của chất khí trong khoảng 0,007÷0,7 (W/m.độ)
Hệ số dẫn nhiệt của chất rắn phụ thuộc vào kết cấu, độ xốp và độ ẩm của
vật liệu.
Từ định luật Fourien cơ bản người ta đưa ra các dạng phương trình truyền nhiệt
cho các trường hợp cụ thể.
Ở đây ta chỉ nêu trường hợp dẫn nhiệt ổn định qua ống
• Dẫn nhiệt ổn định qua ống
Nghiên cứu quá trình dẫn nhiệt qua vách trụ (ống) nhiệt độ bề mặt vách
trong t1, nhiệt độ vách ngoài t2 không thay đổi. vật liệu có hệ số dẫn nhiệt λ không
đổi.
Ta có phương trình dẫn nhiệt như sau:


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

Q=

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

2π .λ.L
( t1 − t 2 ) = t1 − t 2

d
d
1
ln 2
ln 2 (W)
d1
2πλL d 1

L: chiều dài của ống (m)
d1, d2: đường kính trong và ngoài của ống (m)
Còn δ =

d 2 − d1
(m)
2

Và diện tích bề mặt trung bình:
F=

π ( d1 − d 2 ) L
d
(m2)
ln 2
d1

Tỷ số d2/d1<2 thì F tính bằng công thức sau:
F=

π ( d1 + d 2 ) L 2
(m )

2

Để thuận tiện cho việc tính toán ta tính
qτ =

t −t
Q
= 1 2
d
1
L
ln 2 (w/m)
2πλ d1

Nhiều lớp
Với tường hình ống nhiều lớp vật liêu khác nhau
qτ =

Q
=
L

n

∑
i −1

t1 − t n +1
d
1

ln i +1
2πλ
di

n: số lớp
t1: nhiệt độ vách trong (oC)
tn+1: nhiệt độ vách ngoài thứ n+1 (oC)
• Đối lưu nhiệt


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

Nhiệt đối lưu là sự truyền nhiệt mà các phân tử lỏng hoặc khí nhận nhiệt rồi
đổi chỗ cho nhau; sự đổi chỗ do chênh lệch khối lượng riêng hay do các tác động
cơ học như: bơm, khuấy.
Quá trình tỏa nhiệt đối lưu xảy ra khi có sự trao đổi nhiệt giữa chất lỏng,
chất khí và bề mặt rắn.
 Định luật Newton
Để tính nhiệt đối lưu người ta dùng công thưc Newton
Q=α.F.(tr-tv)

(w)

Trong đó α: hệ số tỏa nhiệt (W/m.độ) phụ thuộc vào rất nhiều thông số
α=f(tv,tf,ω, λ, cp, ρ, µ,l)
tf: nhiệt độ lưu chất
tv: nhiệt độ vách
ω: tốc độ truyền nhiệt của chất lỏng

l: kích thước bề mặt troa đổi nhiệt
q=α(tr-tv) (W/m2)
Để tính toán được phương trình trên ta cần phải xác định được α
2.3 Các chuẩn số
Vì quá trình tỏa nhiệt đối lưu phụ thuộc vào nhiều chuẩn số do đó muốn xác định
α ta cần tính các chuẩn số sau:
Chuẩn số Nusselt: Nu =

α .
λr

Chuẩn số Reynolds: Re =

ω.
γ

Chuẩn số Prandtl: Pr =

γ
a

Chuẩn số Grashof: Gr =

ω: vận tốc chuyển động của lưu chất (m/s)
λ
a: hệ số dẫn nhiệt độ a = c .ρ (m2/s)
p

cp: nhiệt dung riêng đẳng áp (j/kg.oC)

g.β .3 .∆t
γ2


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

g: gia tốc trọng trường (m/s2)
l: kích thước hình học (có thể là đường kính nếu là ống) (m)
∆t: kí hiệu nhiệt độ vách và nhiệt độ lưu chất (oC)
β: hệ số giãn nở thể tích (1/oK; 1/oC) với chất khí β=1/T
2.4 Các phương trình thực nghiệm cho các loại lưu chất chuyển động
Để tính α người ta dùng chuẩn số Nu và trong từng trường hợp cụ thể thì
Nu có biểu thức riêng
Ngoài ra người ta tính trước một số trường hợp cụ thể, ta có thể tra bảng
cho từng trường hợp ấy
2.5 Các kiểu truyền nhiệt trong thiết bị vỏ ống
 Kiểu xuôi chiều: 2 dòng lưu chất lạnh và nóng chuyển động cùng chiều.
Khi bố trí kiểu này thì hiệu quả truyền nhiệt ở đầu vào là rất cao và đầu ra là thấp.
 Kiểu ngược chiều: 2 dòng lưu chất lạnh và nóng chuyển động ngược chiều,
kiểu bố trí này thường được dùng, sự trao đổi nhiệt được phân bố đều trên khắp
chiều dài của thiết bị .
2.6 Tổ chức dòng chảy trong thiết bị vỏ ống
Tổ chức dòng chảy phải đảm bảo điều kiện: hiệu quả quá trình trao đổi
nhiệt là cao nhất. trong đó gồm: dòng nóng và dòng lạnh.
Dòng nóng và dòng lạnh có thể bố trí bên trong hay bên ngoài vỏ ống dòng
lưu chất cùng chiều hay ngược chiều.
2.7 Nhiệt độ ra của các dòng chảy
Trường hợp xuôi chiều: ở 2 đầu thiết bị nhiệt độ nóng ra lớn hơn lạnh ra

3. Tính toán thí nghiệm
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)


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

tNV, tNR: nhiệt độ vào, ra của dòng nóng (oC)
tLV, tLR: nhiệt độ vào, ra của dòng lạnh (oC)
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
Hiệu nhiệt độ của 2 lưu chất
∆tl og =

∆t max − ∆t min
∆t
ln max
∆t min

Hệ số truyền nhiệt dài KL:
KL =

π
d ng

r
1
1
1
+
. ln
+∑ b +
α 1 .d tr 2λinox
d tr
d b α 2 .d ng

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)
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)
Hệ số cấp nhiệt α1, α2 giữa vách ngăn và các dòng lưu chất được tính từ
chuẩn số Nusselt (Nu)
Phương trình tổng quát của chuẩn số Nusselt là:


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

 Pr 

Nu = A. Re . Pr .
 Pr t 
m

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG
0 , 25

.ε L .ε P

n

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 các dòng chảy về 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 < 10 : Nu = 0,5. Re . Pr
0,5

3

0 , 38

 Pr 
. 
 Prt 

Khi 10 ≤ Re ≤ 2.10 : Nu = 0,25. Re . Pr

3

0,6

5

0 , 38

 Pr 
. 
 Prt 

Khi 2.105 ≤ Re ≤ 2.106: Nu = 0,023. Re . Pr
0,8

0 , 25

0 , 37

0 , 25

 Pr 
. 
 Prt 

0 , 25

Ta có phương trình tính Nusselt cho chế độ chảy dọc theo thân ống:
Chế độ chảy màng Re ≤ 2320
Nu = 0,15. Re

0 , 33

. Pr

0 , 43

 Pr 
.Gr . 
 Prt 

0 , 25

0,1

..ε L

Chế độ chảy chuyển tiếp 2320 < Re < 10000:
 Pr 
Nu = C. Pr 0, 43 .
 Pr t 

0 , 25

.ε L

Chế độ chảy rối Re > 10000:
Nu = 0,021. Re

0,8

. Pr

0 , 43

 Pr 
. 
 Prt 

0 , 25

.ε P


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

Trong đó giá trị C phụ thuộc Re theo bảng sau:
Re

2100

2200

2300

2400

2500

C

1,9

2,2

3,3

3,8

4,4

Re

3000

4000

5000

6000

8000

10000

C

6,0

10,3

15,5

19,5

27,0

33,0

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

40,0

≥50,0

εL

1,9

1,7

1,44

1,28

1,18

1,13

1,05

1,02

1,00

Khi Re >10000 thì hệ số εP phụ thuộc vào Re và L/d như sau:
10,0

20,0

30,0

40,0

≥50

1.104

1,23

1,13

1,07

1,03

1,00

2.104

1,18

1,10

1,05

1,02

1,00

5.104

1,13

1,08

1,04

1,02

1,00

1.105

1,10

1,06

1,03

1,02

1,00

1.106

1,05

1,03

1,02

1,01

1,00

L/d
Re

 Chuẩn số Grashof (Gr)


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

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).
g .d td .β .∆t g .d td .β .∆t.ρ 2
Gr =
=
ν2
µ2
3

3

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
∆t=6 C
o

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

0

β(1/oC)

-0,6.10-4 2,1.10-4

20

40

60

80

100

120

3,9.10-4

5,3.10-4

6,3.10-4

7,5.10-4

8,6.10-4

9,81(m / s 2 ).6( o C ).d td .ρ 2 .β
µ2
3

⇒ Gr =

3. Thiết bị thí nghiệm:
Hệ thống thiết bị thí nghiệm có các thiết bị thành phần sau:
Nồi đun nước nóng được gia công bằng thép không gỉ có dạng lăng trụ
đứng với đường kính D=395mm, chiều cao nồi là H=500mm
Thành nồi có lớp bảo ôn dày 30mm, trong nồi có hai điện trở gia nhiệt để
đun sôi nước.
Một bơm nước nóng có công suất 0,5 HP dùng để bơm nước nóng từ nồi
đun đế hệ thống trao đổi nhiệt.
Hộp điều khiển hệ thống thiết bị.


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

Ống kép chảy ngang là loại ống lồng ống mà lưu chất lạnh chảy ngang mặt
ngoài của ống trong .
Ống kép chảy dọc là loại ống lồng ống đơn giản, lưu chất nóng chảy dọc
mặt trong của ống trong và lưu chất lạnh chảy dọc trong khoảng không gian giữa

hai ống.
Một lưu lượng kế dạng phao dùng để đo lưu lượng của nước nóng và nước
lạnh.
Loại ống

Kích thước

Kích thước

Chiều dài

Ống trong (mm)

Ống ngoài (mm)

(mm)

Chảy dọc

Φ18/22

Φ30/34

1050

Chảy ngang

Φ18/22

Φ30/34

1050

4. Sơ đồ nguyên lý thiết bị

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

A. Điện trở đun nước

a. Công tắc tổng

B.Nồi đun nước nóng

b. Công tắc bơm

C.Bơm nước nóng

c. Công tắc điện trở đun nóng.

D. Lưu lượng kế

d. Đồng hồ hiển thị nhiệt độ.

E. TBTN kiểu chảy ngang
F. TBTN kiểu chảy dọc

V. Các van

5. Kết quả thí nghiệm

Ống kép chảy ngang Lưu lượng dòng
lạnh G’ (lít/ph)

(lít/ph)
Lưu lượng dòng
nóng G’

Bảng số liệu từ phòng thí nghiệm

3

6

9

TLV TLR TNV TNR TLV TLR TNV TNR TLV TLR TNV TNR

3

80

36

80

72

80

37

80

76

80

37

80

78

6

80

37

80

73

80

37

80

78

80

38

80

75

9

80

36

80

72

80

37

80

77

80

37

80

72

3

80

47

80

76

80

48

80

76

80

47

80

73

6

80

46

80

77

80

47

80

76

80

46

80

70

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

Ống kép chảy dọc

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

9

80

45

80

79

80

46

80

75

80

46

80

70

Các bảng số liệu tính toán
Bảng 1:Nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng

3
6
3

Ống kép chảy dọc

9

Ống kép chảy ngang

G’N(L/P) GN(kg/s)

Qn

tNV

tNR

tNTB

�N
(kg/m3)

CN

(0C)

(0C)

(0C)

0,0487

80

72

0,0487

80

0,0487

QN(W)

76

974,200

4190

1632,424

73

76,5

973,925

4190

1428,371

80

72

76

974,200

4190

1632,424

0,0973

80

76

78

973,100

4190

1630,748

0,0973

80

78

79

972,550

4190

815,374

0,0973

80

77

78,5

972,825

4190

1223,061

0,1459

80

78

79

972,550

4190

1222,642

0,1460

80

75

77,5

973,375

4190

3058,7

0,1461

80

72

76

974,200

4190

4893,92

0,0487

80

76

78

973,100

4190

816,212

(J/ka.độ)


9

6

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

0,0486

80

77

78,5

972,825

4190

610,902

0,0486

80

79

79,5

972,275

4190

203,634

0,0973

80

76

78

973,100

4190

1630,748

0,0973

80

76

78

973,100

4190

1630,748

0,0973

80

75

77,5

973,375

4190

2038,35

0,1461

80

73

76,5

973,95

4190

4285,113

0,1462

80

70

75

974,75

4190

6125,78

0,1462

80

70

75

974,75

4190

6125,78

 Trình tự tính toán
1. Tính suất lượng khối lượng của dòng nóng(tính mẫu cho số liệu đầu)

GN =

G 'N . p
60.1000

TNV=800C, TNR=720C vậy tNTB =760C
Áp dụng công thức tính � tại nhiệt độ trung bình tNTB =760C
Gọi (x, y)=( tNTB, � Ntb),

(x1, y1)=(60, 983 )

(x1,y1) = (60, 983 ) (Kết hợp bảng công thức, bảng hóa lý của nước)
Thế vào công thức nội suy ta được:
y=

GN =

=

= 0,0487 (kg / s)

= 974,2

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

2.Nhiệt tỏa ra của dòng nóng: Qn (W) (tính mẫu số liệu ban đầu)
QN = GN .CN (TNV – TNR )
= 0,0487 . 4190 . (80 – 72) = 1632,424 (W)
Với giá trị CN (J/kg.độ) được tính bằng phương pháp nội suy như trên.
Bảng 2: Nhiệt lượng thu vào của dòng lạnh QL

3
6
3
6

Ống kép chảy dọc

9

Ống kép chảy ngang

G’L(L/P) GL(kg/s)

TLV

TLR

TLTB

�1

C1

QL(W)

(0C)

(0C)

(0C)

(kg/m3)

(J/ka.độ)

0,04971

30

36

33

994,1

4176,75

1245,76

0,04970

30

37

33,5

993,95

4176,625

1453,05

0,04970

30

37

33,5

993,95

4176,625

1453,05

0,09940

30

37

33,5

993,95

4176,625

2906,09

0,09940

30

37

33,5

993,95

4176,625

2906,09

0,09940

30

38

34

993,8

4176,5

3321,15

0,14912

30

36

33

994,1

4176,75

3737,02

0,14909

30

37

33,5

993,95

4176,625

4358,85

0,14909

30

37

33,5

993,95

4176,625

4358,85

0,04962

30

47

38,5

992,45

4175,375

3522,09

0,04962

30

48

39

992,3

4175,25

3729,16

0,04962

30

47

38,5

992,45

4175,375

3522,09

0,09926

30

46

38

992,6

4175,5

6631,36


9

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

0,09925

30

47

38,5

992,45

4175,375

7044,90

0,09926

30

46

38

992,6

4175,5

6631,36

0,14891

30

45

37,5

992,75

4175,625

9326,88

0,14889

30

46

38

992,6

4175,5

9947,04

0,14889

30

46

38

992,6

4175,5

9947,04


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

2. Tính suất lượng, khối lượng của dòng lạnh. GL
GL =

L'ρ
60.1000

T2v=37oC, t2r=42oC, tLtb=39,5oC
Áp dụng phương pháp tính nội suy như trên.
3. Tính tổn thất nhiệt tính thành bảng
Q =


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

QN(W)

QL(W)

∆Q(W)

1632,424

1245,76

386,664

1428,371

1453,05

24,679

1632,424

1453,05

179,374

1630,748

2906,09

1275,342

815,374

2906,09

2090,716

1223,061

3321,15

2098,089

1222,642

3737,02

2098,508

3058,7

4358,85

1300,15

4893,92

4358,85

535,07

816,212

3522,09

2705,878

610,902

3729,16

3118,258

203,634

3522,09

3318,456

1630,748

6631,36

5000,612

1630,748

7044,90

5414,152

2038,35

6631,36

4593,01

4285,113

9326,88

5041,767

6125,78

9947,04

3821,26

6125,78

9947,04

3821,26

1632,424

1245,76

386,664

1428,371

1453,05

24,679

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

4. Tính hiệu nhiệt độ logarit tlog (tính mẫu hai số liệu)
Áp dụng công thức tính tlog
∆t log =

∆t max − ∆t min
∆t max
ln
∆t min

 Xét trường hợp ống lồng ống song song ngược chiều
G’L = 3L/p, tNV=80oC, tNR=76oC. tLV=30oC, tLR= 47oC
tmax = tNV – tLR = 80 – 47 = 33 oC
tmin = tNR – tLV = 76 – 30 = 46 oC
=

= 39,14 oC

 Xét trường hợp ống lồng ống vuông gốc
G’L = 3L/p, tNV=80oC, tNR=72oC. tLV=30oC, tLR= 36oC
tmax = tNV – tLV = 80 – 30 = 50 oC
tmin = tNR – tLR = 76 – 36 = 40 oC
=

= 44,81 oC

5. Tính hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm K*L = QL/tlog*L


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

K *L =

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

QL
(với chiều dài ống L= 1050 mm=1,05m)
∆tlog * L

Với QN=1632,424 (W), tNV=80oC, tNR=76oC. tLV=30oC, tLR= 47oC
K*L =

= 39,721 (W/m.độ)

Tương tự như trên áp dụng các công thức cho mỗi giá trị nhiệt độ, dòng nóng lạnh
khác nhau, ta có bảng 3
Bảng 3:Tính Q, ∆tlog , K*L


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

QN(W)

QL(W)

∆Q(W)

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

tNV

tNR

tLV

tLR

(0C (0C (0C (0C
)
)
)
)

L
(m)

∆t(lo
g)
(0C)

K*
(W)

1632,424

1245,76

386,664

80

72

30

36

1,05 42,61

36,486

1428,371

1453,05

24,679

80

73

30

37

1,05 42,61

36,486

1632,424

1453,05

179,374

80

72

30

37

1,05 42,06

32,343

1630,748

2906,09

1275,342

80

76

30

37

1,05 44,27

35,08

815,374

2906,09

2090,716

80

78

30

37

1,05 45,35

17,12

1223,061

3321,15

2098,089

80

77

30

38

1,05 44,27

26,31

1222,642

3737,02

2098,508

80

78

30

36

1,05 45,88

25,38

3058,7

4358,85

1300,15

80

75

30

37

1,05 43,73

66,61

4893,92

4358,85

535,07

80

72

30

37

1,05 42,06

110,81

816,212

3522,09

2705,878

80

76

30

47

1,05 39,14

19,86

610,902

3729,16

3118,258

80

77

30

48

1,05 39,02

14,91

203,634

3522,09

3318,456

80

79

30

47

1,05 40,4

4,80

1630,748

6631,36

5000,612

80

76

30

46

1,05 39,7

39,12

1630,748

7044,90

5414,152

80

76

30

47

1,05 39,14

39,68

2038,35

6631,36

4593,01

80

75

30

46

1,05 39,24

49,47

4285,113

9326,88

5041,767

80

73

30

45

1,05 38,68

105,51

6125,78

9947,04

3821,26

80

70

30

46

1,05 36,92

158,02

6125,78

9947,04

3821,26

80

70

30

46

1,05 36,92

158,02


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

Tính diện tích tiết diện dòng nóng FN
π .d 2 3,1416.0, 0182
−4

FN =

4

=

= 2,5447.10 ( m 2 )

4

6. Tính tốc độ dòng chảy của dòng nóng �N (m/s)
ωN =

GN′ .
với 3 Lít/phút = 3.10-3 m3 / p
F .60

=

= 0,1965 (m/s)

=

= 0,3929 (m/s)

=

= 0,5895 (m/s)

7. Tính chuẩn số Re của dòng nóng ReN

tNV=80oC, tNR=72oC. tLV=30oC, tLR= 36oC
Tính μN cho mỗi điểm nhiệt độ trung bình dòng nóng
Sử dụng phương pháp nội suy để tính μN , bảng thông số hóa lý của nước
Tương tự như cách trình bày ở phần trên, ta có
TNV=800C, TNR=720C vậy tNTB =760C
Áp dụng công thức tính μ tại nhiệt độ trung bình tNTB =760C
Gọi (x, y)=( tNTB, μNtb),

(x1, y1)=(60, 983 )

(x1,y1) = (60, 983 ) (Kết hợp bảng công thức, bảng hóa lý của nước)
Thế vào công thức nội suy ta được:
y=

=

= 0,00038 (N.s/m2)
ReN3 =

=9067,75

Bảng 4: Chuẩn số Re của dòng nóng ReN
G’
(l/p)
(m2)

dtdN
(m)

�N

tNV

tNR

tNTB

�N
(kg/m3)

�N
(N.s/m2)

ReN


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

(m/s)
3
Ch
ảy
nga
ng

2,5447.10-4

0,018

0,1965

80

72

76

974,200

0,00038

9067,75

2,5447.10-4

0,018

0,1965

80

73

76,5 973,925

0,00038

9065,19

2,5447.10-4

0,018

0,1965

80

72

76

974,200

0,00038

9067,75

6

2,5447.10-4

0,018

0,3929

80

76

78

973,100

0,00037

18599,89

2,5447.10-4

0,018

0,3929

80

78

79

972,550

0,00036

19105,74

2,5447.10-4

0,018

0,3929

80

77

78,5 972,825

0,00036

19111,15

2,5447.10-4

0,018

0,5895

80

78

79

972,550

0,00036

28665,91

2,5447.10-4

0,018

0,5895

80

75

77,5 973,375

0,00037

27914,82

2,5447.10-4

0,018

0,5895

80

72

76

974,200

0,00038

27203,25

2,5447.10-4

0,018

0,1965

80

76

78

973,100

0,00037

9302,31

2,5447.10-4

0,018

0,1965

80

77

78,5 972,825

0,00037

9299,68

2,5447.10-4

0,018

0,1965

80

79

79,5 972,275

0,00036

9552,02

2,5447.10-4

0,018

0,3929

80

76

78

973,100

0,00037

18599,89

2,5447.10-4

0,018

0,3929

80

76

78

973,100

0,00037

18599,89

2,5447.10-4

0,018

0,3929

80

75

77,5 973,375

0,00037

18605,14

2,5447.10-4

0,018

0,5895

80

73

76,5 973,95

0,00038

27196,27

2,5447.10-4

0,018

0,5895

80

70

75

974,75

0,00038

27218,61

2,5447.10-4

0,018

0,5895

80

70

75

974,75

0,00038

27218,61

9

3
chả
y
dọc

6

9


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

8. Tốc độ chảy của dòng lạnh ω2 (m/s)
ωL =

GL′
60.FL

Với mỗi giá trị ω L = GL′ ∈ {3, 6, 9} thì tương ứng cho các giá trị ωL
G’L = 3 lít/phút = 3.10-3 (m3 / p)
=

= 0,15 (m/s)

=

= 0,31 (m/s)

=

= 0,46 (m/s)

9. Tính chuẩn số Reynol của dòng lạnh
ω .d .ρ
Re L = L td 2 2
µL
Chú ý nếu tính dtđ cho mặt cắt ướt thì dtdL = Dt – dng tính theo chu vi ướt
dtđ = 4F/ U với U = (Dt + dng ); F =
trong đó: U là chu vi ướt; D t là đường kính trong của ống ngoài, d ng là đường kính
ngoài của ống trong.
Dt = 30 mm = 0,03 m; dng = 22 mm = 0,022 m
dtdL = Dt – dng = 0,03 – 0,022 = 0,008 (m)
F=

=

= 3,266.10-4 (m2)

–

U = (Dt + dng) = (0,03 + 0.022) = 0,163 (m)
dtđ = 4F/ U = 4.3,266.10-4 / 0,163 = 0,008 (m)
suy ra: dtđ = dtdL
Bảng 5: Chuẩn số Re dòng lạnh ReL
G’
(l/p)
(m2)

3
Ch

3,266.10-4

dtdL
(m)

�L

0,008

0,15

(m/s)

TL

TL

�L
(N.s/m2)

ReL

R

TLTB � L
(kg/m3)

V

30

36

33

7,78.10-4

1533,32

994,1


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

6

9

3
chả
y
dọc

6

9

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LÒNG ỐNG

3,266.10-4

0,008

0,15

30

37

33,5 993,95

7,69. 10-4

1551,03

3,266.10-4

0,008

0,15

30

37

33,5 993,95

7,69. 10-4

1551,03

3,266.10-4

0,008

0,31

30

37

33,5 993,95

7,69. 10-4

3205,46

3,266.10-4

0,008

0,31

30

37

33,5 993,95

7,69. 10-4

3205,46

3,266.10-4

0,008

0,31

30

38

34

993,8

7,61. 10-4

3238,67

3,266.10-4

0,008

0,46

30

36

33

994,1

7,78.10-4

4702,17

3,266.10-4

0,008

0,46

30

37

33,5 993,95

7,69. 10-4

4756,48

3,266.10-4

0,008

0,46

30

37

33,5 993,95

7,69. 10-4

4756,48

3,266.10-4

0,008

0,15

30

47

38,5 992,45

6,82. 10-4

1746,25

3,266.10-4

0,008

0,15

30

48

39

6,73. 10-4

1769,33

3,266.10-4

0,008

0,15

30

47

38,5 992,45

6,82. 10-4

1746,25

3,266.10-4

0,008

0,31

30

46

38

6,91.10-4

3562,44

3,266.10-4

0,008

0,31

30

47

38,5 992,45

6,82. 10-4

3608,91

3,266.10-4

0,008

0,31

30

46

38

6,91.10-4

3562,44

3,266.10-4

0,008

0,46

30

45

37,5 992,75

6,99.10-4

5226,49

3,266.10-4

0,008

0,46

30

46

38

992,6

6,91.10-4

5286,21

3,266.10-4

0,008

0,46

30

46

38

992,6

6,91.10-4

5286,21

992,3

992,6

992,6

Bảng 6:Chuẩn số Pranlt của dòng nóng Pr1

tNV(0C)

tNR(0C)

tNTB(0C)

C1(j/kg.độ)

�1(N.s/m2)

λ1 (w/m.độ) Pr1