truyen nhiet ong chum

Bài 6: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM

1.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
Sinh viên biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van để điều chỉnh lưu
lượng và hướng dòng chảy, biết những sự cố có thể xảy ra và cách xử lý tình huống.
Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng qua một bề
mặt ngăn cách là ống lồng ống, ống chùm, ống xoắn…
Tính toán hiệu suất toàn phần dựa vào 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 xuôi
chiều và ngược chiều.
Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính toán theo
lý thuyết KLT.

2.Các công thức tính toán:
Cân bằng năng lượng khi 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp:
Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:

Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:

Nhiệt lượng tổn thất:

Cân bằng nhiệt lượng:

Mặt khác nhiệt lượng trao đổi nhiệt cũng có thể tính theo công thức:

Nhiệt lượng trao đổi trong trường hợp này phụ thuộc vào cách bố trí dòng chảy.


*Trường hợp chảy ngược chiều
Xét trường hợp hai lưu thể chảy ngược chiều dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt , nhiệt độ của lưu thể
nóng giảm, nhiệt độ của lưu thể nguội tăng.

*Trường hợp chảy xuôi chiều:

Nếu trong quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ của lưu thể ít biến đổi, tức là khi tỷ số
thì hiệu số nhiệt độ trung bình có thể được tính gần đúng theo trung bình số học

( khi thì chỉ công thức này đúng)
Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiếu suất nhiệt độ trong các quá trình
truyền nhiệt:

Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:


Xác định hệ số truyền nhiệt theo lý thuyết:

Xác định chuẩn số Re:

Chuẩn số Prandtl:

Chuẩn số Grashoff:


Chuẩn số Nusselt:

Trong đó:
: Hệ số tỏa nhiệt, W/m2.K
: Hệ số dẫn nhiệt, W/m.K
: Trọng lượng riêng, N/m3

Cp: Nhiệt lượng riêng ở áp suất không đổi , J/kg.K
: Khối lượng riêng, kg.s2/m4(1kg.s2/m4 = 9.81 kg/m3)
: Độ nhớt động lực, kg.s/m2 (1 kg.s/m2=9.81 N.s/m2)
v: Độ nhớt động học, m2/s
a: Hệ số dẫn nhiệt độ, m2/s
: Độ chênh lệch nhiệt độ, oC
g: Gia tộc trọng trường , 9.81m/s2
: Hệ số giản nở thể tích vì nhiệt, K-1


3.Số liệu thu được qua thí nghiệm và xử lý số liệu:
Thí nghiệm 1: Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị
Lưu
lượng
dòng
nóng VN
(l/ph)

7

10

13

16

Lưu
lượng
dòng
lạnh VL

(l/ph)

Nhiệt
độ vào
dòng
nóng T1
(oC)

Nhiệt
độ vào
dòng
lạnh T4
(oC)

Nhiệt
độ ra
dòng
nóng T3
(oC)

Nhiệt
độ ra
dòng
lạnh T2
(oC)

7
10
13
16

7
10
13
16
7
10
13
16
7
10
13
16

70
66
63
59
70
67
65
60
71
68
64
62
70
69
65
60

32
32
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
34
34
34
34

58
55
50
46
59
56
53
48
60
56
54
50
63

60
55
50

43
39
39
38
45
43
42
40
46
44
42
42
47
45
45
41

Tiến hành xử lí số liệu:
Lưu lượng khối lượng của dòng nóng là:

Lưu lượng khối lượng của dòng lạnh là:

Hiệu số nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra của dòng nóng:
12 (oC)
Hiệu số nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra của dòng lạnh:
(oC)

Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:


Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:

Nhiệt lượng tổn thất:

Hiệu số nhiệt độ của các dòng:
(oC)
(oC)
o

C)

Hiệu suất nhiệt độ:

Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:
Ta có
(m2)
(W/m2.oC)

Với cách xử lí số liệu tương tự ta được:

STT

1

Lưu

lượng
thể tích
dòng
nóng VN
(l/p)
7

Lưu
lượng
thể tích
dòng
lạnh VL
(l/p)
7

Lưu
lượng
khối
lượng
GN
(kg/s)
0,115

Lưu
lượng
khối
lượng
GL
(kg/s)
0,115

Nhiệt
lượng của
dòng
nóng
QN(W)

Nhiệt
lượng
của dòng
lạnh QL
(W)

Nhiệt
lượng
tổn
thất Qf
(W)

5775,80

5283,22

493


2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

STT

1
2

10
13
16
7
10
13
16
7
10
13
16
7
10

13
16

10

13

16

0,115
0,115
0,115
0,164
0,164
0,164
0,164
0,214
0,214
0,214
0,214
0,263
0,263
0,263
0,263

Lưu
lượng
thể tích
dòng
nóng VN

(l/p)

Lưu
lượng
thể tích
dòng
lạnh VL
(l/p)

Hiệu
suất
nhiệt độ
dòng
nóng
(%)

7

7
10

44,444
40,741

0,164
0,214
0,263
0,115
0,164
0,214

0,263
0,115
0,164
0,214
0,263
0,115
0,164
0,214
0,263

5294,48
6257,12
6257,12
7563,55
7563,55
8251,14
8251,14
9832,61
10726,49
8938,74
10726,49
7701,07
9901,37
11001,53
11001,53

4802,93
5351,84
5489,06
5763,52

6861,33
8027,75
7684,69
6243,81
7547,46
8027,75
9880,31
6243,81
7547,46
9811,70
7684,69

Hiệu
suất
nhiệt độ
dòng
lạnh
(%)

Hiệu suất
nhiệt độ
hữu ích
(%)

Hiệu suất
nhiệt độ
truyền nhiệt
(%)

28,947

20,588

36,70
30,66

91,47
90,72

492
905
768
1800
702
223
566
3589
3179
911
846
1457
2354
1190
3317


3
4
5
6
7

8
9
10
11
12
13
14
15
16

13
16
7
10
13
16
7
10
13
16
7
10
13
16

10

13

16

STT

1
2
3

54,167
61,905
44,000
45,833
52,174
60,000
44,000
50,000
45,455
60,000
30,435
37,500
50,000
52,632

20,000
19,231
32,432
29,412
28,125
25,926
34,211
31,429

29,032
31,034
36,111
31,429
35,484
26,923

Lưu
lượng
thể tích
dòng
nóng VN
(l/p)

Lưu
lượng
thể tích
dòng
lạnh VL
(l/p)

7

7
10
13

Hiệu số
nhiệt độ
của các

dòng
(oC)

Diện
tích
trao đổi
nhiệt
(m2)

26,497
24,947

0,3
0,3

57,972
4
5

16
10

7

37,08
40,57
38,22
37,62
40,15
42,96

39,11
40,71
37,24
45,52
33,27
34,46
42,74
39,78

61,145
55,041

0,3
0,3
0,3

85,53
87,73
76,20
90,72
97,29
93,13
63,50
70,36
89,81
92,11
81,08
76,23
89,18
69,85

Hệ số
truyền
nhiệt
(K)
726,602
707,443
359,777
2
341,106
6
458,052


6

10

7
8
9
10

13

0,3

60,324
64,560

13
16

0,3
0,3

64,846
50,321

7
10

0,3
0,3

54,194
11

13

12
13

16

0,3

59,719
66,100

16
7

0,3
0,3

53,673
14

10

0,3

52,611
15

13

0,3

63,142
16

5
417,937
2
426,018
424,141
5
651,321

659,763
9
498,931
7
540,925
478,270
7
627,327
2
580,781
6
686,602
1

16

0,3

53,410

Thí nghiệm 2: Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị

STT

1
2
3
4
5

Lưu
lượng
dòng
nóng GN
(l/ph)

7
10

Lưu
lượng
dòng
lạnh GL
(l/ph)

Nhiệt
độ vào
dòng
nóng T1
(oC)

Nhiệt
độ vào
dòng
lạnh T2
(oC)

Nhiệt
độ ra
dòng

nóng T3
(oC)

Nhiệt
độ ra
dòng
lạnh T4
(oC)

7
10
13
16
7

70
68
65
61
70

32
32
33
33
34

60
56
51

49
61

40
38
38
36
40


6
7
8
7
10
11
12
13
14
15
16

10
13
16
7
10
13
16
7

10
13
16

13

16

67
63
60
71
66
64
61
70
67
65
61

33
33
33
34
34
34
33
34
34
34

34

58
54
50
65
59
55
51
62
60
57
55

38
38
37
41
39
39
38
43
41
41
39

Xử lí số liệu tương tự như trường hợp chảy ngược chiều ngoại trừ:
(oC)
(oC)
o

C)

Từ đó ta có bảng số liệu như sau:

STT

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Lưu
lượng
dòng
nóng GN
(l/ph)

Lưu
lượng
dòng
lạnh GL
(l/ph)

7

7
10
13
16
7
10
13
16
7
10
13

10

13

Hiệu
suất
nhiệt độ
dòng
nóng
33,333
40,000
51,852
48,000
30,000
31,034

36,000
43,478
20,000
25,926
36,000

Hiệu
suất
nhiệt độ
dòng
lạnh
21,053
16,667
15,625
10,714
16,667
14,706
16,667
14,815
18,919
15,625
16,667

Hiệu suất
nhiệt độ
hữu ích
27,19
28,33
33,74
29,36

23,33
22,87
26,33
29,15
19,46
20,78
26,33

Hiệu
suất
nhiệt độ
truyền
nhiệt
79,83
71,28
66,19
57,02
46,57
55,44
72,07
63,86
62,69
54,83
55,44


12
13
14
15

16

16
7
10
13
16

16

STT

1

43,478
29,630
26,923
33,333
27,273

Lưu
lượng
dòng
nóng GN
(l/ph)

Lưu
lượng
dòng
lạnh GL

(l/ph)

7

7

17,857
25,000
21,212
22,581
18,519

Hiệu số
nhiệt độ
của các
dòng
28,044

2

10
25,969

3

13
21,093

4

16
19,550

5

10

7
27,829

6

10
26,384

7
8
9
10

13

13

16
7
10

22,271
19,155

30,033
25,532

30,67
27,31
24,07
27,96
22,90

Diện
tích
trao đổi
nhiệt
(m2)
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3

61,41
49,11
62,37
70,94
83,16

Hệ số
truyền
nhiệt
(K)
572,101
9
741,385
2
1064,89
3
984,780
6
741,222
9
781,837
5
926,203
7
1196,559
595,270
6
816,907


11

13
22,271

12
13
14

16
16

7
10

19,550
26,601
25,359

15

13
22,679

16

16
21,023

4. Đồ thị

0,3
0,3
0,3
0,3

0,3
0,3

7
1204,06
5
1524,06
5
1102,879
1012,26
6
1293,58
1
1046,64
1