Nội dung thực hành phần f thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ngăn cách

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠKHOA CÔNG NGHỆBỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ

PHÒNG THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT NHIỆT

Trang 2

THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT KIỂU NGĂN CÁCH

Mục đích bài thí nghiệm là giúp sinh viên tìm hiểu và tính toán quá trình truyền nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt loại ngăn cách với các kiểu ống xoắn, vỏ bọc và ống (ống chùm) , tấm và khung (tấm bản); đồng thời xác định tổn thất nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt.

Mô hình thiết bị:

: đường nước nóng (từ dưới lên – cố định)

: đường nước lạnh, có thể thay đổi chiều chuyển động  E1: thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn

 E2: thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc và ống  E3: thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm và khung

 FI1: lưu lượng kế từ để đo lưu lượng dòng lạnh, lưu lượng (G2) 0-1000l/h,  FI2: lưu lượng kế từ để đo lưu lượng dòng nóng, lưu lượng (G1) 0-1000l/h  FV1: Van điều khiển nén khí, điều khiển lưu lượng dòng lạnh

 FV2: Van điều khiển nén khí, điều khiển lưu lượng dòng nóng

Mô tả:

Thiết bị ống xoắn:

Trang 3

bước ống: t = 19 mm Chiều dài ống: L = 960 mm

Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: 0.6 m2

Thiết bị tấm và khung ( tấm bản)

Gồm nhiều tấm ghép chung trên một khung, dòng nóng và lạnh chảy xen kẽ trên các đĩa

kế tiếp nhau Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: 0.6 m2 trong đó: G : lưu lượng khối lượng của nước, l/h

cp: nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của nước; kj/kg.độ : Khối lượng riêng của nước; kg/m3

- Hiệu suất sử dụng nhiệt của thiết bị

*Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit:

- Trường hợp song song cùng chiều hoặc ngược chiều (đơn giản): độ

với t của 2 dòng, (ở) đầu vào và ra, đầu nào lớn là tmax

(tmax - tmin) < 2, hoặc nhiệt độ của các chất lỏng biến thiên theo qui luật tuyến tính thì tính nhiệt độ trung bình theo số học.

Trang 4

trong đó: Q: nhiệt lượng dòng lạnh thu được,W

F: Bề mặt trao đổi nhiệt, m2

Thí nghiệm 1 : Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn:

a Trường hợp cùng chiều:

- Kiểm tra áp suất bình cao áp - Kiểm tra bình nước nóng - Mở van cấp, van xả nước lạnh - Đóng tất cả các van - Bật công tắc điện trở đun nước, công tắc máy.

- Mở phần mềm khảo sát MOD.SW- SCTA/EV - Mở các van V1, V4, V8, V9, V5.

- Mở van nước lạnh qua cách điều khiển bằng tay van khí FV1 để cố định lưu lượng dòng lạnh G1 khoảng 500l/h.

- Mở van nước nóng qua cách điều khiển bằng tay van khí FV2 để thay đổi lưu lượng dòng nóng G2 từ 500  800 l/h (ứng với mỗi giá trị lưu lượng dòng lạnh thay đổi 4 lần giá trị dòng nóng) Ứng với mỗi cặp giá trị lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh, sau thời gian ổn định ghi lại giá trị nhiệt độ vào và ra của dòng nóng và dòng lạnh.

- Lặp lại thí nghiệm bằng cách tăng dần lưu lượng dòng lạnh G1 và thay đổi lưu lượng dòng nóng G2 giống như trên.

Trang 5

Nhận xét về sự thay đổi nhiệt lượng trao đổi, hiệu suất, hệ số truyền nhiệt?

- Sự thay đổi lưu lượng trao đổi: Khi lưu lượng dòng lạnh cố định, tăng dần lưu lượng dòng nóng thì nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào càng giảm Từ kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt lượng của dòng lạnh thu vào nhỏ hơn nhiệt lượng cho dòng nóng tỏa ra Khi tăng dần lưu lượng dòng lạnh thì nhiệt lượng dòng lạnh thu vào có xu hướng tăng.

- Hiệu suất tương đối cao: Khi cung cấp luwu lượng dòng lạnh càng lớn hơn so với dòng nóng thì hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt càng cao.

- Sự thay đổi hệ số truyền nhiệt: hệ số truyền nhiệt tăng khi giữ cố định lưu lượng dòng lạnh và tăng lưu lượng dòng nóng (lưu lượng dòng nóng lớn hơn dòng lạnh).

b Trường hợp ngược chiều

- Tắt công tắc bơm - Đóng tất cả các van - Mở phần mềm khảo sát mod SW- SCTA/EV.

- Mở các van V1, V6, V9, V8, V7 - Mở công tắc bơm.

Bảng 3: Số liệu thí nghiệm

Trang 6

Nhìn chung sự thay đổi nhiệt lượng trao đổi, hiệu suất, hệ số truyền nhiệt tương tự như thiết bị ống xoắn cùng chiều Tuy nhiên thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn với chất lỏng nóng

Trang 7

và lạnh chuyển động ngược chiều thì hiệu suất, hệ số truyền nhiệt cao hơn so với cùng chiều.

Thí nghiệm 2 : Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm và khung:

a Trường hợp cùng chiều:

Trang 8

- Mở các van V3,V6, V13, V12, V7 - Mở công tắc bơm.

Trang 9

Trang 10

- Mở van nước nóng qua cách điều khiển bằng tay van khí FV2 để thay đổi lưu lượng dòng nóng G2 từ 500  800 l/h (ứng với mỗi giá trị lưu lượng dòng lạnh thay đổi 4 lần giá trị dòng nóng) Ứng với mỗi cặp giá trị lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh, sau một thời gian ổn định ghi lại giá trị nhiệt độ vào và ra của dòng nóng và dòng lạnh.

Trang 11

- Sự thay đổi nhiệt lượng trao đổi: khi lưu lượng dòng lạnh cố định, tăng dần lưu lượng dòng nóng thì nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào tăng Từ kết quả thí nghiệm cho thấy, nhiệt lượng của dòng lạnh thu vào nhỏ hơn nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra.

- Hiệu suất tương đối cao, khi cung cấp lưu lượng dòng lạnh lớn hơn dòng nóng thì hiệu suất của thiết bị trao đổi càng cao

- Hệ số truyền nhiệt tăng khi cố định lưu lượng dòng lạnh và tăng dần lưu lượng dòng nóng.

- Tắt công tắc bơm - Đóng tất cả các van.

- Mở phần mềm khảo sát mod SW- SCTA/EV - Mở các van V2,V6, V11, V10, V7.

Trang 12

- Mở công tắc bơm.

- Mở van nước nóng qua cách điều khiển bằng tay van khí FV2 để thay đổi lưu lượng dòng nóng G2 từ 500  800 l/h (ứng với mỗi giá trị lưu lượng dòng lạnh thay đổi 4 lần giá trị dòng nóng) Ứng với mỗi cặp giá trị lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh, ghi lại giá trị nhiệt độ vào và ra của dòng nóng và dòng lạnh.

Trang 13

- Nhiệt lượng trao đổi khi cố định dòng lạnh ở lưu lượng là 500 l/h và thay đổi giá trị giá trị của lưu lượng dòng nóng thì Q1 < Q2 Khi tăng giá trị lưu lượng cố định dòng lạnh lên 800 l/h thì giá trị nhiệt lượng dòng nóng sẽ cao hơn dòng lạnh ( Q2> Q1).

- Tương tự vậy thì hiệu suất và hệ số truyền nhiệt khi cố định dòng lạnh là 500 l/h và thay đổi lưu lượng dòng nóng thì giá trị của hiệu suất và hệ số truyền nhiệt sẽ có xu hướng giảm Còn khi tăng giá trị lưu lượng cố định lên 800 l/h thì hiệu suất và hệ số truyền nhiệt có xu hướng tăng lên.

- So với trường hợp cùng chiều thì hệ số truyền nhiệt khi cố định dòng lạnh ở lưu lượng là 500 l/h sẽ có xu hướng tăng còn ngược chiều có xu hướng giảm Trường hợp khi cố định dòng lạnh ở lưu lượng là 800 l/h thì ngược lại.

Trang 14

Trang 15

THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT KIỂU ỐNG LỒNG ỐNG

Mục đích bài thí nghiệm là giúp sinh viên tìm hiểu và tính toán sự mất mát nhiệt lượng qua một số quá trình trao đổi nhiệt của dòng nước nóng và không khí, dòng nước nóng và dòng nước lạnh So sánh hiệu quả trao đổi nhiệt của từng quá trình.

2.1 Mô hình thí nghiệm

Hình 1: Sơ đồ thiết bị trao đổi nhiệt2.2 Mô tả sơ đồ

Sơ đồ nguyên lý của mô hình thí nghiệm được biểu diễn trên hình Gồm 2 mô-đun trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống diễn ra quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng nước nóng và dòng nước lạnh chảy song song (b), giữa dòng nước nóng và nước lạnh chảy cắt nhau nhiều lần (c), và một mô-đun biểu diễn quá trình trao đổi nhiệt giữa nước nóng và không khí (a).

Trang 16

Dòng nóng là đường đậm nét trên sơ đồ, dòng lạnh là đường nhạt hơn Dòng nóng được cấp từ bình đun nóng thông qua bơm (hồi lưu sau khi qua hệ thống), dòng lạnh lấy từ nước hệ thống nước sinh hoạt (thải ra ngoài sau khi qua hệ thống).

Nhiệt độ trước và sau quá trình trao đổi nhiệt của từng dòng sẽ được ghi nhận và hiển thị trên trên đồng hồ đặt tại bảng điều khiển Áp suất và lưu lượng của dòng được đo qua áp kế P và lưu lượng kế G

Sau quá trình trao đổi nhiệt, dòng nóng và dòng lạnh có thể cho thoát ra ngoài hoặc hoàn lưu thông qua sự điều chỉnh các van (V).

Tương tự như bài thí nghiệm trước.

- Nước nóng từ bình đun nóng đã được đun đến nhiệt độ áp đặt Mở công tắt bơm, dòng nước nóng được bơm vào hệ thống trao đổi nhiệt với không khí.

- Điều chỉnh van V15 để lưu lượng dòng nóng G1 khoảng 500l/h Sau một thời gian ổn định, ghi nhận nhiệt độ vào và ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt và lưu lượng dòng chảy vào

Trang 17

Nhận xét về sự thay đổi nhiệt lượng dòng nóng thải ra?

.Sự thay đổi nhiệt lượng dòng nóng thải ra cho ta thấy lượng nhiệt tỏa ra ngày càng được tăng cao do sự chênh lệch dòng nóng đi vào và dòng nóng đi ra Cụ thể nhiệt độ của dòng nóng thải ra thấp hơn so với dòng đi vào Sự thay đổi nhiệt như vậy là do quá trình trao đổi

- Điều chỉnh van V15 để cố định lưu lượng dòng nóng G1 khoảng 500l/h.

- Điều chỉnh van V14 để thay đổi lưu lượng dòng lạnh G2 từ 500  800 l/h (ứng với mỗi giá trị lưu lượng dòng nóng thay đổi 4 lần giá trị dòng lạnh) Ứng với mỗi cặp giá trị lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh, sau một thời gian ổn định ghi lại giá trị nhiệt độ vào và ra của dòng nóng và dòng lạnh vào bảng 3.

- Lặp lại thí nghiệm bằng cách tăng dần lưu lượng dòng nóng G1 và thay đổi lưu lượng dòng lạnh G2 giống như trên.

Trang 19

- Mở các van: V14, V1c, V11 ( dòng nóng) và V13, V2c, V12 (dòng lạnh) - Đóng: tất cả các van còn lại.

- Điều chỉnh van V15 để cố định lưu lượng dòng nóng G1 khoảng 500l/h.

- Điều chỉnh van V14 để thay đổi lưu lượng dòng lạnh G2 từ 500  800 l/h (ứng với mỗi giá trị lưu lượng dòng nóng thay đổi 4 lần giá trị dòng lạnh) Ứng với mỗi cặp giá trị lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh, sau một thời gian ổn định ghi lại giá trị nhiệt độ vào và ra của dòng nóng và dòng lạnh vào bảng 5.

- Lặp lại thí nghiệm bằng cách tăng dần lưu lượng dòng nóng G1 và thay đổi lưu lượng dòng lạnh G2 giống như trên.

Trang 20

2 8 33051,40 52894,9162,4917,7015,70 16,68 529.372,94

Nhiệt lượng trao đổi: nhiệt lượng dòng nóng thải ra lớn hơn nhiệt lượng dòng lạnh thu vàoHiệu suất: hiệu suất tương đối cao, hiệu suất trao đổi có xu hướng tăng khi tăng lưu lượng

Các quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng nóng và dòng lạnh cắt nhau nhiều lần là tối ưu nhất vì hiệu suất tỏa nhiệt cao hơn so với các quá trình còn lại Quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng nóng và lạnh song song có hiệu quả kém hơn Quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng nóng và không khí có hiệu quả kém nhất so với các quá trình trao đổi nhiệt còn lại.