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

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 lư

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ PHÒNG THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT NHIỆT

NỘI DUNG THỰC HÀNH PHẦN F:

THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

Nhóm TH:…………

Học kỳ 2

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

Ðường kính ống lớn (ngoài):

Dn = 105 mm Dt = 100 mm

Ðường kính trong ống xoắn (ống xoắn chia làm ba ống song song):

Dn1 = 90 mm Dn2 = 64 mm

Dn3 = 36 mm

Ðường kính ngoài ống xoắn:

Dn1 = 38/3.14 = 11mm Dn2 = 32/3.14 = 9 mm

Dn3 = 30/3.14 = 7 mm

Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: 0.6 m 2

Thiết bị vỏ bọc và ống (ống bọc, ống chùm):

Dn = 105 mm Dt = 100 mm

Số ống: 16 đường kính ống: 14 x 1 mm

số tấm chặn: 5 khoảng cách hai tấm chặn: 150 mm

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

Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: 0.6 m 2

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 m 2

* Nhiệt lượng do dòng nóng nhả ra

Q1 = G1(/3600)cp1(t1’ – t1”) = G1(/3600)cp1 t1 W

* Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào

Q2 = G2(/3600)cp2(t2’ – t2”) = G2(/3600)cp2 t2 W 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

=Q2/Q1*100(%)

*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

- Trường hợp phức tạp:

ttb’ = ttb đơn giản t

Tham khảo cách tính P, R và tra giản đồ tìm t ở trang VIII-7, bài giảng Truyền nhiệt

* Hệ số truyền nhiệt k:

k = Q/(F ttb) W/m2.độ 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

Bảng 1: Số liệu thí nghiệm

1’, oC t1”, oC t2’, oC t2”, oC

1

Trang 5

Bảng 2: Kết quả tính toán

Lần G 1

oC oC , oC,

k, W/m2.độ 1

500 500 253,31 255,54 99,13 33 20,7 26,37 16,25 2

800 318,51 243,51 76,45 33,4 19,7 25,95 15,64 1

600 500 254,8 266,34 95,67 33,3 19,4 25,73 17,25

2 800 316,47 249,05 78,7 33,1 20,9 26,53 15,65 1

800 500 202,67 297,47 68,13 33 20,7 26,37 18,8 2

800 241 332,06 72,58 33,8 23,4 28,28 19,57

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

Trang 6

Lần G 1 (l/h) G 2 (l/h) t 1 ’, o C t 1 ”, o C t 2 ’, o C t 2 ”, o C

1

500

1

600

1

700

1

800

1

500

500 4152.76 4188.27 100.86 25.6 25.6 25.6 272.67

2 800 5291.53 4415.32 83.44 29 24.5 26.69 275.72

1

600

500 5069.75 2694.62 58.87 28.7 26.5 27.59 159.85

2 800 5552.49 2487.4 87.79 27.8 25 26.38 157.15

1

700

500 3916.07 4474.1 114.25 28 25.1 26.52 281.18

2 800 4075.9 1472.45 36.13 31.8 28.3 30.02 81.75

1

800

500 4371.6 4245.85 97.12 28.8 26.2 27.48 257.51

2 800 4919.9 4782.92 9722 28.1 27.9 28 284.70

Nhận xét về sự thay đổi nhiệt lượng trao đổi, hiệu suất, hệ số truyền nhiệt? So sánh với trường hợp cùng chiều?

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:

- Mở các van V3, V4, V12, V13, V5 - Mở công tắc bơm

1

500

1

600

500

1

700

500

1

800

500

Lần G 1 (l/h) G 2 (l/h)

Q1,W Q2,W , % ,

oC , oC oC, W/mk,2.độ

Trang 8

4 800

1

600

500

1

700

500

1

800

500

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

Trang 9

1

500

1

600

500

1

700

500

1

800

500

Lần G 1 (l/h) G 2 (l/h)

Q1,W Q2,W , % ,

oC , oC oC, W/mk,2.độ 1

500

1

600

500

1

700

500

Trang 10

4 800

Thí nghiệm 3 : Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc và ống:

- Mở các van V2, V4, V10, V11, V5 - 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, sau một thời gian ổn định ghi lại giá trị nhiệt độ vào và ra của dòng nóng và dòng lạnh

1

500

1

600

500

Trang 11

2 600

1

800

Lần

G 1

(l/h)

G 2

(l/h)

Q1,W Q2,W , %

, oC , oC P R t oC’, W/mk,2.độ 1

500

500 798,1 687,03 86,08 33,7 30,9 32,3 35,45

4 800 1459,6 692 47,4 33,6 30,8 32,2 35,82 1

600

500

1

700

500

1

800

500 570 1476 259 33,7 31,1 32,4 75,9

4 800 1094 1199 110 34,3 31,8 33,05 60,5

- 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 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

1

500

1

600

500

1

700

500

1

800

Lần

G 1

(l/h)

G 2

(l/h)

Q1,W Q2,W , %

, oC , oC P R t oC’, W/mk,2.độ 1

500

500 986,94 696,67 70,59 33,9 31,2 32,53 35,7

4 800 1579,11 638,61 40,44 34 32,3 33,14 32,1

1 600 500

Trang 13

4 800

1

700

500

1

800

500 638,61 1201,78 53,1 33,5 31,4 32,44 61,7

4 800 1114,67 1207,56 92,3 33,9 31,5 32,69 62

- 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

So sánh về quá trình trao đổi nhiệt và hiệu quả giữa ba loại thiết bị trao đổi nhiệt trên?

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 nhiệt 2.2 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

4.1 Mở máy

Cho nước sạch vào bình đun nóng Bật công tắc gia nhiệt cho nước, áp đặt nhiệt độ cần đun nóng

Thí

nghiệm 1 : Quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng nóng và không khí

* Điều khiển dòng nóng:

- Mở các van: V14, V1a và V11

- Đóng: tất cả các van còn lại

- 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 bảng 1

- Lặp lại thí nghiệm tương tự bằng cách tăng dần lưu lượng dòng nóng G1

Bảng 1: Số liệu thí nghiệm Lần Lưu lượng dòng nóng G

1, l/h Nhiệt độ dòng nóng đi vào t 1 ’, o C Nhiệt độ dòng nóng đi ra t 1 ”, o C

Bảng 2: Kết quả tính toán Lần Lưu lượng dòng nóng G 1, l/h nóng thải ra Q Nhiệt lượng dòng 1 , W

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 nhiệt

Thí nghiệm 2 : Quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng nóng và dòng lạnh chảy song song

- Mở các van: V14, V1b, V11 ( dòng nóng) và V2b, 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 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

1

500

1

600

500

1

700

500

1

800

500

Tiêu đề	Nội dung thực hành phần F: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ngăn cách
Trường học	Trường Đại học Cần Thơ
Chuyên ngành	Kỹ thuật Cơ khí
Thể loại	Nội dung thực hành
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Cần Thơ

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	744,72 KB