BÁO cáo THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT bị đối lưu NHIỆT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH - THIẾT BỊ BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH - THIẾT BỊ ĐỐI LƯU NHIỆT download by : skknchat@gmail.com Bài TRUYỀN NHIỆT ĐỐI LƯU BÁO CÁO THÍ NGHIỆM: I KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THƠ: Bảng STT Các đại lượng đo Vị trí chảy tràn (inch) /4 /2 /4 1 1/4 1/2 t1 (oC) 31 29 29 29 29 29 29 t2 (oC) 99 98 99 97 99 95 97 t3 (oC) 79 70 48 54 51 46 47 t4 (oC) 95 96 81 94 95 90 89 Nhiệt độ theo T3 (oF) 210 210 210 210 210 210 210 Nhiệt độ theo T2 (oF) 230 240 220 240 240 240 240 Áp suất theo P3 (PSI) 11 11 11 11 11 11 11 Áp suất theo P2 (PSI) 10 11.5 11 12 12 12 12 Lượng nước ngưng (ml) 39 14 21 17 21 17 12 10 Thời gian đo lượng nước ngưng (s) 60 60 60 60 60 60 65 11 Nhiệt độ nước ngưng t (oC) 77 77 41 64 70 64 57 12 Lượng nước chảy ống (ml) 540 540 720 450 560 510 630 13 Thời gian đo nước chảy ống (s) 60 60 60 30 30 40 30 II KẾT QUẢ TÍNH TỐN: Bảng STT Các đại lượng Vị trí chảy tràn (inch) đo t1 (oC) 31 t2 ( C) t3 ( C) 99 79 o o /4 1 1/4 1/2 29 29 29 29 29 29 98 70 99 48 97 54 99 51 95 46 97 47 /4 /2 download by : skknchat@gmail.com t4 (oC) 95 96 81 94 95 90 89 t'C (oC) 77 77 41 64 70 64 57 PS (bar) 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 tS ( C) 116.05 116.05 116.05 116.05 116.05 116.05 116.05 t +t , oC 55 49.5 38.5 41.5 40 37.5 38 t +t , oC 97 97 90 95.5 97 92.5 93 97 97 90 95.5 97 92.5 93 o tN= t Vng = t Vtr ≈ t Vng , oC 10 11 12 t m= t S +t Vng , oC 106.52 106.525 103.025 105.77 106.525 104.27 104.525 t C= t S +t ' C , oC 96.525 96.525 78.525 90.025 93.025 90.025 86.525 42 47.5 51.5 54 57 55 55 8.872 8.895 11.914 14.875 18.522 12.663 20.853 0.6213 0.2230 0.3336 0.2707 0.3345 0.2703 0.1762 13 ∆ t=t Vtr −t N , K 14 G N 10 ¿ 15 GC 10 ¿ 3 Bảng Các thông số vật lý Vị trí chảy tràn (inch) Nước CPN (J/kg.K) chảy .102 (W/mK) ống  (kg/m3 ) 985.73 .106 (m2 /s) .104 (1/K) .103 (Ns/m2 ) Pr vtr.10 /4 1 /2 /4 1 1/4 1/2 4.1783 4.1764 4.1744 4.1747 4.1745 4.1742 4.1743 64.36 63.45 62 64.57 63.38 62.16 62.08 988.295 992.815 991.67 992.25 993.18 993 0.5137 0.5607 0.6798 0.6434 0.6611 0.6928 0.6862 4.9 3.935 3.135 4.495 4.6 3.225 3.18 0.5064 0.5541 0.67495 0.638 0.656 0.6881 0.6814 3.288 0.293 3.647 0.293 4.544 0.3165 4.125 0.29785 4.321 0.293 4.621 0.30775 4.582 0.306 download by : skknchat@gmail.com (Ns/m2 ) Nước CPC (J/kg.K) ngưng C.102 tụ (W/mK) C (kg/m3 ) 4.200 4.200 4.1858 4.1939 4.1964 4.1939 4.1912 68.349 68.349 68.430 68.366 68.349 68.401 68.395 955.8155 955.815 953.232 955.262 955.815 954.155 954.339 C.107 2.8727 2.8727 2.8727 2.8069 2.8143 2.74575 2.74575 2.64075 2.72325 2.74575 2.67825 2.68575 4.2119 4.2119 4.2119 4.2119 4.2119 4.2119 4.2119 68.430 68.430 68.430 68.430 68.430 68.430 68.430 962.8449 962.845 962.845 962.845 962.845 962.845 962.845 (m2 /s) C.104 (Ns/m2) CPS (J/kg.K) S.10 2.8508 (W/mK) S (kg/m3 ) Hơi 2.7703 PrS 1.687 1.687 1.615 1.671 1.686 1.642 1.646 Prvng 1.511 1.511 1.735 1.5891 1.511 1.702 1.688 2212.804 2212.8 2212.8 2212.8 2212.8 2212.8 2212.8 rS.10 (J/kg) -3 nước bão hịa Bảng STT Nhiệt lượng, Vị trí chảy tràn (inch) tổ thất nhiệt Q1 (W) 1779.3 1523.1 Q2 (W) 1425.7 Q (W) Q (%) /4 1 1/4 1/2 944.9 1552.5 1701.0 898.6 1566.8 511.8 790.7 628.5 772.6 627.7 411.7 -353.6 -1011.3 -154.3 -924.0 -928.5 -270.9 -1155.2 -19.87 -66.40 -16.33 -59.52 -54.58 -30.14 -73.73 /4 /2 Bảng download by : skknchat@gmail.com Các đại lượng Cơn g Vị trí chảy tràn (inch) /4 1 /2 /4 1 1/4 1/2 thức Trao Pr đổi nhiệt Tra bảng PrVtr phía Tra bảng 3.288 3.647 4.544 4.125 4.321 4.621 4.582 1.511 1.511 1.735 1.5891 1.511 1.702 1.688 1616 1481 1629 2151 2605 1698 2824 971141 976161 nước Re (11) chảy Gr NuN (12b) 2049327 1562689 (12), 9.911 10.091 (13) ống (N)TT (12), hay (13) (tr)TT, 918069 1541181 1576538 11.398 12.116 20.241 11.699 22.015 462.210 463.980 512.093 566.923 929.619 526.981 990.337 1602.70 1213.06 694.147 1087.65 1129.02 618.100 1077.76 6324.29 6324.29 5902.92 6217.75 6324.29 6033.39 6061.81 2472.98 887.737 1002.92 1010.51 1340.09 880.769 590.144 5644.29 5644.29 5261.96 5547.79 5644.29 5380.56 5406.36 1779.26 1523.05 944.925 1552.47 1701.04 898.587 1566.84 W/m2 K (N)TT hay (tr)TT, W/m2 K Trao (C) TT, đổi W/m2 nhiệt K phía (C) TN, nước W/m2 ngưng K tụ (NuC) (16) (7) (17) -5 TT.10 Truyề Q= (1) download by : skknchat@gmail.com n nhiệt Q1, W tổng Tlog, quát K KTT, (10) 57.764 64.389 77.161 73.846 75.517 78.242 77.703 430.73 432.27 471.21 519.55 810.48 484.65 851.26 1165.32 894.880 463.301 795.349 852.185 434.490 762.868 430.584 432.120 471.039 519.339 809.968 484.465 850.694 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 (19) W/m2 K KTN, (9) W/m2 K K’TT, (20) W/m2 K K’TT/ KTT III ĐỒ THỊ: Dựa vào kết tính tốn bảng vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ sau:  NuN = f(Re) Nu=f(Re) 25.000 Nu_N 20.000 15.000 10.000 5.000 0.000 1616 1481 1629 2151 2605 1698 Re  Ktt = f(Re) download by : skknchat@gmail.com 2824 Ktt=f(Re) 900.00 800.00 700.00 Ktt 600.00 500.00 400.00 300.00 200.00 100.00 0.00 1616 1481 1629 2151 2605 1698 Re Các mối tương quan so sánh:  (N)tt (N)TN download by : skknchat@gmail.com 2824 (alphaN)TT & (alphaN)TN 1800.000 1600.000 1400.000 alpha 1200.000 (alphaN)tt 1000.000 (alphaN)TN 800.000 600.000 400.000 200.000 0.000 1/4 1/2 3/4 Chế độ thí nghiệm 1 1/4 1/2  (C)tt (C)TN (alphaC)TT & (alphaC)TN 7000.000 6000.000 alpha 5000.000 4000.000 (alphaC)tt (alphaC)TN" 3000.000 2000.000 1000.000 0.000 1/4 1/2 3/4 1 1/4 1/2 Chế độ thí nghiệm  Ktt KTN download by : skknchat@gmail.com Ktt & Ktn 1400.00 1200.00 1000.00 K 800.00 Ktt Ktn 600.00 400.00 200.00 0.00 1/4 1/2 3/4 1 1/4 1/2 Chế độ thí nghiệm IV BÀN LUẬN Nhận xét kết thô Ở chế độ thí nghiệm “0”, “1/4”, chênh lệch nhiệt độ đầu vào (t1) nhiệt độ đầu (t3) lớn (t > 40) Còn chế độ lại, chênh lệch nhiệt độ không lớn (t ~ 20) Vì chế độ thí nghiệm “0” đối lưu nhiệt tự nhiên nên chênh lệch nhiệt độ động lực chuyển động dòng lưu chất Nhiệt độ thành đầu vào (đầu dưới) đầu (đầu trên) ống (t2, t4) chế độ thí nghiệm khơng thay đổi nhiều Ở chế độ thí nghiệm “0”, lượng nước ngưng lớn nhiều so với chế độ thí nghiệm cịn lại Nhận xét, đánh giá bàn luận kết tính tốn 2.1 Giải thích thí nghiệm với vị trí chảy tràn mức “0” mà nước ống chảy 2.2 Nhận xét mức độ tổn thất nhiệt Theo lý thuyết, trường hợp có tổn thấy nhiệt lượng nhiệt tỏa nước ngưng tụ ln lớn lượng nhiệt dịng nước lạnh nhận Ở thí nghiệm này, tổn thất nhiệt tổng cộng  ( α N ) TT - Hệ số cấp nhiệt phía nước ngồi ống Dựa vào đồ thị → ( α C )TN < ( α C )TT - Hệ số truyền nhiệt tổng quát Dựa vào đồ thị → K TT < K TN chế độ “0”, “1/4”, “3/4” “1” download by : skknchat@gmail.com K TT >K TN ch 1/2, ẳ, ẵ Cỏc giỏ tr tính tốn hệ số cấp nhiệt phí nước ống hệ số cấp nhiệt phía nước ngưng tụ ngồi ống ln nhỏ giá trị thực nghiệm Vì ta giả sử bỏ qua mát nhiệt trình trao đổi nhiệt q trình tiến hành thí nghiệm ln ln tồn tổn thất nhiệt mức độ khác Tuy nhiên, giá trị hệ số truyền nhiệt tổng quát tính tốn thức nghiệm lại có khác biệt chế độ Điều giải thích sai số lúc thao tác thí nghiệm làm trịn số tính tốn 2.5 Nhận xét ảnh hưởng nhiệt trở thành ống ( ) δV λV Hệ số truyền nhiệt tổng quát 1 K TT = (α ¿ ¿ N )TT + ¿ (α ¿¿ C)TT ¿ Hệ số truyền nhiệt có kể đến ảnh hưởng nhiệt trở thành ống δ V / λ V 1 K ' tt = δV ( α ¿¿ N )TT + + ¿ λ V (α ¿¿ C)TT ¿ Theo kết thí nghiệm ta thấy K ' tt < K tt nghĩa hệ số truyền nhiệt có kể đến ảnh hưởng nhiệt trở thành ống lớn hệ số truyền nhiệt tổng quát Tuy nhiên, ta thấy K ' tt = K tt ≈1 δV 1+ K tt λV Vậy kết luận, nhiệt trở thành ống có ảnh hưởng khơng đáng kể theo khoảng cách vủa vạch chảy tràn vị trí cao ống dẫn nước lạnh 2.6 Nhận xét độ tin cậy kết thí nghiệm, ước lượng sai số nêu nguyên nhân dẫn đến sai số a Độ tin cậy kết thí nghiệm download by : skknchat@gmail.com Độ tin cậy kết thí nghiệm khơng cao Vì thí nghiệm u cầu phải tiến hành chế độ truyền nhiệt ổn định Có nghĩa thơng số đo tính tốn theo truyền nhiệt ổn định Nhưng thực tế, trình truyền nhiệt diễn chế độ không ổn định Mặt khác, cấp nhiệt bão hịa nên bị ngưng tụ phần trình di chuyển đến buồng trao đổi nhiệt Chưa kể, lúc thí nghiệm có sai số người thí nghiệm chọn sai thời điểm ổn định để đo đại lượng hệ thống hoạt động có vấn đề b Ước lượng sai số (N)TT (N)TN 462.210 1602.705 463.980 1213.062 512.093 694.147 566.923 1087.656 929.619 1129.02 526.981 618.100 990.337 1077.763 (C) TT (C) TN 6324.290 2472.981 6324.290 887.737 5902.92 1002.92 6217.75 1010.52 6324.29 1340.09 6033.4 880.769 6061.815 590.144 KTT KTN 430.73 1165.326 432.27 894.880 471.21 463.301 519.55 795.349 810.48 852.185 484.65 434.490 851.26 762.868 Sai số 246.748 Sai số -60.897 Sai số 170.547 - 161.447 -85.963 107.020 35.551 -83.010 -1.679 91.852 -83.748 53.084 21.450 -78.810 5.145 17.291 -85.402 8.828 -10.350 -90.265 -10.384 Ở bảng N, ta thấy sai số dương → giá trị thực nghiệm lớn giá trị tính tốn - Ngược lại, Ở bảng C, sai số số âm → giá trị tính tốn lớn giá trị thực nghiệm - Ở bảng K, sai số lúc âm lúc dương không → Nhìn chung giá trị sai số tính tốn thực tế lớn → Mức độ tin tưởng thí nghiệm thấp c Những nguyên nhân dẫn đến sai số - Các giá trị đồng hồ số dao động nhanh → đọc giá trị khơng lúc - Giá trị N tính toán chế độ chảy màng (Re < 2300), nhiên thí nghiệm này, chế độ “1” “1 ½” lại chế độ chuyển tiếp (2300 < Re < 10 000) download by : skknchat@gmail.com - Do hệ thống hoạt động không ổn định - Sai số q trình vận hành, đọc thơng số thí nghiệm - Sai số q trình tính tốn, tra bảng … download by : skknchat@gmail.com V PHỤ LỤC Tính tốn cho bảng - Chuyển đổi đơn vị nhiệt độ, áp suất, tính tốn lưu lượng nước o o t C= (t F−32) PSI =0.069 ¯¿ at =0.981 ¯ ¿ - Các giá trị áp suất đo qua áp kế P3 xác định nhiệt độ ts theo bảng tra cứu trình thiết bị học – truyền nhiệt – truyền khối - Lưu lượng thể tích: GV = V t V thể tích nước đo (m3) t thời gian đo (s) - Lưu lượng khối lượng G=GV ρ= V ρ t Tính tốn cho bảng Các thơng số vật lý tham gia q trình tính tốn gồm có - Các thơng số vật lý nước chảy ống: CPN, , , v, , Pr, , Vtr Được xác định nhiệt độ trung bình nước chảy ống: tN= t +t 2 Riêng Vtr xác định nhiệt độ t Vtr ≈ t Vng - Các thông số nước ngưng tụ áp suất thí nghiệm CPC, C, C, vC, C, CPS, S, S, PrS, Prvtr Các thơng số có chữ “c” xác định nhiệt độ trung bình t m= t s+ t Vng Các thơng số có chữ “s” xác định nhiệt độ ts Các thông số có chữ “vng” xác định nhiệt độ xác định nhiệt độ tVng - Các thông số vật lý nước bão hòa áp suất thí nghiệm rs xác định nhiệt độ ts nước bão hòa download by : skknchat@gmail.com Tính tốn cho bảng - Nhiệt lượng Q1 tính theo cơng thức (1) - Nhiệt lượng Q2 tính theo cơng thức (2) - Tổn thất nhiệt: ∆ Q=Q2−Q1 - Tỷ lệ tổn thất nhiệt: ∆ Q ( % )= ∆Q × 100 % Q1 Tính tốn cho bảng Các thơng số tính tốn theo công thức download by : skknchat@gmail.com VI TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] V P Isachenco, V A Osipova, A S Sukomel, “Heat transfer”, Moscow, 1977 [2] Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, “Quá trình thiết bị truyền nhiệt”, ĐHBK Tp HCM, 1992 [3] Hồng Đình Tín, “Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt” ĐHBK Tp HCM, 1996 download by : skknchat@gmail.com ... chế độ thí nghiệm “0”, “1/4”, chênh lệch nhiệt độ đầu vào (t1) nhiệt độ đầu (t3) lớn (t > 40) Còn chế độ lại, chênh lệch nhiệt độ khơng q lớn (t ~ 20) Vì chế độ thí nghiệm “0” đối lưu nhiệt. .. cấp nhiệt phí nước ống hệ số cấp nhiệt phía nước ngưng tụ ngồi ống ln nhỏ giá trị thực nghiệm Vì ta giả sử bỏ qua mát nhiệt trình trao đổi nhiệt trình tiến hành thí nghiệm ln ln tồn tổn thất nhiệt. ..Bài TRUYỀN NHIỆT ĐỐI LƯU BÁO CÁO THÍ NGHIỆM: I KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THƠ: Bảng STT Các đại lượng đo Vị trí chảy tràn (inch) /4 /2 /4 1