Phúc trình thí nghiệm quá trình thiết bị bài đối lưu nhiệt

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kỹ thuật Hố học BỘ MƠN Q TRÌNH & THIẾT BỊ Phúc trình thí nghiệm Q trình & Thiết bị Bài: Đối lưu nhiệt CBHD: Cơ Nguyễn Thị Như Ngọc Sinh viên: Phạm Ngọc Thảo MSSV: 1915197 Nhóm: Lớp: L04 Ngày TN: 19/04/2022 Năm học 2021 – 2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐỐI LƯU NHIỆT Thí nghiệm q trình thiết bị MỤC LỤC TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm 1.2 Kết thí nghiệm 1.3 Nhận xét kết LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM 2.1 Phương trình cân nhiệt: .2 2.2 Hệ số truyền nhiệt tổng quát: 2.3 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (hệ số cấp nhiệt) phía dịng lạnh chảy ống (𝛂N hay 𝛂tr): 2.4 Hệ số cấp nhiệt phía nước ngưng tụ: DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 7 3.1 Thiết bị thí nghiệm 3.2 Phương pháp thí nghiệm .8 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỒ THỊ: 12 BÀN LUẬN 14 PHỤ LỤC 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐỐI LƯU NHIỆT Thí nghiệm q trình thiết bị TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm - Giúp sinh viên củng cố kiến thức truyền nhiệt đối lưu Giúp sinh viên làm quen với cấu tạo, nguyên lý hoạt động thiết bị phương pháp thí nghiệm trao đổi nhiệt đối lưu Khảo sát thực nghiệm hệ số cấp nhiệt dịng lưu chất khơng có biến đổi pha dịng lưu chất có biến đổi pha với chế độ ngưng tụ chảy màng hai trường hợp: đối lưu tự nhiên đối lưu cưỡng So sánh hệ số cấp nhiệt hệ số truyền nhiệt lý thuyết với hệ số cấp nhiệt truyền nhiệt thực nghiệm Thiết lập cân nhiệt lượng trình trao đổi nhiệt đối lưu 1.2 Kết thí nghiệm Bảng Số liệu thơ Số TT 10 11 12 13 14 15 Các đại lượng đo t1 (ºC) t2 (ºC) t3 (ºC) t4 (ºC) Nhiệt độ theo T3 (ºF) Nhiệt độ theo T2 (ºF) Áp suất theo P3 (PSI) Áp suất theo P2 (PSI) Lượng nước ngưng (ml) Thời gian đo lượng nước ngưng (s) Nhiệt độ nước ngưng t’C (ºC) Lượng nước chảy ống (ml) Thời gian đo nước chảy ống (s) 31 99 79 95 210 230 11 10 39 60 77 540 60 V trớ tm chy trn (inch) ẳ ẵ ắ 1¼ 29 29 29 29 29 98 99 97 99 95 70 48 54 51 46 96 81 94 95 90 210 210 210 210 210 240 220 240 240 240 11 11 11 11 11 11.5 11 12 12 12 14 21 17 21 17 60 60 60 60 60 77 41 64 70 64 540 720 450 560 510 60 60 30 30 40 1½ 29 97 47 89 210 240 11 12 12 65 57 630 30 1.3 Nhận xét kết - Kết tương đối xác so với lý thuyết, nhiên có nhiều sai lệch thao tác thí nghiệm, dụng cụ đo Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐỐI LƯU NHIỆT Thí nghiệm q trình thiết bị LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM -          Sự truyền nhiệt nước bão hịa ngưng tụ bề mặt ngồi ống đứng với dòng nước lạnh chảy ống dạng truyền nhiệt đặc trưng trình: trao đổi nhiệt đối lưu trường hợp có biến đổi pha (hơi nước bão hòa ngưng tụ bề mặt ống đứng) trao đổi nhiệt đối lưu dòng lưu chất khơng có biến đổi pha (dịng nước lạnh chảy ống) Bỏ qua nhiệt trở thành ống Sự ngưng tụ nước thiết bị thí nghiệm xem ngưng tụ với màng chảy xếp lớp (chảy màng) Dòng nước lạnh chảy ống đứng (gọi tắt dòng lạnh) thực với chế độ chảy: chuyển động tự nhiên chuyển động cưỡng Fng Ftr Sơ đồ chế đối lưu nhiệt biểu diễn hình V, C: bề dày thành ống bề dày màng nước ngưng tụ, dtr, dng: đường kính ngồi ống, m Ftr, Fng: diện tích bề mặt bên bên ngồi ống đứng cao H, m2 ts: nhiệt độ nước bão hịa, oC tN: nhiệt độ trung bình nước ống, oC tVtr, tVng: nhiệt độ trung bình vách vách C = ng: hệ số cấp nhiệt phía nước ngưng tụ (phía lưu ngồi), W/m2.K N = tr: hệ số cấp nhiệt phía nước lạnh (phía lưu chất ống), W/m2 q: mật độ dịng nhiệt truyền qua vách, W/m2 2.1 Phương trình cân nhiệt: - Nhiệt lượng dòng nước lạnh nhận được: Q1 = GNCPN(t3 – t1), W - Nhiệt lượng tỏa nước ngưng tụ: Q2 = GC[r + CPC(tS - t C )], W m  C   ng  N   tr có chiều tS tN t Vtr t Vng ống, oC chất bên d   C Hình 1.trSơ đồVcơ chế truyền d nhiệt đối ng lưu Hình 1: Sơ đồcơ chế truyề n nhiệ t đố i lưu (1) (2) - Trong trường hợp truyền nhiệt ổn định khơng có tổn thất nhiệt, ta có phương trình cân nhiệt sau: Q = Q1 = Q2 = GNCPN(t3 – t1) = GC[r + CPC(tS - t C )], W (3)    - Trong đó: GN, GC : lưu lượng khối dòng nước ống dòng nước ngưng tụ, kg/s t1, t3 : nhiệt độ đầu cuối dòng nước chảy ống, oC tS: nhiệt độ nước bão hịa ngưng tụ áp suất thí nghiệm, oC  t C : nhiệt độ trung bình nước ngưng tụ, oC t S  t'C , oC (4) t’C: nhiệt độ nước ngưng tụ chảy (trong thực tế t’C nhiệt độ lạnh nước ngưng tụ), oC CPN: nhiệt dung riêng nước chảy ống, xác định nhiệt độ trung bình nước, J/kg.K t t tN  , oC (5) Trang tC     TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐỐI LƯU NHIỆT Thí nghiệm trình thiết bị  CPC: nhiệt dung riêng nước sau ngưng tụ nhiệt độ t C , J/kg.K  r: ẩn nhiệt ngưng tụ nước bão hòa nhiệt độ tS, J/kg - Sự cân nhiệt thực phương trình truyền nhiệt đối lưu chế độ ổn định khơng có tổn thất nhiệt: Q = Q’1 = Q’2 - Trong đó: Q’1 = qtrFtr = tr(tVtr - t N )Ftr, W Q'1   tr  (t Vtr  t N )Ftr , W/m2.K (6) Q’2 = qngFng = ng(tS - tVng)Fng, W   ng  Q' , W/m2.K (t S  t Vng )Fng (7) - Theo lý thuyết: Q’1 = Q’2 = Q1 = Q2 = Q - Từ công thức (6) (7) xác định hệ số cấp nhiệt thực nghiệm phía dịng lạnh ống (tr) hệ số cấp nhiệt phía nước bão hịa ngưng tụ bề mặt ống (ng) - Trong trường hợp nhiệt trở vách truyền nhiệt không đáng kể (ống đồng có hệ số dẫn nhiệt lớn: V = 1272 W/mK thành ống mỏng), ta có: t t t Vtr  t Vng  , oC (8) t Vtr , t Vng : nhiệt độ trung bình vách vách ngồi ống truyền nhiệt, oC  t2, t4 : nhiệt độ thành đầu vào (đầu dưới) đầu (đầu trên) ống, oC 2.2 Hệ số truyền nhiệt tổng quát: Q K , W/m2K Ftr t log (9) Q : nhiệt lượng tính theo cơng thức (1) t log  (t S  t )  (t S  t ) ,K (t S  t ) ln (t S  t ) (10) 2.3 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (hệ số cấp nhiệt) phía dịng lạnh chảy ống (αN hay αtr): - Hệ số cấp nhiệt N (hay tr) xác định tùy thuộc vào dạng trao đổi nhiệt (đối lưu tự nhiên hay đối lưu cưỡng bức) chế độ chảy dòng lưu chất: chảy xếp lớp (chảy màng), chảy rối hay chế độ chuyển Gr tiếp.Dòng lưu chất đối lưu tự nhiên hay cưỡng phân biệt dựa theo giá trị tỷ số : Re2,5 Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐỐI LƯU NHIỆT Thí nghiệm q trình thiết bị - Ở đây: Re  wd tr 4G N   d tr  (11) - Với : w : vận tốc dòng, m/s  : độ nhớt động học lưu chất, m2/s  : khối lượng riêng lưu chất, kg/m3 2.3.1 Trường hợp đối lưu tự nhiên: - Hệ số cấp nhiệt N (hay tr) trường hợp đối lưu tự nhiên xác định từ chuẩn số Nusselt (Nu): Gr Pr d tr Nu  32 H ,75    H        1  exp  16   d tr Gr Pr       (12) - Trong đó:  N d tr  d  tr tr    gd tr t Gr  2 Nu  _ t  tVtr  t N Pr   (trabaûng )  _ - Các thông số vật lý nước xác định nhiệt độ trung bình: t N  t1  t , C 2.3.2 Trường hợp đối lưu cưỡng bức: - Ở chế độ chảy màng (Re < 2300) với Re Pr d 3    Nu  1,86 Re Pr tr   H   Vtr  d tr  10 H  0,14  (13) _ Các thông số vật lý xác định nhiệt độ trung bình t N  t1  t , C Riêng Vtr xác định nhiệt độ trung bình vách tVtr Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐỐI LƯU NHIỆT Thí nghiệm q trình thiết bị - Ở chế độ chuyển tiếp (2300< Re