Báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị công nghệ bài 5 truyền nhiệt ống lồng ống

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ (MÃ MH: 602047) BÀI 5: TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG Ngày TN: 13/09/2023 Giảng viên: TS Nguyễn Quốc Hải Sinh viên thực hiện: Văn Khánh Nguyên 62000172 Phạm Diễm Hoàng Anh 62000753 Nguyễn Như Ý 62000336 Hồ Triệu Ánh Châu 62000761 Nguyễn Tấn Tài 62000882 Mai Hồng Ánh 62000756 NHÓM: 04 - 04 HỌC KỲ I/ 2023-2024 MỤC LỤC MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM CƠ SỞ TÍNH TỐN 2.1 Phương trình cân nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất 2.2 Phương trình biểu diễn trình truyền nhiệt 2.3 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit: 2.4 Hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm 2.5 Xác định chuẩn số Reynolds 2.6.Xác định chuẩn số Prantl 2.7 Xác định chuẩn số Nuselt 2.8 Hệ số cấp nhiệt a1, a2 vách ngăn dòng lưu chất: 11 2.9 Xác định hệ số truyền nhiệt K: 11 2.10 Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết, K1*: 12 TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM 13 3.1 Hệ thống thí nghiệm: 13 3.2 Trình tự thí nghiệm: 15 SỐ LIỆU THÔ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU: 17 4.1 Số liệu thô: 17 4.2: XỬ LÝ SỐ LIỆU 19 4.2.1: Tính nhiệt lượng Q 19 4.2.2: Xác định tổn thất nhiệt: 24 4.2.3: Hiệu số nhiệt độ trung bình Logarit 26 4.2.4: Hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm 28 4.2.5: Xác định chuẩn số Reynolds 31 4.2.6: Xác định chuẩn số Prant 35 4.2.7: Xác định chuẩn số Nuselt 38 4.2.8: Hệ số cấp nhiệt α 1, α 42 4.2.9: Tính hệ số truyền nhiệt K: 46 4.2.10: Kiểm tra sai số thực phép tính lặp: 48 4.2.11 Xác định hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết K 1∗¿ 76 4.2.12 Bảng kết tính K K 1∗¿ theo chế độ chảy vẽ đồ thị 79 BÀN LUẬN 86 MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Số liệu thô ống A: Dịng nóng dịng lạnh chảy chéo chiều .19 Bảng Số liệu thơ ống B1: Dịng nóng dòng lạnh chảy ngược chiều 20 Bảng Nhiệt lượng Q dòng lạnh A 22 Bảng Nhiệt lượng Q dịng nóng B1 24 Bảng : Nhiệt lượng Q dòng lạnh B1 25 Bảng Nhiệt lượng Q dịng nóng B2 26 Bảng Nhiệt lượng Q dòng lạnh B2 27 Bảng Tổn thất nhiệt ống A .28 Bảng Tổn thất nhiệt ống B_1 29 Bảng 10 Tổn thất nhiệt ống B_2 .30 Bảng 11 Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit ống A 31 Bảng 12 Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit ống B_1 .32 Bảng 13: Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit ống B_2 .33 Bảng 14: Hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm ống B_1 35 Bảng 15 Hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm ống B_2 36 Bảng 16 Chuẩn số Reynolds dịng nóng ống A 37 Bảng 17 Chuẩn số Reynolds dòng lạnh ống A 38 Bảng 18 Chuẩn số Reynolds dịng nóng B_1 .39 Bảng 19 Chuẩn số Reynolds dòng lạnh ống B1 39 Bảng 20 Chuẩn số Reynolds dòng nóng B2 40 Bảng 21 Chuẩn số Reynolds dòng lạnh ống B2 41 Bảng 22: Chuẩn số Prantl dòng lưu chất ống A 42 Bảng 23: Chuẩn số Prantl dòng lưu chất ống B_1 42 Bảng 24: Chuẩn số Prantl dòng lưu chất ống B_2 43 Bảng 25: Chuẩn số Nuselt dòng lưu chất ống A 44 Bảng 26: Chuẩn số Nuselt dòng lưu chất ống B1 45 Bảng 27: Chuẩn số Nuselt dòng lưu chất ống B_2 47 Bảng 28: Hệ số dẫn nhiệt dịng nóng - lạnh ống A 49 Bảng 29: Hệ số dẫn nhiệt dịng nóng - lạnh ống B_1 .50 Bảng 30: Hệ số dẫn nhiệt dịng nóng - lạnh ống B_2 .51 Bảng 31: Hệ số truyền nhiệt K ống A 53 Bảng 32: Hệ số truyền nhiệt K ống B_1 54 Bảng 33: Hệ số truyền nhiệt K ống B_2 54 Bảng 34: Kiểm tra sai số ống A - lần .57 Bảng 35: Tính lặp lại ống A - lần 58 Bảng 36: Hệ số truyền nhiệt A’ ống A - lần 60 Bảng 37: Kiểm tra sai số ống A - lần .61 Bảng 38: Tính lặp lại ống A - lần 62 Bảng 39: Hệ số truyền nhiệt A’ ống A - lần 64 Bảng 40: Kiểm tra sai số ống A - lần .65 Bảng 41: Kiểm tra sai số ống B1 - lần 66 Bảng 42: Tính lặp lại ống B1 - lần 67 Bảng 43: Hệ số truyền nhiệt K’ ống B1 - lần 69 Bảng 44: Kiểm tra sai số ống B1 - lần 70 Bảng 45: Tính lặp lại ống B1 - lần 71 Bảng 46: Hệ số truyền nhiệt K’’ ống B1 - lần .73 Bảng 47: Kiểm tra sai số ống B1 - lần 74 Bảng 48: Kiểm tra sai số ống B2 - lần 75 Bảng 49: Tính lặp lại ống B2 - lần 76 Bảng 50: Hệ số truyền nhiệt K’ ống B2 - lần 78 Bảng 51: Kiểm tra sai số ống B2 - lần 79 Bảng 52: Tính lặp lại ống B2 - lần 80 Bảng 53: Hệ số truyền nhiệt K’’ ống B2 - lần .82 Bảng 54: Kiểm tra sai số ống B2 - lần 83 Bảng 55: Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết ống A 84 Bảng 56: Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết ống B_1 85 Bảng 57: Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết ống B_2 86 Bảng 58 Kết tính K_1 K_1^* theo chế độ chảy ống A 87 Bảng 59 Kết tính K_1 K_1^* theo chế độ chảy ống B_1 90 Bảng 60 Kết tính K_1 K_1^* theo chế độ chảy ống B_2 93 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình Đồ thị biểu diễn K1 K1* theo Re2 ống A 87 Hình Đồ thị biểu diễn K2 K2* theo Re2 ống A 87 Hình Đồ thị biểu diễn Kl1 Kl* theo Re1 ống B1 89 Hình Đồ thị biểu diễn Kl2 Kl* theo Re2 ống B1 90 Hình Đồ thị biểu diễn K1 K1* theo Re1 ống B2 92 Hình Đồ thị biểu diễn K2 K2* theo Re2 ống B2 93 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Ôn tập lý thuyết truyền nhiệt lồng ống - Quan sát thực hành với thiết bị truyền nhiệt lồng ống lưu lượng kế - Xác định hệ số truyền nhiệt trình truyền nhiệt hai dòng lưu chất qua vách kim loại nhiều chế độ chảy khác - Thiết lập phương trình cân nhiệt lượng CƠ SỞ TÍNH TỐN 2.1 Phương trình cân nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất Q = G1C1(t1V – t1R) = G2C2(t2R – t2V), W (1) 2.2 Phương trình biểu diễn trình truyền nhiệt − Lượng nhiệt Q truyền qua đường phẳng đơn vị thời gian là: Q=K.F Δt , W − Hệ số truyền nhiệt cho tường nhiều lớp: − Hiệu số nhiệt độ trung bình lưu thể chuyển động thuận chiều ngược chiểu: 2.3 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit: 2.4 Hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm Q = KL ΔttlogL 2.5 Xác định chuẩn số Reynolds Ta có: Re = w.lv = w.l Trong đó: w = GF vận tốc dòng, m/ s2 v độ nhớt động học lưu chất, m2❑❑/s(được xác định nhiệt độ trung bình lưu chất) ρ khối lượng riêng lưu chất, kg/m3(tra bảng 43 - Bảng tra cứu Quá trình học, truyền nhiệt - truyền khối, áp dụng phương pháp nội suy nhiệt độ trung bình) μlà độ nhớt động lực học lưu chất, Pa.s (tra bảng 43 - Bảng tra cứu Quá trình học, truyền nhiệt - truyền khối, áp dụng phương pháp nội suy nhiệt độ trung bình) l kích thước hình học đặc trưng, m Trường hợp dịng lưu chất chuyển động qua tiết diện khơng trịn, l tính sau: l = 4F Trong đó: F diện tích mặt cắt ( tiết diện ngang mà dịng lưu chất chuyển động qua), đơn vị m2 chu vi tiết diện ướt (chu vi mà chất lỏng tiếp xúc với bề mặt trao đổi nhiệt), đơn vị m Tiết diện mặt cắt: Đối với dịng nóng: ta sử dụng đường kính ống nóng (cho ống A B), cụ thể dtrong nóng= 14 mm = 0.014 m → F1= d2trong nóng4 Đối với dịng lạnh: ta sử dụng đường kính ống lạnh (dtrong lạnh= 26mm = 0.026m) trừ cho đường kính ngồi ống nóng (dngồi nóng= 16mm= 0.016m) để phần tiết diện mà dòng lưu chất chảy qua → F1= (d2 lạnh- d2 ngồi nóng)4 2.6.Xác định chuẩn số Prantl - Từ nhiệt độ trung bình t1TB dịng nóng, ta tra bảng 43- Bảng tra cứu Quá trình học, truyền nhiệt- truyền khối để chuẩn số Pr1 - Từ nhiệt độ trung bình t2TB dịng lạnh, tra bảng 43- Bảng tra cứu Quá trình học, truyền nhiệt- truyền khối để chuẩn số Pr2 2.7 Xác định chuẩn số Nuselt Ta có: Δt 1= Δt log −(1÷ 2) ℜ 1+ ℜ1 Δt 2= Δt log −(1÷ 2) ℜ 1+ ℜ2 Trong đó: ℜ1 , ℜ2là chuẩn số Reynolds trung bình dịng nóng dịng lạnh tính phần 4.2.5 Ta chọn giá trị trung bình tính tốn sau: Δt 1= Δt log −1.5 ℜ 1+ ℜ1 Δt 2= Δt log −1.5 ℜ 1+ ℜ2 Lại có: nhiệt độ thành ống (vách) tính cụ thể sau: t v 1=t 1tb − Δt t v 2=t 2tb − Δt Từ t v 1, t v vừa tìm tra bảng 43 - bảng tra cứu Quá trình học, truyền nhiệt - truyền khối ta tìm chuẩn số Pr v dịng nóng dịng lạnh Từ ta tính hệ số Nu theo công thức sau: Đối với ống A: Nu=0.5 ℜ0.5 Pr 0.38 ( Pr / Pr v )0.25 < Re < 103 Nu=0.25 ℜ0.6 Pr 0.38 (Pr / Pr v )0.25 103 ≤Re < 10000 Nu=0.023 ℜ0.8 Pr 0.38 ( Pr / Pr v )0.25 ×105 ≤Re < ×106 Đối với ống B: Nu=0.15 ℜ0.33 Pr 0.43 Gr 0.1 (Pr / Pr v )0.25 ε Re < 2320 Nu=C Pr 0.43 (Pr /Pr v )0.25 ε 2320 < Re < 10000 Nu=0.21 ℜ0.8 Pr 0.43 (Pr /Pr v )0.25 Re > 10000 Với giá trị C phụ thuộc Re sau: Re×10 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 10 C 1.9 2.2 3.3 3.8 4.4 10.3 15.5 19.5 27 33