Báo cáo thực hành thiết bị:khuấy chất lỏng

1

Contents


2

BÀI 1.KHUẤY CHẤT LỎNG
1. Giới thiệu
Quá trình khuấy chất lỏng được ứng dụng nhiều trong các quá trình công nghệ hóa
chất, thực phẩm và môi trường. Khuấy trộn làm tăng tốc độ truyền nhiệt, truyền khối,
tăng tốc độ phản ứng, tạo hệ đồng nhất…
2. Mục đích thí nghiệm
− Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số Re và chuẩn số công suất khuấy, hiệu suất
khuấy.
− Khảo sát công suất khuấy trong các điều kiện khác nhau.
3. Cơ sơ lý thuyết
1.1. Khuấy chất lỏng

Khuấy chất lỏng hệ lỏng là quá trình rất thường gặp trong công nghiệp (nhất là
công nghiệp hóa chất và những ngành công nghiệp tương tự: công nghiệp thực phẩm,
công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp hóa dược, công
nghiệp nhẹ,…) và trong cuộc sống hằng ngày.
Quá trình khuấy thường được thực hiện trong các ống có dòng chất lỏng chảy qua,
trong các bơm vận chuyển, trên đĩa các tháp tinh luyện… cũng như trong các thiết bị
khuấy hoạt động nhờ năng lượng cơ học hoặc nhờ năng lượng của dòng khí nén. Trong
khuôn khổ thí nghiệm này ta nghiên cứu về quá trình khuấy cơ học.
1.2. Mục đích của khuấy

Mục đích khuấy cơ học được sử dụng nhằm mục đích:
− Tạo các hệ đồng nhất từ các thể tích lỏng và lỏng khí rắn có tính chất, thành phần

khác nhau: dung dịch, nhũ tương, huyền phù, hệ bọt,…
− Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt
− Tăng cường quá trình trao đổi chất như quá trình truyền khối và quá trình hóa học.


3
3.1.1.Công suất khuấy (N)
Đặc điểm
− Công suất khuấy N phụ thuộc vào chế độ, đặc tuyến dòng trong hệ thống và vào kích
thước hình học của thiết bị. Các chế độ chuyển động của lưu chất là dạng màng, dạng
rối và dạng chuyển tiếp.
− Các thông số ảnh hưởng đến công suất khuấy là: những kích thước quan trọng của
thùng chứa và cánh khuấy (dk); độ nhớt (µ, ) và khối lượng riêng () của chất lỏng; tốc
độ cánh khuấy n và hằng số gia tốc trọng trường g.

Với KN là chuẩn số công suất khuấy (không thứ nguyên), được xác định theo công
thức sau:

Bảng 1-1. Thông số A và m của cánh khuấy
Cánh khuấy

A

m

Mái chèo (2 cánh)

14,35

0,31

Chân vịt (2 chân vịt)

0,985

0,15

Công suất động cơ cho biết năng lượng tiêu hao thực tế cho quá trình khuấy và
được xác định theo công thức:

Với U: hiệu điện thế (V)
I: cường độ điện thế (A)
cos: hệ số công suất của dòng điện
3.1.2.Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá quá trình khuấy
− Mức độ khuấy: là sự phân bố tương hỗ của hai hoặc nhiều chất sau khi khuấy cả hệ.
− Cường độ chất khuấy: ta thường dùng một trong các đại lượng sau đây để biểu thị
cường độ khuấy trộn:


4
•
•
•
•

Số vòng quay n của cánh khuấy.
Vận tốc vòng v của đầu cánh khuấy.
Công suất khuấy trộn riêng.
Chuẩn số Reynolds đặc trưng cho quá trình khuấy.

Trong đó:
n: số vòng quay (vòng/s)
d: đường kính cánh khuấy (m)
: độ nhớt động học (m2/s)
4. Thực nghiệm
1.3. Thí nghiệm 1: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại
cánh khuấy mái chèo (không có tấm chặn)

4.1.1. Chuẩn bị
− Chuẩn bị nước sạch đến 2/3 thùng khuấy;
− Kiểm tra đúng loại cánh khuấy khảo sát và tấm chặn;
− Chỉnh nút điều khiển tốc độ về vị trí 0 (zero).
4.1.2. Các lưu ý
− Thay chất lỏng khảo sát khi thấy bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hôi;
− Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không được
cho chất lỏng vào quá đầy;
− Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra đã lắp đặt đúng loại cánh khuấy và tháo
tấm chặn hay chưa;
− Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0.
4.1.3. Báo cáo
− Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và chuẩn số công suất khuấy.
− Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và hiệu suất khuấy.


5
− Nhận xét về kết quả thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn…
1.4. Thí nghiệm 2: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đổi với loại
cánh khuấy mái chèo (có tấm chặn)

4.1.4.Chuẩn bị

Tương tự như thí nghiệm 1
4.1.5.Các lưu ý
− Thay chất lỏng khảo sát khi thấy bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hôi;
− Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không được
cho chất lỏng vào quá đầy;
− Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra đã lắp đặt đúng loại cánh khuấy và tháo
tấm chặn hay chưa;
− Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0.
4.1.6.Báo cáo
4.1.7.,ủa chất lỏng; tốc độ cánh khuấy n và hằng số gia tốc trọng trường g.ọng của
thùng chứa và cánh khuấy (d bị. Các chế độ chuyển

− Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và chuẩn số công suất khuấy.
− Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và hiệu suất khuấy.
− So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại mái chèo
không có tấm chặn.
1.5. Thí nghiệm 3: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối vói loại
cánh khuấy chân vịt (không có tấm chặn)

4.1.8.Chuẩn bị
Tương tự như thí nghiệm 1
4.1.9.Các lưu ý
− Thay chất lỏng khảo sát khi thấy bẩn, nhiều cặn bẩn, có mùi hôi;


6
− Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không được
cho chất lỏng vào quá đầy;
− Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra đã lắp đặt đúng loại cánh khuấy và tháo
tấm chặn hay chưa;

− Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0.
4.1.10.

Báo cáo

− Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và chuẩn số công suất khuấy.
− Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và hiệu suất khuấy.
− Nhận xét về kết quả thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn…
− So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp khảo sát cánh khuấy loại mái chèo
không tấm chặn.
1.6. Thí nghiệm 4: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công suất khuấy đối với loại
cánh khuấy chân vịt (có tấm chặn)

4.1.11.

Chuẩn bị

Tương tự như thí nghiệm 1
4.1.12.

Các lưu ý

− Đảm bảo mức chất lỏng trong thùng khuấy ở mức 2/3 chiều cao thùng, không được
cho chất lỏng vào quá đầy;
− Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra đã lắp đặt đúng loại cánh khuấy và tháo
tấm chặn hay chưa;
− Khi kết thúc mỗi thí nghiệm chỉnh nút điều khiển về vị trí 0.
4.1.13.

Báo cáo

− Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và chuẩn số công suất khuấy.
− Xây dựng đồ thị quan hệ giữa chuẩn số ReM và hiệu suất khuấy.
− Nhận xét về kết quả thí nghiệm, các dạng đường biểu diễn…


7
− So sánh công suất, hiệu suất khuấy với trường hợp:
• Khảo sát cánh khuấy loại mái chèo có tấm chặn.
• Khảo sát cánh khuấy loại chân vịt không có tấm chặn.
5. Ghi nhận số liệu
6. Xử lý số liệu


8

BÀI 2.THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG
1. Giới thiệu
Trong công nghiệp đặc biệt là lĩnh vực công nghệ hóa học, thực phẩm và môi
trường sự biến đổi vật chất luôn luôn kèm theo sự tỏa nhiệt hay thu nhiệt do đó cần phải
có nguồn thu lượng nhiệt (thiết bị làm lạnh hay ngưng tụ) hay nguồn tỏa nhiệt (thiết bị
gia nhiệt, đun sôi).
Quá trình truyền nhiệt được phân biệt thành quá trình truyền nhiệt ổn định và quá
trình truyền nhiệt không ổn định. Quá trình truyền nhiệt ổn định là quá trình mà ở đó
nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian. Quá trình truyền
nhiệt không ổn định là quá trình mà ở đó nhiệt độ thay đổi theo cả không gian và thời
gian.
Quá trình truyền nhiệt không ổn định thường xảy ra trong các thiết bị làm việc
gián đoạn hoặc trong giai đoạn đầu và cuối của quá trình liên tục. Còn quá trình truyền
nhiệt ổn định thường xảy ra trong thiết bị làm việc liên tục.

Trong thực tế các thiết bị truyền nhiệt thường làm việc ở chế độ liên tục, việc
nghiên cứu quá trình truyền nhiệt không ổn định nhằm mục đích chính là điều khiển các
quá trình không ổn định để đưa về trạng thái ổn định, ngoài ra lý thuyết về truyền nhiệt
không ổn định khá phức tạp. Do đó, trong chương trình này chúng ta chỉ xét đến quá
trình truyền nhiệt ổn định.
Quá trình truyền nhiệt là quá trình một chiều, nghĩa là nhiệt lượng chỉ được truyền
từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp và truyền từ vật này sang vật khác hay từ
không gian này sang không gian khác thường theo một phương thức cụ thể nào đó hoặc
là tổ hợp nhiều phương thức (truyền nhiệt phức tạp). Các phương thức truyền nhiệt về cơ
bản gồm dẫn nhiệt, nhiệt đối lưu, bức xạ.
Trong bài thực hành này chúng ta tiếp cận thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống, quá
trình truyền nhiệt được xem là truyền nhiệt biến nhiệt ổn định.
2. Mục đích thí nghiệm


9
− 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 2 dòng
qua một bề mặt ngăn cách là ống lồng ống, ống chùm và 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 2 trường
hợp xuôi chiều và ngược chiều.
− Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả
tính toán theo lý thuyết KLT.
3. Cơ sở lý thuyết
Quá trình trao đổi nhiệt giữa 2 dòng lưu chất quá một bề mặt ngăn cách rất thường
gặp trong các lĩnh vực công nghiệp hóa chất, thực phẩm, hóa dầu,… Trong đó nhiệt

lượng do dòng nóng tỏa ra sẽ được dòng lạnh thu vào. Mục đích của quá trình nhằm thực
hiện một giai đoạn nào đó trong qui trình công nghệ, đó có thể là đun nóng, làm nguội,
ngưng tụ hay bốc hơi,… Tùy thuộc vào bản chất quá trình mà ta sẽ bố trí sự phân bố của
các dòng sao cho giảm tổn thất, tăng hiệu suất của quá trình.
Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc vào cách ta bố trí
thiết bị, điều kiện hoạt động,… Trong đó, chiều chuyển động của các dòng có ý nghĩa rất
quan trọng.
1.7. Nhiệt lượng trao đổi giữa hai dòng

− Cân bằng năng lượng khi 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp: nhiệt lượng do dòng
nóng tỏa ra:
QN = GN.CN.TN

(2.1)

QL = GL.CL.TL

(2.2)

− Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:


10
− Nhiệt lượng tổn thất (phần nhiệt lượng mà dòng nóng tỏa ra nhưng dòng lạnh không
thu vào được có thể do trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh):
Qf = Q N - Q L

(2.4)

QN = Q L + Q f

(2.5)

− Cân bằng nhiệt lượng

Mặt khác nhiệt lượng trao đổi cũng có thể tính theo công thức:
Q = K.F.Tlog

(2.6)

Tính : đối với trường hợp xuôi chiều

(2.7)
(2.8)
Nếu tỉ số

Thì
(2.9)
Nếu tỉ số

Thì
(2.10)


11
Tính : đối với trường hợp ngược chiều

Nếu >  = ; =
Nếu <  = ; =
1.8. Hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt của dòng nóng và dòng lạnh lần

lượt:

(2.11)
(2.12)
1.9. Hiệu suất nhiệt độ hữu ích của quá trình truyền nhiệt:

(2.13)
1.10. Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

(2.14)
1.11.

Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

(2.15)
Trong đó diện tích bề mặt truyền nhiệt F:

F = .dtb.L.n
Với

(2.16)


12
(2.17)
Trong đó:
dt : đường kính trong của ống truyền nhiệt (m)
dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m)
Đối với thiết bị truyền nhiệt ống thủy tinh: dt = 8 (mm), dn = 10 (mm). dtb = 9 (mm).
Đối với thiết bị truyền nhiệt ống inox: dt = 11 (mm), dn = 13 (mm). dtb = 12 (mm).

n : số ống truyền nhiệt (ống)
Đối với thiết bị truyền nhiệt ống thủy tinh: n = 19 (ống)
Đối với thiết bị truyền nhiệt ống inox: n = 61 (ống)
L: chiều dài ống truyền nhiệt (m)
Đối với thiết bị truyền nhiệt ống thủy tinh: L = 650 (mm).
Đối với thiết bị truyền nhiệt ống inox: L = 500 (mm).
Trong thiết bị truyền nhiệt thủy tinh:
F = .9.650.19.10-6 = 0,35 (m2)
Trong thiết bị truyền nhiệt inox:
F = .12.500.61.10-6 = 1,15 (m2)
4. Thực nghiệm
1.12.

Thí nghiệm 1: khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị

4.1.1.Chuẩn bị
− Trước khi mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phải phù hợp (nghĩa là phải có dòng
chảy), tránh trường hợp mở bơm mà không có dòng chảy (nghĩa là van đóng mở sai)
thì sẽ gặp hiện tượng như sau:
•
•
•
•
•

Lưu lượng kế không thấy hoạt động.
Tiếng kêu động cơ lớn hơn bình thường.
Bung một số khớp nối mềm (nếu có).
Xì nước ở roăn mặt bích.
Có khả năng hỏng bơm (bốc mùi khét).

13
Nếu gặp hiện tượng như vậy thì tắt bơm kiểm tra lại hệ thống van.
− Trước khi mở điện trở phải đảm bảo trong thùng có nước điều này rất quan trọng vì
nếu bật điện trở mà không có nước trong thùng thì chỉ cần 1-3 phút điện trở sẽ hỏng.
− Trước khi mở bơm phải đảm bảo trong thùng chứa phải có nước.
− Phải xác định được các vị trí đầu do nhiệt độ, quan trọng đó là nhiệt độ nóng vào và
nóng ra, lạnh vào, lạnh ra nếu việc đánh giá trên các đầu dò không khớp mô hình ở sơ
đồ thì sinh viên dựa vào phán đoán sau:
•
•
•
•

Nhiệt độ cài đặt luôn cao nhất (T9)
Nhiệt độ nóng vào cao thứ nhì (T1; T5)
Nhiệt độ lạnh vào luôn thấp nhất (T2;T4;T6;T8)
Nhiệt độ nóng ra (T3;T7) lớn hơn lạnh ra (T2;T4;T6;T8) nếu bố trí chảy xuôi
chiều.

− Khi mở bơm khởi động phải mở van hoàn lưu (VL1, VN1).
− Khi vận hành chính thức dòng nóng chảy qua nhánh phụ không qua lưu lượng kế.
4.1.2.Các lưu ý
− Trước khi mở điện trở phải đảm bảo trong thùng có nước ít nhất 2/3 thùng.
− Trước khi mở bơm phải đảm bảo trong thùng chứa phải có nước.
− Trước khi mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phải phù hợp.
− Khi mở bơm khởi động phải mở van hoàn lưu.
− Khi điều chỉnh lưu lượng cần điều chỉnh lưu lượng dòng nóng trước và điều chỉnh
xong cho dòng nóng đi qua nhánh phụ sau đó tắt bơm nóng. Tiếp theo điều chỉnh lưu

lượng dòng lạnh, điều chỉnh xong mở bơm nóng.
− Nhiệt độ đầu vào mỗi thí nghiệm phải giống nhau.
4.1.3.Báo cáo
− Xác định nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra, lạnh thu vào và nhiệt lượng tổn thất.
− Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ.
− Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt.


14
− Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm.
− Xác định hệ số truyền nhiệt theo lý thuyết.
− Vẽ đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN của thiết bị từ đó so sánh với
kết quả tính toán theo lý thuyết KLT trong trường hợp xuôi chiều.
1.13.

Thí nghiệm 2: khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị

4.1.4.Chuẩn bị
Giống thí nghiệm 1.
4.1.5.Các lưu ý
Giống thí nghiệm 1.
4.1.6.Báo cáo
− Xác định nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra, lạnh thu vào và nhiệt lượng tổn thất.
− Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ.
− 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.
− Vẽ đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN của thiết bị từ đó so sánh với
kết quả tính toán theo lý thuyết KLT trong trường hợp ngược chiều và so sánh với thí
nghiệm 1.

− Tương tự có thể khảo sát các thiết bị TB2 đối với mô hình ống chùm và ống xoắn
hoặc có thể tháo lắp các thiết bị khác đổi với mô hình thiết bị ống lồng ống.
4.1.7.Báo cáo
− Xác định nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra, lạnh thu vào và nhiệt lượng tổn thất.
− Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ.
− Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt.
− Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm


15
− Xác định hệ số truyền nhiệt theo lý thuyết.
− Vẽ đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN của thiết bị từ đó so sánh với
kết quả tính toán theo lý thuyết KLT trong trường hợp xuôi chiều.
5. Ghi nhận số liệu
Bảng 2-2. Các số liệu ban đầu thu nhận của thiết bị truyền nhiệt ống thủy tinh ngược
chiều
st
t
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
11

1
2
1
3
1
4
1
5
1
6

VN (L/ph)

VL (L/ph)

TNV (oC)

TNR (oC)

TLR (oC)

TLV (oC)

7
7
7
7
10
10
10

10
13

7
10
13
16
7
10
13
16
7

62
59
56
54
51
50
49
48
45

47
46
43
41
42
40
39

38
38

36
35
29
29
30
30
29
28
31

21
21
21
21
20
20
20
20
21

13

10

44

37

30

21

13

13

42

35

27

21

13

16

41

34

27

21

16

7

40

34

29

20

16

10

39

33

28

20

16

13

39

32

27

20

16

16

38

31

26

20

Bảng 2-3. Các số liệu ban đầu thu nhận của thiết bị truyền nhiệt ống thủy tinh xuôi chiều
st
t
1

VN (L/ph)

VL (L/ph)

TNV (oC)

TNR (oC)

TLR (oC)

TLV (oC)

7

7

55

39

28

22


16
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
11
1

2
1
3
1
4
1
5
1
6

7
7
7
10
10
10
10
13

10
13
16
7
10
13
16
7

54
53

52
51
50
49
49
48

42
41
40
40
39
39
38
39

27
26
25
27
28
26
25
27

22
22
22
22
22

22
22
22

13

10

47

39

27

22

13

13

47

38

26

22

13

16

46

38

25

22

16

7

45

38

27

22

16

10

44

37

27

21

16

13

43

36

25

21

16

16

42

35

23

21

Bảng 2-4. Các số liệu ban đầu thu nhận của thiết bị truyền nhiệt ống inox ngược chiều
st

t
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
11
1
2
1
3
1
4
1

VN (L/ph)

VL (L/ph)

TNV (oC)

TNR (oC)

TLR (oC)

TLV (oC)

7
7
7
7
10
10
10
10
13

7
10
13
16
7
10
13
16
7

47
46
45
45
44
43
43

42
42

33
31
30
30
30
30
30
29
32

25
26
26
27
26
25
26
25
23

22
22
20
20
22
20
19

20
21

13

10

42

32

23

19

13

13

41

31

23

19

13

16

41

31

22

19

16

7

40

31

24

20

16

10

40

31

23

19

16

13

40

30

21

19


17
5
1
16
16
40
30
22
19
6
Bảng 2-5. Các số liệu ban đầu thu nhận của thiết bị truyền nhiệt ống inox xuôi chiều
st
t
1

2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
11
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6

VN (L/ph)

VL (L/ph)

TNV (oC)

TNR (oC)

TLR (oC)

TLV (oC)

7
7
7
7
10
10
10
10
13

7
10
13
16
7
10
13
16
7

53
52
52
52
52
52

51
51
50

42
42
41
41
40
40
40
39
38

26
26
27
25
22
24
22
24
22

19
19
19
18
18
19

18
19
18

13

10

49

38

23

18

13

13

49

37

23

19

13

16

49

37

24

18

16

7

48

37

23

18

16

10

48

37

24

19

16

13

47

36

24

19

16

16

47

36

24

19

6. Xử lý số liệu
1.14.

Thí nghiệm 1: khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị truyền nhiệt thủy tinh

st
t
5

VN (L/ph)

VL (L/ph)

TNV (oC)

TNR (oC)

TLR (oC)

TLV (oC)

10

7

51

42

30

20

6.1.1.

Xác định nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra, lạnh thu vào và nhiệt lượng

tổng thất.

Nhiệt độ để tra các thông số: NHIỆT DUNG RIÊNG (C) VÀ KHỐI LƯỢNG
RIÊNG ( của dòng nóng và dòng lạnh được lấy theo nhiệt độ trung bình của dòng nóng
và dòng lạnh, tra trong bảng I.249 [trang 310, sổ tay tập 1].


18

− Chuyển đổi từ lưu lượng V (L/phút) sang lưu lượng G (kg/s):
• Đối với lưu lượng dòng nóng tại nhiệt độ trung bình TtbN = 46,5oC

• Đối với lưu lượng dòng lạnh tại nhiệt độ trung bình TtbL = 25oC

− Hiệu số nhiệt độ T của từng dòng:
• Đối với dòng nóng
TN = TNV – TNR = 51 – 42 = 9oC
• Đối với dòng lạnh
TL = TLR – TLV = 30 – 20 = 10oC
− Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra, lạnh thu vào và nhiệt lượng tổng thất:
• Đối với dòng nóng

• Đối với dòng lạnh

• Nhiệt lượng tổn thất Qf

Qf = QN – QL= 6204 – 4846 = 1358 (J.s-1)
Bảng 2-6. Bảng tính toán nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng
st
t
1
2
3
4

TtbN (oC)
54.5
52.5
49.5
47.5

N

(kg/m3)

GN (kg/s)

CN (J/kg.oC)

TN (oC)

QN (J/s)

985.9
986.9
988.3

989.1

0.115
0.115
0.115
0.115

4178
4178
4178
4178

15
13
13
13

7207
6246
6246
6246


19
5
6
7
8
9
1

0
11
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6

46.5
45
44
43
41.5

989.5
990.1
990.5
990.9
991.6

40.5

992
992.7

38.5
37.5

993.1

37

993.3

36

993.6

35.5

993.8

34.5

994.4

0.165
0.165
0.165
0.165
0.215

4178
4178
4178

4178
4178

0.215

4178

0.215

4178

0.215

4178

0.265

4178

0.265

4178

0.265

4178

0.265

4178

9
10
10
10
7
7
7
7
6
6
7
7

6204
6894
6894
6894
6288
6288
6288
6288
6643
6643
7750
7750

Bảng 2-7 Bảng tính toán nhiệt lượng thu vào của dòng lạnh và nhiệt lượng tổn thất
stt

TtbL (oC)

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

28.5
28
25
25
25
25
24.5
24
26
25.5
24

24
24.5
24
23.5
23

L

(kg/m3)

GL (kg/s)

CL (J/kg.oC)

TL (oC)

996.1
996.2
996.9
996.9
996.9
996.9
997
997.2
996.7
996.8
997.2
997.2
997
997.2

997.3
997.4

0.116
0.166
0.216
0.266
0.116
0.166
0.216
0.266
0.116
0.166
0.216
0.266
0.116
0.166
0.216
0.266

4178
4178
4178
4178
4178
4178
4178.5
4179
4178
4178

4179
4179
4178.5
4179
4179.5
4180

15
14
8
8
10
10
9
8
10
9
6
6
9
8
7
6

QL

Qf

(J/s)
7270

9710
7220
8891
4846
6935
8123
8893
4846
6242
5416
6670
4362
5550
6319
6671

(J/s)
-63
-3464
-974
-2645
1358
-41
-1229
-1999
1442
46
872
-382
2281

1093
1431
1079

6.1.2.Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ, hiệu
suất của quá trình truyền nhiệt.

• Hiệu suất nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt của dòng nóng và dòng lạnh lần
lượt:


20

• Hiệu suất nhiệt độ hữu ích của quá trình truyền nhiệt:

• Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

Bảng 2-8. Tính toán hiệu suất của các dòng,hiệu số nhiệt độ và hiệu suất của quá trình
truyền nhiệt
stt
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11
12
13
14
15
16
6.1.3.

57.7
54.2
48.1
52
42.9
50
50
50
50
50
46.7
50
54.5
54.5
58.3
58.3

57.7
58.3
29.6
32
47.6

50
45
40
71.4
64.3
40
42.9
81.8
72.7
58.3
50

57.7
56.25
38.85
42
45.25
50
47.5
45
60.7
57.15
43.35
46.45
68.15
63.6
58.3
54.15

101

155
116
142
78
101
118
129
77
99
86
106
66
84
82
86

Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

− Diện tích bề mặt truyền nhiệt F đối với thiết bị truyền nhiệt ống thủy tinh
F = .dtb.L.n =.9.650.19.10-6 = 0,35 (m2)
− Nhiệt độ trung bình đối với thiết bị truyền nhiệt ngược chiều


21

= 51 – 30 = 21oC
= 42 – 20 = 22oC
Do <  = ; =
Do tỉ lệ

Nên

− Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

Bảng 2-9. Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm
stt
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

QN
(J/s)
7207
6246
6246
6246
6204
6894
6894
6894

6288
6288
6288
6288
6643

F
(m2)
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35

(0C)
26
25
27
25
22
20
20

20
17
16
15
14
14

(0C)
26
24
22
20
21
20
19
18
14
14
14
13
11

Tỉ lệ
1
1.04
1.23
1.25
1.05
1
1.05

1.11
1.21
1.14
1.07
1.08
1.27

(0C)
26
24.5
24.5
22.5
21.5
20
19.5
19
15.5
15
14.5
13.5
12.5

KTN
(W/m2.oC)
792
728.4
728.4
793.1
824.5
984.9

1010.1
1036.7
1159.1
1197.7
1239
1330.8
1518.4


22
14
15
16

6643
7750
7750

0,35
0,35
0,35

13
12
12

11
12
11

1.18
1
1.09

12
12
11.5

1581.7
1845.2
1925.5

6.1.4.Xác định hệ số truyền nhiệt lý thuyết

= (chuyển tường ống qua tường phẳng do )
Ta có (m), inox: = 25 (w/mK). Cần tính .
Tính hệ số cấp nhiệt (dòng nóng)

Chuẩn số Reynolds:

= = 35850.55

Re =

= 1.83m/s
là độ nhớt của dòng nóng, được nội suy theo nhiệt độ ở bảng các tính chất vật lý của
nước ở nhiệt độ 63 OC
Pa.s
Chuẩn số Prandtl:

= 2.85

Pr =

ở 63 OC
= W/m.K

Tính chuẩn số Nusselt:
Do Re = 35850.55 > 10000 nên:
Nu = 0,021. = =145
( = 1 do , )
=

= 10660.72

Tính hệ số cấp nhiệt (dòng lạnh)
Re =

= = 672.64


23
Trong đó: là vận tốc dòng lạnh:

= 0.024 m/s

= 0.151(m)
là độ nhớt của dòng lạnh, được nội suy theo nhiệt độ ở bảng các tính chất vật lý của
nước ở 25 OC = 892.2.10-6 Pa.s
Chuẩn số Prandtl:

= = 6.12

ở 25.5 OC
= W/m.K
Tính chuẩn số Nusselt:
Do Re = 672.64 < 2300 Chảy tầng
Nên
Nu = 0,158
= . 1 = 4.23
=

= = 36.59

=

= 16.69

= = = 16.67
1.15.

Thí nghiệm 2: khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị truyền nhiệt thủy tinh

st
t
2

VN (L/ph)

VL (L/ph)

TNV (oC)

TNR (oC)

TLR (oC)

TLV (oC)

7

10

54

42

27

22

6.1.5.

Xác định nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra, lạnh thu vào và nhiệt lượng

tổng thất.

Nhiệt độ để tra các thông số: NHIỆT DUNG RIÊNG (C) VÀ KHỐI LƯỢNG
RIÊNG ( của dòng nóng và dòng lạnh được lấy theo nhiệt độ trung bình của dòng nóng
và dòng lạnh, tra trong bảng I.249 [trang 310, sổ tay tập 1].

24
− Chuyển đổi từ lưu lượng V (L/phút) sang lưu lượng G (kg/s):
• Đối với lưu lượng dòng nóng tại nhiệt độ trung bình TtbN = 48oC

• Đối với lưu lượng dòng lạnh tại nhiệt độ trung bình TtbL = 24,5oC

− Hiệu số nhiệt độ T của từng dòng:
• Đối với dòng nóng
TN = TNV – TNR = 54 – 42 = 12oC
• Đối với dòng lạnh
TL = TLR – TLV = 27 – 22 = 5oC
− Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra, lạnh thu vào và nhiệt lượng tổng thất:
• Đối với dòng nóng

• Đối với dòng lạnh

• Nhiệt lượng tổn thất Qf
Qf = QN – QL= 5766 – 3468 = 2298 (J.s-1)
Bảng 2-10. Bảng tính toán nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng
st
t
1
2
3
4
5
6

TtbN (oC)
47
48
47
46
45.5
44.5

N

(kg/m3)

GN (kg/s)

CN (J/kg.oC)

TN (oC)

QN (J/s)

989.3
988.9
989.3
989.7
989.9
990.3

0.115
0.115
0.115

0.115
0.165
0.165

4178
4178
4178
4178
4178
4178

16
12
12
12
11
11

7688
5766
5766
5766
7583
7583


25
7
8
9

1
0
11
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6

44
43
43.5

990.5
990.9
990.7

43

990.9
991.2

42.5
42

991.4

41.5

991.6

40.5

992

39.5

992.4

38.5

992.7

0.165
0.165
0.215

4178
4178
4178

0.215

4178

0.215

4178

0.215

4178

0.264

4178

0.265

4178

0.265

4178

0.265

4178

10
11
9
8
9
8

7
7
7
7

6894
7583
8084
7186
8084
7186
7721
7750
7750
7750

Bảng 2-11 Bảng tính toán nhiệt lượng thu vào của dòng lạnh và nhiệt lượng tổn thất
stt

TtbL (oC)

1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16

25
24.5
24
23.5
24.5
25
24
23.5
24.5
24.5
24
23.5
24.5
24
23
22

L

(kg/m3)

GL (kg/s)

CL (J/kg.oC)

TL (oC)

996.9
997
997.2
997.3
997
996.9
997.2
997.3
997
997
997.2
997.3
997
997.2
997.4
997.7

0.116
0.166
0.216
0.266
0.116
0.166
0.216
0.266

0.116
0.166
0.216
0.266
0.116
0.166
0.216
0.266

4178
4178.5
4179
4179.5
4178.5
4178
4179
4179.5
4178.5
4178.5
4179
4179.5
4178.5
4179
4180
4181

6
5
4
3

5
6
4
3
5
5
4
3
5
6
4
2

QL

Qf

(J/s)
2908
3468
3611
3335
2424
4161
3611
3335
2424
3468
3611
3335

2424
4162
3612
2224

(J/s)
4780
2298
2155
2431
5159
3422
3283
4248
5660
3718
4473
3851
5297
3588
4138
5526

6.1.6.Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ, hiệu
suất của quá trình truyền nhiệt.

• Hiệu suất nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt của dòng nóng và dòng lạnh lần
lượt: