TRÍCH YẾU
Mục đích thí nghiệm
- Giúp sinh viên củng cố kiến thức về sự truyền nhiệt đối lưu.
- Giúp sinh viên làm quen với cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị và phương pháp thí nghiệm về sự trao đổi nhiệt đối lưu.
Khảo sát thực nghiệm hệ số cấp nhiệt trong dòng lưu chất không có biến đổi pha và dòng lưu chất có biến đổi pha với chế độ ngưng tụ chảy màng được thực hiện trong hai trường hợp: đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu quả truyền nhiệt trong các điều kiện khác nhau, từ đó cung cấp những dữ liệu quan trọng cho ứng dụng trong công nghiệp.
- So sánh hệ số cấp nhiệt và hệ số truyền nhiệt lý thuyết với hệ số cấp nhiệt và truyền nhiệt thực nghiệm.
- Thiết lập cân bằng nhiệt lượng trong quá trình trao đổi nhiệt đối lưu.
Kết quả thí nghiệm
Số Các đại lượng đo Vị trí tấm chảy tràn (inch)
12 Thời gian đo lượng nước ngưng (s) 60 60 60 60 60 60 65
13 Nhiệt độ nước ngưng t’C (ºC) 77 77 41 64 70 64 57
14 Lượng nước chảy trong ống (ml) 540 540 720 450 560 510 630
15 Thời gian đo nước chảy trong ống (s) 60 60 60 30 30 40 30
Nhận xét kết quả
- Kết quả tương đối chính xác so với lý thuyết, tuy nhiên vẫn có nhiều sai lệch do thao tác thí nghiệm, dụng cụ đo.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM
Phương trình cân bằng nhiệt
- Nhiệt lượng dòng nước lạnh nhận được:
- Nhiệt lượng tỏa ra khi hơi nước ngưng tụ:
- Trong trường hợp truyền nhiệt ổn định và không có tổn thất nhiệt, ta có phương trình cân bằng nhiệt sau:
Q = Q1 = Q2 = GNCPN(t3 – t1) = GC[r + CPC(tS - tC )], W
G N , G C : lưu lượng khối của dòng nước trong ống và dòng nước ngưng tụ, kg/s
t 1 , t 3 : nhiệt độ đầu và cuối của dòng nước chảy trong ống, o C
t S : nhiệt độ hơi nước bão hòa ngưng tụ ở áp suất thí nghiệm, o C
t C : nhiệt độ trung bình của nước ngưng tụ, o C t C t
t’ C : nhiệt độ nước ngưng tụ chảy ra (trong thực tế t’ C là nhiệt độ quá lạnh của nước ngưng tụ), o C
C PN : nhiệt dung riêng của nước chảy trong ống, xác định ở nhiệt độ trung bình của nước, J/kg.K
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
C PC : nhiệt dung riêng của nước sau khi ngưng tụ ở nhiệt độ tC , J/kg.K
r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa ở nhiệt độ t S , J/kg
- Sự cân bằng nhiệt cũng có thể được thực hiện bằng phương trình truyền nhiệt đối lưu ở chế độ ổn định và không có tổn thất nhiệt:
Q’1 = qtrFtr = tr(tVtr - tN )Ftr, W
Q’2 = qngFng = ng(tS - tVng)Fng, W
Dựa trên hai công thức (6) và (7), chúng ta có thể xác định hệ số cấp nhiệt thực nghiệm phía dòng lạnh trong ống (tr) cũng như hệ số cấp nhiệt phía hơi nước bão hòa ngưng tụ trên bề mặt ngoài ống (ng).
- Trong trường hợp nhiệt trở của vách truyền nhiệt không đáng kể (ống đồng có hệ số dẫn nhiệt lớn: V 1272 W/mK và thành ống mỏng), ta có:
2 t Vtr ,t Vng : nhiệt độ trung bình tại vách trong và vách ngoài ống truyền nhiệt, o C
t 2 , t 4 : nhiệt độ tại thành ngoài ở đầu vào (đầu dưới) và đầu ra (đầu trên) của ống, o C.
Hệ số truyền nhiệt tổng quát
Q : nhiệt lượng tính theo công thức (1)
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (hệ số cấp nhiệt) phía dòng lạnh chảy trong ống ( α N hay α tr ):
Hệ số cấp nhiệt αN (hay αtr) được xác định dựa vào dạng trao đổi nhiệt, bao gồm đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức, cũng như chế độ chảy của dòng lưu chất, như chảy xếp lớp, chảy rối hoặc chế độ chuyển tiếp Để phân biệt dòng lưu chất đối lưu tự nhiên và cưỡng bức, người ta sử dụng tỷ số Gr.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
: độ nhớt động học của lưu chất, m 2 /s.
: khối lượng riêng của lưu chất, kg/m 3
2.3.1 Trường hợp đối lưu tự nhiên:
- Hệ số cấp nhiệt N (hay tr ) ở trường hợp đối lưu tự nhiên được xác định từ chuẩn số Nusselt (Nu):
- Các thông số vật lý của nước được xác định ở nhiệt độ trung bình: t N
2.3.2 Trường hợp đối lưu cưỡng bức:
- Ở chế độ chảy màng (Re < 2300) với Re Pr d tr
, 0 C Riêng Vtr được xác định ở nhiệt độ
Các thông số vật lý xác định ở nhiệt độ trung bình t N trung bình của vách trong tVtr 2
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
- Ở chế độ chuyển tiếp (2300< Re (α ng ) tn , 2 vị trí còn lại (α ng ) tt < (α ng ) tn
Hệ số truyền nhiệt tổng quát: có 2 vị trí của tấm chảy tràn K tt > K tn , 2 vị trí còn lại K tt < K tn
Theo lý thuyết, các giá trị tính toán của hệ số cấp nhiệt phía nước trong ống, phía nước ngưng tụ ngoài ống và hệ số truyền nhiệt tổng quát thường lớn hơn giá trị thực nghiệm do lý thuyết không tính đến sự mất mát nhiệt trong quá trình trao đổi nhiệt Tuy nhiên, trong thực tế thí nghiệm, luôn tồn tại tổn thất nhiệt ở các mức độ khác nhau, phụ thuộc vào hệ thống thiết bị và thao tác của người thí nghiệm Phân tích giá trị tính toán cho thấy các hệ số nhiệt độ không tăng giảm theo quy luật, và sự không chính xác giữa các giá trị này chủ yếu do sai số trong quá trình thí nghiệm Mức độ sai số ảnh hưởng trực tiếp đến tính hợp lý của kết quả thu được.
6) Nhận xét ảnh hưởng của nhiệt trở lên thành ống
Kết quả tính toán cho thấy giá trị K tt và K' tt gần như tương đương, với tỷ lệ K' tt / K tt xấp xỉ 1 Điều này cho thấy nhiệt trở của thành ống có ảnh hưởng không đáng kể đến quá trình truyền nhiệt, do đó có thể bỏ qua trong các phép tính.
7) Nhận xét về độ tin cậy của thí nghiệm, ước lượng sai số và nêu những nguyên nhân sai số:
- Nhận xét về độ tin cậy của thí nghiệm:
Qua các thông số đo và tính toán trong thí nghiệm, độ tin cậy của kết quả không cao do sai số ảnh hưởng đáng kể đến kết quả Việc ước lượng sai số là cần thiết để cải thiện độ chính xác của thí nghiệm.
Thí nghiệm quá trình thiết bị ĐỐI LƯU NHIỆT
Sai số trong tính toán Nu: Đồ thị NuN = f(Re) x k (Re) 1493 1427 1746 2183 2496 y k (Nu N ) 9,41 9,93 11,15 12,01 19,77
Vậy ta có phương trình là: y = 0.0081x – 1.8043 xk (Re) 1493 1427 1746 2183 2496 y k (Nu N ) 9,41 9,93 11,15 12,01 19,77 y * k = Nu * N 10,2929 9,75245 12,3408 15,8771 18,4134
Sai số trong tính toán hệ số truyền nhiệt: Đồ thị K tt = f(Re) x k (Re) 1493 1427 1746 2183 2496 y k (K tt ) 412,9 431,9 473,5 509,2 789,8
Vậy ta có phương trình là: y = 0.2892x + 11.916 x k (Re) 1493 1427 1746 2183 2496 y k (K tt ) 412,9 431,9 473,5 509,2 789,8 y * k = K tt * 443,8299 424,5342 516,9461 643,208 733,7644
- Những nguyên nhân sai số:
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Thí nghiệm quá trình thiết bị ĐỐI LƯU NHIỆT
Tiến hành đo các thông số trong điều kiện truyền nhiệt ổn định nhưng sự ổn định của hệ thống chỉ mang tính chất tương đối.
Lưu lượng của dòng nước ngưng tụ không đều dẫn đến sai số khi tính hệ số cấp nhiệt cũng như hệ số truyền nhiệt.
Các giá trị hệ số cấp nhiệt thường được tính toán dựa trên điều kiện chảy màng, tuy nhiên trong thực tế, điều kiện này không luôn được đáp ứng hoàn toàn, dẫn đến khả năng xảy ra sai số trong kết quả.
Hệ thống thiết bị không được cách nhiệt tốt vói môi trường bên ngoài.
Giá trị hiện trên đồng hồ hiện số không ổn định, thường dao động, cho nên kết quả đọc được không có được độ chính xác cao nhất.
Một số thao tác sai trong quá trình làm thí nghiệm.
