Báo cáo thí nghiệm nhiệt động lực học kỹ thuật

BÀI 1: XÁC ĐỊNH TRẠNGTHÁI KHÔNG KHÍ ẨM VÀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ỐNG KHÍ 1.1.1 Mục đích thí nghiệm - Biết cách đo nhiệt độ khô, ướt, lưu lượng gió, áp suất, thể tích - Hiểu quá trình l

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

BÀI 1: XÁC ĐỊNH TRẠNGTHÁI KHÔNG KHÍ ẨM VÀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG

NHIỆT ỐNG KHÍ

1.1.1 Mục đích thí nghiệm

- Biết cách đo nhiệt độ (khô, ướt), lưu lượng gió, áp suất, thể tích

- Hiểu quá trình làm lạnh có tách ẩm của không khí ẩm

- Hiểu nguyên làm lý việc và các thiết bị cơ bản của chu trình lạnh đơn giản

- Tính toán cân bằng nhiệt trong ống khí

1.1.2 Yêu cầu chuẩn bị

Sinh viên đọc kỹ phần lý thuyết các phần sau trước khi vào tiến hành thí nghiệm:

- Nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt - Thiết bị đo tốc độ gió

- Thiết bị đo thể tích

- Thước kẹp

1.2.2 Mô tả thí nghiệm

Không khí được quạt thổi qua dàn lạnh của máy lạnh Trước và sau dàn lạnh có đặt các bầu nhiệt kế khô ướt để xác định trạng thái của không khí ẩm

Tại đầu ra của ống khí động có sử dụng thiết 1 bị đo tốc gió xác độ để định tốc và độ nhiệt

gió 10: Cáp tiết lưu 3: Nhiệt kế khô7: Áp kế bay hơi 11: Quạt 4: Dàn bay hơi 8: Áp kế ngưng tụ 12: Dàn Ngưng tụ

- Sử dụng các bầu nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt để xác định trạng của không khí tại các vị trí trước dàn lạnh (cũng chính là trạng thái không khí của môi trường xung quanh) và sau dàn lạnh

- Sử dụng thiết bị đo tốc độ gió xác định vận tốc gió và nhiệt độ gió ra khỏiống khí động, từ đó xác định lưu lượng không khí qua ống khí động.

- Xác định áp suất bay hơi và áp suất ngưng tụ của máy lạnh

- Từ các số liệu trên, sinh viên xác định:

Biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí trên đồ thị t-d (hoặc d) I-Nhiệt lượng không khí nhả ra khi qua dàn lạnh

Lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh theo tính toán và giá trị thực tế nhận xét

1.4 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Khi hệ thống đã hoạt động ổn định, bắt đầu xuất hiện nước ngưng tại dàn lạnh,sinh viên tiến hành làm thí nghiệm với yêu cầu sau:

Sinh viên tiến hành thí nghiệm đợt khác nhau về lưu lượng 2 không kh qua dàní lạnh

- Thí nghiệm đợt 1: 3 lần, thời gian lấy số liệu thí nghiệm của mỗi lần là: 5 phút, 8 phút, 13

Bảng 6 & 7: Các số liệu liên quan đến chu trình lạnh

Thí nghiệm đợt 1 (áp suất khí quyển: o p = 1 bar)

Thí nghiệm đợt 2 (áp suất khí quyển: o =1 p bar)

6

THỰC HIỆN CÁC YÊU CẦU

Sử dụng số liệu đo được tại lầnthứ 2 cho việc tính toán

*THÍ NGHIỆM ĐỢT 1

Yêu cầu 1: Biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí trên t-d đồ thị

Yêu cầu 2: Nhiệt lượng không khí nhả ra khi qua dàn lạnh

G = ω ∗ A = 5,11*0,01*∗ ρ 8314100000

𝑄 = 𝐺 ∗ 𝑖 (𝑠𝑎𝑢 𝑑 𝑛à 𝑙ạ𝑛ℎ − 𝑖𝑡𝑟ướ𝑐 𝑑 𝑛 𝑙ạ𝑛ℎ à ) = 0,06 47.8 90 =∗ ( − ) −2,53 𝑘𝑊

Theo quy ước dấu nguyên I lý nhiệt động lực học=> Không khí nhả ra lượng 1

Giá trị thực tế đo được: 165 ml sau 8 phút = 0,34 ml/s

Vậy,trongthực tế, lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh là ít hơn t ương đối so với lý thuyết

8

*THÍ NGHIỆM ĐỢT 2

Yêu cầu 1: Biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí trên t-d đồ thị

Yêu cầu 2: Nhiệt lượng không khí nhả ra khi qua dàn lạnh

Yêu cầu 3: Lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh theo tính toán và giá trị thực tế nhận xét 𝐺𝑛ướ𝑐 𝑛𝑔 𝑛𝑔ư𝑐ℎả𝑦 𝑟𝑎 = 𝐺 ∗ (𝑑𝑡𝑟ướ𝑐 𝑑à𝑛 𝑙ạ𝑛ℎ− 𝑑𝑠𝑎𝑢 𝑑 à𝑛 𝑙ạ𝑛ℎ)

= 0,02 * (22,3 4,75) – = 0,35 (g/s)

Giá trị thực tế đo được: 155 ml sau 9 phút = 0.29 ml/s

Vậy, trong thực tế, lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh là ít hơn một lượng nhỏ so với lý thuyết

10 BÀI 2: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỬ DỤNG NHIỆT COP (ε) CHO CHU TRÌNH MÁY LẠNH VỚI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ GIẢI NHIỆT BẰNG KHÔNG KHÍ VÀ

THIẾT BỊ BAY HƠI LÀM LẠNH KHÔNG KHÍ

2.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA THÍ NGHIỆM 2.1.1 Mục đích thí nghiệm

- Giúp sinh viên có khả năng kết hợp các kiến thức giữa lý thuyết và thực hành

- Nắm được chu trình hoạt động cơ bản của thiết bị làm lạnh không khí có kết hợp một số

thiết bị phụ trong sơ đồ hoạt động.

- Giúp sinh viên có thể đo đạc thông số nhiệt độ, áp suất để tính nhiệt lượng, hệ số làm lạnh

thực tế của thiết bị

2.1.2 Yêu cầu thí nghiệm

- Sinh viên phải nắm được chu trình lạnh - Biết ứng dụng các công thức trong sơ đồ lạnh

Để làm lạnh không khí trong buồng lạnh, bàn thí nghiệm này sử dụng một hệ thống lạnh với tác nhân lạnh là R12 (CCl2 2F , thuộc nhóm TNL CFC) có sơ đồ nguyên lý như được mô tả ở hình 1 Máy nén (A) nén hơi R12 từ áp suất sôi p đến áp suất ngưng tụ p Hơi R12 s0 k au khi ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng không khí (B) được đi vào bình chứa cao áp (C) Sau đó lỏng R12 từ (C) đi qua van tiết lưu (I) để giảm áp suất từ pk đến 0 p và vào đi thiết bị bay hơi làm lạnh không khí (J) Hơi R12 ra khỏi (J) ở áp suất p0 được hút vào (A) và các quá trình của chu trình được lặp lại

Hình 1

Chu trình máy lạnh được biểu diễn trên đồ thị logp-i và T – s gồm các quá trình như sau:

- 1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt hơi trong máy nén - 2-3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp.

- 3-4: Quá trình tiết lưu trong van tiết lưu

- 4-1: Quá trình bay hơi đẳng nhiệt và đẳng áp trong thiết bị bay hơi

Các v ị trí đo nhiệt độ và áp su t trong chu trình máy l nh ấ ạ

- Các áp kế p1 và p2 dùng để đo áp suất hút và đẩy sau van tiết lưu và sau đầu đẩy của máy

12

2.3 NHIỆM VỤ THÍ NGHI M Ệ

Trong bài thí nghiệm này sinh viên có nhiệm vụ phải thu thập các số liệu về áp suất hút, đẩy; nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi, nhiệt độ của không khí giải nhiệt khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ và nhiệt độ của không khí khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi Sau đó kết hợp với kết quả tính toán để xác định:

- Các thông số trạng thái trong chu trình thực của máy lạnh

- Hệ số sử dụng nhiệt COP (ε) của chu trình lý thuyết và chu trình thực - Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk

- Lượng không khí để giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ Gkk

2.4 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Bảng 1- Các số liệu đo của tác nhân lạnh trong chu trình Áp suất làm việc của hệ thống (Đơn vị: MPa) Áp suất ngưng tụ Áp suất bay hơi

Số chỉ đồng hồ Áp suất tuyệt đối Số chỉ đồng hồ Áp suất tuyệt đối

Bảng 2 – Các số liệu đo của không khí liên quan đến quá trình lạnh Nhiệt độ môi trường (Ta) Nhiệt độ không khí sau

Lưu ý: Nhiệt độ của không khí đi vào thiết bị ngưng tụ T3 chính là nhiệt độ của môi trường xung quanh Ta

Bảng 5 - Các thông s cố ủa R12 trong chu trình máy lạnh

PHẦN TÍNH TOÁN

a) Xác định các thông số trạng thái của tác nhân lạnh

Từ các thông số áp suất trong bảng 1, dựa vào các bảng tra “Các tính chất nhiệt động của R12 ở trạng thái bão hòa” và “Các tính chất nhiệt động của R12 ở trạng thái quá nhiệt” sinh viên xác định các thông số của R12 tại các điểm trong chu trình máy lạnh và viết vào bảng 5

b) Xác định lưu lượng không khí Gkk qua thiết bị ngưng tụ (kg/s)

Chọn theo tốc độ không khí ra khỏi dàn ngưng trung bình: 1,79 m/s Khối lượng riêng của không khí: ρ = 𝑃

Lưu lượng khối lượng của môi chất R12 trong hệ thống: G = Qk/(i2 - i3) = 0,01 kg /s Năng suất lạnh của hệ thống: Qo = G*(i 1– i ) = 0,004*(180,8 4 – 75,85) = 1,05 kW

16 BÀI 4: XÁC ĐỊNH CÂN BẰNG NHIỆT TẠI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ VÀ BAY HƠI

TRONG CHU TRÌNH MÁY LẠNH LÀM LẠNH NƯỚC

3.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA THÍ NGHIỆM 3.1.1 Mục đích thí nghiệm

- Giúp sinh viên có khả năng kết hợp các kiến thức giữa lý thuyết và thực hành

- Nắm được chu trình hoạt động cơ bản của thiết bị làm lạnh không khí có kết hợp một số thiết bị phụ trong sơ đồ hoạt động.

- Giúp sinh viên có thể đo đạc thông số nhiệt độ, áp suất để tính nhiệt lượng, hệ số làm lạnh

thực tế của thiết bị

3.1.2 Yêu cầu thí nghiệm

- Sinh viên phải nắm được chu trình lạnh - Biết ứng dụng các công thức trong sơ đồ lạnh

3.2 MÔ TẢ THÍ NGHIỆM 3.2.1 Thiết bị & vật tư thí nghiệm

- Mô hình làm lạnh nước và không khí - Các sensor nhiệt độ lắp trực tiếp trên thiết bị

3.2.2 Mô tả thí nghiệm

Để làm lạnh nước trong buồng lạnh, bài thí nghiệm này sử dụng một hệ thống lạnh với tác nhân lạnh là R22 có sơ đồ nguyên lý như được mô tả ở hình 2 Máy nén (A) nén hơi R22 từ áp suất sôi p0 đến áp suất ngưng tụ pk Hơi R22 sau khi ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng không khí (B) được đi vào bình chứa cao áp (C) Sau đó lỏng R22 từ (C) đi qua van tiết lưu để giảm áp suất từ pk đến p0 và đi vào thiết bị bay hơi làm lạnh nước dạng ống xoắn (K) và dàn lạnh (J) Hơi R22 ra khỏi (K) và (J) ở áp suất p được hút vào (A) và các quá trình 0 của chu trình được lặp lại.

Hình 2

Chu trình máy lạnh được biểu diễn trên đồ thị logp-I và T – S gồm các quá trình như sau:

- 1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt hơi trong máy nén - 2-3: Quá trình ngưng tụ đẳngáp.

- 3-4: Quá trình tiết lưu trong van tiết lưu

- 4-1: Quá trình bay hơi đẳng nhiệt và đẳng áp trong thiết bị bay hơi

3.3 NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM

Trong bài thí nghiệm này sinh viên có nhiệm vụ phải thu thập các số liệu về áp suất pk, p0, nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi, nhiệt độ của không khí giải nhiệt khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ và nhiệt độ của nước khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi Sau đó kết hợp với kết quả tính toán để xác định:

- Lượng không khí cần thiết để giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ Gkk Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk

18

3.4 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Đo thời gian bắt đầu khởi động hệ thống làm lạnh nước cho đến khi kết thúc thí nghiệm Sau khi thiết bị đã hoạt động ổn định, sinh viên thực hiện việc ghi chép các số liệu của không khí và tác nhân lạnh vào bảng 1 và 2

Bảng 1- Nhiệt độ của không khí (0C)

Nhiệt độ không khí vào

Bảng 2- Các số liệu đo của tác nhân lạnh trong chu trình Áp suất làm việc của hệ thống (Đơn vị: MPa)

Số chỉ đồng hồ Áp suất tuyệt đối Số chỉ đồng hồ Áp suất tuyệt đối

Bảng 3 – Thông số của không khí qua dàn ngưng

20

3.5 PHẦN TÍNH TOÁN

(Sử dụng số liệu lần đo thứ 2 để tính toán)

a Xác định các thông số trạng thái của tác nhân lạnh

b Nhiệt lượng làm lạnh nước

Qo = V Cρ pm(T8’ – T8)*1000/ Trong đó:

V – Thể tích nước làm lạnh, m 3

ρ - Khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m 3

T8 – Nhiệt độ nước sau khi được làm lạnh,0C T8’- Nhiệt độ nước trước khi được làm lạnh,0C - Thời gian để nước làm lạnh từ T8’ xuống T8, giây Cpm – Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của nước, kJ/kgK

f Xác định hệ số làm lạnh ε (COP) của chu trình

𝑇ℎ𝑜𝑡−𝑇𝑐𝑜𝑙𝑑 = (31+273 −(− ,5+273)−13,5+273) 13 = 5,83

𝑖2−𝑖1 = 404,4−2 ,4420,6−404,425 = 11,05

22