báo cáo thí nghiệm môn nhiệt động kỹ thuật

Còn ở bơm nhiệt thì người ta sử dụng nguồn nhiệt lấy từ dàn ngưng để cấp nhiệt làm nóng nước hoặc sưởi ấm.- Nhờ ưu điểm tiêu thụ ít năng lượng hơn những thiết bị cấp nhiệt thông thường,

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ

KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT



BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT

Hà Nội, 4/2022

Họ và tên sinh viên thực hiện: Lê Đức Hiếu

MSSV: 20193787

Mã lớp thí nghiệm: 709223

Lớp: Nhiệt 05 – K64

Người hướng dẫn: TS Phạm Thái Sơn

Bài 1: Phân tích nhiệt động của chu trình lạnh và bơm nhiệt

của thiết bị điều hòa không khí

1 Mục đích thí nghiệm

- Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của chu trình lạnh và bơm nhiệt của

thiêt bị điều hòa không khí

- Nắm vững và xác định một số thông số đặc trưng của chu trình: Các

thông số đo áp suất , , nhiệt độ , ,…

- Xây dựng chu trình lạnh trên đồ thị LgP-h.

- Tính toán cân bằng nhiệt, xác định hệ số làm lạnh ε, hệ số bơm nhiệt φ

theo chu trình và so sánh với giá trị tính được thông qua phép đo trực tiếp, giải thích lí do khác biệt

- Đánh giá hiệu quả năng lượng của từng quá trình tương ứng và nhận biết

được sự thay đổi của các thông số khi điều kiện làm việc của thiết bị thay đổi

2 Sơ lược về bơm nhiệt

- Chu trình bơm nhiệt và chu trình máy lạnh thực chất là giống nhau,

chúng đều là chu trình nhiệt động ngược chiều Chúng chỉ khác nhau ở cấp nhiệt độ và ở tên gọi bởi vì mục đích sử dụng của chúng Ở máy lạnh thì người ta sử dụng nguồn lạnh ở dàn bay hơi để làm lạnh ở nhiệt độ thấp Còn ở bơm nhiệt thì người ta sử dụng nguồn nhiệt lấy từ dàn ngưng

để cấp nhiệt làm nóng nước hoặc sưởi ấm

- Nhờ ưu điểm tiêu thụ ít năng lượng hơn những thiết bị cấp nhiệt thông

thường, bơm nhiệt ngày càng được nghiên cứu và phát triển rộng rãi vì sẽ cắt giảm được một lượng khí thải ra môi trường đáng kể, nhưng vẫn đảm bảo được nhu cầu về năng lượng sử dụng

- Vì khả năng ứng dụng của nó trong hoàn cảnh các nguồn năng lượng

thiên nhiên ( than đá, dầu mỏ, khí đốt…) đang dần khan hiếm, cạn kiệt cũng như thực trạng ô nhiễm khí thải, ô nhiễm môi trường hiện này thì việc nghiên cứu ứng dụng bơm nhiệt trong hoàn cảnh đất nước ta cũng đang là hướng nghiên cứu mới đang được định hướng và phát triển

3 Mô tả thiết bị và chu trình

- Thiết bị gồm 4 bộ phận chính:

+ Máy nén + Van tiết lưu

+ Dàn ngưng + Dàn bay hơi

4 bộ phận trên được mắc nối tiếp với nhau tạo nên một vòng kín

- Chu trình:

+ Máy nén hút hơi bão hòa khô sau khi đi ra khỏi thiết bị bay hơi có áp suất và nén lên áp suất cao

+ Hơi ở áp suất cao, nhiệt độ cao được đi qua thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt cho nước và ngưng tự thành trạng thái lỏng

+ Chất lỏng sau khi đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ được đưa đến van tiết lưu, khi qua van tiết lưu trở thành hơi ẩm có áp suất

+ Hơi ẩm được đưa vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt từ không khí trở thành hơi bão hoà khô sau đó lại được máy nén hút và bắt đầu thực hiện một chu trình mới

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy bơm nhiệt

- Các thiết bị phụ gồm có: Bình chứa cao áp, mắt gas, quạt, máy bơm, cảm

biến nhiệt, rơ le bảo vệ áp suất cao, đồng hồ đo áp suất và nhiệt độ của môi chất, màn hình hiển thị lưu lượng, màn hình hiển thị nhiệt độ, đồng

hồ đo công suất điện

4 Trình tự thí nghiệm

- Tìm hiểu sơ đồ thiết bị thí nghiệm, chức năng và nguyên lý làm việc của

các thiết bị, vẽ được sơ đồ nguyên lý làm việc và chu trình lạnh của máy bơm nhiệt

- Bật máy

- Bật bơm, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu

- Bật quạt, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu.

- Bật máy nén, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu.

- Kể từ lần bật máy nén, cứ 5 phút 1 lần ghi số liệu các lần đo vào bảng

(nhiệt độ tại cái điểm, áp suất đầu vào và đầu ra máy nén, công suất điện )

- Khi máy chạy đến lúc các thông số ổn định thì dừng đo.

- Tắt máy nén, tắt quạt, tắt bơm.

5 Thí nghiệm và xử lí số liệu.

- Nhiệt độ của từng giai đoạn được xác định như sau:

+: Nhiệt độ môi chất ra khỏi máy nén ở trạng thái hơi quá nhiệt

+ : Nhiệt độ môi chất ra khỏi bình ngưng ở trạng thái lỏng bão hoà + : Nhiệt độ môi chất ra khỏi van tiết lưu ở trạng thái hơi bão hoà ẩm + : Nhiệt độ môi chất ra khỏi dàn bay hơi ở trạng thái hơi bão hoà khô + : Nhiệt độ nước vào bình ngưng

+ : Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

+ : Nhiệt độ không khí vào dàn bay hơi ( Bị hỏng không đo được) + : Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn bay hơi

- Áp suất đầu vào máy nén

- Áp suất đầu ra máy nén

- Công suất điện: L

Bảng số liệu

t

Thời

)

(bar )

Lưu lượn g

L (kwh)

1 10h1

0

28,

9

28,

3

28, 0

27, 7

32, 4

27, 7

27, 6

1

2 10h1

5 29,1 28,2 28,0 27,7 32,4 27,9 27,4 4,6 4 101 127,51

3 10h2

0 36,1 29,5 -1,0 27,3 32,4 29,5 24,2 0,6 6,8 102 127,55

4 10h2

5

55,

2

32,

2

-5,5 26, 7

32, 3

31, 7

22, 8

1,2 7,4 101 127,5

8

5 10h3

0

65,

5

32,

9

-4,0 26, 6

32, 5

32, 3

23, 1

1,4 7,5 103 127,6

1

6 10h3

5

70,

1

33,

5

-3,1 26, 8

32, 6

32, 9

22, 8

1,5 7,7 102 127,6

3

7 10h4

0

75,

5

33,

8

-2,4 26, 8

32, 6

32, 5

23, 2

1,5 7,8 102 127,6

6

8 10h4

5

78,

3

34,

3

-2,0 26, 8

32, 7

33, 5

23, 2

1,6 7,8 102 127,6

8

9 10h5

0

81,

4

34,

4

-1,5 26, 9

32, 6

33, 5

23, 0

1,6 7,8 103 127,7

2

10 10h5

5

83,

0

34,

7

-1,2 26, 9

32, 7

33, 8

22, 4

1,6 7,8 101 127,7

5

11 11h 84,

5 34,8 -1,0 27,2 32,8 33,9 23,1 1,6 7,9 102 127,78

12 11h0

5 85,9 34,5 -0,9 27,3 32,9 34,0 22,5 1,6 7,8 102 127,80

13 11h1

0

86,

6

35,

0

-0,7 27, 2

33, 0

34, 1

22, 7

1,6 7,8 103 127,8

3

14 11h1

5

87,

3

34,

9

-0,5 27, 3

33, 1

34, 1

22, 8

1,7 7,8 102 127,8

6

15 11h2

0 87,8 35,1 -0,5 27,3 33,1 34,3 23,0 1,6 7,9 102 127,89

16 11h2

5 88,4 35,0 -0,5 27,4 33,1 34,2 22,9 1,6 7,9 103 127,91

17 11h3

0

88,

6

35,

1

-0,5 27, 1

33, 0

34, 2

22, 6

1,6 7,9 102 127,9

5

Nhận xét:

- Nhiệt độ môi chất ra khỏi máy nén () tăng mạnh sau khi bật máy nén, cụ

thể ở lần đo thứ 3 và thứ 4 tăng 19,1 độ C sau đó dần ổn định qua các lần đo

- Trước khi bật máy nén, nhiệt độ môi chất vào máy nén () và nhiệt độ môi

chất ra khỏi máy nén () chênh nhau không nhiều, sau khi bật máy nén nhiệt độ bắt đầu chênh nhau khá lớn 28,5 độ C

- Chênh lệch giữa nhiệt độ vào bình ngưng () và ra khỏi bình ngưng () thay

đổi rõ dệt, cụ thể chênh nhau giữa lần 3 và lần 4 là 6,6 độ C và 23 độ C

- Nhiệt độ môi chất ra khỏi van tiết lưu () giảm mạnh nhất sau khi bật máy

nén, cụ thể giảm 33,5 độ C giữa lần 3 và lần 4 sau đó tăng chậm sau các lần đo

- Nhiệt độ nước vào ra máy nén (, ) tăng chậm sau đó nhanh chóng ổn định.

- Áp suất áp suất vào máy nén () giảm mạnh 4 bar sau khi bật quạt và tăng

chậm sau khi bật máy nén, nhanh chóng đạt ổn định 1,6 bar

- Áp suất ra khỏi máy nén () tăng mạnh 2,8 bar sau khi bật quạt và tăng

chậm sau khi bật máy nén, nhanh chóng đạt ổn định 7,9 bar

- Công tơ điện trên sơ đồ đo cho quạt và máy nén, công tơ điện thay đổi

mạnh kể từ sau khi bật máy nén

Đồ thị trạng thái lgP – H

Trong đó:

- Quá tình 4-1 là quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén.

- Quá trình 1-2 là quá trình thải nhiệt đẳng áp trong bình ngưng

- Quá trình 2-3 là quá trình tiết lưu trong van tiết lưu đẳng enthanpy

- Quá trình 3-4 là quá trình nhận nhiệt trong dàn bay hơi

Các thông số trạng thái ở các vị trí (Tính cho lần đo thứ 17):

- Môi chất lạnh sử dụng: R12

- Do áp suất đo được trên máy là áp suất dư nên khi tính toán cần cộng

thêm áp suất không khí (= 1 bar )

Lưu lượng nước làm mát: = 102 (l/h) = 102 (kg/h) = 0,0283 (kg/s).

Ta có:

- Trạng thái 1: = + = 1 + 7,9 = 8,9 bar , = 88,6 từ đồ thị:

 = 404,5 (kJ/kg)

- Trạng thái 2: = = 8,9 bar, = 0 , từ đồ thị:

 = 234,5 (kJ/kg)

- Trạng thái 4: = + = 1+ 1,6 = 2,6 bar, =1 , từ đồ thị:

 = 350 (kJ/kg)

- Trạng thái 3: == 234,5 (kJ/kg)

Hệ số làm lạnh:

Hệ số bơm nhiệt:

Công suất tiêu thụ điện năng của máy nén:

Bài 2: Tìm hiểu về máy sấy lạnh

1 Mục đích thí nghiệm

- Nắm vững và giải thích được nguyên lý hoạt động cảu máy sấy lạnh

- Tìm hiểu về phương pháp làm mát bằng tháp giải nhiệt

- Hiểu được lợi ích quan trọng mà máy sấy lạnh đem lại cho công nghiệp

2 Sơ lược về sấy lạnh và máy sấy lạnh

a Sấy lạnh

- Sấy lạnh là phương pháp dùng không khí khô với độ ẩm từ 10 – 30% ,

nhiệt độ thấp từ 20 – 60 độ C để sấy nguyên liệu Nói một cách khác công nghệ này ưu việt vì quá trình sấy được tiến hành trong điều kiện giống như áp suất khí quyển

- Sản phẩm sấy lạnh:

Có thể thấy với nhiệt độ sấy lạnh khá thấp như thế này nên sản phẩm sau khi sấy lạnh hầu như ít bị ảnh hưởng nên mang lại giá trị kinh tế cao Mặt khác, màu sắc, hình dáng, mùi vị sau sấy dường như gần giống nguyên liệu tươi ban đầu, độ co ngót thấp, màu sắc đẹp hơn so với máy sấy nhiệt

Sản phẩm sau sấy lạnh sẽ bảo quản lâu hơn so với các công nghệ sấy thông thường khác, đặc biệt là các loại hoa quả, rau củ rất phù hợp với sấy lạnh do chứa nhiều vitamin dễ ảnh hưởng bởi nhiệt độ trong thời gian sấy dài, cũng như cực kỳ quan trọng mấu mã, màu sắc sấy

b Máy sấy lạnh

- Máy sấy lạnh hay còn gọi là máy sấy bơm nhiệt thưởng có một máy bơm

nhiệt được đặt trong tủ sấy hoặc hầm sấy theo quy mô của thiết bị Trong

đó máy bơm nhiệt có 2 đầu nóng và lạnh

+ Đầu lạnh: sẽ tách ẩm trong không khí từ buồng sấy và cung cấp dòng khí đã tách ẩm đến đầu nóng

+ Đầu nóng: sẽ cung cấp nhiệt lượng cho dòng không khí khô này để sấy thực phẩm

3 Mô tả thiết bị và chu trình

- Hệ thống gồm 6 thiết bị chính: máy nén, bình ngưng, dàn ngưng phụ, 2

van tiết lưu, dàn bay hơi

Máy nén và bình ngưng

Van tiết lưu 2 Van tiết lưu 1

Dàn ngưng phụ (trái), dàn bay hơi (phải)

- Các thiết bị phụ gồm có: Bình chứa cao áp, mắt gas, bơm nước, quạt hút,

đường ống dẫn, pin lọc, tấm chắn nước, ống xả nước ngưng, tháp giải nhiệt, bồn nước, bảng điều khiển

Bảng điều khiển Quạt hút

Tấm chắn nước Pin lọc

Máy bơm Ống xả đáy

Tháp giải nhiệt Bồn nước

- Nguyên lý hoạt động:

Không khí từ ngoài môi trường được đi qua hệ thống bơm nhiệt có 2 thiết

bị ngưng tụ ( bình ngưng và dàn ngưng phụ ) và 1 dàn bay hơi để đảm bảo cho không khí sau khi được quạt hút hút vào buồng sấy sẽ là không khí có

độ khô cao và nhiệt độ thích hợp

- Chu trình bơm nhiệt của máy sấy lạnh:

Sơ đồ chu trình làm việc của bơm nhiệt trong máy sấy lạnh

Từ sơ đồ ta hiểu được đường đi của môi chất lạnh, chu trình tản nhiệt cho nước cấp vào bình ngưng và chiều đi của không khí trong máy

- Môi chất lạnh đang ở trạng thái bình thường, sau khi bật quat, máy bơm

và máy nén thì bắt đầu chuyển trạng thái

- Môi chất lạnh ở đầu ra máy nén đang ở trạng thái hơi quá nhiệt có nhiệt

độ cao, áp suất cao được dẫn qua 2 đường

- Đường thứ nhất di chuyển vào bình ngưng, dưới tác dụng của ống nước chảy trong bình ngưng làm cho môi chất mất nhiệt cho nước và ngưng tụ Sau khi qua bình ngưng, môi chất hiện tại đang ở trạng thái lỏng bão hoà với nhiệt độ và áp suất cao được đưa qua bình chứa cao áp, rồi vào van tiết lưu 1 để thực hiện quá trình giảm áp suất và nhiệt độ cho môi chất Môi chất ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp tiếp tục được chuyển đển dàn bay hơi, tại đây dòng không khí ẩm từ ngoài môi trường sau khi qua pin lọc đi qua dàn bay hơi sẽ mất nhiệt cho môi chất trong dàn bay hơi để thực hiện quá trình bay hơi cho môi chất, cùng lúc đó hơi nước trong không khí ẩm bên ngoài sau khi mất nhiệt cho môi chất sẽ ngưng tụ lại trên dàn và có thể được tấm chắn nước hứng lại những giọt nước ngưng tụ và rớt xuống sàn rồi chảy ra ngoài môi trường nhờ đường ống xả đáy đảm bảo cho không khí vào dàn ngưng phụ có độ khô cao nhất Như vậy, đối với đường thứ nhất của môi chất sau khi ra khỏi máy nén thì ta được hệ thống khử

ẩm cho không khí

- Đường thứ 2 qua đường ống được dẫn vào dàn ngưng phụ để thực hiện quá trình ngưng tụ môi chất, tại đây không khí sau khi được khử ẩm ở dàn bay hơi đi qua dàn ngưng phụ sẽ được gia nhiệt do quá trình ngưng tụ của môi chất trong dàn ngưng phụ, không khí khô sau khi được gia nhiệt ở dàn ngưng phụ sẽ được quạt hút đưa vào buồng sấy để phục vụ cho quá trình sấy lạnh Tiếp tục với môi chất, môi chất sau khi ra khỏi dàn ngưng phụ chuyển sang trạng thái lỏng bão hoà ở áp suất cao và nhiệt độ cao được chuyển qua van tiết lưu 2 vào dàn bay hơi để chuyển trạng thái hơi bão hoà khô làm tăng hiệu suất cho chu trình rồi quay trở về máy nén

 Môi chất lạnh từ đường thứ 1 và đường thứ 2 sau khi quay trở về máy nén để nén lên trạng thái hơi quá nhiệt ở nhiệt độ cao và áp suất cao hoàn thành chu trình bơm nhiệt trong máy sấy lạnh