ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH BÁO CÁO THÍ NGHIỆM NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TRUYỀN NHIỆT LỚP L14 NHÓM 03 HK 222 GVHD NGUY.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH BÁO CÁO THÍ NGHIỆM NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TRUYỀN NHIỆT LỚP L14 - NHÓM 03 - HK 222 GVHD: NGUYỄN VĂN HẠP Sinh viên thực Nguyễn Trọng Huy Bùi Quốc Đại Huỳnh Ngọc Phiên Phan Ngọc Hiếu Lê Nguyễn Vi Đan Nguyễn Đăng Trung Kiên Chu Kỳ Văn Khoa Lâm Hoàng Huy Trần Quốc Vinh Mã số sinh viên 2113524 2011045 2010508 2013157 2110987 2013543 2011410 2010282 2012432 TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 BẢNG PHÂN CÔNG STT Mã số sinh viên 2113524 2010282 2010508 2013157 2110987 2013543 2011410 2011045 2012432 Họ tên Nguyễn Trọng Huy Lâm Hoàng Huy Huỳnh Ngọc Phiên Phan Ngọc Hiếu Lê Nguyễn Vi Đan Nguyễn Đăng Trung Kiên Chu Kỳ Văn Khoa Bùi Quốc Đại Trần Quốc Vinh Nhiệm vụ phân công Tổng hợp báo cáo Bài Bài Bài Bài Bài Bài Bài Bài MỤC LỤC BÀI 1: XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI KHƠNG KHÍ ẨM VÀ TÍNH TỐN CÂN BẰNG NHIỆT ỐNG KHÍ BÀI 2: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỬ DỤNG NHIỆT COP (𝛆) CHO CHU TRÌNH MÁY LẠNH VỚI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ GIẢI NHIỆT BẰNG KHƠNG KHÍ VÀ THIẾT BỊ BAY HƠI LÀM LẠNH KHƠNG KHÍ 11 BÀI 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 19 BÀI 1: XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI KHƠNG KHÍ ẨM VÀ TÍNH TỐN CÂN BẰNG NHIỆT ỐNG KHÍ 1.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA BÀI THÍ NGHIỆM: 1.1.1 Mục đích thí nghiệm: - Biết cách đo nhiệt độ (khơ, ướt), lưu lượng gió, áp suất, thể tích - Hiểu q trình làm lạnh có tách ẩm khơng khí ẩm - Hiểu nguyên lý làm việc thiết bị chu trình làm lạnh đơn giản - Tính tốn cân nhiệt ống khí 1.1.2 Yêu cầu chuẩn bị: Sinh viên tìm hiểu phần lý thuyết trước tiến hành thí nghiệm: - Chất khiết - Khơng khí ẩm - Chu trình máy lạnh 1.2 MƠ TẢ THÍ NGHIỆM: 1.2.1 Thiết bị vật tư thí nghiệm: - Ống khí - Hệ thống lạnh sử dụng máy nén - Nhiệt kế khô nhiệt kế ướt - Thiết bị đo tốc độ gió - Thiết bị đo thể tích - Thước kẹp 1.2.2 Mơ tả thí nghiệm: - Khơng khí quạt thổi qua dàn lạnh máy lạnh Trước sau dàn lạnh có đặt bầu nhiệt kế khơ ướt để xác định trạng thái khơng khí ẩm - Tại đầu ống khí động có sử dụng thiết bị đo tốc độ gió để xác định tốc độ nhiệt độ khơng khí - Tác nhân lạnh sử dụng hệ thống lạnh R22 Hình 1: Mơ hình ống khí động 1.3 NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM - Sinh viên điền tên gọi chi tiết hệ thống tương ứng với số vào bảng đây: Bảng 1: Quạt gió 5: Nhiệt kế ướt 9: Bình đong 13: Máy nén 2: Ống khí động 6: Đồng hồ đo vận tốc, nhiệt gió 10: Van 3: Nhiệt kế khơ 7: Áp kế đo bay (po) 11: Quạt 4: Dàn lạnh 8: Áp kế đo ngưng tụ (ph) 12: Dàn nóng - Sử dụng bầu nhiệt kế khơ nhiệt kế ướt để xác định trạng thái không khí vị trí trước dàn lạnh (cũng trạng thái khơng khí mơi trường xung quanh) sau dàn lạnh - Sử dụng thiết bị đo tốc độ gió xác định vận tốc gió nhiệt độ gió khỏi ống khí động, từ xác định lưu lượng khơng khí qua ống khí động - Xác định áp suất bay áp suất ngưng tụ máy lạnh - Từ số liệu trên, sinh viên xác định: + Biểu điễn trình thay đổi trạng thái khơng khí đồ thị t-d (hoặc I-d) + Nhiệt lượng khơng khí nhả qua dàn lạnh + Lượng ẩm tách khỏi dàn lạnh theo tính tốn giá trị thực tế nhận xét + Biểu diễn trạng thái tác nhân lạnh đồ thị T-s (ứng với chu trình lạnh lý thuyết, bỏ qua độ nhiệt lạnh) 1.4 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM - Khi hệ thống hoạt động ổn định, bắt đầu xuất nước ngưng dàn lạnh, sinh viên tiến hành làm thí nghiệm với yêu cầu sau: - Sinh viên tiến hành thí nghiệm đợt (ghi chú: sau lần lấy số liệu xong, sinh viên thay đổi lưu lượng gió qua dàn lạnh): + Thí nghiệm đợt 1: thời gian 15 phút, số lần lấy số liệu lần + Thí nghiệm đợt 2: thời gian 10 phút, số lần lấy số liệu lần Bảng & 3: thơng số trạng thái khơng khí ẩm: Thí nghiệm đợt Khơng khí trước dàn lạnh Khơng khí sau dàn lạnh tk(oC) tư(oC) d(g/kg) I(kJ/kg) tk(oC) tư(oC) Lần 33.5 28 24.64 101.82 20 Lần 34 28.5 25.37 99.09 Lần 34 28.5 25.37 99.09 d(g/kg) I(kJ/kg) 18 13.24 53.61 19 18 13.24 52.59 18 17.5 12.83 50.52 Thí nghiệm đợt Khơng khí trước dàn lạnh Khơng khí sau dàn lạnh tk(oC) tư(oC) d(g/kg) I(kJ/kg) tk(oC) tư(oC) Lần 34 28.5 25.37 99.09 Lần 33.5 28.5 25.37 98.57 Lần 34 29 26.09 Lần 33.5 29 26.09 d(g/kg) I(kJ/kg) 10.14 33.51 5.5 8.72 27.39 100.94 7.5 10.14 32.99 102.49 5.5 8.72 27.39 Bảng 5: Các thông số khác liên quan đến khơng khí ẩm Thí nghiệm đợt Vận tốc gió Nhiệt độ gió khỏi ống v(m/s) khỏi ống(oC) Lần 4.41 22 218 Lần 4.32 23 230 Lần 4.38 22 250 Lượng ẩm tách (ml) Thí nghiệm đợt Vận tốc gió Nhiệt độ gió khỏi ống v(m/s) khỏi ống(oC) Lần 2.45 16 160 Lần 1.54 17 132 Lần 2.4 16 250 Lần 1.77 15 186 Lượng ẩm tách (ml) Bảng & 7: Các số liệu liên quan đến chu trình lạnh Thí nghiệm đợt Áp suất bay đọc áp kế (kgf/cm2) Nhiệt độ sôi tương ứng (oC) Áp suất ngưng tụ Nhiệt độ ngưng đọc áp kế tụ tương ứng (kgf/cm2) (oC) Lần 5.7 155.97 18 207.1 Lần 158.84 18.5 208.44 Lần 158.84 18.5 208.44 Thí nghiệm đợt Áp suất bay Nhiệt độ sôi Áp suất ngưng tụ Nhiệt độ ngưng tụ đọc áp kế tương ứng đọc áp kế tương ứng (kgf/cm2) (oC) (kgf/cm2) (oC) Lần 5.5 154.57 18 207.10 Lần 151.84 17.5 205.70 Lần 5.5 154.57 18 207.10 Lần 5.5 154.57 17.5 205.70 1.5 Tính tốn số liệu thí nghiệm 1.5.1 Lần - Lượng ẩm tách theo tính tốn: Gkk = V × F × ρ = 2.45 × 0.0114 ì 1.2218 = 0.0341[kg/s] ã V: tc trung bình gió khỏi ống [m/s] • F: diện tích miệng ống (m2) (F = 0.1078 × 0.1062 = 0.0114 [m2 ]) • ρ: khối lượng riêng khơng khí (tra bảng) - Gn = Gkk × d = 0.0341 × (25.37 – 10.14) = 0.5193[g/s] - Lượng nước tách ra: Vlt = Gn × t = 0.5193 × 10 × 60 = 311.58[ml] - Sai số = Vlt −Vtt Vlt × 100= 311.58−160 311.58 × 100 = 48.65% - Nhiệt lượng khơng khí nhả qua dàn lạnh: Q = Gkk × (I1 – I2 ) = 0.0341 × (99.09 – 33.51) = 2.236[kW] 1.5.2 Lần - Lượng ẩm tách theo tính tốn: Gkk = V × F × ρ = 1.54 × 0.0114 ì 1.2176 = 0.0214[kg/s] ã V: tc trung bình gió khỏi ống [m/s] • F: diện tích miệng ống (m2) (F = 0.1078 × 0.1062 = 0.0114 [m2 ]) • ρ: khối lượng riêng khơng khí (tra bảng) - Gn = Gkk × d = 0.0214 × (25.37 – 8.72) = 0.3563[g/s] - Lượng nước tách ra: Vlt = Gn × t = 0.3563 × 10 × 60 = 213.78[ml] - Sai số= Vlt −Vtt Vlt × 100 = 213.78−132 213.78 × 100 = 38.25% - Nhiệt lượng khơng khí nhả qua dàn lạnh: Q = Gkk × (I1 – I2 ) = 0.0214 × (98.57 – 27.39) = 1.523[kW] 1.5.3 Lần - Lượng ẩm tách theo tính tốn: Gkk = V × F × ρ = 2.4 × 0.0114 × 1.2218 = 0.0334[kg/s] • V: vận tốc trung bình gió khỏi ống [m/s] • F: diện tích miệng ống (m2) (F = 0.1078 × 0.1062 = 0.0114 [m2 ]) • ρ: khối lượng riêng khơng khí (tra bảng) - Gn = Gkk × d = 0.0334 × (26.09 – 10.14) = 0.5327[g/s] - Lượng nước tách ra: Vlt = Gn × t = 0.5327 × 10 × 60 = 319.64 [ml] - Sai số = Vlt −Vtt Vlt × 100 = 319.64−250 319.64 × 100 = 21.79% - Nhiệt lượng khơng khí nhả qua dàn lạnh: Q = Gkk × (I1 – I2 ) = 0.0334 × (100.94 – 32.99) = 2.2695[kW] 1.5.4 Lần - Lượng ẩm tách theo tính tốn: Gkk = V × F × ρ = 1.77 ì 0.0114 ì 1.226 = 0.0247[kg/s] ã V: vận tốc trung bình gió khỏi ống [m/s] • F: diện tích miệng ống (m2) (F = 0.1078 ì 0.1062 = 0.0114 [m2 ]) ã : khối lượng riêng khơng khí (tra bảng) - Gn = Gkk × d = 0.0247 × (26.09 – 8.72) = 0.429[g/s] - Lượng nước tách ra: Vlt = Gn × t = 0.429 × 10 × 60 = 257.42 [ml] - Sai số= Vlt −Vtt Vlt × 100 = 257.42−186 257.42 × 100 = 27.74% - Nhiệt lượng khơng khí nhả qua dàn lạnh: Q = Gkk × (I1 – I2 ) = 0.0247 × (102.49 – 27.39) = 1.85497[kW] 1.6 Nhận xét kết a) Biểu diễn q trình thay đổi trạng thái khơng khí đồ thị T-d (hoặc I-d) + Thí nghiệm 1: Dùng giá trị trung bình lần thí nghiệm để vẽ đồ thị b) Lượng ẩm tách khỏi dàn lạnh theo tính tốn giá trị thực tế nhận xét - Lượng nước tách khỏi không khí lệch nhiều so với lý thuyết (40-70%) - Nguyên nhân: • Máy sử dụng lâu năm, sai sót lúc lấy nước ra, sai số dụng cụ đo • Không gian không ổn định làm ảnh hướng tới trình thí nghiệm ( đơng người tập trung) nên làm ảnh hướng tới kết Hình 2.1 Chu trình máy lạnh biểu diễn đồ thị logp-i T – s gồm trình sau: Hình 2.2 - 1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt máy nén - 2-3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp - 3-4: Quá trình tiết lưu van tiết lưu - 4-1: Quá trình bay đẳng nhiệt đẳng áp thiết bị bay 12 Các vị trí đo nhiệt độ áp suất chu trình máy lạnh - Các áp kế p1 p2 dùng để đo áp suất hút đẩy sau van tiết lưu sau đầu đẩy máy nén (A) - Nhiệt độ tác nhân lạnh R12 vào khỏi thiết bị ngưng tụ (B) đo sensor T1 T2 - Nhiệt độ khơng khí giải nhiệt vào khỏi thiết bị ngưng tụ (B) đo sensor T3 T4 - Nhiệt độ tác nhân lạnh R12 vào khỏi thiết bị bay (J) đo sensor T5 T9 - Nhiệt độ khơng khí buồng lạnh đo T6 2.3 NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM: Trong thí nghiệm sinh viên có nhiệm vụ phải thu thập số liệu áp suất hút, đẩy; nhiệt độ tác nhân lạnh vào khỏi thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ tác nhân lạnh vào khỏi thiết bị bay hơi, nhiệt độ khơng khí giải nhiệt vào khỏi thiết bị ngưng tụ nhiệt độ khơng khí vào khỏi thiết bị bay Sau kết hợp với kết tính tốn để xác định: - Các thơng số trạng thái chu trình thực máy lạnh - Hệ số sử dụng nhiệt COP (ε) chu trình lý thuyết chu trình thực - Phụ tải nhiệt thiết bị ngưng tụ Qk - Lượng khơng khí cần thiết để giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ Gkk 13 2.4 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM: Bảng 2.1- Các số liệu đo loại vật liệu Loại vật liệu Độ dày(mm) Mica 3.8 Xốp cách nhiệt 11 Phíp 4.6 Bảng 2.2: Thơng số buồng lạnh Kích thước Độ dài (m) Chiều dài 0,8 Chiều rộng 0,4 Chiều cao 0,4 Bảng 2.3: Thông số vách Vách Cấu tạo vách Vách trước Mica Vách sau Phíp + xốp Vách Phíp Vách Phíp + xốp Vách trái Phíp Vách phải Phíp 14 Bảng 2.4: Các thông số nhiệt độ áp suất Số lần đo lần, lần cách 10 phút Áp suất đầu hút máy nén Áp suất đầu đẩy máy nén (Pk) MPa (P0) MPa Lần 0.9 0.014 Lần 0.9 0.011 Lần 0.9 0.011 Trung bình 0.9 0.012 Áp suất tuyệt đối P0 (bar) = 0.12+1= 1.12 (bar) Áp suất tuyệt đối Pk (bar) = 9+1= 10 (bar) NHIỆT ĐỘ TẠI CÁC VỊ TRÍ Nhiệt độ mơi trường (Ta) Nhiệt độ khơng khí sau dàn ngưng tụ (T4) Nhiệt độ buồng lạnh (T6) 33 36.8 15 33 35 33 35 𝑻̄𝟑 = 𝟑𝟑 𝑻̄𝟒 = 𝟑𝟓 𝟔 𝑻̄𝟔 =8.33 PHẦN TÍNH TỐN a) Xác định thơng số trạng thái tác nhân lạnh Từ thông số áp suất bảng 2, dựa vào bảng tra “Các tính chất nhiệt động R12 trạng thái bão hịa” “Các tính chất nhiệt động R12 trạng thái nhiệt” sinh viên xác định thông số entanpy (i) R12 điểm chu trình máy lạnh 15 Bảng 2.5- Các thơng số R12 chu trình máy lạnh Thơng số Áp suất p (bar) 1.12 10 10 1.12 Nhiệt độ t (C) 71.6 76.4 78.8 TB=75.6 Entalpi (kJ/kg) Entropy s (kJ/kgk) 38 36.3 36 TB=36.8 33 33 33 4.9 2.9 2.3 TB=33 TB=3.4 267.25 300.43 141.2 141.2 2.39 2.39 1.79 1.81 b) Tính phụ tải buồng lạnh: Phụ tải buồng lạnh trường hợp lượng nhiệt từ mơi trường bên ngồi truyền vào qua vách buồng lạnh chênh lệch nhiệt độ Tính mật độ dịng nhiệt q (W/m2) truyền qua vách theo công thức: 𝑞= T3−T6 𝛿𝑖 1 +∑𝑛 𝑖−1𝜆 +𝛼2 𝛼1 𝑖 (2.1) Trong đó: 𝛿ⅈ - Bề dày lớp thứ i, m 𝜆ⅈ - Hệ số dẫn nhiệt lớp vách thứ i (tra theo bảng 5), W/mK 𝛼1 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khơng khí bên ngồi buồng lạnh, W/m2K Chọn 𝛼1 = W/m2K 𝛼2 - Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khơng khí bên buồng lạnh, W/m2K Chọn 𝛼2 = 12 W/m2K Lượng nhiệt truyền qua vách (W) Q = F.q(2.2) Với F diện tích vách phẳng,m2 Phụ tải nhiệt buồng lạnh (W) 16 𝑄0 = 𝛴𝑄 (2.3) (Bỏ qua nhiệt lượng làm mát khối khơng khí) Bảng 2.6- Hệ số dẫn nhiệt số vật liệu qtrước = qsau = Loại vật liệu Hệ số dẫn nhiệt (𝝀), W/mK Mica 0,58 Xốp cách nhiệt 0,04 Phíp 0,15 𝑇3 −𝑇6 𝛿𝑚𝑖𝑐𝑎 𝛼1 + 𝜆𝑚𝑖𝑐𝑎 +𝛼2 𝑇3 −𝑇6 𝛿𝑝ℎí𝑝 𝛿𝑥ố𝑝 𝛼1 + 𝜆𝑝ℎí𝑝 + 𝜆𝑥ố𝑝 qtrái =qphải = =1 +𝛼2 33−8.33 + 𝑇3 −𝑇6 𝛿𝑝ℎí𝑝 𝛼1 + 𝜆𝑝ℎí𝑝 +𝛼2 qdưới = 𝑇3 −𝑇6 𝛿𝑝ℎí𝑝 𝛿𝑥ố𝑝 𝛼1 + 𝜆𝑝ℎí𝑝 + 𝜆𝑥ố𝑝 =1 0,0046 0,011 + + + 0,15 0,04 12 =1 33−8.33 0,0046 + 0,15 12 + 33−8.33 0,0046 + + 0,15 12 +𝛼2 = 96.16 W/m2 33−8.33 =1 𝑇3 −𝑇6 𝛿𝑝ℎí𝑝 𝛼1 + 𝜆𝑝ℎí𝑝 +𝛼2 qtrên = 0,0038 + 0,58 12 =1 = 44.40 W/m2 = 87.90W/m2 = 87.90 W/m2 33−8.33 0,0046 0,011 + + + 0,15 0,04 12 = 44.40 W/m2 Diện tích vách Ftrước = Fsau = Ftrên = Fdưới = 0,8 × 0,4 = 0,32 m2 Ftrái = Fphải = 0,4×0,4 = 0,16 m2 Nhiệt lượng truyền qua vách: Qtrước = Ftrước qtrước = 0.32 × 96.16 = 30.8 W Qsau = Fsau qsau = 0.32 × 44.4 = 14.2 W Qtrái = Ftrái qtrái = 0.16 × 87.90 = 14.1 W Qphải = Fphải qphải = 0.16 × 87.9 = 14.1 W Qtrên = Ftrên qtrên = 0,32 × 87.9 = 28.1 W 17 Qdưới = Fdưới qdưới = 0,32 × 44.4= 14.2 W Phụ tải nhiệt buồng lạnh: Q0 = ∑ Q => Q0 = 0.1155 kW c) Xác định lưu lượng R12 (kg/s) làm việc chu trình máy lạnh (bỏ qua tổn thất lạnh qua môi trường xung quanh) theo công thức: GR12 = 𝑄0 𝑖1 −𝑖4 (2.4) Trong đó: − Q0 Phụ tải buồng lạnh, kW − i1, i4 - Entanpy R12 điểm bảng 4, kJ/kg GR12 = 𝑄0 𝑖1 −𝑖4 = 0.1155 267.25−141.2 = 0.00092 Kg/s d) Xác định phụ tải nhiệt thiết bị ngưng tụ Qk (kW) qk = i2-i3 = 300.43-141.2=159.23kJ/kg Qk = GR12.qk = 159.23 × 0.00092 = 0.1465 kW e) Xác định lưu lượng khơng khí Gkk qua thiết bị ngưng tụ Qk (kg/s) GR12 = Q𝑘 −Cp3 T3 + Cp4 T4 = 132,77 −0,7078(33+273)+0,7207(35.6+273) = 22.81 (kg/s) f) Xác định công nén đoạn nhiệt máy nén W (kW) W = N = GR12 (i2 − i1 ) = 0.00092 × (300.43 − 267.25) = 0.0305 kW g) Xác định hệ số làm lạnh (COP) chu trình ε = ⅈ1 −ⅈ4 ⅈ2 −ⅈ1 = 267.25−141.2 300.43 − 267.25 = 3.8 18 BÀI 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 3.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA BÀI THÍ NGHIỆM: 3.1.1 Mục đích thí nghiệm: - Quan sát trình trao đổi nhiệt ống xoắn vỏ bọc chùm ống - Tính hiệu suất trao đổi nhiệt thiết bị hiểu yếu tố ảnh hưởng đến trình trao đổi nhiệt 3.1.2 Yêu cầu chuẩn bị: Sinh viên tìm hiểu phần lý thuyết trước tiến hành thí nghiệm: - Các dạng truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu, xạ - Công thức tính nhiệt lượng q trình nhận nhiệt nhả nhiệt nước - Cơng thức tính hệ số truyền nhiệt hệ số Reynold 3.2 MƠ TẢ THÍ NGHIỆM: 3.2.1 Thiết bị vật tư thí nghiệm: Thiết bị gồm trao đổi nhiệt (ống xoắn vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt chiều ngược chiều 19 Có cảm biến nhiệt độ đo nhiệt độ vào nước nóng nước lạnh qua trao đổi nhiệt Nhiệt độ hiển thị hình 20 Các đặc điểm kỹ thuật: - Bộ coil exchanger với bề mặt trao đổi nhiệt khoảng 0,1m2 , kí hiệu E2 - Coil làm từ thép khơng gỉ AISI 316, đường kính ngồi ống 12mm, bề dày 1mm, chiều dài 3500mm - Ống bọc ngồi làm từ thủy tinh borosilicate, đường kính 100 mm - Bộ shell-and-tube exchanger, bề mặt trao đổi nhiệt khoảng 0,1m2 , kí hiệu E1 - Có ống làm từ thép AISI 316, đường kính ngồi ống 10mm, bề dày 1mm chiều dài 900mm - Ống bọc ngồi làm từ thủy tỉnh borosilicate, đường kính 50mm - Có 13 khoảng chia với kích thước khoảng 75% đường kính 3.2.2 Mơ tả thí nghiệm: Bắt đầu: - Kiểm tra đường nước vào, nước gắn chặt vào đường ống - Kiểm tra nguồn điện - Kiểm tra bình cấp nước nóng - Đóng van xả - Bật công tắc thị nhiệt độ 21 - Bật bơm chạy đường nước nóng lạnh - Nước nóng nước lạnh chạy qua hai trao đổi nhiệt nhiệt độ hiển thị hình 3.3 NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM: Lần lượt tiến hành thi nghiệm sau lấy số liệu: - Chạy E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt chiều: Mở van VI, V6, V7, V8 V10 Đóng van V2, V3, V4, V5, V9 V11 - Sử dụng E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt ngược chiều: Mở van VI, V6, V7, V9 V11 Đóng van V2, V3, V4, V5, V8 V10 - Sử dụng E2 (ống xoắn) trao đổi nhiệt chiều: Mở van V3, V4 V5, V8 V10 Đóng vạn VI, V2 V6, V7, V9 V11 - Sử dụng E2 (ống xoắn) trao đổi nhiệt ngược chiều: Mở van V3, V4 V5, V9 VII Đóng van VI, V2, V6, V7, V8 V10 - Điều chỉnh lưu lượng nước nóng lưu lượng nước lạnh van Mỗi lần điều chỉnh đợi khoảng 2-3 phút cho nhiệt độ cảm biến ổn định thi tiến hành ghi số liệu 3.4 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM: BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 1) PHÉP TÍNH TỐN MẪU Dùng số liệu Thí nghiệm E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt chiều lần test Test FI1 FI2 TI1 TI2 TI3 TI4 (l/h) (l/h) (0C) (0C) (0C) (0C) 480 540 57 50,9 31,8 37,4 22 ΔT nóng = TI1-TI2 = 57-50,9 = 6,1 0C ΔT lạnh = TI4-TI3 = 37,4-31,8 = 5,6 0C a) Tính nhiệt trao đổi hệ thống hiệu suất tổng mức lưu lượng thể tích khác nhau: - Ttb = (TI1+TI2)/2 = (57+50,9)/2 = 53,95 - Tra bảng ta ρ = 986 kg/m3 ; cp = 4,176 kJ/kg.oK - Q nóng = FI1 ρ nóng (cp)nóng ΔT nóng 480.10−3 = × 986 × 4,176 × 6,1 = 3,35 kJ/s 3600 - Tương tự với Q lạnh ta Q lạnh = 3,48 kJ/s - Hiệu suất tổng 𝜂 = ( 𝑄 𝑙ạ𝑛ℎ 𝑄 𝑛ó𝑛𝑔 ).100% = ( 3,48 3,35 ).100% = 103,88% b) Tính hệ số truyền nhiệt trao đổi nhiệt chiều ngược chiều - ∆T vào = TI1 − TI3 = 57 − 31,8 = 25,2 °C - ∆T = TI2 − TI4 = 50,9 − 37,4 = 13,5 °C - ∆Tln = (∆T vào−∆T ra) ∆T vào ln( ) ∆T = (25,2−13,5) 25,2 ) 13,5 ln( = 18,75 °C - Chiều dài ống: 𝐿 = × 900 = 4500 𝑚𝑚 - Đường kính trung bình: dm = - Diện tích bề (dngoai +dtrong ) = (10+8) = mm A = π × dm × L = π × 4500 × × 10 − = mặt: 0,1272 m2 - Hệ số truyền nhiệt: K = Q nóng (A.∆Tln ) = 3,35 (0,1272.18,75) = 1,405 kW m2 °K c) Xác định hệ số Re - Tiết diện ống 𝑆 = 𝜋.𝑑𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 = 𝜋.82 - Tốc độ trung bình dịng chảy = = 50,27 𝑚𝑚2 Ftb 𝑆 = ( 480+540).10−3 ) 3600 ( (50,27.10−6) = 2,82 - Hệ số nhớt động học trung bình (tra bảng): v = 0,6178.10-6 m2/s dtrong 0,1015.8×10−3 - Hệ số Re dành cho ống trịn Re = = = 36516 v (0,6178.10−6) 23 2) KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt chiều: ΔT Q nóng Q lạnh η (l/h) (l/h) (0C) (0C) (0C) (0C) nóng lạnh (kJ/s) (kJ/s) (%) Test FI1 FI2 TI1 TI2 TI3 TI4 ΔT ΔT ln K Re (0C) (kW/m2 (0C) (0C) K) 480 540 57 50,9 31,8 37,4 6,1 5,6 3,35 3,48 103.88 18,7 1,405 2,82 36516 490 550 65,8 57,7 33,1 40,6 8,1 7,5 4,53 4,75 104.84 24,1 1,478 2.87 41295 460 600 67,5 58,7 33,7 41 8,8 7,3 4,61 5,04 24,9 1,456 2,93 42158 500 600 68 59,6 31,4 38,8 8,4 7,4 4,78 5,05 105,65 26,1 1,44 3,04 43741 550 650 67,6 59,6 35,1 42,4 7,3 5,01 5,46 109.09 1,641 3,32 47770 109.4 24 E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt ngược chiều: ΔT Q nóng Q lạnh η (l/h) (l/h) (0C) (0C) (0C) (0C) nóng lạnh (kJ/s) (kJ/s) (%) Test FI1 FI2 TI1 TI2 TI3 TI4 ΔT ΔT ln K Re (0C) (kW/m2 (0C) (0C) K) 550 650 67,3 59,1 36 43,4 8,2 7,4 5,14 5,53 107.73 22,6 1,878 3.32 47770 500 600 66,9 58,9 36,6 43,8 7,2 4,56 4,97 109.02 21,8 1,644 3,04 43741 480 630 66,3 58,4 37,1 43,9 7,9 6,8 4,32 4,93 114.08 1,617 3,07 44173 460 650 66 58,1 37,9 44,6 7,9 6,7 4,14 4,92 118,84 16,7 1,949 3,07 44173 520 530 65,6 58,8 38,5 45,3 6,8 6,8 4,03 4,14 102.72 19,5 1,625 2,9 41727 21 24 E2 (ống xoắn) trao đổi nhiệt chiều: T es t FI1 (l/h) FI2 (l/h) TI1 o C TI2 o C TI3 o C TI4 o C ΔT nóng o C ΔT lạnh o C Q nóng (j/s) Q Lạnh (j/s) η% ΔTln o C k (W/m2.0 K) 270 350 250 220 270 550 550 580 670 580 65,3 65 64,7 64,5 64,2 56,8 57,5 56,1 55,1 56,2 38,6 38,9 39 39,1 39,2 43,9 44,2 43,9 43,6 44 8,5 7,5 8,6 9,4 5,3 5,3 4,9 4,5 4,8 2618,47 2994,65 2453,32 2360,51 2465 3351,69 3351,27 3267,48 3466,52 3200,6 128 111,91 133,19 146,85 129,84 18,97 18,91 18,12 17,54 17,84 1084,82 1239,66 1064,15 1057,62 1085,9 Re 2,27 2,49 2,29 2,46 2,35 38452,60 42317,19 38586,33 40986,08 39411,68 E2 (ống xoắn) trao đổi nhiệt ngược chiều: Re 17,45 k (W/m2.0 K) 1165,82 2,35 39307,79 134,71 17,25 1156,99 2,40 40065,05 3850,98 116,45 18,31 1419,52 3,01 50909,70 3308,65 9841,07 297,43 10,49 2478,43 2,90 49271,01 2957,36 3466,60 117,22 17,79 1306,88 2,60 43816,29 ΔT lạnh o C Q nóng (j/s) 2588,54 Q Lạnh (j/s) 3333,82 η% ΔTln o C 44,2 ΔT nóng o C 8,4 128,79 39,2 44 8,9 4,8 2539,78 3421,33 57,3 39,3 44,3 6,9 3307,01 64 58,2 39,4 55 5,8 15,6 64,2 57 39,5 44,7 7,2 5,2 T es t FI1 (l/h) FI2 (l/h) TI1 o C TI2 o C TI3 o C TI4 o C 270 580 64,2 55,8 39,2 250 620 64,2 55,3 420 670 64,2 500 550 360 580 3) NHẬN XÉT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM a) Hệ số truyền nhiệt trao đổi nhiệt chiều ngược chiều - Hệ số truyền nhiệt nhìn chung có thay đổi khơng q lớn lần test hệ thống trao đổi nhiệt ống xoắn - Hệ số truyền nhiệt trao đổi nhiệt ngược chiều lớn so với trao đổi chiều - Hệ số truyền nhiệt hệ thống trao đổi nhiệt ống xoắn bé so với hệ thống vỏ bọc chùm ống => Khả trao đổi nhiệt thấp so với vỏ bọc chùm ống b) Hệ số Reynolds - Với số Reynolds tính tốn được, dịng chảy ống dịng chuyển tiếp từ chảy tần sang chảy rối - Sổ Reynolds thí nghiệm khơng có q nhiều khác biệt thay đổi thất thường - Số Reynonlds thí nghiệm E2 bé so với E1 25 Một số nguyên nhân ảnh hưởng đến số Reynolds: - Cặn bẩn nước không tinh khiết lâu ngày bám lên thành ống - Sự rò rỷ lưu chất thí nghiệm - Bơm khơng hoạt động ổn định - Dịng chảy khơng đạt ổn định cần thiết dù điều chỉnh cẩn thận có bọt khí Ngun nhân sai số: - Sai số khi xác định lưu lượng: dịng chảy khơng đạt độ ổn định, bơm chưa hoạt động ổn định, hệ thống dụng cụ đo không đủ độ xác, q trình đọc số liệu - Sai số có rị rỉ lưu chất q trình thí nghiệm - Sai số khơng cách nhiệt tốt gây thất nhiệt mơi trường bên - Sự mát nhiệt truyền vào ống dẫn - Do van khơng kín khít, phần nước nóng nước lạnh hịa vào - Nước dùng thí nghiệm khơng tinh khiết, cịn số liệu tra cứu dùng cho nước tinh khiết - Cặn bẩn nước không tinh khiết bám lên thành ống làm sai lệch lưu lượng - Sai số q trình tính tốn 26