TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BỘ MÔN MÁY THIẾT BỊ BÀI 2 THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN 2 1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN MÁY-THIẾT BỊ BÀI 2:THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN.T BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN.N NHIỆT ỐNG XOẮN.T ỐNG XOẮN.NG XOẮN.N 2.1.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM.C ĐÍCH THÍ NGHIỆT ỐNG XOẮN.M Khảo sát q trình truyền nhiệt đun nóng làm nguội gián tiếp hai dòng qua bề mặt ngăn cách Tính tốn hiệu suất tồn phần dựa vào cân nhiệt lượng lưu lượng dòng khác Khảo sát ảnh hưởng chiều chuyển động lên trình truyền nhiệt hai trường hợp xi chiều ngược chiều Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN thiết bị ống xoắn từ so sánh với kết tính tốn theo lý thuyết KLT 2.2.KẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN.T QUẢ THÍ NGHIỆM THÍ NGHIỆT ỐNG XOẮN.M 2.2.1.Kết đo.t đo đo Thí nghiệm 1:Khảo sát q trình truyền nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều) VL(lít/phút) T1(oC) T2(oC) T3(oC) T4(oC) 44 61 32 48 10 41 56 37 46 13 42 54 39 45 16 42 52 41 45 44 51 41 47 10 44 51 42 47 13 44 51 43 47 16 45 51 43 47 46 51 44 48 10 46 51 45 49 13 46 51 45 49 TN VN(lít/phút) 10 10 13 11 TN VN(lít/phút) VL(lít/phút) T1(oC) T2(oC) T3(oC) T4(oC) 12 13 16 47 51 46 49 47 52 46 50 10 48 52 46 50 13 48 52 46 50 16 48 52 47 50 13 14 15 16 16 Thí nghiệm 2:Khảo sát q trình truyền nhiệt TB2(trường hợp ngược chiều) VL(lít/phút) T1(oC) T2(oC) T3(oC) T4(oC) 52 65 46 58 10 52 64 47 57 13 52 63 49 56 16 52 62 50 56 54 63 50 58 10 54 63 51 58 13 54 63 52 58 16 54 62 52 57 56 64 53 60 10 56 64 54 60 13 57 65 54 60 12 16 57 65 55 60 13 59 66 56 63 10 59 67 56 63 13 59 67 57 63 16 59 66 57 63 TN VN(lít/phút) 7 10 11 14 15 10 13 16 16 2.2.2.Xử lí số liệu lí số liệu liệu.u 2.2.2.1.Kh o sát trình truyền nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).n nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).t TB1(trường hợp ngược chiều).ng hợp ngược chiều).p ngượp ngược chiều).c chiền nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).u) Bảng 2.1:Hiệu số nhiệt độ TN ∆TN(oC) ∆TL(oC) ɳN(%) ɳL(%) ɳhi(%) 13 12 44,83 41,38 43,10 10 52,63 21,05 36,84 60,00 20,00 40,00 63,64 9,09 36,36 40,00 30,00 35,00 44,44 22,22 33,33 50,00 12,50 31,25 50,00 25,00 37,50 42,86 28,57 35,71 10 33,33 16,67 25,00 11 33,33 16,67 25,00 12 40,00 20,00 30,00 13 33,33 16,67 25,00 14 2 33,33 33,33 33,33 15 2 33,33 33,33 33,33 16 40,00 20,00 30,00 Bảng 2.2:Hiệu suất truyền nhiệt TN GN(kg/s) GL(kg/s) QN(W) QL(W) Qf(W) ɳ(%) 0,11500 0,11583 6249,33 5809,87 439,46 92,97 0,11521 0,16540 4815,71 2765,49 2050,22 57,43 0,11529 0,21489 4337,21 2694,72 1642,49 62,13 TN GN(kg/s) GL(kg/s) QN(W) QL(W) Qf(W) ɳ(%) 0,11534 0,26437 3374,75 1105,08 2269,67 32,75 0,16473 0,11562 2754,34 1449,83 1304,51 52,64 0,16473 0,16513 2754,34 1380,51 1373,83 50,12 0,16473 0,21463 2754,34 897,15 1857,19 32,57 0,16473 0,26411 2754,34 2207,93 546,41 80,16 0,21411 0,11550 2684,94 965,58 1719,36 35,96 10 0,21407 0,16497 1789,60 689,56 1100,04 38,53 11 0,21407 0,21446 1789,60 896,43 893,17 50,09 12 0,21407 0,26384 1789,60 1102,85 686,75 61,63 13 0,26333 0,11543 2201,47 482,50 1718,97 21,92 14 0,26333 0,16487 2201,47 1378,29 823,18 62,61 15 0,26333 0,21433 2201,47 1791,77 409,70 81,39 16 0,26333 0,26373 2201,47 1102,41 1099,06 50,08 αL KLT Bảng 2.3:Hệ số truyền nhiệt QN ∆tmax ∆tmin ∆tlog (W) (oC) (oC) (oC) 6249,3 17 16 16,5 628,23 5147,82 70,63 69,40 4815,7 15 12 665,65 5011,40 75,38 73,95 4337,2 12 8,66 831,10 4953,71 79,08 77,49 3374,7 10 6,55 854,86 4913,59 82,11 80,39 2754,3 6,5 702,87 6565,12 62,31 61,51 TN KTN αN (W/m2.K) (W/m2.K) (W/m2.K) (W/m2.K) 2754,3 761,44 6564,98 69,52 68,52 2754,3 5,5 830,66 6565,00 75,62 74,44 2754,3 913,73 6566,14 19,85 19,77 QN ∆tmax ∆tmin ∆tlog KTN αN αL KLT (W) (oC) (oC) (oC) 2684,9 4,5 989,67 8131,88 60,18 59,53 10 1789,6 4,5 659,65 8165,86 67,90 67,08 11 1789,6 4,5 659,65 8615,03 73,99 73,05 12 1789,6 3,5 848,12 8615,86 77,27 70,95 13 2201,4 4,5 811,46 9714,08 60,64 60,06 14 2201,4 4 912,90 9714,20 67,39 66,67 15 2201,4 4 912,90 9699,95 73,39 72,54 16 2201,4 3,5 1043,31 9700,61 20,40 20,34 TN (W/m2.K) (W/m2.K) (W/m2.K) (W/m2.K) 2.2.2.2.Kh o sát trình truyền nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).n nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).t TB2(trường hợp ngược chiều).ng hợp ngược chiều).p ngượp ngược chiều).c chiền nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).u) Bảng 2.4:Hiệu số nhiệt độ TN ∆TN(oC) ∆TL(oC) ɳN(%) ɳL(%) ɳhi(%) 36,84 31,58 34,21 41,18 29,41 35,29 50,00 21,43 35,71 50,00 16,67 33,33 5 38,46 30,77 34,62 41,67 25,00 33,33 45,45 18,18 31,82 50,00 20,00 35,00 36,36 27,27 31,82 10 40,00 20,00 30,00 11 45,45 27,27 36,36 12 50,00 20,00 35,00 TN ∆TN(oC) ∆TL(oC) ɳN(%) ɳL(%) ɳhi(%) 13 3 30,00 30,00 30,00 14 36,36 27,27 31,82 15 40,00 20,00 30,00 16 33,33 22,22 27,78 Bảng 2.5:Hiệu suất truyền nhiệt TN GN(kg/s) GL(kg/s) QN(W) QL(W) Qf(W) ɳ(%) 0,11460 0,11531 3354,28 2892,06 462,22 86,22 0,11465 0,16470 3355,18 3442,23 -87,05 102,59 0,11471 0,21401 3356,49 2683,72 672,77 79,96 0,11474 0,26333 2877,72 2201,47 676,25 76,50 0,16379 0,11515 3423,66 1925,31 1498,35 56,24 0,16379 0,16446 3423,66 2062,31 1361,35 60,24 0,16379 0,21374 3423,66 1786,88 1636,77 52,19 0,16388 0,26307 3424,99 2199,24 1225,75 64,21 0,21277 0,11500 3559,16 1442,15 2117,01 40,52 10 0,21277 0,16425 3559,16 1373,13 2186,03 38,58 11 0,21271 0,21347 4448,35 2676,92 1771,43 60,18 12 0,21271 0,26267 4448,35 2195,89 2252,46 49,36 13 0,26153 0,11483 3283,16 1439,96 1843,20 43,86 14 0,26147 0,16404 4376,95 2057,08 2319,87 47,00 15 0,26147 0,21320 4376,95 1782,35 2594,60 40,72 16 0,26153 0,26240 3283,16 2193,66 1089,49 66,82 αL KLT Bảng 2.6:Hệ số truyền nhiệt QN ∆tmax ∆tmin ∆tlog (W) (oC) (oC) (oC) 3354,2 13 12 12,5 890,20 9657,80 68,34 67,59 3355,1 12 10 11 1011,86 8671,80 91,27 89,86 3356,4 11 1237,21 8009,60 113,39 111,10 TN KTN αN (W/m2.K) (W/m2.K) (W/m2.K) (W/m2.K) 2877,7 10 1193,32 7465,50 134,29 130,93 3423,6 8,5 1336,20 9532,10 69,74 68,96 3423,6 1419,71 9073,80 93,05 91,62 3423,6 7,5 1514,36 8691,80 115,14 112,90 3424,9 6,5 1748,01 8272,90 135,94 132,73 3559,1 7,5 1574,29 10091,5 70,83 70,05 10 3559,1 1686,74 9870,42 94,51 93,11 11 4448,3 2108,14 9302,31 116,95 114,74 12 4448,3 6,5 2270,31 9068,11 138,52 135,38 13 3283,1 7 1555,94 10946,9 72,19 71,42 14 4376,9 7,5 1936,02 10781,9 96,03 94,66 15 4376,9 2074,31 10593,0 118,84 116,74 16 3283,1 6,5 1675,63 10409,6 140,31 137,36 2.2.3.Đồ thị thị 2.2.3.1.Kh o sát truyền nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).n nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).t TB1(trường hợp ngược chiều).ng hợp ngược chiều).p ngượp ngược chiều).c chiền nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).u) Hình 2.1:Sự ảnh hưởng lưu lượng dịng đến q trình truyền nhiệt(với K TN) Hình 2.1:Sự ảnh hưởng lưu lượng dịng đến q trình truyền nhiệt(với K TN) 1200.00 KTN(W/m2.K) 1000.00 800.00 VN=7 VN=10 VN=13 VN=16 600.00 400.00 200.00 0.00 Lưu lượng dịng(lít/phút) Hình 2.2:Sự ảnh hưởng lưu lượng dịng đến q trình truyền nhiệt(với K LT) 90.00 80.00 KLT(W/m2.K) 70.00 60.00 50.00 VN=7 VN=10 VN=13 VN=16 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 Lưu lượng dịng(lít/phút) 2.2.3.2.Kh o sát truyền nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).n nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).t TB2(trường hợp ngược chiều).ng hợp ngược chiều).p ngượp ngược chiều).c chiền nhiệt TB1(trường hợp ngược chiều).u) Hình 2.3:Sự ảnh hưởng lưu lượng dịng đến q trình truyền nhiệt(với K TN) Hình 2.3:Sự ảnh hưởng lưu lượng dịng đến trình truyền nhiệt(với K TN) 2500.00 KTN(W/m2.K) 2000.00 1500.00 VN=7 VN=10 VN=13 VN=16 1000.00 500.00 0.00 Lưu lượng dịng(lít/phút) Hình 2.4:Sự ảnh hưởng lưu lượng dịng đến trình truyền nhiệt(với K LT) 160.00 140.00 KLT(W/m2.K) 120.00 100.00 VN=7 VN=10 VN=13 VN=16 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 Lưu lượng dịng(lít/phút) 2.3.NHẬN XÉT VÀ BÀN LUẬN.N XÉT VÀ BÀN LUẬN XÉT VÀ BÀN LUẬN.N * Nhận xét: Quá trình truyền nhiệt chịu ảnh hưởng lưu lượng dịng mơi chất mà thí nghiệm ta khảo sát dịng nóng dịng lạnh.Dựa vào bảng số liệu đồ thị ta thấy lưu lượng dịng nóng lạnh khác q trình truyền nhiệt thể khác sau: + Đối với TB 1:Tại vị trí lưu lượng dịng lạnh V L=7,10,13,16(lít/phút) giá trị KTN thể lớn vị trí lưu lượng dịng nóng khác sau VL=7(lít/phút) KTN lớn VN=13(lít/phút) cịn VL khác giá trị KTN lớn VN=16(lít/phút).Cịn KLT VL=7,10,13,16(lít/phút) KLT ln lớn VN=7(lít/phút) * + Đối với TB2: Tại vị trí lưu lượng dịng lạnh V L=7,10,13,16(lít/phút) giá trị KTN thể lớn vị trí lưu lượng dịng nóng khác sau VL=10(lít/phút) KTN lớn V N=16(lít/phút) cịn VL khác giá trị KTN lớn VN=13(lít/phút).Cịn KLT VL=7,10,13,16(lít/phút) KLT ln lớn VN=16(lít/phút) + Dựa vào bảng số liệu ta thấy KTN lớn KLT.Kết tính tốn cho ta thấy KTN≈19KLT Thiết bị truyền nhiệt ống xoắn hoạt động ổn định,hiệu suất cao.Quá trình gia nhiệt cho TN lên 80oC đạt hiệu cao,nhanh chóng bơm cung cấp chất lỏng cho TN,TL hoạt động tốt,tiếng ồn nhỏ,các van khóa mở nhẹ nhàng không gắt cứng Bàn luận: So sánh kết với nhóm khác ta thấy có khác sai lệch kết đo số liệu xử lí,cụ thể sau: + Về kết đo:ta thấy nhiệt độ đo nhóm khác lệch khơng nhiều ngun nhân q trình gia nhiệt cho thùng nóng nhiệt độ chưa tới 80oC đo trình đo không để ý tới nhiệt độ cài đặt khơng 60 oC nhiệt độ 60oC q trình xử lí số liệu xuất giá trị âm việc điều chỉnh lưu lượng gặp sai sót + Về xử lí số liệu:ta thấy kết xử lí số liệu khác mà nguyên nhân phần số liệu đo khác phần cách sử dụng hay cách hiểu cơng thức tính tốn khác mà biểu cho khác phần tìm αN αL.Ở phần khác lớn q trình tính tốn chuẩn số áp dụng công thức sai hiểu sai ý nghĩa đại lượng,ý nghĩa công thức tính tốn việc tính lặp để tìm α N αL có đầy đủ chuẩn số,sai lầm đến sai lầm khác nên kết tính tốn khác Để khắc phục khác kết đo cách xử lí số liệu nên thống nhóm đồng cách đo kể chi tiết nhỏ nhất,thống cách tính cách vận dụng cơng thức tính để đạt kết xác 2.4.TÀI LIỆT ỐNG XOẮN.U THAM KHẢ THÍ NGHIỆM.O [1].Tập thể tác giả-Q trình thiết bị truyền nhiệt-NXB Trường đại học cơng nghiệp TP.Hồ Chí Minh,2011 [2].Tập thể tác giả-Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ q chất,tập 1,2NXB KHKT,2005 [3].Tập thể tác giả-Bảng tra cứu trình học-truyền nhiệt-truyền khối-NXB Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh,2012 [4].Phạm Văn Bơn,Vũ Bá Mơn,Hồng Minh Nam-Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học,Tập 10-NXB Trường đại học bách khoa tp.Hồ Chí Minh,1992 2.5.PHỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM LỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM.C 2.5.1.Các cơng thức dùng tính tốn.c dùng tính tốn Biến thiên nhiệt độ dịng nóng:∆T N(oC)=T NV −T NR Biến thiên nhiệt độ dòng lạnh:∆T L(oC)=T LR −T VL T VN −T NR 100 % Hiệu suất nhiệt độ dòng nóng: ɳN(%)= N T V −T VL T LR −T LV 100 % Hiệu suất nhiệt độ dòng lạnh: ɳL(%)= N T V −T VL ɳ −ɳ L ɳhi(%)= N p V 10−3 Lưu lượng khối lượng dịng nóng:GN(kg/s)= N N 60 p L V L 10−3 Lưu lượng khối lượng dòng lạnh:GL(kg/s)= 60 Nhiệt lượng dịng nóng tỏa ra:QN(W)=GN.CN.∆TN Nhiệt lượng dịng lạnh thu vào:QL(W)=G L.CL.∆TL Nhiệt lượng tổn thất:Qf(W)=QN-QL QL 100 Hiệu suất trình truyền nhiệt: ɳ(%)= QN * Trường hợp ngược chiều ∆t 1=T Nv−T Lr ∆t 2=T Nr −T Lv + Nếu ∆t 1>∆t ∆t max=∆ t ∆ t =∆ t + Nếu ∆t 110000→Nu=0,021 εk.Re0,8.Pr0,43.( Pr ¿0,25 T 0,8 0,43 Nếu 2300