Thiết bị truyền nhiệt vỏ ống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC Q TRÌNH VÀ
THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ HÓA HỌC
BÀI: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Minh Tiến
Sinh viên thực hiện: Võ Minh Sơn
MSSV: 16018301
Lớp: DHHO12A
Tổ 1
Ngày thực hành: 03/10/2019



THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG
1. Tóm tắt
Trong cơng nghiệp đặc biệt là lĩnh vực cơng 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 năng lượng nhiệt (thiết bị làm lạnh hay ngưng tụ) hay thiết bị tỏa nhiệt (thiết
bị gia nhiệt, đun sơi).
Q trình truyền nhiệt được phân thành quá trình truyền nhiệt ổn định và quá trình
truyền nhiệt khơng ổn định. Q trình truyền nhiệt ổn định thường xảy ra trong thiết bị
hoạt động liên tục, trong thực tế các thiết bị thường làm việc ở chế độ liên tục, nên ta
chỉ xét đến quá trình truyền nhiệt ổn định. quá trình truyền nhiệt là quá trình một chiều,
nghĩa là nhiệt chỉ truyền đi từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp và truyền từ
vật này sang vật khác từ không gian này sang không gian khác thường theo 3 phương
thức cơ bản gồm: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ.
Trong bài này chúng ta sẽ tiếp cận thiết bị truyền nhiệt vỏ ống cụ thể là thiết bị truyền
nhiệt ống xoắn. Trong thiết bị này, q trình trao đổi nhiệt giữa dịng lưu chất qua một

bề mặt ngăn cách (truyền nhiệt gián tiếp). Trong đó nhiệt dịng nóng tỏa ra sẽ được
dịng lạnh thu vào. Mục đích của q trình có thể là đun nóng làm nguội,... trong bài
này chúng ta phải 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. Tính tốn hiệu suất tồn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng ở những lưu
lượng dòng khác nhau. Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển dộng lên q trình truyền
nhiệt trong 2 trường hợp xi chiều và ngược chiều. Xác định hệ số truyền nhiệt thực
nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính tốn theo lý thuyết KLT giữa 2
loại thiết bị thủy tinh và thiết bị inox, từ đó hiểu được các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình trao đổi nhiệt như lưu lượng dòng và chiều chuyển động lưu chất. tùy thuộc vào
bản chất quá trình mà ta sẽ bố trí sự phân bố các dịng sao cho giảm tổn thất tăng hiệu
suất. Hiệu suất trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc cách bố trí thiết bị điều kiện hoạt
động đặc biệt là chiều chuyển động của dịng có ý nghĩa rất quan trọng.
1


2. Giới thiệu
Các q trình trao đổi nhiệt giữa dịng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách rất thường
gặp trong lĩnh vực cơng nghiệp hóa chất thực phẩm. Trong đó nhiệt dịng nóng tỏa ra
sẽ được dịng lạnh thu vào. Mục đích của q trình có thể là đun nóng làm nguội, ngưng
tụ hay bốc hơi.
Nhiệt do dịng nóng tỏa ra
𝑄𝑁 = 𝐺𝑁 𝐶𝑁 ∆𝑇𝑁
Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào
𝑄𝐿 = 𝐺𝐿 𝐶𝐿 ∆𝑇𝐿
GN , 𝑄𝐿 được đổi từ lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng:
GN = VN.
GL = VL.

10−3

60
10−3
60

. 𝜌𝑁
. 𝜌𝐿

𝜌𝑁 , 𝜌𝐿 và CN , CL tra bảng theo nhiệt độ nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào của dịng
nóng, dịng lạnh.
Nhiệt tổn thất
𝑄𝑓 = 𝑄𝑁 − 𝑄𝐿
Cân bằng nhiệt lượng
𝑄𝑁 = 𝑄𝐿 + 𝑄𝑓
Nhiệt lượng trao đổi cũng có thể tính theo công thức
𝑄 = 𝐾. 𝐹. ∆𝑡𝑙𝑜𝑔
Từ công thức trên ta thấy nhiệt lượng trao đổi phụ thuộc vào kích thước thiết bị F,
cách bố trí các dịng ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 . Các cách bố trí dịng chảy:
Chảy xi chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song cùng chiều.
Chảy ngược chiều: lưu thể 1 và 2 chảy xong xong nhưng ngược chiều với nhau.


Tùy vào cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích khác
nhau:
∆𝑡𝑙𝑜𝑔 =

∆𝑡𝑚𝑎𝑥 − ∆𝑡𝑚𝑖𝑛
∆𝑡
𝑙𝑛 𝑚𝑎𝑥
∆𝑡𝑚𝑖𝑛

Trường hợp chảy ngược chiều
Nhiệt độ của lưu thể nóng giảm, nhiệt độ của lưu thể nguội tăng
∆𝑡1 = 𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑟
∆𝑡2 = 𝑇𝑁𝑟 − 𝑇𝐿𝑣
Nếu ∆𝑡1 > ∆𝑡2 ⟹ ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 = ∆𝑡1 , ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 = ∆𝑡2
Nếu ∆𝑡1 < ∆𝑡2 ⟹ ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 = ∆𝑡2 , ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 = ∆𝑡1
Trường hợp hai lưu thể chảy chảy xuôi chiều
∆𝑡𝑚𝑎𝑥 = ∆𝑡1 = 𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑣
∆𝑡𝑚𝑖𝑛 = ∆𝑡2 = 𝑇𝑁𝑟 − 𝑇𝐿𝑟
Nếu

∆𝑡𝑚𝑎𝑥
∆𝑡𝑚𝑖𝑛

< 2 thì ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 có thể tính gần đúng theo cơng thức sau:
∆𝑡𝑙𝑜𝑔 =

∆𝑡𝑚𝑎𝑥 + ∆𝑡𝑚𝑖𝑛
2

Hiệu suất nhiệt độ trong các q trình truyền nhiệt của dịng nóng và dịng lạnh:
𝜂𝑁 =

𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝑁𝑟
. 100%
𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑟

𝜂𝐿 =

𝑇𝐿𝑟 − 𝑇𝐿𝑣

. 100%
𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑟

Hiệu suất nhiệt độ hữu ích
𝜂ℎ𝑖 =

𝜂𝑁 + 𝜂𝐿
2

Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt
𝜂=

𝑄𝐿
. 100%
𝑄𝑁

Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm
𝐾𝑇𝑁 =

𝑄
𝐹Δ𝑡𝑙𝑜𝑔
3


Trong đó: 𝐹 = 𝜋. 𝑑𝑡𝑏. 𝐿, 𝑑𝑡𝑏 =

𝑑𝑛 +𝑑𝑖
2

đường kính trung bình, m.

Xác định hệ truyền nhiệt lý thuyết
Do

𝑟2
𝑟1

< 2 chuyển từ tường ống sang tường phẳng:
𝐾𝐿𝑇 =

𝛿=

𝑑0 − 𝑑𝑖
2

1
1 𝛿 1
+ +
𝛼1 𝜆 𝛼2

(𝑚) , 𝜆𝑡ℎé𝑝 = 17,5 (w/m.k)

Tính hệ số cấp nhiệt 𝜶𝟏 (dịng nóng)
Nu =

𝛼1 . 𝑑𝑖
Nu. λnước
⟹ 𝛼1 =
λnước
𝑑𝑖

Dựa vào chuẩn số Reynolds:
𝑅𝑒 =

𝜔. 𝑑𝑖
𝜐

Trong đó 𝜔 là vận tốc dịng nóng:
𝐺𝑁
𝜔= 𝜋
𝑑2
4 𝑖
𝜐 là độ nhớt của dịng nóng tra bảng theo nhiệt độ trung bình đầu ra đầu vào của
dịng nóng
Chuẩn số Prandtl:

𝑃𝑟 =

𝐶𝑁 .𝜐.𝜌𝑛ướ𝑐
𝜆𝑑ị𝑛𝑔 𝑛ó𝑛𝑔

𝜆𝑑ị𝑛𝑔 𝑛ó𝑛𝑔 tra bảng theo nhiệt độ trung bình đầu ra đầu vào của dịng nóng
Chuẩn số Grashoff ( dựa vào Re rồi sau đó mới đi tính)
𝑔. 𝛽. Δ𝑡 𝑙3
𝐺𝑟 =
𝜐2
Với g= 9,81 m/s2 , l là đường kính tương đương ở đây l=di , 𝛽 là hệ số giãn nở thể tính
1
được tính bằng 𝛽 =
𝑇

Hệ số hiểu chình 𝜀𝑘 phụ thuộc vào giá trị Re và

𝐿
𝑑𝑖

( tra bảng 1.1 trang 33 sách QT và

thiết bị truyền nhiệt của TT máy và thiết bị năm 2009).
Tính chuẩn số Nusselt:
Nếu dịng chảy xốy: ( Re > 104 )


Nu = 0,021. 𝜀𝑘 . Re0,8. Pr0,43 (đơn giản cho

𝑃𝑟
𝑃𝑟𝑇

= 1)

Nếu dòng chảy quá độ: ( 2300Nu = 0,008. 𝜀𝑘 . Re0,8. Pr0,43
Nếu dòng chảy chảy dòng: ( Re < 2300 )
Nu = 0,158. 𝜀𝑘 . Re0,33. Pr0.643.Gr0,1
Tính hệ số cấp nhiệt dịng lạnh tương tự nhưng thay các chỉ số dịng nóng bằng
dịng lạnh
Nu =

𝛼2 . 𝑑𝑡𝑑
Nu. λnước

⟹ 𝛼2 =
λnước
𝑑𝑡𝑑

Dựa vào chuẩn số Reynolds:
𝑅𝑒 =

𝜔. 𝑑𝑡𝑑
𝜐

Trong đó 𝜔 là vận tốc dịng lạnh:
𝐺𝑁
𝜔= 𝜋
𝑑2
4 𝑡𝑑
𝜋
. ( 𝐷 − 𝑑 0 )2
𝐹
4
𝑑𝑡𝑑 = 4 = 4
𝐶
𝜋. ( 𝐷 − 𝑑0 )
𝜐 là độ nhớt của dịng nóng tra bảng theo nhiệt độ trung bình đầu ra đầu vào của
dòng lạnh
𝑃𝑟 =

Chuẩn số Prandtl:

𝐶𝑁 .𝜐.𝜌𝑛ướ𝑐
𝜆𝑑ò𝑛𝑔 𝑙𝑎𝑛ℎ𝑗

𝜆𝑑ò𝑛𝑔 𝑙ạ𝑛ℎ tra bảng theo nhiệt độ trung bình đầu ra đầu vào của dòng lạnh
Chuẩn số Grashoff ( dựa vào Re rồi sau đó mới đi tính)
𝑔. 𝛽. Δ𝑡 𝑙3
𝐺𝑟 =
𝜐2
Với g= 9,81 m/s2 , l là đường kính tương đương ở đây l=dtd , 𝛽 là hệ số giãn nở thể
1
tính được tính bằng 𝛽 =
𝑇

Hệ số hiểu chình 𝜀𝑘 phụ thuộc vào giá trị Re và

𝐿
𝑑𝑡𝑑

( tra bảng 1.1 trang 33 sách QT và

thiết bị truyền nhiệt của TT máy và thiết bị năm 2009).
Tính chuẩn số Nusselt:
Nếu dịng chảy xoáy: ( Re > 104 )
5


Nu = 0,021. 𝜀𝑘 . Re0,8. Pr0,43 (đơn giản cho

𝑃𝑟
𝑃𝑟𝑇

= 1)

Nếu dòng chảy quá độ: ( 2300Nu = 0,008. 𝜀𝑘 . Re0,8. Pr0,43
Nếu dòng chảy chảy dòng: ( Re < 2300 )
Nu = 0,158. 𝜀𝑘 . Re0,33. Pr0.43.Gr0,1

3. Mục đích thí nghiệm:
– Vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van để điều chỉnh lưu lượng,
và hướng dịng chảy, biết những sự cố có thể xảy ra và cách xử lý tình huống.
– Khảo sát q trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng
qua một bề mặt ngăn cách là ống xoắn
– Tính tốn hiệu suất tồn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng
khác nhau.
– Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển dộng lên q trình truyền nhiệt trong 2 trường
hợp xi chiều và ngược chiều.
– Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả
tính tốn theo lý thuyết KLT


4. Thực nghiệm
4.1

Mơ hình thí nghiệm

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt loại ống xoắn
Chú thích sơ đồ thiết bị:
-

BN,BL: bơm nóng, bơm lạnh.

-

VLi: van điều chỉnh lưu lượng dòng lạnh.(i= 1,2,3,…)

-

VNi: van điều chỉnh lưu lượng dịng nóng (i= 1,2,3,…)
7


-

T1, T3, T2, T4: nhiệt độ dịng lạnh và nóng của thiết bị 1

-

T5, T6, T7, T8: nhiệt độ dòng lạnh và nóng của thiết bị 2

-

T9: nhiệt độ nồi đun

-

TB2: thiết bị 2 vỏ làm bằng thủy tinh

-

TB1: thiết bị 1 vỏ làm bằng thép

4.2

Trang thiết bị, hóa chất
Bài thực hành được trang bị hệ thống tủ điện điều khiển hệ thống bơm, điện trở, cài

đặt nhiệt độ và các đầu báo nhiệt độ, cách thức hoạt động như sau:
− Kết nối nguồn điện cung cấp cho tủ điều khiển (đèn báo sáng)
− Bật công tắc tổng (đèn báo sáng)
− Mở nắp thùng chứa nước nóng TN và lạnh TL (nếu có) kiểm tra nước đến hơn 2/3
thùng. Trước khi cho nước vào thùng phải đóng van xả ở đáy.
− Đóng nắp thùng chứa nóng và lạnh 9 (nếu có).
− Cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiển ON/OFF cho thùng chứa nước nóng TN.
− Bật cơng tắc điện trở.
− Khi nhiệt độ trong thùng chứa nước nóng TN đạt giá trị cài đặt thì bắt đầu tiến hành
thí nghiệm
− Trên mơ hình thiết bị ống chùm và ống xoắn bố trí dịng chảy xi chiều hay ngược
chiều chỉ cần điều chỉnh dịng lạnh, cịn dịng nóng thì ln bố trí cố định một chiều
từ trên xuống.
− Trên mơ hình thiết bị ống lồng ống thì dịng nóng cố định một chiều chảy từ dưới
lên
Các ký hiệu
o ∆TN: hiệu số nhiệt độ giữa đầu vào và ra của dòng nóng
o ∆TL: hiệu số nhiệt độ giữa đầu ra và vào của dòng lạnh
o 𝜂 N: hiệu suất nhiệt độ của dịng nóng
o 𝜂 L: hiệu suất nhiệt độ của dòng lạnh


o 𝜂 hi: hiệu suất nhiệt độ hữu ích
o 𝜂: hiệu suất truyền nhiệt
o VN: lưu lượng thể tích của dịng nóng (m3/s)

o VL: lưu lượng thể tích của dịng lạnh (m3/s)
o GN: lưu lượng khối lượng của dịng nóng (kg/s)
o GN: lưu lượng khối lượng của dòng lạnh (kg/s)
o CN: nhiệt dung riêng của dịng nóng (J/kg.℃) (tra bảng)
o CL: nhiệt dung riêng của dòng lạnh (J/kg.℃) (tra bảng)
o 𝜌N: khối lượng riêng của dịng nóng (kg/m3) (tra bảng)
o 𝜌L: khối lượng riêng của dòng lạnh (kg/m3) (tra bảng)
o QN: nhiệt lượng do dịng nóng tỏa ra
o QL: nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào (W)
o Qf: nhiệt lượng tổn thất (W)
o ∆t1: hiệu số nhiệt độ giữa dòng nóng và dịng lạnh tại đầu trên của thiết bị
o ∆t2: hiệu số nhiệt độ giữa dịng nóng và dịng lạnh tại đầu dưới của thiết bị
o ∆tlog: hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit
o K: hệ số truyền nhiệt (W/m2.℃)
o F: diện tích trao đổi nhiệt (m2)
Đối với ký hiệu kích thước ống chùm:
o d1t: đường kính trong của ống trong thiết bị thủy tinh TB1 (m)
o d1n: đường kính ngồi của ống trong thiết bị thủy tinh TB1 (m)
o d2t: đường kính trong của ống trong thiết bị inox TB2 (m)
o d2n: đường kính ngồi của ống trong thiết bị inox TB2 (m)
o D1: đường kính trong của thiết bị thủy tinh TB1 (m)
o D2: đường kính trong của ống inox TB2 (m)
o L1: chiều dài của ống trong của thiết bị thủy tinh TB1 (m)
o L2: chiều dài của ống trong của thiết bị inox TB2 (m)
o n1: số ống trong thiết bị thủy tinh
9


o n2: số ống trong thiết bị inox
Bảng 6.1: Bảng kích thước ống chùm

d1t

d1n

n1

n2

D2

8mm

10mm 11mm 13mm 250mm 19

61

100mm 650mm 500mm

4.3

d2t

d2n

D1

L1

L2

Các bước tiến hành
- Bước 1: Kiểm tra có nước trong 2 thùng nóng và thùng lạnh trước khi mở điện trở.
- Bước 2: Kiểm tra các hệ thống van phải phù hợp với việc thực hiện truyền nhiệt lần

lượt ở từng thiết bị trước khi mở bơm.
- Bước 3: Cần điều chỉnh lưu lượng dịng nóng trước và điều chỉnh xong cho dịng
nóng đi qua nhánh phụ sau đó tắt bơm nóng. Tiếp theo điều chỉnh lưu lượng dịng lạnh.
- Bước 4: Đun nước trong thùng nóng đến nhiệt độ thích hợp được cài đặt ở hệ thống
tủ điện.
- Bước 5: Thực hiện lần lượt trên từng thiết bị ở trường hợp xuôi chiều và ngược
chiều, như vậy thực hiện là 4 thí nghiệm ( thiết bị một ở trường hợp xuôi chiều và ngược
chiều, thiết bị 2 ở trường hợp xuôi chiều và ngược chiều ).
- Bước 6: Nước trong thùng nóng đun nóng lên 800C. Tính thời gian mở bơm nóng
và bơm lạnh là 30 giây ta đọc nhiệt độ một lần. Sau đó, điều chỉnh lưu lượng dịng lạnh rồi
sau đó đợi 30 giây sau đọc nhiệt độ một lần.
- Bước 7: Sau trường hợp, ta cần điều chỉnh nhiệt độ thùng nóng lên nhiệt độ như lúc
ban đầu.
- Bước 8: Làm tương tự đối với các trường hợp còn lại.
- Chú ý: Thiết bị 1 là dịng nóng ln chảy một chiều từ trên xuống, cịn thiết bị 2 thì
dịng nóng ln chảy một chiều từ dưới lên. Chỉ thay đổi chiều của dòng lạnh.


4.4

Phương pháp thu nhận số liệu

Đèn báo

Đèn báo
Công tắc tổng

Nhiệt độ T1

Nhiệt độ T3

Nhiệt độ T2

Dừng
Khẩn Cấp

Nhiệt độ T4

Nhiệt độ T5

Nhiệt độ T6

Nhiệt độ T7

Nhiệt độ T8

Cài đặt
nhiệt độ

OFF

ON

OFF

ON

Công tắc
Điện trở
Bơm lạnh

Bơm nóng

Hình 4.2: Sơ đồ tủ điện
11


Hệ thống tử điện bao gồm:
-

Đèn báo sáng khi có điện vào tủ điều khiển

-

Cơng tắc tổng (có đèn báo sáng khi mở)

-

Nút nhấn mở (màu xanh) nút nhấn tắt (màu đỏ) của bơm nóng, bơm lạnh

-

Cơng tắc điện trở

-

Nút dừng khẩn cấp (nhấn vào khi có sự cố, xoay theo kim đồ hồ khi cần mở)

-

Đồng hồ hiện thị nhiệt độ dịng nóng T1, T3, T5, T7

-

Đồng hồ hiện thị nhiệt độ dòng lạnh T2, T4, T6, T8

-

Bộ cài đặt nhiệt độ thùng nóng T9

Phương pháp
- Đối với trường hợp ngược chiều: Nhiệt độ dịng nóng vào ( T2, T6) lớn hơn nhiệt độ
độ nóng ra ( T4, T8) và lớn hơn nhiệt độ dòng lạnh ra ( T3, T7).
- Đối với trường hợp xi chiều: Nhiệt độ dịng nóng vào ( T2, T6) lớn hơn nhiệt độ
độ nóng ra ( T4, T8) và lớn hơn nhiệt độ dòng lạnh ra ( T3, T5). Nhiệt độ độ nóng ra ( T4,
T8) ln lớn hơn nhiệt độ dịng lạnh ra ( T3, T5).


5. Kết quả và bàn luận
5.1

Kết quả thực hành
Bảng 5.1 Trường hợp Xuôi chiều

STT
1

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

15
16

VN (l/p)
4

8

12

16

VN (l/p)
4

8

12

16

VL (l/p)
Lv
Nv
4
29
67
8
29
66

12
29
63
16
29
62
4
29
64
8
29
63
12
29
61
16
29
60
4
29
61
8
29
58
12
29
57
16
29
56

4
29
64
8
29
61
12
29
58
16
29
56
Bảng 5.2 Trường hợp Ngược chiều

Lr
34
32
30
30
39
36
33
32
37
36
34
33
36
39
36

34

Nr
43
36
37
35
49
46
43
43
48
44
42
42
50
48
45
47

VL (l/p)
4
8
12
16
4
8
12
16
4

8
12
16
4
8
12
16

Lr
35
34
31
30
36
37
35
33
32
31
31
35
37
37
36
34

Nr
31
31
30

30
45
46
44
42
45
43
41
40
46
46
43
42

Lv
29
29
29
29
29
29
29
29
29
29
29
29
29
29
29

29

Nv
63
62
62
61
66
63
61
60
60
54
54
53
60
58
56
55

13


5.2

Kết quả tính tốn

Trường hợp xi chiều
Bảng 5.3 kết quả nhiệt lượng dịng nóng ra, lạnh vào, nhiệt tổn thất, hiệu suất truyền
nhiệt

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

QN (J)
QL (J)
Qf (J)
 
6697.6
1395.333
5302.267
20.83333
8372
1674.4
6697.6
20

7255.733
837.2
6418.533
11.53846
7534.8
1116.267
6418.533
14.81481
8372
2790.667
5581.333
33.33333
9488.267
3906.933
5581.333
41.17647
10046.4
3348.8
6697.6
33.33333
9488.267
3348.8
6139.467
35.29412
10883.6
2232.533
8651.067
20.51282
11720.8
3906.933

7813.867
33.33333
12558
4186
8372
33.33333
11720.8
4465.067
7255.733
38.09524
15627.73
1953.467
13674.27
12.5
14511.47
5581.333
8930.133
38.46154
14511.47
5860.4
8651.067
40.38462
10046.4
5581.333
4465.067
55.55556
Bảng 5.4 kết quả tính hiệu suất nhiệt độ, hiệu suất truyền nhiệt hưu ích

STT
1

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

ηN (%)
72.72727
88.23529
78.78788
84.375
60
62.96296
64.28571
60.71429
54.16667
63.63636
65.21739
60.86957
50

59.09091
59.09091
40.90909

ηL (%)
15.15152
8.823529
3.030303
3.125
40
25.92593
14.28571
10.71429
33.33333
31.81818
21.73913
17.3913
25
45.45455
31.81818
22.72727

Ηhi (%)
43.93939
48.52941
40.90909
43.75
50
44.44444
39.28571

35.71429
43.75
47.72727
43.47826
39.13043
37.5
52.27273
45.45455
31.81818


Bảng 5.5 kết quả tính hệ số truyền nhiệt thực nghiệm và hệ số truyền nhiệt lý
thuyết
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

Ktn

Klt

Trường hợp ngược chiều
Bảng 5.6 kết quả nhiệt lượng dịng nóng ra, lạnh vào, nhiệt tổn thất, hiệu suất truyền
nhiệt
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

QN (J)
7813.867
7813.867
8651.067
8651.067
16744

14511.47
14511.47
15069.6
23441.6
19255.6
19255.6
15069.6
25674.13
23441.6

QL (J)
558.1333
1116.267
837.2
1116.267
4465.067
9488.267
12558
14511.47
4465.067
7813.867
10046.4
12278.93
4744.133
9488.267

Qf (J)
7255.733
6697.6
7813.867

7534.8
12278.93
5023.2
1953.467
558.1333
18976.53
11441.73
9209.2
2790.667
20930
13953.33

 
7.142857
14.28571
9.677419
12.90323
26.66667
65.38462
86.53846
96.2963
19.04762
40.57971
52.17391
81.48148
18.47826
40.47619
15

15
16

22325.33
23441.6

11720.8
14511.47

10604.53
8930.133

52.5
61.90476

Bảng 5.7 kết quả tính hiệu suất nhiệt độ, hiệu suất truyền nhiệt hưu ích
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

14
15
16

ηN (%)
114.2857
110.7143
103.2258
100
70
65.38462
65.38462
66.66667
53.57143
47.82609
56.52174
72.22222
60.86957
57.14286
65
61.90476

ηL (%)
21.42857
17.85714
6.451613
3.225806
23.33333
30.76923
23.07692

14.81481
10.71429
8.695652
8.695652
33.33333
34.78261
38.09524
35
23.80952

Ηhi (%)
18.75
16.12903
6.25
3.225806
33.33333
47.05882
35.29412
22.22222
20
18.18182
15.38462
46.15385
57.14286
66.66667
53.84615
38.46154

Bảng 5.8 kết quả tính hệ số truyền nhiệt thực nghiệm và hệ số truyền nhiệt lý thuyết
STT

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

Ktn

Klt


16

5.3

Biểu đồ

KẾT LUẬN
Qua quá làm thực nghiệm và kết quả của bài báo cáo ta thấy được sự ảnh hưởng của
chế độ chảy đến hiệu suất truyền nhiệt của thiết bị từ đó đưa ra cho mình sự lựa chọn

thiết bị cho các trường hợp cần thiết. Đồng thời em đã có cơ hội tiếp xúc với một số
thiết bị mới, được vận dụng những kiến thức mình đã học và tích lũy vào trong thực tế,
cũng như đo đạc các thông số cần thiết để tránh được sự thiếu sót trong cơng việc sau
này

6. Tính mẫu
Tính cho trường hợp xuôi chiều.
VN

VL

8

4

Nv

Lv
64

Nr
29

Lr
49

39

𝜌𝑁 , 𝜌𝐿 và CN , CL tra bảng theo nhiệt độ
𝜌𝑁 = 983,24 𝐾𝑔/𝑚3

𝜌𝐿 = 996,55 𝐾𝑔/𝑚3
CN = 4,1861 (kJ/kg.℃)
CL = 4,1807 (kJ/kg.℃)

Nhiệt do dịng nóng tỏa ra
𝑄𝑁 = 𝐺𝑁 𝐶𝑁 ∆𝑇𝑁 = 0,13. 4,1861.(64-49).1000 = 8372 (J)
Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào
𝑄𝐿 = 𝐺𝐿 𝐶𝐿 ∆𝑇𝐿 =0,067. 4,1807.(39-29).1000 = 2790.667 (J)
Nhiệt tổn thất
𝑄𝑓 = 𝑄𝑁 − 𝑄𝐿 =8372 – 2790.667=5581.333 (J)
17


Nhiệt lượng trao đổi cũng có thể tính theo cơng thức
𝑄 = 𝐾. 𝐹. ∆𝑡𝑙𝑜𝑔
∆𝑡𝑙𝑜𝑔 =

∆𝑡𝑚𝑎𝑥 − ∆𝑡𝑚𝑖𝑛
= 28.39℃
∆𝑡
𝑙𝑛 𝑚𝑎𝑥
∆𝑡𝑚𝑖𝑛

Hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt của dịng nóng và dịng lạnh:
𝜂𝑁 =

𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝑁𝑟
64 − 49
. 100% =
. 100% = 60%

𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑟
64 − 39

𝜂𝐿 =

𝑇𝐿𝑟 − 𝑇𝐿𝑣
39 − 29
. 100% =
. 100% = 40%
𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑟
64 − 39

Hiệu suất nhiệt độ hữu ích
𝜂ℎ𝑖 =

𝜂𝑁 + 𝜂𝐿 60 + 40
=
= 50%
2
2

Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt
𝜂=

𝑄𝐿
𝑄𝑁

. 100% =

8372

2790.667

.100%= 33.32 %

Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm
𝐾𝑇𝑁 =

𝑄𝑙
2790.667
=
= 642,19 (W/m2. ℃)
𝐹Δ𝑡𝑙𝑜𝑔 0,263. 28.39

Trong đó: 𝐹 = 𝜋. 𝑑𝑡𝑏. 𝐿 = 3,14. 0,129.0.65 = 0,263 (𝑚2 )
𝑑𝑡𝑏 =

𝑑0 +𝑑𝑖
2

=

0,008+0,25
2

= 0.129 (m)

Tính hệ số cấp nhiệt 𝜶𝟏 (dịng nóng)
Trong đó 𝜔 là vận tốc dịng nóng:
𝐺𝑁
8/60

𝑚
𝜔= 𝜋
= 𝜋
= 2.71( )
𝑠
𝑑2
× 0.252
4 𝑖
4
𝜐 là độ nhớt của dịng nóng tra bảng
Dựa vào chuẩn số Reynolds:


𝑅𝑒 =

𝜔. 𝑑𝑖
2.71.0,25
=
=
𝜐
0,4465. 10−6

dịng chảy xốy: ( Re > 104 )
Nu = 0,021. 𝜀𝑘 . Re0,8. Pr0,43 (đơn giản cho

𝑃𝑟
𝑃𝑟𝑇

= 1)

tra bảng
Chuẩn số Prandtl, 𝑃𝑟 = 2,675
𝑊
𝜆𝑑ị𝑛𝑔 𝑛ó𝑛𝑔 = 66,35. 10−2 ( )
𝑚.𝑘

Hệ số hiểu chình 𝜀𝑘 phụ thuộc vào giá trị Re và

𝐿
𝑑𝑖

=

0.65
0,008

= 81.25 > 50 ⟹ 𝜀𝑘 = 1

Tính chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,021.1. 24665,17 0,8. 2,6750,43 = 121.8
Nu =

𝛼1 .𝑑𝑖
λnước

⟹ 𝛼1 =

Nu.λnước
𝑑𝑖

=

121.8.66,35.10−2
0,015

= 4235 (W/m2.℃)

Tính hệ số cấp nhiệt dòng lạnh tương tự nhưng thay các chỉ số dịng nóng bằng
dịng lạnh
𝛼2 =

Nu. λnước
𝑑𝑡𝑑

Dựa vào chuẩn số Reynolds:
𝑅𝑒 =

𝜔. 𝑑𝑡𝑑
𝜐

Trong đó 𝜔 là vận tốc dịng lạnh:
𝐺𝐿
4./60
𝑚
𝜔= 𝜋
=𝜋
= 5.103 ( )
𝑠
𝑑2
0,1292

4 𝑡𝑑 4
𝜐 là độ nhớt của dòng nóng tra bảng theo nhiệt độ 𝑇𝐿 =

2

=, 𝜐 = 0,91. 10−6

(m2/s).
Dựa vào chuẩn số Reynolds:
𝑅𝑒 =

𝜔. 𝑑𝑡𝑑
5.103 .0,129
=
= 723392.3
𝜐
0,91. 10−6

dịng chảy xốy: ( Re > 10000 )
Nu = 0,021. 𝜀𝑘 . Re0,8. Pr0,43tra bảng
19


Chuẩn số Prandtl, 𝑃𝑟 = 2,675
𝜆𝑑ị𝑛𝑔 𝑛ó𝑛𝑔 = 60,8. 10−2 (

𝑊
𝑚.𝑘

)

Hệ số hiểu chình 𝜀𝑘 phụ thuộc vào giá trị Re và

𝐿
𝑑𝑖

=

6
0,216

= 27 𝑡𝑟𝑎 𝑏ả𝑛𝑔 ⟹ 𝜀𝑘 =

1,06
Chuẩn số Grashoff
1
3
𝑔. 𝛽. Δ𝑡 𝑙3 9,81 273 + 28.39 (39 − 29). 0,129
𝐺𝑟 =
=
= 35875110319
𝜐2
(0,91. 10−6 )2
Với g= 9,81 m/s2 , l là đường kính tương đương ở đây l=dtd , 𝛽 là hệ số giãn nở thể
1
tính được tính bằng 𝛽 =
𝑇

Tính chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,158.1,06. 436,86

𝛼2 =

Nu.λnước
𝑑𝑡𝑑

=

0,8

.6,3,43. 358751103190.1 = 407.3

332,4.60,8.10−2
0,216

= 66.29 (W/m2.℃)

Xác định hệ truyền nhiệt lý thuyết
𝐾𝐿𝑇 =

1
1
=
= 61.11 (W/m2. ℃)
1
0,001
1
1 𝛿 1
+
+
+ +

2753 17,5 66,29
𝛼1 𝜆 𝛼2
𝛿=

𝑑0 − 𝑑𝑖
2

= 0,001 (𝑚) , 𝜆𝑡ℎé𝑝 = 17,5 (w/m.k)

7. Tài liệu tham khảo
 Tài liệu hướng dẫn thực hành các q trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học,
trường đại học cơng nghiệp tp hcm, 2017
 Giáo trình Truyền nhiệt – NXB ĐH Công Nghiệp Tp.HCM. Phạm Văn Bôn, Hoàng
Minh Nam, Vũ Bá Minh
 Bảng tra cứu cơ học truyền nhiệt – truyền khối, NXB đại học quốc gia tp hcm.