báo cáo thí nghiệm môn thiết bị trao đổi nhiệt bài 1 thiết bị trao đổi nhiệt khi dòng chuyển động ngang qua chùm ống

Xác định hệ số trao đổi nhiệt của các hang ống để thấy sự khác nhau của hệ số trao đổi nhiệt ở hang ống thứ nhất và các hàng ống tiếp theo.II.Mô tả thiết bịII.1.Tổng quan thiết bịTổng qu

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITrường cơ khí

Khoa năng lượng nhiệt

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

Giảng viên hướng dẫn: Phạm Thái SơnSinh viên thực hiện: Nguyễn Văn TrinhMSSV: 20214836

Mã lớp: 735352Học kì: 20231

Hà Nội, 1/2024

Bài 1: Thiết bị trao đổi nhiệt khi dòng chuyển độngngang qua chùm ống

I.Mục đích thí nghiệm

Truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức khi dòng chuyển động ngang qua chùm ống Xác định hệ số trao đổi nhiệt của các hang ống để thấy sự khác nhau của hệ số trao đổi nhiệt ở hang ống thứ nhất và các hàng ống tiếp theo.

II.Mô tả thiết bị

II.1.Tổng quan thiết bị

Tổng quan thiết bị

Thiết bị gia nhiệt dạng ống trụ tròn

Bảng hiển thị của thiết bị trao đổi nhiệt

II.2.Cơ sở lý thuyết

Trong kỹ thuật, các thiết bị trao đổi nhiệt thường gốm nhiều ống Các ống được bố trí sắp xếp theo một cách nhất định, thông thường có hai cách bố trí là kiểu bố trí song song hoặc bố trí so le.

Do ảnh hưởng hưởng qua lại giữa các ống, đặc tính chuyển động củachất lỏng hay chất khí qua chum ống khác nhiều so với trường hợp chảy qua một ống.

Các bước ống ngang b, bước ống dọc a và đường kính ống d sẽ quyết định đặc tính chuyển động, vì vậy nó là những đại lượng đặc trưng của chum ống.

Đối với chum ống song song, đặc tính bao của chất lỏng ở dãy thứ nhất như ống đơn Nhưng từ dãy ống thứ hai trở đi thì phần trước và phần sau của các ống đều nằm trong vùng xoáy của các dãy ống trước nó và không bị va đập của dòng chảy.

Đối với chum ống so lo, đặc tính chuyển động của dãy ống thứu nhấtgiống như ống đơn, các dãy sau nó chịu va đập của dòng chảy gần nhau.

Do ảnh hưởng qua lại giữa các dãy ống mà ở chum ống, hệ số tỏa nhiệt của dãy ống thứu hai sẽ lớn hơn dãy ống thứ ba sẽ lớn hơn dãy ống thứu hai, nói chung hệ số tỏa nhiệt từ dãy ống thứ ba sẽ trở đi là ổn định

Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống có cánh Về mặt công nghệ, cách thường được

gắn phía ngoài ống, trong đó không khí chuyển động cắt ngang hoặc dọc theo bề mặt ngoài ống có cánh Về mặt truyền nhiệt, cánh được gắn về phía có hệ số tỏa nhiệt nhỏ (không khí, khói…) do môi chất chuyển động trong ống là chất lỏng hoặc hơi nên có hệ số tỏa nhiệt lớn hơn nhiều hệ số tỏa nhiệt của chất khí đi bên ngoài ống.

III.Trình tự thí nghiệm

Bước 1: Lắp bộ trao đổi nhiệt vào vị trí lắp trên kênh dẫn khí Có 2 bộ là trao đổi nhiệt vách phẳng và vách có cánh Sau đó cắm dây nguồn và dây cảm biến nhiệt độ và đúng vị trí trên bộ thí nghiệm

Bước 2: Bật công tắc bộ nguồn, chưa cấp nhiệt cho bộ gia nhiệt, để quạt gió thổi một lúc (loại bỏ hết lượng nhiệt vẫn còn từ các lớp thí nghiệm trước) Sau đó tắt quạt, khởi động lại bộ thí nghiệm;

Bước 3: Cấp nhiệt cho bộ gia nhiệt và không điều chỉnh quạt gió vận tốc (w=0m/s)

Bước 4: Ghi lại các kết quả của quá trình đốt nóng (bước thời gian 2 phút)Bước 5: Tắt bộ gia nhiệt và ghi lại các kết quả của quá trình làm nguội (bước thời gian 2 phút)

Bước 6: Bật lại bộ gia nhiệt và ghi kết quả của quá trình đốt nóng (bước thời gian 2 phút)

Bước 7: Vẫn bật Heater nhưng giảm bước thời gian còn 1 phút và ghi kết quảBước 8: Tắt Heater, bật quạt với vận tốc gió 2 m/s và ghi kết quả của quá trình làm nguội (bước thời gian 1 phút)

Bước 9: Tắt quạt, thay bộ trao đổi nhiệt vách có cánh, bật Heater và ghi số liệu của quá trình đốt nóng (bước thời gian 2 phút)

Bước 10: Làm tương tự Bước 3 tới Bước 8.

Bước 11: Tắt bộ gia nhiệt, tắt quạt, tắt nguồn bộ thí nghiệm, rút dây, tháo bộ trao đổi nhiệt ra khỏi kênh dẫn

IV.Kết quả thí nghiệm và xử lý số liệuIV.1.Kết quả thí nghiệm

Nung nóng bộ trao đổi nhiệt có cánh là trụ tròn

Thời gian (min)Th ( )℃)Tkk ( )℃)vkk ( )℃)P(W)

Làm nguội không có quạt với bộ trao đổi nhiệt là trụ tròn

Thời gian (min)Th ( )℃)Tkk ( )℃)vkk ( )℃)P(W)

Nung nóng bộ trao đổi nhiệt không cánh

Thời gian (min)Th ( )℃)Tkk ( )℃)vkk ( )℃)P(W)

Tốc độ tản nhiệt

ΔTtnccTtnccΔTtnccTtnkcthời gian

020406080100120

So sánh tốc độ tản nhiệt cưỡng bức có quạt với tần số thấp

TcbkcTcbccΔTtnccTcbkcΔTtnccTcbccThời gian (min)

Tốc độ tản nhiệt khi có quạt với tần số thấp

ΔTtnccTcbkcΔTtnccTcbccThời gian

So sánh tốc độ tản nhiệt cưỡng bức có quạt với tần số cao

TcbkcTcbccΔTtnccTcbkcΔTtnccTcbccThời gian(min)

Tốc độ tản nhiệt khi có quạt với tần số cao

ΔTtnccTcbkcΔTtnccTcbkc2Thời gian

 Tản nhiệt cưỡng bức có cánh có hiệu quả hơn tản nhiệt tự nhiên có cánh rất nhiều khi tản nhiệt tự nhiên cần 10 phút để từ 81,8 độ về 54,9 độ trong khi với khoảng thời gian trên tản nhiệt cưỡng bức có cánh giảm từ 82.6 độ về 26 độ.

 Tốc độ tản nhiệt có cánh luôn cao hơn tốc độ tản nhiệt không cánh.

 Ban đầu khi Th cao, tốc độ tản nhiệt cao, khi Th giảm dần thì tốc độ tản nhiệt cũng giảm dần Đó là khi nhiệt độ Th gần mới Tf hơn nên độ chênh nhiệt nhỏ dẫn tới tốc độ tản nhiệt cũng giảm đi.

 Đối với thiết bị tản nhiệt có cánh, ta nhận thấy trong quá trình tản nhiệt, nhiệt độ tại cánh luôn nhỏ hơn nhiệt độ Th từ đó ta có thể suy ra nhiệt được trao đổi tích cực nhất ở phần cánh.

 Với kết quả thu được từ nhí nghiệm ta thấy được khi tăng tần số quay của quạt thì tốc độ tản nhiệt sẽ tang theo

 Nhiệt ở cánh luôn thấp hơn Th có nghĩa là tản nhiệt ở cánh tốt hơn ở bề mặt

Bài 2: Thiết bị trao đổi nhiệt khi sôi

I.Mục đích thí nghiệm

Thiết bị trao đổi nhiệt khi sôi được thiết kế để giúp sinh viên hiểu được các khái niệm chung nhất như :diện tích trao đổi nhiệt, đặc biệt các quá trình sôi, bay hơi và ngưng tụ.

II.Mô tả thiết bị.

Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu sôi được minh họa trên hình vẽ Trong đó: 1 Thiết bị đo lưu lượng

2 Bình trao đổi nhiệt3 Bình chứa môi chất4 Bộ gia nhiệt bề mặt5 Cặp nhiệt 1

6 Cặp nhiệt 2Mô tả hoạt động:

Môi chất R141b được chứa trong bình chứa và được đưa vào bình trao đổi nhiệt thông qua một van chặn Môi chất được cấp nhiệt bởi bộ gia nhiệt bề mặt và xảy ra quá trình bay hơi trong bình trao đổi nhiệt Hơi môi chất bay lên được ngưng tụ lại thông qua một thiết bị ngưng tụ Quá trình này tỏa cho nước một lượng nhiệt làm nhiệt độ của nước tăng lên.

Bài thí nghiệm sử dụng thiết bị thí nghiệm tương tự bài 1 vì vậy cơ sở lý thuyết tương tự Cũng có các hiện tượng sôi, sinh hơi và ngưng tụ xảy ra:

Theo thực nghiệm, người ta nhận thấy rằng đặc tính của quá trình sôi và cường độ cấp nhiệt khi sôi phụ thuộc vào hiệu số nhiệt độ Δt giữa bề mặt đun nóng và chất lỏng sôiΔt = tT – ts

tT: nhiệt độ thành phía tiếp xúc với chấtlỏng ts: nhiệt độ sôi của chất lỏng

Khi Δt bé (Δt < 5oC), các bọt hơi nhỏ li ti bắt đầu xuất hiện trên bề mặt đun nóng tại các tâm tạo bọt Lúc này việc tăng Δt ít ảnh hưởng đến α và q vì số bọt hơi sinh ra không đủ xáo động mạnh lớp chất lỏng trên bề mặt đun nóng.

Khi Δt > 5oC, việc tăng Δt gây ảnh hưởng rõ rệt đến việc tăng α và q Số tâm tạo bọt tăng lên sinh ra các bọt hơi càng nhiều và càng tách ra khỏi bề mặt đun nóng, chất lỏng sửi bọt nhiều hơn và quá trình sôi mãnh liệt hơn Chính các bọt hơi này làm tăng tốc độ chuyển động của chất lỏng, chúng bị xáo động mạnh, do đó α tăng.

Khởi động thiết bị thí nghiệm, đặt thông số thiết bị ban đầu vơi lưu lượng nước làm mát là 2 l/phút và công suất đốt nóng thiết bị đốt nóng là 12 W

Với hơn 109 phút đo đạc thực nhiệm, ta thu được 1 bộ số liệu ổn địnhnhất của quá trình như sau:

Nhiệt độ môi chất lỏng T1 45,2 ℃)Nhiệt độ môi chất hơi T2 28,1℃)Nhiệt độ nước làm mát vào T3 21,4 ℃)Nhiệt độ nước làm mát ra T4 21,8 ℃)Nhiệt độ bộ gia nhiệt T5 63 ℃)Áp suất trong bình P1 = 1.56Công suất bộ gia nhiệt 12 w

- Nhiệt lượng nước làm mát lấy đi: Qc = Gc Cp (T4 – T3)

Nhiệt độ trung bình của nước làm mát để tính, nhiệt độ ban đầu của nước là 19,5 , nhiệt đô cuối cùng là 21,8℃) :

Tra thông số có mật độ lỏng của R141b là 1194.3452 kg/m3 nên lưu lượng ngưng tụ của R141b = 2,55.10-4 1194.3452 = 0,3 (ml/s)

Vậy lưu lượng ngưng tụ của R141b là 0,3 (ml/s)