Báo cáo thực hành quá trình thiêt bị chuyển khối truyền nhiệt

Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

Bài thí nghiệm 1: TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG
1. Mục đích thí nghiệm
- Làm quen với thiết bò truyền nhiệt dạng ống lồng ống,các dụng cụ đo nhiệt độ và lưu
lượng lưu chất.
- Xác đònh hệ số truyền nhiệt trong quá trình truyền nhiệt giữa hai dòng lạnh nóng được
ngăn cách bởi vách ngăn kim loại ở các chế độ chảy khác nhau.
- Thiết lập cân bằng nhiệt lượng
2. Tiến hành thí nghiệm
Tiến hành các thí nghiệm với các loại ống khác nhau với chế độ dòng chảy khác nhau.
Với mỗi loại ống, ta cố đònh lưu lượng dòng nóng đo nhiệt độ của nó, rồi thay đổi lưu lượng
dòng lạnh, ứng với mỗi giá trò của lưu lượng ta đo nhiệt độ của chúng
3. Kết quả
Với mỗi thí nghiệm, ta đo lưu lượng và nhiệt độ của dòng nóng và dòng lạnh, từ đó tính
được nhiệt lượng trao đổi, tổn thất nhiệt. Xác đònh được các chuẩn số Re, Nu, Pr, tính hệ số
truyền nhiệt dài theo thực nghiệm và theo lý thuyết, dựng đồ thò K1, K1* theo Re
II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM
Truyền nhiệt trong thiết bò dạng ống lồng ống là sự truyền nhiệt phức tạp giữa hai lưu
chất để ngăn cách. Phương thức truyền nhiệt:nhiệt đối lưu từ vách ngăn đến lưu chất (ngược
lại) và dẫn nhiệt qua thành ống kim loại.
 Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất
Q  G1C1 (tV 1  tV 2 )  G2 C2 (t R 2  tV 2 ) , ( W)
G1 , G2 : Lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh (kg/s)
C1 , C2 : Nhiệt dung riêng của lưu chất (J/kg.độ)
tV 1 , tV 2 : Nhiệt độ vào của dòng nóng ,lạnh ( 0 C )

t R1 , t R 2 : Nhiệt độ ra của dòng nóng ,lạnh ( 0 C )

 Quá trình truyền nhiệt được biểu diễn bởi phương trình:
Q  K L . t log . L

Với

L: chiều dài ống, m
K L : Hệ số truyền nhiệt dài, W/mK.

tlog : chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit,K
t log 

t l  t n
t
ln l
t n

Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết:
Trang1


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

KL 


d
1
1
1
r

. ln ng 

 b
1dtr 2 dtr  2d ng
db

d ng , d t : đường kính ngoài và đường kính trong của ồng truyền nhiệt ,m

 : hệ số dẫn nhiệt của của kim loại làm ống,W/mK.
d b : đường kính lớp bẩn,m.
rb: nhiệt trở của lớp cáu.
 Hệ số cấp nhiệt 1,2 giữa vách ngăn và các dòng lưu chất được tính từ chuẩn số
Nu:

 Pr 

Nu  A. Re m . Pr n .
Pr
 t

0 , 25

. i R

Các hệ số A, n, m,  i,  R là các hệ số thực nghiệm, tùy thuộc vào 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 bề mặt truyền nhiệt( độ nhám, hình dạng...)
- Xác đònh chế độ chảy của lưu chất bằng chuẩn số Re:
Re 

wl

(6)



Trong đó:


w : vận tốc dòng, m/s.

  : độ nhớt động học của lưu chất, m2/s.
 l : kích thước hình học đặc trưng, m. Trường hợp dòng lưu chất chuyển động qua
tiết diện không tròn, l được tính với đường kính tương đương d tđ .
d td 

4F


Trong đó:


F : diện tích mặt cắt ( tiết diện ngang mà dòng lưu chất chuyển động qua),m2.



 : chu vi tiết diện ướt ( chu vi mà chất lỏng tiếp xúc với bề mặt trao đổi nhiệt ),

m.
  : được xác đònh ở nhiệt độ trung bình của dòng lưu chất.
- Xác đònh chuẩn số Nu cho phương thức chảy ngang (ống kiểu B):

5  Re  10

Nu  0,5 Re

3

0,5

10  Re  2.10 Nu  0,25 Re
3

5

. Pr

0, 6

0 , 38

. Pr

 Pr
.
 Prv

0 , 38

Trang2






 Pr

 Prv

0 , 25





0 , 25


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

2.10  Re  2.10
5

-

Nu  0,023 Re

6

0 ,8

Pr

0 , 37

 Pr

 Prv





0 , 25

Xác đònh chuẩn số Nu theo công thức sau cho chế độ chảy dọc theo thân ống (ống

kiểu C).
 Chế độ chảy màng Re < 2320
Nu  0,15 Re

0 , 33

Pr

0 , 43

 Pr
.Gr .
 Prv
0.1





0 , 25

. 1

 Chế độ chảy chuyển tiếp: 2320 < Re < 10.000
Nu  C. Pr

0 , 43

 Pr

 Prv





0 , 25

. 1

Giá trò C phụ thuộc vào Re:
Re.10-3
C

2,1

1,9

2,2
2,2

2,3
3,3

2,4
3,8

2,5
4,4

3
6

4
10,3

5
6
15,5 19,5

8
27

10
33

 Chế độ chảy rối Re > 104:
Nu  0,021. Re

0 ,8

. Pr

0 , 43

 Pr
.
 Prv





0 , 25

Giá trò

của 1 phụ thuộc vào tỉ lệ L/d khi Re < 104:
L/d
1

1
1,9

2
1,7

5
10
15
20
30
40
1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02

Khi Re > 104, 1 phụ thuộc vào Re:
Re
4

1.10
2.104
5.104
1.105
1.106

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

20
1,13
1,10
1,08

1,06
1,03

L/d
30
1,07
1,05
1,04
1,03
1,02

Chuẩn số Pr:
Pr 


a

Trong đó:
  : độ nhớt động học của lưu chất, m2/s.
Trang3

40
1,03
1,02
1,02
1,02
1,01

50
1

1
1
1
1

50
1


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị



a : hệ số dẫn nhiệt của lưu chất. m2/s.

 Chuẩn số Gr:
g.l 3 . .t

Gr 

2

Trong đó:


t : hiệu nhiệt độ giữa thành ống và lưu chất.



 : hệ số giãn nở thể tích, 1/K



Pr : chuẩn số Prandtl của lưu chất được xác đònh ở nhiệt độ trung bình của lưu

chất.


Prv : Chuẩn số Prandtl của lưu chất được xác đònh ở nhiệt độ bằng nhiệt độ trung

bình của thành ống.
Nếu nhiệt độ của thành ống (vách) không biết, việc tính toán có thể thực hiện theo
trình tự sau:
t1
Δt1

ΔtV

Δt2

tV1
tV2

Δtlog

t2

Hình: Sơ đồ phân bố nhiệt độ khi truyền nhiệt
giữa các lưu chất qua vách ngăn.
t1  t1  t v1

t 2  t v 2  t 2

Ta thực hiện phép tính lặp.
Khởi điểm ta chọn gần đúng hiệu số giữa nhiệt độ lưu chất và vách ngăn như sau:
t1 Re 2
~
t 2 Re1

Hiệu số nhiệt độ log biểu diễn như sau:
t log  1  2 C  t1  t 2
0

Suy ra:
t 1 

t log  ( 1  2 )
1

Re 1
Re 2
Trang4


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

t 2 

t log  ( 1  2 )
1

Re 2
Re 1

Từ đây ta tính được nhiệt độ trung bình của lưu chất và vách ngăn, do đó tính

Pr
và
Prv

Nu.


Nu.
, W/m2.K
l

Trong đó:
 : hệ số dẫn nhiệt của lưu chất, W/mK.
 l: kích thước hình học đặc trưng, m.
Sau khi có kết quả tính 1, 2 ta kiểm tra t1, t2 bằng phương trình sau:
q  K .t log  1 .t1   2 .t 2
hay

t 1 

K . t log

t 2 

1

K . t log

2

Sai số cho phép là 5% nếu chưa đạt, quá trình tính được lặp lại với giá trò Δt1, Δt2 mới
này.
III. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
1. Thiết bò thí nghiệm
Hệ thống thiết bò thí nghiệm (xem hình ) có 3 kiểu kết cấu bề mặt truyền nhiệt như sau:
- Kiểu A : loại ống có cánh tản nhiệt.
- Kiểu B : loại ống lồng ống mà lưu chất chảy ngang mặt ngoài của ống trong, hai
dòng lưu chất có phương vuông góc nhau.
- Kiểu C : loại ống lồng ống đơn giản, lưu chất chảy dọc mặt của ống trong ,hai dòng
chảy có phương song song nhau.
Kích thước ống :
Kiểu ống
Ống kiểu B
Ống kiểu C

Ống trong(mm)

Ống ngoài(mm)

Chiều dài(mm)

18/22
18/22

30/34
30/34

1000
1000

2. Sơ đồ hệ thống thiết bò thí nghiệm

Trang5


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

a. Công tắc tổng
b. Công tắc bơm
c. Công tắc điện trở đun nóng
d. Đồng hồ hiển thò nhiệt độ
N3, N4 , N5 , N6: các vò trí đo nhiệt
độ
dòng nóng.
L1, L2 , L3 , L4: các vò trí đo nhiệt
độ
dòng lạnh.

CHÚ THÍCH
A. Điện trở đun nước
B. Nồi đun nước nóng
C. Bơm nước nóng
D. Lưu lượng kế
E. Ống kép kiểu B
F. Ống kép kiểu C
G. Bảng Điện Điều Khiển

V. Các valve

V14

V13

V12

12

12

12

V4

V1
12

V2
12

V3
12

12

V6

V10

V9

V5

12

V11

V8
V7

12

12

3. Phương pháp thí nghiệm
Sau khi chuẩn bò và làm quen với thiết bò ta cần đo các đại lượng : lưu lượng dòng nóng,
dòng lạnh, nhiệt độ vào, ra của các dòng nóng và dòng lạnh: tV 1 , t R1 , tV 2 , t R 2 .
4. Trình tự thí nghiệm
Trang6


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

a. Khảo sát ống kép kiểu B đo lưu lượng dòng nóng trước dòng lạnh sau:
B1: Chuẩn bò:
+ Nước có trong nồi, Kiểm tra các van V10, V1, V6 mở; V2, V3, V4, V5, V7, V8, V9, V11
đóng.
B2. Đo lưu lượng dòng nóng:

+ Mở van V4, V5; đóng van V6
+ Mở bơm
+ Quan sát và chỉnh lưu lượng
+ Tắt bơm
B3. Đo lưu lượng dòng lạnh:
+ Mở van V7 (2vòng), V9 (một góc 15 độ) V6, V2, V3; đóng van V4, V5
+ Quan sát và chỉnh lưu lượng
B4. Đo nhiệt độ
+ Mở bơm
+ n các nút tương ứng trên bản điện để đo nhiệt độ các số liệu cần thiết
+ Tắt bơm
1. Khảo sát ống kép kiểu B đo lưu lượng dòng lạnh trước dòng nóng sau:
Các van cũng ở trạng thái tương tự như phần 1. nhưng tháo tác thì làm ngược lại.
2. Khảo sát ống kép kiểu C đo lưu lượng dòng nóng trước dòng lạnh sau:
Tiến hành thí nghiệm giống như thí nghiệm 1 nhưng V10 &ø V11 và V8 &V9 trao đổi vò trí cho
nhau
3. Khảo sát ống kép kiểu C đo lưu lượng dòng lạnh trước dòng nóng sau:
Tiến hành thí nghiệm giống như thí nghiệm 2 nhưng V10 &ø V11 và V8 &V9 trao đổi vò trí cho
nhau

Trang7


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

IV. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
1. Bảng số liệu từ phòng thí nghiệm
Bảng 1: Số liệu từ phòng thí nghiệm ống B, ống C

STT

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

Nhiệt độ (oC)
G1
G2
3
(ft /ph) (ft3/ph)
0.2
0.3
0.2
0.4
0.5
0.2
0.3
0.26

0.4
0.5
0.2
0.3
0.34
0.4
0.5
0.2
0.3
0.4
0.4
0.5

Ống B
t1V
83.0
83.2
82.0
82.0
83.2
82.8
82.0
81.2
82.3
81.7
81.3
80.0
83.5
83.4
82.3

82

t1R
77.3
76.3
75.0
74.0
58.5
77.3
75.4
75.0
77.3
76.8
75.5
74.8
79.6
78.3
78.2
76

t2V
43.9
41.3
39.5
38.5
47.0
44.3
42.3
40.6
41.5

44.8
42.3
40.5
46.7
44.3
44.3
41.3

Ống C
t2R
48.5
44.8
41.9
39.6
50.4
46.3
43.4
41.5
47.5
46.7
43.9
42.0
51.20
47.50
47.50
43.20

Chú thích:
1: dòng nóng.
2: dòng lạnh.

v: dòng vào.
r: dòng ra.

Trang8

t1V
85.4
85.6
85.5
83.0
88.3
88.2
85.8
84.5
79.3
79.0
78.8
76.4
79.3
79
78.5
77.8

t1R
79.3
77.5
75.0
72.6
82.3
80.0

78.0
75.0
74.5
73.3
71.5
68.3
75
73.9
73
70

t2V
44.3
41.3
39.7
37.0
47.0
43.5
41.5
40.0
46.0
42.0
39.8
39.6
44.9
42.7
41.1
39.1

t2R

48.5
44.6
41.9
39.7
52.6
47.6
44.5
42.4
49.5
45.6
43.2
40.6
50.2
46.8
44.3
41.7


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

2. Các bảng xử lý số liệu của ống kiểu B
Bảng 2: Nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng
DÒNG NÓNG B
6
6
G1,10 G2,10
1
G1
t1tb
t1

Cp1
Q1
STT
3
3
3
o
o
(m /s) (m /s) (kg/m ) (kg/s)
( C)
( C) (j/kg.độ)
(w)
1
94.3 971.73 0.0916 80.15
5.70 4199.11 2192.40
2
142
971.98 0.0917 79.75
6.90 4198.44 2656.50
94.3
3
189
972.75 0.0917 78.50
7.00 4197.64 2694.50
4
236
973.05 0.0918 78.00
8.00 4197.60 3082.70
5
94.3 977.33 0.1202 70.85 24.70 4192.33 12446.80

6
142
971.8 0.1195 80.05
5.50 4199.11 2759.90
123
7
189
972.6 0.1196 78.70
6.60 4197.64 3313.40
8
236
973
0.1197 78.10
6.20 4197.60 3115.20
9
94.3 971.95 0.1555 79.80
5.00 4198.44 3264.30
10
142
972.29 0.1556 79.25
4.90 4198.40 3201.00
160
11
189
972.81 0.1556 78.40
5.80 4197.64 3788.30
12
236
973.42 0.1557 77.40
5.20 4196.93 3398.00

13
94.3 970.84 0.1835 81.55
3.90 4199.90 3005.70
14
142
971.29 0.1836 80.85
5.10 4199.19 3932.00
189
15
189
971.67 0.1836 80.25
4.10 4199.11 3160.90
16
236
972.44 0.1838 79.00
6.00 4198.40 4630.00
Bảng 3: Nhiệt lượng thu vào của dòng lạnh
DÒNG LẠNH B
Q
6
6
G1,10 G2,10
2
G2
t2tb
t2
Cp2
Q2
(w)
STT

(m3/s) (m3/s) (kg/m3) (kg/s) (oC) (oC) (j/kg.độ)
(w)
1
94.3
989.8 0.0933 46.2 4.6
4182.4
1795
397.4
2
142
991.07 0.1407 43.05 3.5 4178.43 2057.7 598.8
94.3
3
189
992.6 0.1876 40.7 2.4 4181.32 1882.6 811.9
4
236
992.6 0.2343 39.05 1.1 4181.19 1077.6 2005.1
5
94.3
988.6 0.0932 48.7 3.4 4182.91 1325.5 11121.3
6
142
990.2 0.1406 45.3
2
4182.19
1176 1583.9
123
7
189

991.09 0.1873 42.85 1.1 4181.61 861.5 2451.9
8
236
991.85 0.2341 41.05 0.9
4181.4
881
2234.2
9
94.3 989.43 0.0933 44.5
6
4183.12 2341.7 922.6
160
10
142
990.21 0.1406 45.75 1.9 4182.19 1117.2 2083.8
Trang9


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

11
12
13
14
15
16

189
236
94.3

142
189
236

189

991.05
991.67
988.52
989.85
989.85
991.25

0.1873 43.1
0.234 41.25
0.0932 48.95
0.1406 45.9
0.1871 45.9
0.2339 42.25

1.6
1.5
4.5
3.2
3.2
1.9

4181.78
4181.4
4182.91

4182.36
4182.36
4181.61

1253.2
1467.7
1754.3
1881.7
2504.1
1858.3

2535.1
1930.3
1251.4
2050.3
656.8
2771.7

Bảng 4: Chuẩn số Reynold của dòng lạnh
Ống B
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16

dn(m)
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014

w1(m/s)
0.612
0.612
0.612

0.612
0.799
0.799
0.799
0.799
1.039
1.039
1.039
1.039
1.227
1.227
1.227
1.227

Re1
23361
23088
22816
22810
26920
30492
29791
29778
39207
39188
38737
38269
47392
46854
46833

46273

dl(m)
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016
0.016

w2(m/s)
0.286
0.4307
0.5732
0.7158
0.286
0.4307
0.5732
0.7158
0.286

0.4307
0.5732
0.7158
0.286
0.4307
0.5732
0.7158

Re2
7702
11005
13896
17303
7970
11401
14403
17644
8171
11411
14646
17647
7972
11409
15183
17969

Bảng 5. Tính tlog, Kl-1, Kl-2
Ống B
o

o

STT t1tb( C) t2tb( C)
1
2
3
4
5
6
7
8

80.15
79.75
78.50
78.00
70.85
80.05
78.70
78.10

46.20
43.05
40.70
39.05
48.70
45.30
42.85
41.05

tl= t1Vt2R

34.5
38.4
40.1
42.4
32.8
36.5
38.6
39.7

tn = t1rt2v

33.4
35.0
35.5
35.5
11.5
33.0
33.1
34.4
Trang10

tlog

Kl-1

Kl-2

34.0 69.81 57.16

36.7 78.32 60.66
37.8 77.16 53.91
38.9 85.78 29.99
20.3 662.2 70.52
34.7 85.94 36.62
35.8 100.11 26.03
37.0 91.05 25.75

Pr1

Pr2

2.21
2.22
2.26
2.28
2.52
2.21
2.25
2.27

3.83
4.08
4.26
4.41
3.64
3.9
4.09
4.23

Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

9
10
11
12
13
14
15
16

79.80
79.25
78.40
77.40
81.55
80.85
80.25
79.00

44.50
45.75
43.10
41.25
48.95
45.90
45.90
42.25

34.8
35.0
37.4
38.0
32.3
35.9
34.8
38.8

35.8
32.0
33.2
34.3
32.9
34.0
33.9
34.7

35.3
33.5
35.3
36.1
32.6
34.9
34.4
36.7

99.97
103.36
116.15

101.7
99.68
121.66
99.48
136.35

71.72
36.07
38.42
43.93
58.18
58.22
78.81
54.73

2.22
2.23
2.26
2.3
2.17
2.19
2.2
2.24

Bảng 6. Tính nhiệt độ trung bình và thông số hóa lý

Ống B
S
T
T

1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6

t1tb
(oC)

t2tb
(oC)

1.103
(Ns/m2)

2.103
(Ns/m2)

1
(w/mK)

2
(w/mK)

80.15
79.75
78.50
78.00
70.85
80.05
78.70
78.10
79.80

46.20
43.05
40.70
39.05
48.70
45.30
42.85
41.05

44.50

0.3564
0.3607
0.3653
0.3655
0.4061
0.3565
0.3652
0.3655
0.3606

0.5881
0.6206
0.6551
0.657
0.5676
0.5985
0.6311
0.6438
0.5541

0.675
0.674
0.673
0.673
0.668
0.675
0.674
0.673

0.674

0.641
0.638
0.635
0.632
0.646
0.641
0.638
0.635
0.647

79.25

45.75

0.3609

0.598

0.674

0.642

78.40

43.10

0.3653

0.6206

0.673

0.638

77.40

41.25

0.37

0.6436

0.673

0.636

81.55

48.95

0.3519

0.5674

0.675

0.646

80.85

45.90

0.3561

0.5979

0.675

0.642

80.25

45.90

0.3564

0.5979

0.675

0.642

79.00

42.25

0.361

0.6318

0.674

0.637

Trang11

3.58
3.87
4.07
4.21
3.62
3.86
3.86
4.14


Báo cáo Thực hành quá trình thiết bị

Baûng 7: Tính sai soá laàn 1

OÁng B
STT
1
2
3
4
5
6

7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

t1 t2(oC)
8.05 24.40
11.35 23.82
13.72 22.53
16.11 21.24
4.30 14.52
9.04 24.18
11.17 23.11
13.20 22.29
5.83 27.97
7.21 24.77
9.26 24.50
10.93 23.69
4.48 26.62
6.55 26.89
8.04 24.81
9.85 25.36

tv1

72.10
68.40
64.78
61.89
66.55
71.01
67.53
64.90
73.97
72.04
69.14
66.47
77.07
74.30
72.21
69.15

tv2
70.6
66.9
63.2
60.3
63.2
69.5
66.0
63.3
72.5
70.5
67.6
64.9

75.6
72.8
70.7
67.6

Prv1
2.40
2.49
2.58
2.64
2.53
2.43
2.51
2.57
2.35
2.40
2.47
2.72
2.32
2.43
2.51
2.62

Prv2
2.44
2.53
2.61
2.68
2.61
2.46

2.55
2.84
2.50
2.57
2.68
2.78
2.38
2.48
2.56
2.68

Nu1
90.40
89.00
88.45
88.45
109.26
111.52
109.91
109.89
137.93
137.57
136.57
133.61
158.56
156.28
155.45
154.20

Trang12

Nu2
100.11
127.89
149.98
173.69
97.31
127.86
150.23
168.72
98.80
125.92
149.41
169.13
99.25
126.83
149.36
170.74

1
4356
4287
4255
4253
5214
5373
5288
5285
6645
6625

6569
6420
7650
7535
7491
7422

2
4010
5101
5950
6864
3928
5125
5988
6700
3996
5051
5959
6718
4009
5090
5994
6797

K’
2076.7
2315.3
2465.0
2608.2

2227.3
2605.3
2787.8
2932.0
2479.3
2844.8
3099.4
3255.1
2612.6
3014.1
3301.2
3515.5

t1* %t1(%)
16.19
101
19.80
74
21.87
59
23.83
48
8.68
102
16.84
86
18.86
69
20.52
55

13.17
126
14.38
99
16.64
80
18.31
68
11.13
148
13.98
113
15.14
88
17.39
77

t2*
17.58
16.64
15.64
14.76
11.52
17.65
16.66
16.19
21.90
18.86
18.34
17.50

21.24
20.69
18.92
18.99

%t2(%)
28
30.1
30.6
30.5
20.7
27
27.9
27.4
21.7
23.9
25.1
26.1
20.2
23.1
23.7
25.1


Báo cáo Thực hành quá trình thiết bị

Baûng 8: Tính sai soá laàn 2

OÁng B
STT

t1*

t2*

tv1

tv2

Prv1

Prv2

Nu1

Nu2

1

2

K’

t1

1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

16.19
19.80
21.87
23.83
8.68
16.84
18.86
20.52
13.17
14.38
16.64
18.31
11.13
13.98
15.14
17.39

17.58

16.64
15.64
14.76
11.52
17.65
16.66
16.19
21.90
18.86
18.34
17.50
21.24
20.69
18.92
18.99

63.96
59.95
56.63
54.17
62.17
63.21
59.84
57.58
66.63
64.87
61.76
59.09
70.42
66.87

65.11
61.61

63.78
59.69
56.34
53.81
60.22
62.95
59.51
57.24
66.4
64.61
61.44
58.75
70.19
66.59
64.82
61.24

2.82
2.97
3.1
3.19
2.89
2.85
2.98
3.06
2.72
2.78

2.9
3
2.57
2.71
2.78
2.91

2.83
2.98
3.11
3.21
2.96
2.86
2.99
3.07
2.73
2.79
2.92
3.02
2.58
2.72
2.79
2.92

86.82
85.16
84.48
84.37
105.68
107.16

105.3
105.2
132.98
132.61
131.19
130.37
154.56
152.08
151.53
150.2

96.47
122.76
143.55
166.03
94.29
123.14
144.37
165.47
96.65
123.36
146.24
165.67
97.27
123.94
146.19
167.12

4184
4102

4064
4057
5044
5163
5067
5059
6406
6386
6310
6264
7457
7332
7302
7229

3864
4896
5695
6562
3807
4935
5755
6571
3909
4949
5833
6581
3929
4974
5867

6653

1998.4
2219.1
2357.1
2490.8
2157.4
2506.8
2675.8
2837.3
2412.4
2768.2
3007.4
3182.8
2556.1
2940.9
3225.9
3433.6

16.22
19.84
21.89
23.85
8.69
16.86
18.89
20.75
13.29
14.51
16.81

18.35
11.17
14.01
15.18
17.44

Trang13

%t
(%)
0.19
0.2
0.09
0.08
0.12
0.12
0.16
1.12
0.91
0.9
1.02
0.22
0.36
0.21
0.26
0.29

t2*
17.6
16.6

15.6
14.7
11.5
17.6
16.6
16
21.8
18.7
18.2
17.5
21.2
20.7
18.9
18.9

%t2
(%)
0.11
-0.24
-0.26
-0.41
-0.17
-0.28
-0.36
-1.17
-0.46
-0.85
-0.76
0
-0.19

0.05
-0.11
-0.47

Kl*
(w/mK)
94
103.51
109.37
115.06
102.16
117.78
125.01
131.98
115.02
130.97
141.46
149.08
122.43
139.75
152.44
161.53


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

3. Các bảng xử lý số liệu của ống kiểu C
Bảng 9: Nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng
DÒNG NÓNG C
G1,10 G2,10

1
G1
ttb
t1
Cp1
Q1
STT
3
3
3
o
o
(m /s) (m /s) (kg/m ) (kg/s) ( C) ( C) (j/kg.độ)
(w)
1
94.3 970.33 0.092 82.35 6.10 4200.60 2357.40
2
142
970.84 0.092 81.55 8.10 4199.90 3129.80
94.3
3
189
971.67 0.092 80.25 10.50 4199.10 4056.30
4
236
973.18 0.092 77.80 10.40 4196.90 4015.60
5
94.3 968.63 0.119 85.30 6.00 4203.30 3001.20
6
142

969.22 0.119 84.10 8.20 4202.40 4100.70
123
7
189
970.62 0.119 81.90 7.80 4200.00 3898.40
8
236
971.98 0.119 79.75 9.50 4198.40 4746.30
9
94.3 973.73 0.156 76.90 4.80 4196.30 3142.20
10
142
974.19 0.156 76.15 5.70 4196.20 3731.30
160
11
189
974.8
0.156 75.15 7.30 4195.50 4777.80
12
236
976.45 0.157 72.35 8.10 4193.50 5332.90
13
94.3 973.57 0.184 77.15 4.30 4196.90 3320.60
14
142
974
0.184 76.45 5.10 4196.30 3937.80
189
15
189

974.43 0.184 75.75 5.50 4195.50 4245.80
16
236
975.54 0.184 73.90 7.80 4194.30 6019.70
6

6

Bảng 10: Nhiệt lượng thu vào của dòng lạnh, tổn thất nhiệt
DÒNG LẠNH C
6
6
G1,10 G2,10
2
G2
t2tb
t2
Cp2
STT
3
3
3
o
o
(m /s) (m /s) (kg/m ) (kg/s) ( C) ( C) (j/kg.độ)
Trang14

Q2
(w)

Q
(w)


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

94.3

123

160

189

94.3
142
189
236
94.3
142
189
236
94.3
142
189
236
94.3
142
189
236

989.64
991.07
991.93
992.85
988.16
990.01
991.05
991.77
989.05
990.73
992.05
992.21

989.14
990.35
991.17
992.09

0.093
0.141
0.187
0.234
0.093
0.141
0.187
0.234
0.093
0.141
0.187
0.234
0.093
0.141
0.187
0.234

46.4
42.95
40.8
38.35
49.8
45.55
43
41.2

47.75
43.8
41.5
40.1
47.55
44.75
42.7
40.4

4.2
3.3
2.2
2.7
5.6
4.1
3
2.4
3.5
3.6
3.4
1
5.3
4.1
3.2
2.6

4182.4
4181.6
4181.3
4181.1

4183.2
4182.2
4181.8
4181.4
4182.6
4181.8
4181.5
4181.3
4182.8
4181.9
4181.9
4181.3

1633.6
1945.7
1720.2
2641.6
2178.6
2417.7
2346
2348.3
1361.4
2122.7
2658.6
978.4
2061.7
2417.6
2502.4
2543.9

723.8
1184.1
2336.1
1374
822.6
1683
1552.4
2398
1780.8
1608.6
2119.2
4354.5
1258.9
1520.2
1743.4
3475.8

Bảng 11: Chuẩn số Reynold của dòng lạnh
Ống C
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11
12
13
14
15
16

dn(m)
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014
0.014

w1(m/s)
0.612
0.612
0.612
0.612

0.796
0.796
0.796
0.796
1.042
1.042
1.042
1.042
1.225
1.225
1.225
1.225

Re1
23918
23638
23359
22548
32184
31814
30755
30030
37920
37907
37442
36062
45138
44568
44036
42954

dl(m)
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01

w2(m/s)
0.286
0.430
0.573
0.715
0.286
0.430
0.573
0.715
0.286
0.430

0.573
0.715
0.286
0.430
0.573
0.715

Re2
4814
6754
8677
10426
4980
7116
9149
11013
4899
6873
8836
10816
4898
6994
8996
10821

Bảng 12. Tính tlog, Kl-1, Kl-2
Ống C
STT t1tb(oC) t2tb(oC) tl=t1v-t2r tn=t1r-t2v tlog
Trang15

Kl-1

Kl-2

Pr1

Pr2


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

1
82.35 46.40
36.9
35.0
35.9 65.6 45.5 2.15
2
81.55 42.95
41.0
36.2
38.6 81.2 50.5 2.17
3
80.25 40.80
43.6
35.3
39.3 103.2 43.8 2.2
4
77.80 38.35
43.3
35.6

39.3 102.1 67.2 2.28
5
85.30 49.80
35.7
35.3
35.5 84.5 61.4 2.07
6
84.10 45.55
40.6
36.5
38.5 106.5 62.8 2.1
7
81.90 43.00
41.3
36.5
38.9 100.3 60.4 2.16
8
79.75 41.20
42.1
35.0
38.4 123.5 61.1 2.22
9
76.90 47.75
29.8
28.5
29.2 107.8 46.7 2.32
10
76.15 43.80
33.4
31.3

32.3 115.4 65.6 2.34
11
75.15 41.50
35.6
31.7
33.6 142.2 79.1 2.37
12
72.35 40.10
35.8
28.7
32.1 166.0 30.5 2.47
13
77.15 47.55
29.1
30.1
29.6 112.2 69.7 2.31
14
76.45 44.75
32.2
31.2
31.7 124.2 76.3 2.33
15
75.75 42.70
34.2
31.9
33.0 128.5 75.7 2.35
16
73.90 40.40
36.1
30.9

33.4 180.1 76.1 2.42
Bảng 13. Tính nhiệt độ trung bình và thông số hóa lý hệ số dẫn nhiệt

3.82
4.12
4.25
4.49
3.56
3.88
4.08
4.22
3.71
4.02
4.19
4.30
3.73
3.94
4.10
4.28

Ống C
STT t1tb(oC) t2tb(oC) 1.103(Ns/m2) 2.103(Ns/m2) 1(w/mK) 2(w/mK)
1
82.35 46.40
0.3476
0.5879
0.786
0.749
2
81.55 42.95

0.3519
0.631
0.785
0.745
3
80.25 40.80
0.3564
0.655
0.784
0.740
4
77.80 38.35
0.3698
0.6809
0.782
0.735
5
85.30 49.80
0.3354
0.5675
0.788
0.756
6
84.10 45.55
0.3395
0.5982
0.787
0.750
7
81.90 43.00

0.3517
0.6207
0.785
0.745
8
79.75 41.20
0.3607
0.6439
0.784
0.741
9
76.90 47.75
0.3746
0.5774
0.782
0.752
10
76.15 43.80
0.3749
0.6198
0.781
0.746
11
75.15 41.50
0.3798
0.6433
0.78
0.742
12
72.35 40.10

0.395
0.6559
0.779
0.739
13
77.15 47.55
0.3699
0.5776
0.782
0.751
14
76.45 44.75
0.3748
0.6089
0.781
0.748
15
75.75 42.70
0.3795
0.6313
0.781
0.744
16
73.90 40.40
0.3895
0.6555
0.78
0.739

Trang16

Bỏo cỏo Thc hnh quỏ trỡnh thit b

Baỷng 14. Tớnh laởp lan 1
Ong C
ST
T

t1

1

5.77

2

8.23

3
4

10.2
4
11.9
6

5

4.56

6

6.77

7

8.56

8

9.91

9

3.16

10

4.73

t2

tv1

tv2

Prv1 Prv2

28.6

7
28.8
2
27.5
6
25.8
6
29.4
4
30.2
4
28.7
9
27.0
3
24.4
9
26.1
1

76.5
8
73.3
2
70.0
1
65.8
4
80.7
4

77.3
3
73.3
4
69.8
4
73.7
4
71.4
2

75.
1
71.
8
68.
4
64.
2
79.
2
75.
8
71.
8
68.
2
72.
2
69.

9

2.3
4
2.4
6
2.5
9
2.7
5
2.1
8
2.3
1
2.4
6
2.6
0
2.4
5
2.5
4

2.4
0
2.5
2
2.6
5
2.8

1
2.2
4
2.3
7
2.5
2
2.6
6
2.5
0
2.5
9

Nu1
90.98
89.57
88.41
86.75
114.4
4
112.8
5
110.2
2
108.6
5
136.9
5
136.4

8

Nu2

1

2

K

t1*

28.9
8
46.4
2
62.0
6
73.8
0
29.8
5
48.0
2
62.8
8
74.9
2
29.0
7

52.8
6

510
8
502
2
495
1
484
6
644
1
634
4
618
0
608
4
765
0
761
4

217
1
345
8
459
2

542
4
225
7
360
2
468
5
555
2
218
6
394
3

1517.
5
2037.
1
2367.
7
2542.
5
1664.
1
2283.
9
2646.
5
2881.

2
1692.
7
2580.
3

10.6
8
15.6
4
18.7
9
20.6
3

Trang17

9.17
13.8
6
16.6
4
18.2
0

%t1
(%)
85
90
83

72
101
105
94
84

6.45

104

10.9
6

132

t2*
25.1
2
22.7
1
20.2
6
18.4
3
26.1
7
24.4
2
21.9
5

19.9
5
22.5
7
21.1
6

%t2
(%)
14
27
36
40
12
24
31
35
9
23


Bỏo cỏo Thc hnh quỏ trỡnh thit b

11

6.13

12

7.06

13

2.75

14

4.10

15

5.35

16

6.43

25.9
8
23.5
6
25.3
5
26.1
0
26.1
9
25.5
0

69.0
2
65.2
9
74.4
0
72.3
5
70.4
0
67.4
7

67.
5
63.
7
72.
9
70.
9
68.
9
65.
9

2.6
3
2.7
7

2.4
2
2.5
0
2.5
7
2.6
9

2.6
9
2.8
3
2.4
8
2.5
6
2.6
3
2.7
5

135.1
3
133.1
3
157.4
5
155.5
1

153.8
5
152.1
2

61.1
0
73.6
7
29.1
2
46.6
2
61.4
3
73.9
9

752
9
740
8
879
5
867
5
858
3
847
5

453
4
544
4
218
7
348
7
457
0
546
8

2809.
2
3112.
6
1743.
5
2471.
3
2959.
2
3295.
2

12.5
4
13.5

0

105
91

5.87

113

9.03

120

11.3
9
13.0
0

113
102

20.8
2
18.3
6
23.6
0
22.4
7
21.3

9
20.1
5

25
28
7
16
22
27

Baỷng 14. Tớnh laởp lan 2
STT

t1*

t2*

tv1

tv2

Prv1

Prv2

1
2
3
4

5

10.68
15.64
18.79
20.63
9.17

25.12
22.71
20.26
18.43
26.17

71.67
65.91
61.46
57.17
76.13

71.52
65.66
61.06
56.78
75.97

2.53
2.75
2.91
3.08

2.36

2.53 89.22
2.75 87.11
2.93 85.87
3.09 84.33
2.36 112.19

Ong C
Nu2
1

Nu1

28.6
45.41
60.52
72.07
29.46

Trang18

5009
4884
4809
4710
6315

2

K

t1

2142
3383
4478
5297
2227

1517.5
2037.1
2367.7
2542.5
1664.1

10.89
16.08
19.35
21.23
9.35

%t1
(%)
1.97
2.81
2.98
2.91
1.96

t2*
25.5
23.2
20.8
18.9
26.5

%t2
(%)
-1.49
-2.11
-2.6
-2.49
-1.25

Kl*
(w/mK)
72.04
94.42
108.39
115.76
79.44


Báo cáo Thực hành quá trình thiết bị

6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16

13.86
16.64
18.20
6.45
10.96
12.54
13.50
5.87
9.03
11.39
13.00

24.42
21.95
19.95
22.57
21.16
20.82
18.36
23.60
22.47
21.39

20.15

70.24
65.26
61.55
70.45
65.19
62.61
58.85
71.28
67.42
64.36
60.9

69.97
64.95
61.15
70.32
64.96
62.32
58.46
71.15
67.22
64.09
60.55

2.58
2.77
2.91
2.57

2.77
2.87
3.01
2.54
2.69
2.8
2.94

2.59
2.78
2.93
2.58
2.78
2.88
3.03
2.55
2.7
2.81
2.95

109.78
106.99
105.64
135.32
133.55
132.21
130.39
155.56
152.69
150.59

148.77

46.97
61.35
72.07
28.84
51.93
60.07
72.42
28.92
46
60.42
72.7

Trang19

6171
5999
5916
7559
7450
7366
7255
8689
8518
8401
8289

3523
4571

5340
2169
3874
4457
5352
2172
3441
4495
5373

2283.9
2646.5
2881.2
1692.7
2580.3
2809.2
3112.6
1743.5
2471.3
2959.2
3295.2

14.25
17.14
18.72
6.53
11.2
12.82
13.78
5.94

9.2
11.64
13.29

2.81
3
2.86
1.24
2.19
2.23
2.07
1.19
1.88
2.19
2.23

25
22.5
20.7
22.7
21.5
21.2
18.7
23.8
22.8
21.8
20.5

-2.32
-2.44

-3.62
0.58
-1.58
-1.79
-1.82
-0.84
-1.45
-1.88
-1.71

106.54
121.99
131.17
81.73
121.32
131.48
144.8
84.52
117.56
139.13
153.83


Bỏo cỏo Thc hnh quỏ trỡnh thit b

ẹo thũ bieồu dieón quan heọ giửừa Re Kl ,Kl*

Trang20

Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

V. BÀN LUẬN
Thiết bò truyền nhiệt kiểu ống lồng ống thường được dùng để đun nóng hay
làm nguội các lưu chất không kèm theo quá trình chuyển pha. Thiết bò thường gồm
các ống truyền nhiệt không có cánh tản nhiệt, thích hợp cho các TBTN lỏng – lỏng,
khí – khí, ít khi dùng cho thiết bò ngung tụ hay bốc hơi.
Trang21


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

- Ưu điểm chính:
 Đơn giản trong việc chế tạo, thích hợp cho cả 2 lưu chất đều làm
việc ở áp suất cao.
 Về mặt tổ chức dòng chảy: hai lưu chất có thể chảy cùng chiều hay
ngược chiều trong từng phân đoạn và riêng từng lưu chất có thể chảy nối tiếp từ
phân đoạn này sang phân đoạn khác hay phân thành nhiều nhánh vào các phân
đoạn bố trí song song.
 Chủ yếu truyền nhiệt được thực hiện là nhờ sự trộn lẫn các lớp lưu
chất trong và ngoài xa trục của dòng chảy.
- Nhược điểm: phụ tải nhiệt bé
1. Tổn thất nhiệt là đáng kể
Thể hiện ở việc nhiệt lượng mất đi của dòng nóng lớn hơn nhiều so với nhiệt
nhận vào của dòng lạnh.
Nguyên nhân :
- Nhiệt làm cho hệ thống ống nóng lên.
- Nhiệt lượng truyền qua ống qua môi trường
- Ngoài ra còn do sai số thao tác do khi đọc đồng hồ nhiệt độ.
2. Nguyên nhân gây ra sai số

- Có thể hệ thống chưa ổn đònh đã thực hiện đo số liệu.
- Đọc nhiệt độ không cùng thời điểm, nhiệt độ không ổn đònh.
- Bơm lưu chất hoạt động không ổn đònh ( do điện không ổn đònh) .
- Sự rò rỉ chất lỏng trong hệ thống ống
- Các ống này nối lại thành một hệ thống bởi đó sẽ có sự truyền nhiệt lẫn
nhau trong toàn hệ thống.
- Thất thoát nhiệt do sự trao đổi nhiệt giữa ống với môi trường bên ngoài.
- Do quá trình xử lý kết quả không chính xác.
2.1 nh hưởng của sai số đến quá trình tính toán
- Sai số dây chuyền trong quá trình tính toán.
- Sự dẫn nhiệt của ống dẫn đến tổn thất Q lớn hơn nhiều trong lý thuyết .
- Ngoài ra khi ta tính nhiệt độ bề mặt của ống theo công thức cuả tài liệu thì
thực tế tb (nhiệt độ chất bẩn ) này càng nhỏ hơn do đó có sự truyền nhiệt ra môi trừơng
, sai số này sẽ ảnh hưởng đến giá trò Nu, , KL.
Biện pháp khắc phục sai số
- Ta cần thao tác thí nghiệm chính xác
- Lúc đồng hồ đã ổn đònh mới đọc được
- Lưu chất cần nên sạch.
- Đọc chính xác số liệu, bằng các đọc gía trò trung bình trên đồng hồ đo

Trang22


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

3. Sự khác nhau của KL và K*L
- Nhận xét: Ở bài này KL nhỏ hơn K*L
- Nguyên nhân: Nhiệt lượng tổn thất vẫn chưa bù nổi với sai số trong quá
trình làm thí nghiệm.
- Lý do:

 Nhiệt độ trung bình bề măt tính có sai số so với thực tế, nên Pr t mà ta
tính không thực sự chính xác.
 Ở đây là quá trình truyền nhiệt phức tạp nên khi ta tính toán chỉ kể đến
những ảnh hưởng chính ( dạng truyền nhiệt chính): chẳng hạn trong kiểu B ( truyền
nhiệt ngang ) ta đã bỏ qua ảnh hưởng chủ yếu gây ra sai số đó là đối lưu tự nhiên
trong dòng chảy màng, chính ảnh hưởng này làm thay đổi cơ chế của sự truyền nhiệt
và có khi dẫn đến sai số rất cao,nó làm tăng cường sự truyền nhiệt khi dòng chảy xuất
hiện xoáy rối.
 Ống làm bằng đồng không nói rõ có nguyên chất hay không làm ảnh
hưởng đến giá trò Cu, nếu ta chọn Cu lớn suy ra KL > K*L , nếu Cu nhỏ suy ra KL <
K*L .
Đồ thò Re-KL và Re-K*L ở kiểu B có cắt nhau và dạng đồ thò có phần khác
nhau là do những sai số trên gây ra.

Trang23


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

Bài thí nghiệm 2: MẠCH LƯU CHẤT
1. Mục đích thí nghiệm
Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong một hệ thống ống dẫn có
đường kính khác nhau và có chứa lưu lượng kế, màng chắn, venturi, bơm ly tâm cao
áp cùng các bộ phận nối ống như cút, van chữ T nhằm xác đònh tổn thất năng lượng
dòng chảy qua đường ống có kích cở khác nhau, độ mở valve khác nhau.
2. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM
2.1 Lưu lượng kế màng chắn và venturi

Màng chắn

Ống venturi

Dùng sự giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua chúng để đo lưu lượng
V C

P.2 g
(1   4 )

C : hệ số của màng chắn và venturi, phụ thuộc vào chế độ chảy(Re)
P : Độ giảm áp suất qua màng chắn hay venturi , mH2O
 : Trọng lượng riêng của lưu chất , N/m3


d2
, tỉ số đường kính cổ venturi hay lỗ màng chắn trên đường kính ống.
d1

2.2, Tổn thất năng lượng do sự chảy trong ống dẫn
Khi lưu chất chảy trong ống, xảy ra hiện tượng mất năng lượng do ma sát ở
thành ống và do trở lực cục bộ tại những vò trí có tiết diện ống thay đổi, thay đổi
h7ướng dòng chảy…
 Tổn thất do ma sát
L V2
Hd  f
D 2g

f: hệ số ma sát, phụ thuộc vào chế độ chảy (Re)
+ Chế độ chảy tầng : Re<2320 f 

64

Re

+ Chế độ chảy rối thành trơn thủy lực
Nikuradse 3000
1
f

 2 log(Re

Trang24

f )  0.8


Báo cáo Thực hành q trình thiết bị

Blasius

f 

0.316
Re1 / 4

Cônacốp Re>105

f 

1
(1.8 log Re 1.5) 2

+ Chế độ chảy rối thành nhám thủy lực
0.25
  68 
Antersun f  0.11  
D

Re 

+ Chế độ chảy rối thành nhám hoàn toàn
D

 2 log 3.71 

f


1

Prandtl-Nikuradse
Antersun

f  0.114


D

Ngoài ra có thể xác đònh hệ số ma sát bằng cách sử dụng giản đồ Moody( f theo Re

và )

D

3. THIẾT BỊ VÀ CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
3.1 Dụng cụ & thiết bò
 Một hệ thống ống dẫn và van có kích thước khác nhau, lắp đặt như trong
tài liệu hướng dẫn.
 Bơm
 Đồng hồ đo.

Trang25