THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÀI 2 TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÀI 2

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 A. LÝ THUYẾT 2 I. Mục Đích Thí Nghiệm 2 II. Cơ Sở Lý Thuyết 2 1. Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất 2 2. Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt 2 3. Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit 3 4. Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết, tính trên 1m chiều dài ống 3 I. Kết Quả Đo: 4 II. Kết Quả Tính 4 1. Tính Q, xác đònh tổn thất nhiệt: 4 2. Tính ∆tlog và tính hệ số dài thực nghiệm: 11 3. Tính hệ số cấp nhiệt α1, α2 13 4. Tính hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết và Kiểm tra ∆t1, ∆t2 theo công thức: 24 5. Lập bảng tính K1* và K1 theo chế độ chảy: 28 6. Dựng đồ thò K1* và K1 theo Re: 29 III. Nhận Xét Kết Quả Và Bàn Luận 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 – 1 – Bài 2: TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG A. LÝ THUYẾT. I. Mục Đích Thí Nghiệm. Làm quen với thiết bò truyền nhiệt ống lồng ống, các dụng cụ đo nhiệt độ và lưu lượng lưu chất. Xác đònh hệ số truyền nhiệt trong quá trình truyền nhiệt giữa hai dòng lạnh, nóng ngăn cách bởi vách ngăn kim loại ở các chế độ chảy khác nhau. Thiết lập cân bằng nhiệt lượng. II. Cơ Sở Lý Thuyết. Quá trình truyền nhiệt trong thiết bò dạng ống lồng ống là một ví dụ của sự truyền nhiệt phức tạp. Ởû đây diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa hai lưu chất được ngăn cách bởi vách ngăn kim loại, bao gồm truyền nhiệt đối lưu từ dòng nóng đến vách, dẫn nhiệt qua thành ống kim loại và đối lưu nhiệt giữa dòng lạnh với ống. 1. Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất. Q = G 1 C 1 (t 1V – t 1R ) = G 2 C 2 (t 2R - t 2V ), W Trong đó: G 1 , G 2 : lưu lượng dòng nóng và lạnh, Kg/s. C 1 , C 2 : nhiệt dung riêng trung bình của dòng nóng và dòng lạnh, J/Kg.K. t 1V , t 1R : nhiệt độ vào và ra của dòng nóng, 0 C. t 2R , t 2V : nhiệt độ ra và vào của dòng lạnh, 0 C. 2. Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt. LtKQ log1 ∆= , W. L: chiều dài ống, m. K 1 : hệ số truyền nhiệt dài, W/m 0 C. log t∆ : chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, 0 C. – 2 – 3. Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit. nho lon nholon t t tt t ∆ ∆ ∆−∆ =∆ ln log Trong đó: • lon t∆ : Hiệu số nhiệt độ giữa dòng nóng và dòng lạnh ở đầu vào hoặc ra có giá trò lớn. • nho t∆ : Hiệu số nhiệt độ giữa dòng nóng và dòng lạnh ở đầu vào hoặc ra có giá trò bé. 4. Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết, ∗ l K tính trên 1m chiều dài ống. cau cau ngtr ng tr l d r dd d d K +++ = ∗ 21 1 ln 2 11 αλα π Trong đó: • trng dd , : đường kính ngoài và trong của ống truyền nhiệt, m. • λ : hệ số dẫn nhiệt của ống, W/m. 0 C. • 21 , αα : hệ số cấp nhiệt, W/m 2 . 0 C. • cau r : nhiệt trở của lớp cáu, m 2 .s. 0 C/J. • cau d : đường kính lớp cáu, m. Hệ số cấp nhiệt 21 , αα giữa vách ngăn và dòng lưu chất. R t nm ANu εε 1 25.0 Pr Pr PrRe.         = Các hệ số R nmA εε ,,, 1 là các hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào các yếu tố sau:  Chế độ chảy của các dòng lưu chất.  Sự tương quan giữa dòng chảy và bề mặt truyền nhiệt.  Đặc điểm bề mặt truyền nhiệt (độ nhám, hình dáng, …). – 3 – I. Kết Quả Đo: Lưu lượng dòng nóng (l/phút) 7 6 5 lưu lượng dòng lạnh (l/phút) ống t 1V t 1R t 2V t 2R t 1V t 1R t 2V t 2R t 1V t 1R t 2V t 2R 4 A 69 58 33 34 67.5 58.5 33 34.5 65.5 57.5 32.5 34.5 B1 65 58 33.5 35 66.5 58.5 32.5 34.8 65.8 57.2 32.5 34.5 B2 67 59 33 34 66 58.5 33 34.6 65 57.5 32.5 34 5 A 65 58.5 32.5 34.5 66 58.9 33.5 34.5 65 58 33 34.5 B1 64 57.5 33 34.5 65.5 58.6 33.4 34.5 65.2 57.5 33.5 34 B2 64.5 58 32.5 34 65.4 58 33.4 34 65.3 58 33.5 34.2 6 A 64.9 58.5 33.5 33.5 66 59 33.5 34.2 66 58.5 32.8 34.2 B1 65 58 33 34 66.5 58 34 34 65.5 58 33 34.5 B2 64.7 58.5 33.4 33.6 65.5 59 34 33.5 66 58.5 33 34 II. Kết Quả Tính. 1. Tính Q, xác đònh tổn thất nhiệt: Q được tính theo công thức sau: Q = G 1 C 1 (t 1V – t 1R ) = G 2 C 2 (t 2R - t 2V ), W Trong đó: • G 1 ,G 2 : lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh tính bằng Kg/s. • Để có G 1 ,G 2 là Kg/s ta có: • G = G do .ρ: • Với G do đổi ra m 3 /s. • ρ: tra sổ tay tập 1 theo nhiệt độ trung bình của từng dòng. đây Q 1 : tính cho dòng nóng Q 2 : tính cho dòng lạnh Sau khi có Q 1 ,Q 2 : ta xác đònh tổn thất nhiệt: – 4 – ∆Q = Q 1 – Q 2 C 1 , C 2 : tra sổ tay tập 1 theo nhiệt độ trung bình cho từng dòng a) Cho ống A: Cho dòng nóng: G 1 G 2 t 1V t 1R t 2V t 2R T1tb       3 1 m Kg ρ G 1 (Kg/s) C1 (J/Kg.K) Q1(W) 7 4 69 58 33 34 63.5 980.961 0.11445 4193.4989 5471.1663 7 5 65 58.5 32.5 34.5 61.7 5 982.498 0.11462 4191.8242 3267.3107 7 6 65 58.5 33.5 33.5 61.7 5 982.339 0.11461 4192.0335 3074.7718 6 4 67.5 58.5 33 34.5 63 981.677 0.09817 4192.829 3910.2036 6 5 66 58.9 33.5 34.5 62.45 981.942 0.09819 4192.5359 2922.9472 6 6 66 59 33.5 34.2 62.5 981.889 0.09819 4192.5778 2758.1528 5 4 65.5 57.5 32.5 34.5 61.5 982.392 0.08187 4191.9916 2814.089 5 5 65 58 33 34.5 61.5 982.313 0.08186 4192.0754 2367.8098 5 6 66 58.5 33 34 62.25 982.207 0.08185 4204.7614 2443.5514 – 5 – Cho doøng laïnh: G 1 G 2 t 1V t 1R t 2V t 2R T2tb ρ 2 (Κg/m 3 ) G 2 (Kg/s) C 2 (J/Kg.K) Q2 (W) 7 4 69 58 33 34 33.5 994.57 0.066294 4179.68 2 415.634518 7 5 65 58.5 32.5 34.5 33.5 994.57 0.08288 4179.77 7 450.348119 7 6 65 58.5 33.5 33.5 33.5 994.57 0.099452 4179.75 6 124.705018 6 4 67.5 58.5 33 34.5 33.7 5 994.485 0.066296 4179.70 3 498.772196 6 5 66 58.9 33.5 34.5 34 994.4 0.082867 4179.68 2 346.356352 6 6 66 59 33.5 34.2 33.8 5 994.451 0.099453 4179.76 6 83.1382243 5 4 65.5 57.5 32.5 34.5 33.5 994.57 0.066297 4179.71 4 526.491816 5 5 65 58 33 34.5 33.7 5 994.485 0.082872 4179.72 4 207.829686 5 6 66 58.5 33 34 33.5 994.57 0.099443 4179.70 3 166.257399 – 6 – b) Cho oỏng B 1 : Cho doứng noựng: G 1 G 2 t 1V t 1R t 2V t 2R T1tb 3 1 m Kg G 1 (Kg/s) C1 (J/Kg.K) Q1(W) 7 4 65 58 33.5 35 61.5 982.127 0.114581 4192.3056 4 3170.37995 7 5 64 57.5 33 34.5 60.75 982.789 0.114659 4191.5310 8 3027.75212 7 6 65 58 33 34 61.5 982.392 0.114612 4191.9916 3 3267.08871 6 4 66.5 58.5 32.5 34.8 62.5 982.047 0.098205 4192.4103 1 3334.88662 6 5 65.5 58.6 33.4 34.5 62.05 982.207 0.098221 4204.7613 7 2849.66278 6 6 66.5 58 34 34 62.25 981.942 0.098194 4192.53592 2922.94724 5 4 65.8 57.2 32.5 34.5 61.5 982.418 0.081868 4191.9497 6 2985.729 5 5 65.2 57.5 33.5 34 61.3 5 982.339 0.081862 4192.0335 2333.5322 5 6 65.5 58 33 34.5 61.7 5 982.286 0.081857 4192.1172 4 2539.34581 Cho doứng laùnh: G 1 G 2 t 1V t 1R t 2V t 2R T2tb 2 (g/m 3 ) G 2 (Kg/s) C 2 (J/Kg.K) Q2 (W) 7 4 65 58 33.5 35 34.25 994.315 0.06629 4179.65 1 637.258214 7 5 64 57.5 33 34.5 33.7 5 994.4825 0.082872 4179.72 4 623.489057 7 6 65 58 33 34 33.5 994.565 0.099443 4179.70 3 332.514797 7 6 4 66.5 58.5 32.5 34.8 33.6 5 994.5155 0.066299 4179.73 5 471.089617 6 5 65.5 58.6 33.4 34.5 33.9 5 994.4165 0.082869 4179.70 3 346.36958 6 6 66.5 58 34 34 34 994.4 0.099447 4179.72 4 249.395623 5 4 65.8 57.2 32.5 34.5 33.5 994.565 0.066299 4179.73 5 471.089617 5 5 65.2 57.5 33.5 34 33.7 5 994.315 0.082862 4179.65 1 380.969585 5 6 65.5 58 33 34.5 33.7 5 994.4825 0.09945 4179.74 5 332.540197 c) Cho oáng B 2 : Cho doøng noùng: G 1 G 2 t 1V t 1R t 2V t 2R T1tb       3 1 m Kg ρ G 1 (Kg/s) C1 (J/Kg.K) Q1(W) 7 4 67 59 33 34 63 981.65 0.114526 4192.8708 6 3841.53623 7 5 64.5 58 32.5 34 61.25 982.601 0.11463 7 4191.6985 6 3027.29389 7 6 64.5 58.5 33.4 33.6 61.5 982.418 0.114615 4191.9497 6 3026.91147 6 4 66 58.5 33 34.6 62.25 982.047 0.098205 4192.4103 1 3252.54374 6 5 65.4 58 33.4 34 61.7 982.18 0.098218 4192.3265 8 2717.62875 6 6 65.5 59 34 33.5 62.25 981.889 0.098189 4192.5777 8 2675.81991 5 4 65 57.5 32.5 34 61.25 982.489 0.081874 4191.8241 6 2676.97373 5 5 65.3 58 33.5 34.2 61.6 982.286 0.081857 4192.1172 2264.82194 – 8 – 5 4 5 6 66 58.5 33 34 62.25 982.233 0.081853 4192.1591 2470.60621 Cho dòng lạnh: G 1 G 2 t 1V t 1R t 2V t 2R T2tb ρ 2 (Κg/m 3 ) G 2 (Kg/s) C 2 (J/Kg.K) Q2 (W) 7 4 67 59 33 34 33.5 994.565 0.066297 4179.7138 471.071625 7 5 64.5 58 32.5 34 33.25 994.6475 0.082876 4179.7557 519.604241 7 6 64.5 58.5 33.4 33.6 33.5 994.565 0.09945 4179.7452 83.1350493 6 4 66 58.5 33 34.6 33.8 994.466 0.066298 4179.7243 443.369996 6 5 65.4 58 33.4 34 33.7 994.499 0.082874 4179.7348 242.472597 6 6 65.5 59 34 33.5 33.7 5 994.4825 0.09945 4179.7452 83.1350493 5 4 65 57.5 32.5 34 33.25 994.6475 0.066304 4179.7766 360.278495 5 5 65.3 58 33.5 34.2 33.8 5 994.4495 0.082869 4179.7034 207.821748 5 6 66 58.5 33 34 33.5 994.565 0.099443 4179.7034 166.257399 Tổn thất nhiệt cho mỗi ống: Cho ống A: G 1 G 2 t 1V t 1R t 2V t 2R Q1(W) Q2 (W) ∆Q (W) 7 4 69 58 33 34 5471.1663 415.63451 8 5055.53176 7 5 65 58.5 32.5 34.5 3267.3107 450.34811 9 2816.96257 7 6 65 58.5 33.5 33.5 3074.7718 124.705018 2950.06682 6 4 67.5 58.5 33 34.5 3910.2036 498.77219 6 3411.4314 6 5 66 58.9 33.5 34.5 2922.9472 346.35635 2 2576.59089 6 6 66 59 33.5 34.2 2758.1528 83.138224 3 2675.0146 5 4 65.5 57.5 32.5 34.5 2814.089 526.49181 6 2287.5972 5 5 65 58 33 34.5 2367.8098 207.82968 6 2159.98014 – 9 – 5 6 66 58.5 33 34 2443.5514 166.25739 9 2277.29402 Cho oáng B 1 : G 1 G 2 t 1V t 1R t 2V t 2R Q1(W) Q2 (W) ∆Q (W) 7 4 65 58 33.5 35 3170.3799 5 637.25821 4 2533.12174 7 5 64 57.5 33 34.5 3027.75212 623.48905 7 2404.26307 7 6 65 58 33 34 3267.0887 1 332.51479 7 2934.57391 6 4 66.5 58.5 32.5 34.8 3334.8866 2 471.08961 7 2863.797 6 5 65.5 58.6 33.4 34.5 2849.6627 8 346.36958 2503.2932 6 6 66.5 58 34 34 2922.94724 249.39562 3 2673.55162 5 4 65.8 57.2 32.5 34.5 2985.729 471.08961 7 2514.63939 5 5 65.2 57.5 33.5 34 2333.5322 380.96958 5 1952.56261 5 6 65.5 58 33 34.5 2539.3458 1 332.54019 7 2206.80561 Cho oáng B 2 : G 1 G 2 t 1V t 1R t 2V t 2R Q1(W) Q2 (W) ∆Q (W) 7 4 67 59 33 34 3841.5362 3 471.07162 5 3370.46461 7 5 64.5 58 32.5 34 3027.2938 519.60424 2507.68965 – 10 – [...]... 67 .25 55 82. 01556 74.3987 Cho ống B1: 2. 1 02 (W/m0C) 66.18633 66.035 721 5 66.06 828 55 66. 125 2 725 66.104 92 66.1496955 66.056074 66.088638 66.096779 (W/m0C) 62. 3 821 57 62. 349593 62. 365875 62. 374016 62. 365875 62. 365875 62. 333311 62. 39 029 8 62. 39 029 8 3461.77 3490.37 3 520 .63 3 120 . 72 3151. 52 3189 124 5.55 72 1411.08 42 1569.59 72 122 9.9817 1398.3311 1547 .25 3 α1 2 2395.4 24 05.57 24 27.53 21 30 .22 21 50 .24 21 67.03 1849.03... 710.14361 89 .23 3 12 1. 321 5 3.5057 0.66043 Cho ống B2: ∆tlog 28 .879 27 .3146 ∆t1 4.45 9 5.14 ∆t2 22 . 42 α1 2 K1 0 (W/m C) ∆t1 24 02. 0719 378.36 026 130.4135 1.5679 20 .174 24 07.7669 558 .28 96 108.6573 1 27 . 723 1 6.0 02 19. 721 24 27.9 723 719.46418 107.0 428 28 .1837 4.97 21 .21 3 21 30.1757 374.98067 113.1 425 94.8431 28 .0 921 5. 922 20 .17 21 47.14 52 559.50 127 1 28 .7199 6.93 19.781 21 67.5947 4047.5964 91.3 428 – 26 – ∆t2 Kl*... Q1(W) 3170.3799 ∆tlog 27 .7 122 16 5 34.7 3 027 .7 521 2 26 .8466 52 326 7.0887 34.3 27 . 525 353 1 3334.8866 34.6 28 .21 6933 2 2849.6 627 34.4 27 .863596 8 34.1 29 22. 94 724 28 .476707 34.6 29 85. 729 27 .4 726 98 34.7 23 33.5 322 27 .360176 25 39.3458 34.1 27 .899448 1 Cho ống B2: – 12 – K1 (W/m0C) 1 12. 1604858 110.5681436 116.3664706 115.870 024 2 100 .26 656 32 100.630 827 3 106.5488849 83.61703059 89 .23 311644 G1 G2 t1V 7 4 67 7 7 6... 0.7465138 82 0.7457 624 39 0.74 425 8 728 0.745010596 0.7457 624 39 0.748005409 0.7 427 54917 – 18 – Pr1 2. 84 2. 93 12 2.9 127 2. 8741 2. 8856 2. 87 32 2.9196 2. 9011 Pr2 4.954 4.977 4.9706 4.9597 4.9655 4.9706 4.9885 4.94 82 ∆t1 4.4591 5.1406 6.0019 4.9705 5. 922 5 6.9393 5.6594 6.748 ∆t2 22 .41987 20 .17405 19. 721 24 21 .21 32 20.16964 19.7806 19.94107 18.99647 0.16051958 0.150105 32 λt1.1 02 λt2.1 02 0 0 0.4649406 0.7 427 54917 2. 8965... 2. 8965 4.94 82 7.71 12 18.11601 µt1.103 µt2.103 2 2 (W/m C) (W/m C) 56.163387 60.344790 56. 321 904 59. 926 888 1.5 125 32 1.000901 56. 522 2 42 59. 826 409 1.4 729 15 1.011970 56 .28 2338 60. 120 2 52 1. 520 416 0.976 429 56.503774 59. 926 066 1.476565 1.001005 56.74 028 1 59.840916 1.4307 32 1.010485 56.4 425 76 59.880108 56.695785 59.649407 56.919 825 59.434374 Ct2(J/Kg.K) 420 7 .22 7 424 420 7.697564 4183. 021 696 420 7.480 029 420 7.698488... 6.0 32 19.884 38 32. 124 8 1569.6353 107.9835 28 .6799 5.0 32 21.648 3461.7688 124 5.55 72 133.666 101.414 28 .25 68 5.954 20 .303 3490.3703 1411.08 42 1 28 .8 124 6.93 19.8 82 3 520 . 627 4 1569.59 72 93.85086 5.63 27 .4409 19.803 3 120 .7196 122 9.9817 100.5401 8 6.75 27 .7815 19.03 3151. 521 7 1398.3311 83.55863 1 7. 72 27.8 821 18.158 3188.9988 1547 .25 3 85. 920 36 4 Cho ống B1: – 25 – ∆t1 ∆t2 Kl* 1.4191 4 .26 06 0.66043 0.8 421 2. 2677... ống A: Nu1 Nu2 96. 928 06 97.89483 98.586 60.5355 67.9847 75. 524 2 λ1.1 02 2. 1 02 (W/m0C) 66 .29 2163 66.056074 66.080497 (W/m0C) 62. 39 029 8 62. 333311 62. 349593 – 23 – α1 2 3779.75 3803.85 38 32. 12 125 8.9436 14 12. 5713 1569.6353 Nu2 61.59 428 61.95107 62. 45883 54.7653 55.30055 55.69805 47.57 72 48. 021 12 48.45918 18 .21 7 26 .9063 34.6346 18.0491 26 .995 34.615 17.8767 26 .8 728 34.1647 62. 39 029 8 62. 40658 62. 3414 52. .. 998 .27 388 420 1.7 520 89 998 .24 179 420 3. 627 628 998.43067 420 2.0 324 16 998.59796 420 0. 620 9 62 αt1.106(m2/s) αt2.106(m2/s) 0.1335 52 0.134086 0.134481 0.133859 0.134433 – 19 – Ct1(J/Kg.K) 3 0.143761 0.1 426 80 0.14 326 8 0.143179 0.1 426 78 Prt1 Prt2 11.56833 11 .29 094 10.9 529 4 11.35844 10.98397 6. 621 67 7. 027 71 7.07563 6.83348 7. 028 54 1.430 828 1.4887 02 1.439 426 1.39 827 7 4.1 829 35 4.1 827 00 4.184084 4.185374 1.0 122 32. .. 1.007 627 1.016578 0.133917 0.1344 62 0.133860 0.134418 0.135 024 0.143307 0.143157 0.144054 0.143430 0.143191 41 82. 857337 1.489 626 1.010 921 0.13 426 2 0.1433 42 11. 320 34 10.96504 11.35754 10.993 72 10. 620 85 11.0949 4184.54 522 8 1.4 425 45 1.0 427 20 0.134891 0.1 425 78 4185 .27 9 024 1.397963 1.0601 72 0.135 522 0.1 422 47 41 82. 934671 4183 .26 61 62 41 82. 3 527 33 41 82. 663056 4183.191063 1.515981 1.4743 82 1. 520 325 1.4777 52 1.434066... 62. 3 821 57 62. 374016 62. 39 029 8 2. 1 02 (W/m0C) 66.113061 66.01 129 85 66.0 723 56 66. 125 2 725 66.1008495 66.1415545 66.06 828 55 66.080497 66.088638 (W/m0C) 62. 357734 62. 374016 62. 39 029 8 62. 365875 62. 39 029 8 62. 374016 62. 365875 62. 357734 62. 357734 λ1.1 02 Nu1 66.1 822 595 66.1415545 66.1496955 66.0 723 56 66.0845675 66.1008495 λ1.1 02 88. 921 22 59.8919 89.71107 67.8334 90.47761 75.5 323 80 .29 414 59.1507 81.07168 67 .25 55 . 60.344790 1.54496 3 0.949754 999.99540 9 997.703 42 420 5.386 524 56. 321 904 59. 926 888 1.5 125 32 1.000901 999.06188 0 998.19344 420 4.387868 56. 522 2 42 59. 826 409 1.4 729 15 1.011970 999.969 92 4 998 .28 576 420 3. 125 736 56 .28 2338 60. 120 2 52 1. 520 416. 34.5 28 49.6 627 8 346.36958 25 03 .29 32 6 6 66.5 58 34 34 29 22. 94 724 24 9.395 62 3 26 73.551 62 5 4 65.8 57 .2 32. 5 34.5 29 85. 729 471.08961 7 25 14.63939 5 5 65 .2 57.5 33.5 34 23 33.5 322 380.96958 5 19 52. 5 626 1 5. 9 82. 047 0.09 820 5 41 92. 4103 1 3334.886 62 6 5 65.5 58.6 33.4 34.5 62. 05 9 82. 207 0.09 822 1 420 4.7613 7 28 49.6 627 8 6 6 66.5 58 34 34 62. 25 981.9 42 0.098194 41 92. 535 92 2 922 .94 724 5 4 65.8 57 .2 32. 5