Thí nghiệm quá trình thiết bị Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học I. TRÍCH YẾU: 1. Mục đích thí nghiệm: Mục đích bài thí nghiệm: giúp sinh viên tìm hiểu bằng thực tế một số vấn đề cơ bản về lý thuyết đã học trong môn học Nhiệt động lực học kỹ thuật. Từ đó giúp sinh viên có một khái niệm chung về môn học, hiểu được vai trò và sự áp dụng của nó trong công nghiệp và đời sống. 2. Kết quả thí nghiệm: − Xác đònh trạng thái không khí bằng cách xác đònh nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt tại các vò trí : trước dàn lạnh, trước thiết bò sấy, trước vòi phun hơi, sau vòi phun hơi. Từ đó biểu diễn lên giản đồ I-d các quá trình thay đổi trạng thái của không khí, xác đònh enthalpy, độ ẩm và độ chứa hơi. − Tính toán cân bằng nhiệt của ống khí động bao gồm: xác đònh lưu lượng gió thổi qua ống, xác đònh năng suất lạnh của giàn lạnh và phụ tải nhiệt của thiết bò sấy. II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM : 1. Phân loại trạng thái không khí ẩm: Các loại không khí ẩm: − Không khí ẩm chưa bão hòa : là loại không khí ẩm mà lượng hơi nước chứa trong đó chưa đến mức tối đa. Không khí ẩm chưa bão hòa còn có khả năng chứa thêm hơi nước. Trạng thái của hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa là hơi quá nhiệt. Phần áp suất hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa nhỏ hơn áp suất bão hòa của hơi nước ứng với nhiệt độ không khí ẩm (P h < P hs ). − Không khí ẩm bão hòa : là không khí ẩm mà lượng hơi nước đã chứa tới mức tối đa tức là G h = G hmax . Trong không khí ẩm bão hòa trạng thái của hơi nước là hơi bão hòa khô, như vậy phần áp suất của hơi nước trong không khí ẩm bão hòa bằng áp suất bão hòa của hơi nước ứng với nhiệt độ không khí ẩm (P h = P hs ). − Không khí ẩm quá bão hòa : là loại không khí ẩm mà lượng hơi nước đã chứa tới mức tối đa và còn chứa thêm cả nước ngưng tụ. Nếu nhiệt độ thấp dưới 0 o C sẽ có băng và tuyết. Trạng thái của hơi nước trong không khí ẩm quá bão hòa là hơi bão hòa ẩm. Các thông số đặc trưng cho không khí ẩm THÔNG SỐ KÝ HIỆU ĐƠN VỊ ĐỊNH NGHĨA Độ ẩm tương đối ϕ % - Là tỷ số giữa lượng ẩm có trong không khí với lượng ẩm tối đa có thể chứa được ở cùng nhiệt độ và áp suất. %100%100 P P bh h bh h ρ ρ ==ϕ P h , P bh : áp suất hơi riêng phần và áp suất hơi bão hòa của nước ở cùng nhiệt độ. Hàm ẩm (độ ẩm tuyệt đối) x (d,y) Kg ẩm/ kg không - Là lượng ẩm chứa trong 1 kg không khí khô. bh bh h h kkk h PP P 29 18 PP P M M x ϕ− ϕ ×= − ×= - 1 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học khí khô Nhiệt hàm H (I) KJ/ kg không khí khô H = C kkk .t + (r + C h t).x = t + (2493 + 1,97t).x C kkk = 1 kJ/kg.độ : nhiệt dung riêng của kkk. t ( o C) : nhiệt độ của không khí r = 2493 kJ/kg.độ : nhiệt hóa hơi của nước ở 0 o C C h = 1,97 kJ/kg.độ : nhiệt dung riêng của hơi nước Nhiệt độ bầu khô t (t k , τ) o C - Xác đònh nhiệt độ của không khí bằng nhiệt kế thông thường. Nhiệt độ bầu ướt t ư o C - Khi cho nước bốc hơi đoạn nhiệt trong không khí ẩm, nước bốc hơi thu nhiệt → nhiệt độ không khí giảm xuống → giảm đến lúc nhiệt độ không thay đổi thì ta gọi là nhiệt độ bầu ướt. - Nó đặc trưng cho khả năng cấp nhiệt để làm bốc hơi ẩm của không khí. Thế sấy ε o C - Là đại lượng đặc trưng cho khả năng hút ẩm của không khí. ε = t k - t ư Nhiệt độ điểm sương t s o C - Làm lạnh không khí ẩm ở x = const cho đến khi đạt trạng thái bão hòa (ϕ = 1), xuất hiện sương thì ta gọi là nhiệt độ điểm sương. Đó là nhiệt độ giới hạn của việc làm lạnh không khí ở x = const. 2. Phân loại trạng thái hơi nước : − Hơi nước bão hòa : Khi chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ sôi tạo nên một áp suất hơi trên bề mặt chất lỏng, áp suất này tăng dần cho đến một giá trò xác đònh P bh . Lúc này có sự cân bằng động: bao nhiêu lỏng bốc hơi sẽ có bấy nhiêu lỏng ngưng tụ. Ta nói: hơi nước đạt trạng thái bão hoà. − Hơi quá nhiệt : là hơi nước bão hòa được gia nhiệt làm tăng nhiệt độ nhưng áp suất hơi không đổi. III. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: 1. Dụng cu,ï thiết bò thí nghiệm: − Mô hình thí nghiệm: Sơ đồ nguyên lý của mô hình thí nghiệm được biểu diễn trên hình 1. Nó là một ống khí động, trong đó không khí được thổi qua từ đầu này đến đầu kia của ống và lần lượt được làm lạnh bằng dàn bốc hơi của máy lạnh, sấy nóng bằng điện trở và làm ẩm bằng cách phun hơi nước từ một bình tạo hơi. − Mô tả sơ đồ: Không khí nhờ quạt gió (có cửa điều chỉnh lưu lượng) 1 thổi qua ống khí động 2, lần lượt được làm lạnh trong giàn lạnh 4, sau đó được sấy nóng bằng điện trở trong thiết bò sấy 5, sau đó được làm ẩm bằng vòi phun hơi 6 và được thổi ra ngoài. Ở các vò trí trước và sau mỗi thiết bò nằm trong ống khí động đều có đặt các nhiệt kế bầu khô 7 và các nhiệt kế bầu ướt 8 để đo nhiệt độ và độ ẩm của không khí. Tại đầu ra của ống khí động có đặt - 2 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học đồng hồ đo vận tốc gió 9 để xác đònh lưu lượng gió thổi qua ống. Phía dưới giàn lạnh 4 có đặt dụng cụ đo thể tích nhằm xác đònh lưu lượng nước ngưng tụ từ không khí bò làm lạnh. 1. Quạt gió 3. Máy lạnh 5. Thiết bò sấy nóng không khí bằng điện trở 7. Nhiệt kế bầu khô 9. Đồng hồ đo vận tốc gió Hình 1: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm nhiệt động lực học 2. Ống khí động 4. Dàn lạnh 6. Vòi phun hơi 8. Nhiệt kế bầu ướt 1 4 2 87 7 8 3 5 7 8 7 8 6 9 Hình 1 : Sơ đồ hệ thống thí nghiệm nhiệt động lực học 1. Quạt gió 2. Ống khí động 3. Máy lạnh 4. Dàn lạnh 5. Thiết bò sấy nóng không khí bằng điện trở 6. Vòi phun hơi 7. Nhiệt kế bầu khô 8. Nhiệt kế bầu ướt 9. Đồng hồ đo vận tốc gió 2. Phương pháp thí nghiệm: Các công việc phải thực hiện: • Xác đònh trạng thái không khí bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm của không khí tại các vò trí trước giàn lạnh 4 (cũng chính là trạng thái của không khí ở môi trường xung quanh), trước thiết bò sấy nóng không khí 5 (sau giàn lạnh 4), trước vòi phun hơi 6 và sau dàn phun hơi (thải ra ngoài trời). Từ các số liệu đo được, sinh viên phải vẽ các quá trình thay đổi trang thái của không khí trên giản đồ i - d và trên cơ sở đó sinh viên phải xác đònh enthalpy và độ chứa hơi của không khí tại các vò trí nói trên. • Tính toán cân bằng nhiệt của ống khí động bao gồm các công việc như : xác đònh lưu lượng gió thổi qua ống, xác đònh năng suất lạnh của giàn lạnh và phụ tải nhiệt của thiết bò sấy. Quy trình vận hành: − Bật công tắc tổng, kiểm tra đèn báo đủ ba pha trên tủ điện. − Bật quạt thổi khí, điều chỉnh lưu lượng không khí bằng cách đóng/ mở cửa gió. − Bật công tắc máy lạnh. − Bật công tắc điện trở gia nhiệt (sử dụng một điện trở hay cả hai điện trở). - 3 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học − Bật nút điều khiển bình hơi (ON) cho hơi bão hoà. Theo dõi nhiệt độ và áp suất tại bình hơi. Nếu áp suất đạt 1,5 kg/cm 2 thì bắt đầu mở van phun hơi. − Sau khi mở van phun hơi, để hệ thống chạy khoảng 15 giây nhằm đạt độ ổn đònh. Lần lượt đo nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt tại các vò trí. Dùng ống đong và thì kế đo lưu lượng nước ngưng phía sau dàn lạnh. − Bật nút điều khiển bình hơi (ON) cho hơi quá nhiệt. Để hệ thống tiếp tục chạy khoảng 5 phút nhằm đạt ổn đònh rồi cũng tiến hành đo như trên. − Thay đổi chế độ hoạt động khác bằng cách thay đổi vò trí cửa gió, tăng hoặc giảm điện trở, tăng hoặc giảm lượng hơi phun vào. Chú ý: Mực nước trong bình hơi được kiểm tra sau mỗi thí nghiệm (tắt điện trở) bằng cách đóng mở van thông giữa bình hơi và bình chứa nước để cấp thêm nước cho bình hơi. Mực nước cấp ngang với nhiệt kế hơi bão hòa. IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM : Bảng 1: Số liệu thô Vận tốc gió tại đầu ra của ống khí động v (m/s) Trạng thái hơi Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Thể tích nước ngưn g V 1 (ml) Thời gian nước ngưn g τ 1 (s) Trước dàn lạnh Trước thiết bò sấy Trước vòi phun hơi Sau vòi phun hơi t k t ư t k t ư t k t ư t k t ư 2,73 Bão hòa 33 30 24 23 31 30 36 35 11 25 Quá nhiệt 34 31 26 24 35 33 38 36 11.5 25 2,3 Bão hòa 32 29 23 20 31 30 35 34 11 25 Quá nhiệt 34 31 26 23 35 32 37 36 12 25 1,7 Bão hòa 33 30 24 20 34 32 36 34 10 25 Quá nhiệt 33 31 25 22 34 32 38 36 10.5 25 Bảng 2: Các thông số của trạng thái hơi bão hoà v=2.73m/s Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Trước dàn lạnh Trước thiết bò sấy Trước vòi phun hơi Sau vòi phun hơi Nhiệt độ t t k 33 24 31 36 t ư 30 23 30 35 Độ ẩm tương đối φ (%) 85 90 95 95 Enthalpy i (kj/kg) 100.3 66.88 100.3 131.67 - 4 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học Độ chứa hơi d (kg/kg) 0.026 0.0166 0.0266 0.037 - 5 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học Bảng 3: Các thông số của trạng thái hơi quá nhiệt v=2.73m/s Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Trước dàn lạnh Trước thiết bò sấy Trước vòi phun hơi Sau vòi phun hơi Nhiệt độ t t k 34 26 35 38 t ư 31 24 33 36 Độ ẩm tương đối φ (%) 85 80 87 85 Enthalpy i (kj/kg) 104.5 71.06 115.4 133.76 Độ chứa hơi d (kg/kg) 0.0275 0.017 0.031 0.0367 - 6 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học - 7 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học Bảng 4: Các thông số của trạng thái hơi bão hoà v=2.3m/s Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Trước dàn lạnh Trước thiết bò sấy Trước vòi phun hơi Sau vòi phun hơi Nhiệt độ t t k 32 23 31 35 t ư 29 20 30 34 Độ ẩm tương đối φ (%) 80 75 95 92 Enthalpy i (kj/kg) 94.05 58.52 100.3 122.06 Độ chứa hơi d (kg/kg) 0.024 0.0149 0.0266 0.0336 - 8 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học - 9 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học Bảng 5: Các thông số của trạng thái hơi quá nhiệt v=2.3m/s Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Trước dàn lạnh Trước thiết bò sấy Trước vòi phun hơi Sau vòi phun hơi Nhiệt độ t t k 34 26 35 37 t ư 31 23 32 36 Độ ẩm tương đối φ (%) 85 75 80 95 Enthalpy i (kj/kg) 104.5 66.88 109.5 133.76 Độ chứa hơi d (kg/kg) 0.0275 0.0177 0.0286 0.0375 - 10 - [...]... chênh nhiệt (t – tư) p A.B ϕ= m − (t − t ư ) (8) pb pb  Trong (8) pm và pb đều là áp suất bão hòa nhưng p m là áp suất bão hòa ứng với nhiệt độ nhiệt kế tư còn pb là áp suất bão hào ứng với nhiệt độ nhiệt kế khô t Như - 19 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học vậy, chúng ta có thể hoàn toàn xác đònh được độ ẩm tương đối của không khí khi biết nhiệt độ nhiệt kế khô t và nhiệt độ nhiệt. .. khí thông qua nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt: - 18 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học  Độ ẩm tương đối của không khí ϕ được xác đònh bằng ẩm kế Hiện nay có nhiều loại ẩm kế Tuy các ẩm kế hoạt động theo nhiều nguyên lý khác nhau nhưng cùng có một cơ sở nhiệt động  Các loại ẩm kế xác đònh độ ẩm tương đối của không khí đều dựa trên hiệu số nhiệt độ nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt... Nhiệt động lực học số đặc trưng cho khả năng cấp nhiệt của không khí để làm bay hơi nước từ vật liệu ẩm cho đến khi không khí bão hòa hơi nước  Nhiệt độ bầu ướt được đo bằng nhiệt kế thông thường có bọc vải ướt ở bầu thủy ngân Cho nước vào cốc bọc đầu thủy ngân, nước bốc hơi đoạn nhiệt trong không khí ẩm thu nhiệt làm nhiệt độ trong không khí giảm, chờ cho đến khi nhiệt độ không thay đổi nữa thì nhiệt. .. khí thông qua nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt Nhiệt độ bầu khô: là nhiệt độ của hỗn hợp khí được xác đònh bằng nhiệt kế thông thường  Nhiệt độ bầu khô cũng chính là nhiệt độ của không khí vì bầu thủy ngân của nó tiếp xúc trực tiếp với không khí Nhiệt độ bầu ướt: là nhiệt độ ổn đònh đạt được khi một lượng nhỏ nước bốc hơi vào hỗn hợp khí chưa bão hòa hơi nước ở điều kiện đoạn nhiệt Nhiệt độ bầu... hơi d (kg/kg) 0.028 0.0148 0.029 0.0367 Nhiệt độ t - 14 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học - 15 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học Bảng 8: Các giá trò tính toán Vận tốc gió tại đầu ra của ống khí động v (m/s) 2,73 Trạng thái hơi Lưu lương không khí chuyển động trong ống khí động Gkk (kg/s) Khối lượng riêng của không khí (kg/m3 ) Năng suất lạnh của dàn lạnh Qo (kj/s)... bò Nhiệt động lực học - 13 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học Bảng 7: Các thông số của trạng thái hơi quá nhiệt v=1.7m/s Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Trước dàn lạnh Trước thiết bò sấy Trước vòi phun hơi Sau vòi phun hơi tk 33 25 34 38 tư 31 22 32 36 Độ ẩm tương đối φ (%) 90 75 85 85 Enthalpy i (kj/kg) 104.5 62.7 109.5 133.76 Độ chứa hơi d (kg/kg) 0.028 0.0148 0.029 0.0367 Nhiệt. .. đònh lưu lượng không khí chuyển động trong ống khí động : −Lưu lượng trọng lượng Gkk (kg/s) của không khí chuyển động trong ống khí động có thể được xác đònh bằng công thức sau đây: Gkk = v.F ρ (9) Trong đó: v: vận tốc gió đo tại đầu vào của ống khí động (Bảng 1), m/s F = 0,0144 m2: diện tích miệng ra của ống khí động - 21 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học ρ: khối lượng riêng của không... bò Nhiệt động lực học - 11 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học Bảng 6: Các thông số của trạng thái hơi bão hoà v=1.7m/s Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Trước dàn lạnh Trước thiết bò sấy Trước vòi phun hơi Sau vòi phun hơi tk 33 24 34 36 tư 30 20 32 34 Độ ẩm tương đối φ (%) 85 75 86 90 Enthalpy i (kj/kg) 100.3 58.52 109.5 122.06 Độ chứa hơi d (kg/kg) 0.026 0.0135 0.029 0.0334 Nhiệt. .. trường xung quanh trước khi đến nhiệt kế bầu khô và nhiệt kế bầu ướt −Khi đi qua vòi phun hơi nước (DE, DE’) : sự thay đổi trạng thái của không khí giống với lý thuyết Do môi trường xung quanh không ảnh hưởng nhiều đến kết quả Câu 4: Nguyên nhân dẫn đến sai số giữa thực tế và lý thuyết - 20 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học −Sai số do đọc nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt trên đồng... nhiên khi không khí khô tương đối ϕ = 0 thì độ chênh lệch nhiệt độ này là cực đại Ngược lại khi không khí ẩm bão hòa hay độ ẩm tương đối ϕ = 100% thì nước quanh bầu nhiệt kế không thể bay hơi và do đó giá trò nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt bằng nhau hay độ chênh lệch nhiệt độ của 2 nhiệt kế là bằng 0 Có thể thấy, nhiệt độ bầu ướt chính là nhiệt độ bão hòa tương ứng với phần áp suất bão hòa của . bò Nhiệt động lực học I. TRÍCH YẾU: 1. Mục đích thí nghiệm: Mục đích bài thí nghiệm: giúp sinh viên tìm hiểu bằng thực tế một số vấn đề cơ bản về lý thuyết đã học trong môn học Nhiệt động lực. 8 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học - 9 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học Bảng 5: Các thông số của trạng thái hơi quá nhiệt v=2.3m/s Thông số Điểm 1 Điểm. 12 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học - 13 - Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học Bảng 7: Các thông số của trạng thái hơi quá nhiệt v=1.7m/s Thông số Điểm 1 Điểm