BÁO CÁO THỰC HÀNH TRAO ĐỔI NHIỆT GIỮA CHẤT LỎNG VÀ KHÍ HEAT EXCHANGER LIQUID & GAS

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM


NHÂN TÀI CHO PHÁT TRIỂN

BÁO CÁO THỰC HÀNH
KỸ THUẬT PHẢN ỨNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Dương Huỳnh Thanh Linh

THỰC HIỆN: NHÓM 2
Ma Thị Oanh
Nguyễn Thị Thảo
Đoàn Duy Tuấn
Phạm Thị Xuân Quỳnh Lương
Hoàng Văn Lộc
Nguyễn Duy Khánh

BÁO CÁO THỰC
Bà Rịa,HÀNH
ngày 20TRAO
tháng 3ĐỔI
nămNHIỆT
2019 GIỮA CHẤT
LỎNG VÀ KHÍ

1

(HEAT EXCHANGER LIQUID & GAS)
1. MỤC ĐÍCH
 Giúp sinh viên làm quen với sơ đồ và nguyên tắc hoạt động của thiết bị trao
đổi nhiệt gián tiếp qua vách của dịng lưu chất lỏng và khí.
 Khảo sát q trình trao đổi nhiệt giữa hai dòng lưu chất lỏng và khí đi cùng
chiều, ngược chiều, chia dịng có gắn cánh tải nhiệt.
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 dịng lưu chất lỏng và
khí được ngăn cách bởi vách ngăn kim loại, bao gồm truyền nhiệt đối lưu từ dịng
nóng đến vách, dẫn nhiệt qua thành ống kim loại và đối lưu nhiệt giữa dịng khí với
thành ống.
2.1. Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dịng lưu chất lỏng và khí
Q = G1C1(tv1 –tR1) = G2C2 (tR2-tv2) , W

(1)

G1, G2 : lưu lượng dịng lỏng và dịng khí, kg/s.
C1, C2 : nhiệt dung riêng trung bình của dịng lỏng và dịng khí, J/kg.K
tv1, tR1 : nhiệt độ vào và ra của dòng lỏng, ºC.
tv2, tR2 : nhiệt độ vào và ra của dòng khí, ºC.
2.2. Phương trình biểu diễn q trình truyền nhiệt
Q = Kl.tlog.L

(2)

L: chiều dài ống, m.
Kl: hệ số truyền nhiệt dài, W/mK.
tlog: chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, K
2.3. Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit

tk  tl
t
ln k
tl
tlog=

(3)
2.4. Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết, Kl*

dng

K l* =

r
1
1
1

ln

 b
 1 dtr 2 dtr  2 dng db

(4)

dng, dtr: đường kính ngồi và trong của ống truyền nhiệt, m.

2



: hệ số dẫn nhiệt của ống, W/mK.

rb : nhiệt trở của lớp cáu.
db: đường kính lớp cáu, m.
2.5. Hệ số cấp nhiệt 1, 2 giữa vách ngăn và dòng lưu chất

Nu = A.RemPr
Các hệ số A, n, m,

 Pr 


Prt 

n

l , R

0,25

 l R

(5)

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…)
3. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Hệ thống thiết bị thí nghiệm 4 kiểu kết cấu bề mặt truyền nhiệt như sau:
 Kiểu I: Loại ống lồng ống đơn giản, dòng lỏng đi trong ống truyền nhiệt và
dịng khí đi dọc bề mặt ngồi của ống trong. Hai dịng chảy có phương
song song cùng chiều với nhau.
 Kiểu II: Loại ống lồng ống đơn giản, dòng lỏng đi trong ống truyền nhiệt và
dịng khí đi dọc bề mặt ngồi của ống trong. Hai dịng chảy có phương
song song ngược chiều.
 Kiểu III: Loại ống lồng ống đơn giản mà dịng khí đi dọc bề mặt ngồi của
ống trong và ngược chiều với dòng chất lỏng bên trong ống. Hai dịng chảy
có phương vng góc với nhau, khơng có cánh tải nhiệt.
 Kiểu IV: Loại ống lồng ống đơn giản mà dịng khí đi dọc bề mặt ngồi của
ống trong và ngược chiều với dịng chất lỏng bên trong ống. Hai dịng chảy
có phương vng góc với nhau, có gắn cánh tải nhiệt.

3


Hình 1. Sơ đồ nguyên lý mặt tủ điê ̣n điều khiển
Ký hiêụ

Tên gọi

Đơn vị đo

QL

Lưu lượng dòng lỏng – dòng nóng

L/min

Lưu lượng dòng lạnh – dòng khí
QC

QC = 6,33×DV + 52,8

m3/h

(DV: Display value)

TLin

Nhiê ̣t đô ̣ dòng lỏng đi vào ống truyền nhiê ̣t

o

TLout

Nhiê ̣t đô ̣ dòng lỏng đi ra khỏi ống truyền nhiê ̣t

o

TGin

Nhiê ̣t đô ̣ dòng khí đi vào ống truyền nhiê ̣t

o

TLout

Nhiê ̣t đô ̣ dòng khí đi ra khỏi ống truyền nhiê ̣t

o

VLi

Van solenoid đóng/mở cho dòng lỏng đi vào
ống truyền nhiê ̣t

C
C
C
C
-

4


VGi

Van đóng/mở cho dòng khí đi vào ống truyền
nhiê ̣t (Van đóng/mở bằng khí nén)

-

a. Mặt bằng, nguồn điện và nước sử dụng:
- Mặt bằng: dài x rộng x cao: D2.000 x R1.500 x C2.500
-Điện: 10A – 380VAC – 3 pha hoặc 30A – 220VAC – 1 pha
b. Thông số kỹ thuật:

- Kiểu truyền nhiệt:

Gián tiếp

- Kết cấu:

Ống lồng ống, có và khơng có cánh tản nhiệt

- Dàn trao đổi nhiệt:

+ Kích thước: 21 và 76
+ Vật liệu: inox SUS 304
+ Số lượng: 04

- Bơm nước nóng:

+ Lưu lượng: Q = 0,5 m3/h
+ Cột áp: H = 10 m H2O

- Quạt cấp:

+ Lưu lượng: Q = 60 m3/h
+ Cột áp: H = 1.000 mm H2O

- Máy nén khí: (dùng điều
khiển van khí nén)

+ Lưu lượng: Q = 30 l/min

- Bồn gia nhiệt:

+ Dung tích: V = 30 lít

+ Áp suất: Pmax = 5 kgf/cm2

+ Vật liệu: inox SUS 304
+ Lớp cách nhiệt: bông gốm dày 30 mm
+ Công suất gia nhiệt: N = 4 kW
- Cảm biến lưu lượng
dòng lỏng:

+ Kiểu đo: xung

- Cảm biến lưu lượng
dịng khí:

+ Kiểu đo: chênh áp

- Cảm biến nhiệt độ:

+ Thang đo max: 100 oC

+ Số lượng: 1

+ Số lượng: 1

+ Số lượng: 4
- Hệ thống đường ống

+ Kích thước 21

5


lỏng:
+ Vật liệu: inox SUS 304
+ Van điều khiển: van điện từ (solenoid valve)
- Hệ thống đường ống khi: + Kích thước 76
+ Vật liệu: inox SUS 304
+ Van điều khiển: khí nén
- Tủ điện điều khiển

+ Kích thước: H800 x W1.000 x D300
+ Vật liệu vỏ: inox SUS 304
+ Vật liệu mặt: inox SUS 304 + thủy tinh hữu cơ
+ Hiển thị nhiệt độ: 4 đồng hồ chỉ thị số
+ Hiển thị lưu lượng: 2 đồng hồ chỉ thị số
+ Điều khiển: điều chỉnh lưu lượng dịng lỏng, dịng
khí
+ Chọn chế độ truyền nhiệt: 4 kiểu
+ Bảo vệ: quá tải, quá nhiệt, cạn nước
+ Cảnh báo sự cố: ánh sáng + âm thanh
+ Tiến hành thí nghiệm trực tiếp với sơ đồ cơng nghệ
được tích hợp trên mặt tủ điện điều khiển.

- Chassi:

+ Kích thước H1.000 x W1.700 x D1.000
+ Vật liệu: vuông 40 inox SUS 304
+ Bánh xe để di chuyển

+ Bộ điều chỉnh thăng bằng

- Linh kiện trực quan:

+ Đoạn ống trao đổi nhiệt có gắn cánh tản nhiệt
+ Bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm cắt 1/4

6


7


8


9


Hình 2. Sơ đồ điê ̣n

HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH
HỆ THỐNG THỰC HÀNH THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT
Quan sát, xác định các bộ phận, linh kiện, các loại van được sử dụng trong bài thí
nghiê ̣m và các cảm biến tương ứng trên sơ đồ và trong thực tế.
1. Chuẩn bị
- Kéo cơng tắc của máy nén khí sang vị trí ON (hướng lên trên) và mở van cấp
khí để máy nén hoạt động cung cấp khí nén dùng để điều khiển các van khí
đóng/mở bằng khí nén.
- Cho đầy nước vào bồn chứa nước nóng.

Xoay
hết van
theo
chiều
kim
đờng hờ
Kéo cơng tắc
mở máy nén khí
Van gạt

Bình tách lỏng

Máy nén khí

Hình 1. Máy nén khí
2. Hoạt động
1. Xoay tất cả các công tắc về vị trí OFF (các mũi tên trên các cơng tắc ở vị trí ().
2. Mở van gạt trên máy nén khí.
3. Đóng CB trên tường.

10


4. Mở cửa tủ điện điều khiển, đóng tất cả các CB trong tủ điện. Đèn POWER sáng
và đèn START sáng.
5. Bấm nút START trên mặt tủ điện, đèn START tắt, đèn STOP và đèn A1 sáng,
van VL1 và van VG1 mở, các đồng hồ đo hiển thị số trên mặt tủ điện; hệ thống đã
sẵn sàng hoạt động. Nếu áp suất khí trong máy nén khí dưới 4at, máy sẽ tự đô ̣ng
hoạt đô ̣ng đến khi áp suất khí nén đạt 8at sẽ tự đô ̣ng ngừng.
6. Cài đặt nhiệt độ dịng nước nóng bằng đồng hồ điều khiển nhiệt độ nằm bên

trong tủ điện.
 Ấn nút ◄; số màu vàng hiển thị giá trị nhiệt độ cài đặt SV (Setting value)
nhấp nháy.
 PV (Processing value): số màu đỏ hiển thị giá trị nhiệt độ hiện hành.
 Sử dụng nút ◄ để di chuyển vị trí nhấp nháy và sử dụng nút ▲▼ để tăng
giảm giá trị cài đă ̣t.
 Ấn nút MD để kết thúc quá trình cài đặt.
7. Bật công tắc HEATER gia nhiệt cho bồn nước nóng, cài đặt ở 70oC. Đợi đến khi
nhiệt độ trong bồn nước nóng đạt đến giá trị cài đặt, bật cơng tắc bơm nước nóng
PUMP sang vị trí ON (), điều chỉnh lưu lượng dịng nước nóng vào các ống
truyền nhiệt bằng cách nhấn nút UP/DOWN của đồng hồ QH để tăng/giảm lưu
lượng nước cấp. Tiếp tục bật công tắc quạt FAN sang vị trí ON (), điều chỉnh
lưu lượng dịng khí vào các ống truyền nhiệt bằng cách nhấn nút UP/DOWN của
đồng hồ QC. Tham khảo các giá trị cài đă ̣t cho dòng QC ở phần phụ lục.
8. Đèn báo sáng ở hàng ống trao đổi nhiệt nào trên sơ đồ nguyên lý thì đường ống
tương ứng trên thực tế đang hoạt động. Khi cần chuyển sang khảo sát hàng ống
tiếp theo thì nhấn nút màu đỏ nằm chính giữa hàng ống đó, đèn báo tương ứng
sáng.
3. Ngừng hoạt động
1. Xoay công tắc PUMP và FAN sang vị trí OFF (), đèn báo tương ứng tắt.
2. Xoay cơng tắc HEATER sang vị trí OFF (). Cụm gia nhiệt ngừng hoạt động,
đèn báo tương ứng tắt.
3. Nhấn nút STOP, đèn START sáng, các đồng hồ ngừng hiển thị.
4. Tắt CB MAIN (CB đầu tiên bên trái) trong tủ điện.
5. Đóng cửa tủ điện.
6. Tắt CB trên tường.
7. Làm vệ sinh thiết bị và khu vực thí nghiệm.
Chú ý:
Khi có sự cố xảy ra, thực hiện lần lượt các thao tác:
 Xoay công tắc HEATER, PUMP, FAN sang vị trí OFF ().

 Nhấn nút STOP.
 Tắt CB MAIN trong tủ điện.

11


4. Sự cố và cách khắc phục
ST
T

Hiện tượng xảy ra

Nguyên nhân có thể

Biện pháp xử lý

1

Bật CB MAIN mà đèn - Khơng có nguồn.
POWER và/hoặc đèn - Đèn báo hư.
START khơng sáng.

2

Đèn
OVERLOAD Quạt cung cấp khí Xoay cơng tắc PUMP,
sáng nhấp nháy kèm với và/hoặc bơm nước FAN sang vị trí OFF.
âm thanh cảnh báo.
nóng bị q tải.
Tiến hành kiểm tra bơm,

quạt.

3

Cụm gia nhiệt hoạt Điện trở gia nhiệt của Thay bằng điện trở dự
động,
đèn
báo cụm gia nhiệt bị phòng.
HEATER sáng mà hỏng.
nhiệt độ nước nóng tăng
chậm hoặc khơng tăng.

4

Đèn báo HEATER
sáng kèm với âm thanh
cảnh báo.

5

Nước trong bồn chứa
nước nóng đã cạn.

Nhấn nút START
- Quạt khơng hoạt
nhưng khơng có khí qua động.
hệ
- Van khí nén khơng
hoạt động

- Kiểm tra lại nguồn cấp.
- Thay đèn báo mới.

Đổ đầy nước vào bồn chứa
nước nóng.
- Kiểm tra quạt (FAN)
- Kéo cơng tắc của máy
nén sang vị trí ON (hướng
lên trên).

5. THÍ NGHIỆM
5.1. Chuẩn bị
1. Làm quen với hệ thống thiết bị, tìm hiểu các van và tác dụng của nó.
2. Làm quen với thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đo và cách điều chỉnh công tắc
để đo nhiệt độ.
3. Làm quen với thiết bị đo lưu lượng và cách điều chỉnh lưu lượng.
4. Xác định tên gọi các kiểu trao đổi nhiệt trên sơ đồ nguyên lý.
5. Xác định các đại lượng cần đo.
6. Đo lưu lượng dòng lỏng, dòng khí, nhiệt độ ở các vị trí cần thiết. Lập bảng
để ghi kết quả đo.
Bảng 2: Kết quả đo cho một loại ống
Lưu lượng

10

20

30

40

12


dịng lỏng
(L/min)
Lưu lượng
dịng khí
(m3/min)

t1v

t1R

t2v

t2R

t1v

t1R

t2v

t2R

t1v

t1R

t2v

t2R

t1v

t1R

t2v

t2R

1,0
1,3
1,6
1,9
2,2
5.2. Trình tự thí nghiệm
1. Kiểm tra và cấp nước đầy vào bồn chứa nước nóng.
2. Cài đặt nhiệt độ nước nóng ở 70oC trên đồng hồ điều khiển nhiê ̣t đô ̣ được
đă ̣t bên trong tủ điện. Bật công tắc HEATER và công tắc PUMP để làm
nóng nước, cài đă ̣t lưu lượng dòng lỏng QL khoảng 10 L/min.
3. Trong lúc chờ nước nóng đạt đến nhiệt độ cài đặt, tìm hiểu kỹ đường đi của
các dịng trên hệ thống thí nghiệm, các van solenoid đóng/mở cho dòng
lỏng, các van đóng/mở cho dòng khí bằng khí nén, vị trí các cảm biến nhiệt
độ dịng nóng và dịng lạnh, hai vị trí cảm biến lưu lượng dịng nóng và
dịng lạnh.
4. Khi nước nóng đạt đến nhiệt độ cài đặt, bắt đầu tiến hành thí nghiệm.
5. Bật cơng tắc PUMP để khởi động bơm nước nóng, điều chỉnh lưu lượng
dịng nước nóng bằng cách nhấn nút UP/DOWN của đồng hồ QL để

tăng/giảm lưu lượng nước.
6. Bật công tắc quạt FAN, điều chỉnh lưu lượng dịng khí vào bằng cách nhấn
nút UP/DOWN của đồng hồ QG.
7. Đèn báo sáng ở hàng ống nào trên sơ đồ nguyên lý thì đường ống tương
ứng trên thực tế đang hoạt động. Khi cần chuyển sang khảo sát hàng ống
tiếp theo thì nhấn nút màu đỏ nằm chính giữa hàng ống đó, đèn báo tương
ứng sáng.
8. Ở cùng một lưu lượng QL và QG tiến hành khảo sát lần lượt cả bốn đường
ống truyền nhiệt.
9. Ghi nhận các đại lượng cần đo khi q trình ổn định hồn tồn. Sinh viên
nên sử dụng thiết bị ghi hình để ghi lại số liệu tất cả các đồng hồ đo tại cùng
một thời điểm. Chụp khoảng 8-10 lần cho một chế độ đo và lấy giá trị trung
bình.
10. Điều chỉnh lưu lượng của các dòng để thay đổi chế độ chảy và lặp lại thí
nghiệm với thơng số ổn định mới. Mỗi lần tăng lưu lượng với ΔQ = 10
L/min.

13


6. PHÚC TRÌNH
6.1. Tính nhiệt lượng Q theo cơng thức (1)
Thiết lập cân bằng nhiệt lượng. Xác định tổn thất nhiệt.
6.2. Tính tlog theo cơng thức (3)
6.3. Tính hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm Kl theo công thức (2)

Ql (W)

Qk (W)

Ống 1
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 2
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 3
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 4
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33

DV =
11.5

Δt_log
Δt_1

705.459

23.938 26.14286

637.161

62.780

715.708

42.573

829.305 121.765
 
 
 
137.314 54.005

Δt_2

Kll
(W/m.K
)

Klk
(W/m.K)

ΔQ=Q_lQ_k (W)

23.3

24.694

28.568

0.969

681.520

26.1875

25.811

24.686

2.432

574.381

24.2 23.75714

23.978

29.849

1.776

673.135

24.3

24.797

33.444

4.911

707.540

25.4375

25.3
 

 

 

 

 

27.55

24.675

26.086

5.264

2.070

83.309

333.295

74.208

25.925

27.8

26.852

12.412

2.764

259.087

185.827

92.434

24.5

26.75

25.609

7.256

3.609

93.393

249.748 130.639
24.95
27.55
26.229
9.522
 
 
 
 
 
 
 
282.540 75.003
28.125 23.9125
25.962
10.883

4.981

119.110

2.889

207.537

212.209 122.526 23.33333
275.536 124.516

24.1

460.472 165.465
25.15
 
 
 
 
195.065 195.065 29.8625

 

27.25

25.241

8.407

4.854

89.683

27.1

25.571

10.775

4.869

151.020

28.1

26.598

17.312

6.221

295.007

 

 

 

 

19.45

24.285

20.153

8.032

294.364

210.664 122.526

21.0375

27.7375

24.233

16.311

8.693

184.618

225.168 225.168

21.55

26.95

24.149

20.450

9.324

268.700

257.621 257.621

21.45

26.75

24.003

18.049

10.733

175.602

Bảng 1. Lưu lượng lỏng bằng 6

14


Ống 1
DV = 2
DV =

5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 2
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 3
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 4
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5

Ql (W)

Qk (W)

832.95 40.27513

Δt_1
27.9

Δt_2
25

1032.302 66.10448

25.2

1488.104 82.07737

26.05

Δt_log

Kll
Klk
ΔQ=Q_l-Q_k
(W/m.K) (W/m.K) (W)

26.423

31.523

1.524

792.6748295

26.35

25.771

40.057

2.565

966.1972162

26.65

26.349

56.477

3.115

1406.026707

1445.237 69.17631
25.8
25.75
25.775
56.071

 
 
 
 
 
 
 
372.4406 75.34043
28.95
24.95
26.900
13.845

2.684

1376.060479
 
2.801
297.100155

334.5505

89.8952

25.4

28.25

26.800

12.483

3.354

244.6552768

249.2143 105.6512

24.65

27.45

26.025

9.576

4.060

143.5630586

166.3169 128.4859
24.5
27.45
25.947
6.410
 
 
 
 
 

 
 
538.3546 107.9476
28.45
22.7
25.467
21.139

4.952

417.5183 126.9843

24.2

28.3

26.197

15.938

4.847

290.5339729

378.4038 163.2848

22.95

27.3

25.062

15.099

6.515

215.1190178

374.045 166.5496
24.15
 
 
 
 
619.0923 181.0317
29.2

27.8

25.932

19.9

24.254

25.526

207.4953517
 
7.464 438.0605742

 

14.424

37.83102118
 
4.239 430.4069193

 

6.423
 

1052.871 206.8637

21.8

28.05

24.794

42.465

8.343

846.0073993

539.2041 264.7807

20.55

27.7

23.947

22.516

11.057

274.4234776

584.0026 291.7133

21.85

28.35

24.959

23.398

11.688

292.2893002

Bảng 2. Lưu lượng lỏng bằng 12

15

Ql (W)
Ống 1
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 2
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 3
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 4
DV = 2
DV =
5.16

DV =
8.33
DV =
11.5

Qk (W)

Δt_log

Kll
(W/m.K
)

Klk
ΔQ=Q_l-Q_k
(W/m.K)

998.639

48.008

Δt_1
27.9

Δt_2
24.85

26.346

37.905

1.822

950.632

1057.099

44.113

25.4

26.15

25.773

41.015

1.712

1012.985

623.290

54.970

24.15

25.25

24.696

25.239

2.226

568.320

25.45

26.1

25.774

50.399

2.695

1229.494

1298.961
69.467
 
 
 
497.150
70.087

 

 

 

(W)

 

 

29.05

25.35

27.158

18.306

2.581

427.063

936.490

112.172

25.6

28.9

27.217

34.409

4.121

824.318

496.943

129.743

24.55

27.95

26.213

18.958

4.950

367.200

249.756

137.437

24.8

27.95

26.344

9.481

5.217

112.319

 

 

 

 

 

 

 

 

310.753

110.281

29.55

24.1

26.732

11.625

4.125

200.472

559.041

132.692

24.25

28.6

26.365

21.204

5.033

426.348

555.135

159.452

23.2

27.45

25.265

21.972

6.311

395.683

681.467

184.769

23.75

27.7

25.674

26.543

7.197

496.698

 

 
 
1187.908 180.452

 

 

 

 

 

29.6

20.1

24.544

48.398

7.352

1007.456

1114.470

244.791

20.8

28.8

24.583

45.334

9.958

869.678

1192.338

249.447

20.85

27.25

23.907

49.873

10.434

942.891

1486.845

298.813

21.75

27.9

24.698

60.202

12.099

1188.032

Bảng 3. Lưu lượng lỏng bằng 18

16


Ống 1
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 2
DV = 2
DV =

5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 3
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5
Ống 4
DV = 2
DV =
5.16
DV =
8.33
DV =
11.5

Ql (W)

Qk (W)

1747.5
6
987.66
2071.1

8
2001.4
2
 

Δt_1

Δt_log

Δt_2

Kll
(W/m.K)

Klk
ΔQ=Q_l-Q_k
(W/m.K) (W)

37.265

27.85

25.05

26.425

66.132

1.410

1710.296

50.118

25.8

27

26.395

37.418

1.899

937.539

51.025

26.35

26.6

26.475

78.232

1.927

2020.155

65.386
 

25.7
 

26.1
 

25.899
 

77.277
 

2.525
 

1936.038
 

2227.2
5

69.936

29.45

24.8

27.058

82.313

2.585

2157.316

743.47

91.339

25.9

28.75

27.300

27.233

3.346

652.127

745.40

110.879

25.9

28.7

27.276

27.328

4.065

634.523

414.04

140.578

25.1

28.3

26.668

15.526

5.271

273.461

 

 

 

 

 

 

 

 

577.04
1075.9
5
1149.8
9

114.535

29.7

23.95

26.722

21.594

4.286

462.508

132.999

24.15

28.3

26.170

41.114

5.082

942.953

170.518

24.2

28.5

26.291

43.736

6.486

979.371

993.64

174.595

24

27.7

25.806

38.505

6.766

819.050

 

 
1404.0
6
2236.2
2
1074.9
1
2660.3
4

 

 

 

 

 

 

194.397

30.4

20.35

25.040

56.073

7.764

1209.666

224.746

21.25

28.05

24.493

91.301

9.176

2011.473

267.149

21.85

29.05

25.279

42.521

10.568

807.766

290.216

21.2

26.7

23.844

111.571

12.171

2370.122

Bảng 4. Lưu lượng lỏng bằng 24
6.4. Tính hệ số cấp nhiệt 1, 2
a) Xác định chế độ chảy của lưu chất bằng chuẩn số Re
Re =
Với

wl


(6)

w: vận tốc dòng, m/s.
: độ nhớt động học của lưu chất, m2/s.

17


l: kích thước hình học đặc trưng, m. Trường hợp dịng lưu chất chuyển động
qua tiết diện khơng trịn, l được tính với đường kính tương đương dtd.
dtd =

4F


(7)

F: diện tích mặt cắt (tiết diện ngang mà dịng 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.
Thông số  được xác định ở nhiệt độ trung bình của lưu chất.
b) Xác định chuẩn số Nu cho phương thức chảy ngang

5 < Re < 103:

Nu = 0,5.Re0,5.Pr0,38.

103  Re < 2.105:

 Pr 


Pr
 v

Nu = 0,25.Re0,6.Pr0,38.

2.105  Re  2.106:

0,25

 Pr 


Pr

 v

Nu = 0,023.Re0,8.Pr0,37.

0 , 25

(8)

 Pr 


 Prv 

0 , 25

c) Xác định chuẩn số Nu theo công thức sau cho chế độ chảy dọc theo thân
ống
 Chế độ chảy màng Re < 2320

Nu = 0,15.Re0,33.Pr0,43.Gr0,1.

 Pr 


Pr
 v

0 , 25

l

(9)

 Chế độ chảy chuyển tiếp 2320 < Re < 10.000

Nu = C.Pr0,43.

 Pr 


 Prv 

0 , 25

.l

(10)

Giá trị của C phụ thuộc Re:
Re.10-3

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

3

4

5

6

8

10

C

1,9

2,2

3,3

3,8

4,4

6

10,3

15,5

19,5

27

33

 Chế độ chảy rối Re > 104

Nu = 0,021.Re0,8.Pr0,43.

 Pr 


 Prv 

0 , 25

(11)

18


Giá trị của l phụ thuộc tỷ lệ l/d khi Re <104
L/d

1

2

5

10

15

20

30

40

50

l

1,9

1,7

1,44

1.28

1,18

1,13

1,05

1,02

1

Khi Re > 104, l phụ thuộc vào Re
Re

L/d
10

20

30

40

50

1.104

1,23

1,13

1,07

1,03

1

2.104

1,18

1,10

1,05

1,02

1

5.104

1,13

1,08

1,04

1,02

1

1.105

1,10

1,06

1,03

1,02

1

1.106

1,05

1,03

1,02

1,01

1

 Chuẩn số Pr: Pr =


a

(12)

: độ nhớt động học của lưu chất, m2/s.
a: hệ số dẫn nhiệt của lưu chất, m2/s.
g .l 3 . .t

 Chuẩn số Gr: Gr =

2

(13)

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 định ở nhiệt độ trung bình của lưu
chất.
Prv: chuẩn số Prandtl của lưu chất được xác định ở nhiệt độ bằng nhiệt độ
trung bình của thành ống.
Nếu nhiệt độ của thành ống (vách) không biết, việc tính tốn có thể thực hiện theo
trình tự sau:

19


tl
tl
tvl1

11

tvk
tv
tk
tlog
tk

Hình 3: Sơ đồ phân bố nhiệt độ khi truyền nhiệt giữa các lưu chất qua vách ngăn

tl = tl – tvl
tk = tvk – tk
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 Re2
~
t2 Re1

∆ t l ℜk
≈
∆ k k ℜl

(14)

Hiệu số nhiệt độ log biểu diễn như sau:

tlog - (12)oC = tl + tk
Suy ra:
∆ t l=

∆ t log −( 1 ÷2 )
ℜ
1+ ℜ l
k

∆ t k=

∆ t log −( 1 ÷2 )

ℜk
1+ ℜ
l

(15)

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

Pr
PrV

20




Nu
l

, W/m2K

: 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.tlog = 1.t1 = 2.t2

(16)

K .tlog

1

Hay t1 =

(17)

K .tlog

t2 =

2

Sai số cho phép là 5% nếu chưa đạt, q trình tính được lặp lại với giá trị t1, t2
mới này.

Ống 1
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 2
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 3
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33

DV = 11.5
Ống 4
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33

Δtl**

Δtk**

t_vl

t_vk

Pr_vl

Pr_vk

0.563
0.321
0.671
0.648
 
0.717
0.239
0.239
0.134
 
0.186
0.348

0.373
0.322
 
0.453
0.726
0.347

2.7492
3.2347
2.9759
3.4801
 
5.1596
5.9038
6.4512
7.4885
 
8.4495
8.5919
9.9205
9.3152
 
14.3388
14.5250
15.5369

329.66
329.03
329.10
328.35

 
330.76
330.49
330.94
329.94
 
330.59
329.18
329.88
328.98
 
330.17
328.45
329.83

306.52
306.18
306.28
306.58
 
309.51
309.30
310.33
310.86
 
312.40
311.89
313.82
312.77
 

319.59
319.05
320.26

3.1286
3.1680
3.1633
3.2109
 
3.0617
3.0782
3.0510
3.1114
 
3.0719
3.1588
3.1153
3.1712
 
3.0973
3.2047
3.1184

0.70697
0.70703
0.70701
0.70696
 
0.70651
0.70655

0.70639
0.70631
 
0.70608
0.70615
0.70587
0.70602
 
0.70502
0.70510
0.70492

21


DV = 11.5

0.868

15.4170

327.03

319.37

3.2963

0.70505

Bảng 5. Lưu lượng lỏng bằng 24

Ống 1
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 2
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 3
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 4
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5

Prl

Prk

Nu1

Nu2

3.3172

3.3419
3.3303
3.3532
 
3.2809
3.3026
3.2896
3.3216
 
3.3013
3.3377
3.3164
3.3443
 
3.3055
3.3480
3.3186
3.3860

0.7152
0.7156
0.7154
0.7155
 
0.7149
0.7154
0.7151
0.7154
 
0.7151

0.7154
0.7151
0.7153
 
0.7145
0.7148
0.7147
0.7151

91.271
90.623
90.896
90.994
 
91.144
91.218
91.460
91.198
 
91.162
90.929
90.768
90.900
 
91.086
90.695
91.062
90.455

26.986

30.917
34.181
37.476
 
26.942
30.833
34.208
37.415
 
26.974
30.858
34.208
37.349
 
26.881
30.741
34.142
37.459

α1
(W/m2.K)
3103.96
3077.62
3089.01
3088.43
 
3105.75
3104.62
3115.06
3100.76

 
3102.96
3088.85
3086.97
3086.76
 
3099.64
3079.16
3096.63
3064.59

α2 (W/m2.K)
13.56
15.49
17.15
18.79
 
13.55
15.47
17.19
18.77
 
13.56
15.48
17.19
18.74
 
13.56
15.47
17.19

18.82

Bảng 6. Lưu lượng lỏng bằng 24
Ống 1
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 2
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 3
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 4
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5

Δtl**

Δtk**

t_vl

t_vk

Pr_vl

Pr_vk

0.373
0.396
0.234
0.488
 
0.185
0.347
0.185
0.093
 
0.116
0.208
0.209
0.255
 
0.444
0.417
0.446
0.557

3.6096
2.9144
3.2497
3.7667

 
5.2695
7.3827
7.6907
7.4282
 
8.2979
8.7394
9.4782
9.9833
 
13.5852
16.1310
14.8084
16.2010

329.03
328.38
327.77
328.34
 
330.27
330.33
329.61
330.11
 
329.81
329.77
328.77
329.12

 
328.68
329.13
327.88
328.79

306.63
305.91
306.55
306.82
 
308.52
310.81
311.24
311.25
 
311.40
312.29
313.13
313.63
 
317.86
320.88
319.08
320.73

3.1681
3.2092
3.2485
3.2118

 
3.0916
3.0878
3.1316
3.1012
 
3.1195
3.1222
3.1846
3.1624
 
3.1899
3.1616
3.2412
3.1829

0.70696
0.70707
0.70697
0.70693
 
0.70667
0.70632
0.70625
0.70625
 
0.70623
0.70609
0.70597
0.70589

 
0.70527
0.70483
0.70509
0.70486

22


Bảng 7. Lưu lượng lỏng bằng 18
Ống 1
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 2
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 3
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 4
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5

Prl

Prk

Nu1

Nu2

3.3414
3.3585
3.3830
3.3584
 
3.3106
3.3041
3.3296
3.3179
 
3.3265
3.3245
3.3539
3.3421
 
3.3495
3.3370
3.3733
3.3428

0.7155

0.7156
0.7154
0.7155
 
0.7154
0.7153
0.7153
0.7152
 
0.7155
0.7153
0.7152
0.7152
 
0.7149
0.7147
0.7149
0.7148

78.923
78.600
78.474
78.388
 
79.073
79.247
78.903
79.237
 
78.988

78.934
78.422
78.670
 
78.898
78.624
78.855
78.546

27.535
31.339
34.994
38.179
 
27.519
31.421
34.875
38.220
 
27.509
31.388
34.768
38.251
 
27.405
31.267
34.754
38.026

α1

(W/m2.K)
2680.49
2666.80
2659.11
2659.84
 
2690.10
2696.96
2681.52
2694.62
 
2684.97
2683.32
2661.63
2671.77
 
2678.43
2670.99
2673.46
2667.47

α2 (W/m2.K)
13.30
15.14
16.92
18.44
 
13.30
15.19
16.87

18.50
 
13.29
15.18
16.82
18.51
 
13.28
15.18
16.84
18.44

Bảng 8. Lưu lượng lỏng bằng 18
Ống 1
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 2
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 3
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 4
DV = 2

DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5

Δtl**

Δtk**

t_vl

t_vk

Pr_vl

Pr_vk

0.380
0.475
0.680
0.665
 
0.170
0.152
0.113
0.076
 
0.247
0.190
0.172
0.171

 
0.284
0.479
0.246
0.266

3.0277
4.3615
4.8609
3.7578
 
5.6636
5.9249
6.2549
6.9661
 
8.1254
8.3724
9.6843
9.0452
 
13.5979
13.6217
15.6924
15.8376

329.32
328.60
329.27
328.36

 
330.41
329.60
330.59
329.57
 
328.88
329.36
329.25
329.65
 
329.04
328.80
329.28
329.63

306.28
307.66
308.46
307.01
 
309.29
308.85
310.90
310.64
 
311.68
311.67
313.98
312.90

 
318.37
317.97
321.09
320.64

3.1498
3.1951
3.1530
3.2104
 
3.0830
3.1326
3.0720
3.1341
 
3.1775
3.1474
3.1540
3.1291
 
3.1673
3.1827
3.1524
3.1303

0.70701
0.70680
0.70667
0.70690

 
0.70655
0.70662
0.70630
0.70634
 
0.70619
0.70619
0.70584
0.70600
 
0.70520
0.70525
0.70480
0.70487

Bảng 9. Lưu lượng lỏng bằng 18

23


Ống 1
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 2
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33

DV = 11.5
Ống 3
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 4
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5

Prl

Prk

Nu1

Nu2

3.3325
3.3505
3.3252
3.3524
 
3.3070
3.3311
3.3033
3.3340
 

3.3494
3.3370
3.3406
3.3289
 
3.3436
3.3451
3.3377
3.3267

0.7154
0.7154
0.7153
0.7154
 
0.7153
0.7156
0.7148
0.7152
 
0.7153
0.7154
0.7149
0.7151
 
0.7147
0.7149
0.7144
0.7147

64.525
64.094
64.396
64.029
 
64.555
64.740
64.717
64.560
 
64.272
64.638
64.846
64.549
 
64.193
64.772
64.402
64.652

27.522
31.354
34.902
38.088
 
27.494
31.420
34.812
38.117
 

27.464
31.377
34.784
38.033
 
27.429
31.325
34.704
37.946

α1
(W/m2.K)
2192.55
2175.68
2189.05
2173.32
 
2196.63
2200.04
2202.57
2193.54
 
2181.93
2195.84
2202.46
2193.79
 
2179.93
2199.42
2187.74

2197.57

α2 (W/m2.K)
13.30
15.16
16.89
18.41
 
13.30
15.17
16.89
18.44
 
13.29
15.17
16.86
18.41
 
13.31
15.19
16.87
18.42

Bảng 10. Lưu lượng lỏng bằng 18
Ống 1
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 2

DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 3
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 4
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5

Δtl**

Δtk**

t_vl

t_vk

Pr_vl

Pr_vk

0.458
0.413
0.463

0.537
 
0.088
0.214
0.121
0.160
 
0.182
0.138
0.176
0.295
 
0.317
0.256
0.322
0.282

1443.2908
1055.4785
1031.0171
1027.8155
 
164.0548
428.5855
142.0948
169.6924
 
409.1659
149.4913
229.6231

429.2458
 
547.6991
296.0190
387.2609
229.4795

327.76
328.52
326.52
328.36
 
329.40
329.81
328.60
330.19
 
329.02
329.15
329.05
330.51
 
329.74
328.97
328.63
328.59

1746.78
1358.60
1334.02

1331.92
 
467.43
731.75
445.19
473.79
 
712.35
453.49
533.25
733.42
 
853.10
600.86
691.96
534.25

3.2491
3.2003
3.3299
3.2102
 
3.1449
3.1195
3.1948
3.0962
 
3.1687
3.1602
3.1668

3.0770
 
3.1238
3.1718
3.1933
3.1955

1.313788
0.986876
0.970239
0.968833
 
0.692424
0.713483
0.693201
0.692275
 
0.710037
0.692865
0.692442
0.713794
 
0.741872
0.696069
0.706740
0.692469

Bảng 11. Lưu lượng lỏng bằng 18
Ống 1

Prl

Prk

Nu1

Nu2

α1

α2 (W/m2.K)

24


DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 2
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 3
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 4

DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5

3.3766
3.3552
3.4135
3.3562
 
3.3388
3.3230
3.3613
3.3135
 
3.3473
3.3446
3.3465
3.3004
 
3.3221
3.3465
3.3547
3.3569

0.7153
0.7155
0.7155
0.7150
 

0.7154
0.7155
0.7155
0.7150
 
0.7155
0.7151
0.7153
0.7150
 
0.7144
0.7147
0.7147
0.7147

45.478
45.494
45.676
45.476
 
45.992
45.716
45.358
45.752
 
45.718
45.309
46.012
45.913
 

45.451
45.568
45.267
45.323

(W/m2.K)
1541.60
1543.95
1545.12
1543.25
 
1562.28
1554.22
1538.83
1556.26
 
1552.22
1538.58
1562.28
1562.86
 
1545.31
1547.20
1536.30
1538.01

23.358
28.713
32.044
34.837

 
27.398
33.590
34.839
38.001
 
27.250
31.265
34.760
37.721
 
26.829
31.134
34.529
37.842

11.30
13.87
15.48
16.88
 
13.25
16.23
16.83
18.41
 
13.17
15.14
16.82
18.28

 
13.04
15.11
16.76
18.37

Bảng 12. Lưu lượng lỏng bằng 18
*Note : Bảng 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 và 13 là bảng nhiệt độ các vách và các chuẩn số
cần tính.
6.5. Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết (Kl*) được tính theo cơng thức (4)
6.6. Lập bảng kết quả tính Kl* và Kl theo chế độ chảy.

Ống 1

λƠ
(W/m.K)

d_trong
(m)

d_ngồ
i (m)

Kll

Kl*

Klk

Kl*

DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 2
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33
DV = 11.5
Ống 3
DV = 2
DV = 5.16
DV = 8.33

16.2
16.2
16.2
16.2
 
16.2
16.2
16.2
16.2
 
16.2
16.2
16.2

0.019

0.019
0.019
0.019
 
0.019
0.019
0.019
0.019
 
0.019
0.019
0.019

0.021
0.021
0.021
0.021
 
0.021
0.021
0.021
0.021
 
0.021
0.021
0.021

28.57
24.69
29.85

33.44
 
5.26
12.41
7.26
9.52
 
10.88
8.41
10.78

0.7388
0.9054
1.0089
1.0990

681.52
574.38
673.14
707.54
 
83.31
259.09
93.39
119.11
 
207.54
89.68
151.02

0.74
0.91
1.01
1.10
 
0.87
1.06
1.10
1.20
 
0.86
0.99
1.10

0.8651
1.0575
1.0960
1.1975
0.8599
0.9873
1.0953

25