Phúc trình thí nghiệm quá trình thiết bị bài 1 truyền nhiệt Ống lồng Ống

So sánh sự thay đổi nhiệt độ ở các tốc độ dòng chảy khác nhau Trong trường hợp 2 dòng ngược chiều, khi tăng dần lưu lượng dòng lạnh, nhiệt độ dòng chảy và nhiệt độ đầu ra của cả dòng nón

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHÚC TRÌNH THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

L03 / CHIỀU THỨ 5 NHÓM 2A – HK241 Ngày nộp bài:

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Sĩ Xuân Ân

Ngô Văn Tuyền

Sinh viên thực hiện Mã số sinh

viên

Điểm số

Nguyễn Lê Gia Kiệt 2111602

Nguyễn Ngọc Như Huỳnh 2111377

Thành phố Hồ Chí Minh – 2024

BÀI 1: TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

1 Kết quả thí nghiệm thô.

1.1 Thí nghiệm trường hợp hai dòng ngược nhau.

- Nhiệt độ cài đặt dòng nóng (Heater): 50oC

3.33 50.

044

6 47.3 989.2 4.174 64.45 577.5

5.00 49.

844

0 46.9 989.4 4.174 64.40 581.6

6.67 50.

043

8 46.9 989.4 4.174 64.40 581.6

7.47 49.

843

546.6

648.1

3.33

50

045

7 47.3 989.0 4.174 64.52 571.7

5.00

49

444

8 46.9 989.3 4.174 64.42 579.5

6.67

49

644

5 46.9 989.3 4.174 64.42 580.1

7.65

49

544

346.6

5 49.0 988.5 4.174 64.67 559.8

3.33

50

446

8 48.6 988.7 4.174 64.62 563.9

945

947.9 989.0 4.174 64.53 571.2

49

545

3 47.4 989.2 4.174 64.46 576.4

7.63

49

444

947.1

8 49.1 988.5 4.174 64.68 558.8

3.33

50

046

748.3

5

49

746

047.8

6.67

49

445

4 47.4 989.2 4.174 64.46 576.4

7.55

49

245

347.2

4 49.6 988.3 4.174 64.75 553.6

3.33

50

047

148.5

5.00

49

646

4 48.0 988.9 4.174 64.54 570.2

6.67

49

445

947.6

7.47

49

345

832.80994.72 4.174 62.28 760.00

3.33 30.

933

132.0

5.00 31.

032

531.7

6.67 30.

932

131.5

7.47 31.

032

031.5

533.4

3.33

31

334

232.7

5.00

31

233

332.2

6.67

31

232

832.0

7.65

31

132

531.8

133.6

3.33

31

134

732.9

5.00

31

133

732.4

6.67

31

333

132.2

7.63

31

132

932.0

233.7

3.33 31

034

732.85994.70 4.174 62.28 759.26

30

933

932.4

6.67

30

933

232.0

7.55

31

033

032.0

433.6

3.33

30

934

932.9

5.00

30

934

032.4

6.67

31

033

532.2

7.47

31

233

432.3

Tại T1 = 50oC dòng nóng đi vào => ρ hot∈¿=988.1 (kg/ m3 ) ¿

q m hot =G hot × ρ hot∈¿=1.67 × 10−5×988.1 =0.0165(kg/ s)¿Tại T4 = 31oC dòng lạnh đi vào => ρ cold∈¿=995,3 (kg/m3 ) ¿

q m cold =G cold × ρ cold∈¿=1.67 ×10−5× 995, 3 =0.0166(kg/s )¿

Độ giảm nhiệt độ dòng nóng:

Độ tăng nhiệt độ dòng lạnh:

Nhiệt lượng tỏa ra từ dòng nóng:

Qe=qm hot×Cphot×∆ Thot=0.01647 × 4174 × 4.3=295.6(W )

Nhiệt lượng được dòng lạnh hấp thụ:

Q a =q m cold ×Cp cold × ∆ T cold =0.01662 × 4174 × 4=277.5(W )

Nhiệt lượng mất ( hoặc thu được):

0.0329 0.0165

290.82190.3660.4

436.22196.1768.9

0.0663

443.15257.9963.2

0.0761

444.95269.9462.2

0.0331

498.54243.8467.1

0.0497

540.09284.7865.4

0.0663

498.54367.5757.5

0.0759

570.83357.1561.5

0.0331

512.39394.9656.4

0.0497

1017.33

623.18394.1661.2

0.0663

1099.82

637.02462.8057.9

0.0751

1072.33

627.33445.0058.5

0.0823 0.0165

380.83444.0446.1

0.0331

553.93442.7855.5

0.0497

1099.82

643.95455.8758.5

1237.30

682.45554.8555.1

2.2 Tính ∆ tlog theo công thức

Tại Fhot=1(l/ ph) , Fcold=1(l/ ph) , độ mở van=20 %

T1 = 50.3 (oC ) , T2 = 48.3 (oC ) , T3 = 46.0 (oC ) , T4 = 30.8 (oC ) , T5 = 32.5 (oC ) , T6 =34.8 (oC )

.1=25.89

17111.27

7.47

19164.62

17278.84

19750.11

2 3

13141.21

17346.78

13081.51

19784.27

13061.43

17521.62

17295.78

17473.77

19568.29

13074.33

22002.41

17363.84

21942.07

19466.65

1.67 1.67 3.68 5.12 4.19 4.36 21.35 25.86 1660.70 2556.74

3.33 3.75 5.21 4.48 4.70 20.65 64.30 1603.65 6342.43

1.67 3.67 5.05 4.00 4.15 55.59 26.53 4325.31 2626.833.33 3.70 5.12 4.21 4.39 54.43 66.33 4231.23 6555.705.00 3.76 5.18 4.37 4.60 53.24 85.89 4132.53 8477.70

6.67 3.77 5.21 4.49 4.72 52.86

107.4

3 4102.79

10596.49

7.65 3.78 5.23 4.55 4.78 52.55

119.5

1 4077.28

11781.58

7.63 3.76 5.21 4.39 4.62 70.11

120.3

4 5442.62

11869.99

6.67

1.67 3.61 5.01 3.81 3.97 91.57 27.04 7136.30 2679.453.33 3.67 5.11 4.01 4.16 90.37 67.31 7032.02 6654.91

7.55 3.75 5.21 4.29 4.51 88.79

120.0

4 6893.49

11839.66

1 8305.58

10828.44

7.47 3.73 5.17 4.21 4.39

106.66119.7

8 8285.31

11824.44

5.72 7.73 42.13 40.13 7.92 6.39 40.23 39.19 0.38 0.176.62 6.71 40.78 38.76 8.62 5.54 39.53 38.34 0.30 0.176.99 6.24 40.26 38.24 8.43 4.91 39.72 37.71 0.21 0.212.27 11.63 47.33 45.28 5.21 16.65 42.94 49.45 1.29 0.433.85 9.79 44.70 42.69 6.40 8.08 41.75 40.88 0.66 0.185.03 8.52 42.97 40.97 7.13 6.88 41.02 39.68 0.42 0.195.91 7.49 41.74 39.74 7.85 6.02 40.30 38.82 0.33 0.206.20 6.99 41.30 39.29 8.09 5.67 40.06 38.47 0.31 0.19

α2

(W/(m 2 /s)

1.67

1.67 4.48 4.41 21.01 25.79 1633.84 2549.483.33 4.80 4.76 20.30 64.12 1576.05 6324.635.00 4.93 4.82 20.00 84.85 1551.88 8363.776.67 5.04 4.86 19.89 106.56 1543.12 10496.247.47 5.08 4.88 19.75 116.57 1531.72 11482.15

3.33

1.67 4.15 4.10 55.08 26.62 4286.17 2635.233.33 4.27 4.57 54.25 65.66 4216.82 6489.685.00 4.33 4.66 53.39 85.61 4144.02 8450.076.67 4.43 4.71 53.02 107.45 4114.86 10598.767.65 4.46 4.74 52.81 119.73 4097.26 11803.06

5

1.67 4.14 3.90 71.26 27.10 5552.23 2685.523.33 4.24 4.40 70.82 66.46 5513.41 6571.51

5 4.31 4.53 70.50 86.23 5480.62 8514.436.67 4.36 4.62 70.26 107.98 5457.06 10656.807.63 4.43 4.64 69.96 120.21 5430.73 11857.076.67 1.67 4.10 3.75 89.92 27.42 7007.67 2717.52

3.33 4.22 4.30 89.22 66.79 6942.57 6603.47

5 4.29 4.40 88.81 86.86 6904.05 8577.076.67 4.36 4.49 88.42 108.73 6867.50 10726.427.55 4.34 4.56 88.52 119.64 6873.11 11801.10

8.33

1.67 4.08 3.58 107.65 27.68 8397.75 2742.373.33 4.17 4.24 106.97 67.06 8326.77 6630.895.00 4.23 4.35 106.56 87.14 8286.25 8605.356.67 4.29 4.44 106.19 109.07 8251.33 10765.887.47 4.31 4.48 106.06 119.17 8238.91 11764.03

9.24 4.24 38.91 37.04 9.26 4.24 38.89 37.04 0.002 0.0015.43 14.46 42.72 47.26 5.53 14.26 42.62 47.06 0.018 0.0146.99 7.39 41.16 40.19 7.08 7.45 41.07 40.25 0.013 0.0087.92 6.39 40.23 39.19 7.99 6.43 40.16 39.23 0.009 0.0068.62 5.54 39.53 38.34 8.68 5.56 39.47 38.36 0.007 0.0038.43 4.91 39.72 37.71 8.45 4.92 39.70 37.72 0.003 0.0035.21 16.65 42.94 49.45 5.32 16.30 42.83 49.10 0.022 0.0216.40 8.08 41.75 40.88 6.49 8.15 41.66 40.95 0.014 0.0087.13 6.88 41.02 39.68 7.19 6.93 40.96 39.73 0.009 0.0067.85 6.02 40.30 38.82 7.90 6.05 40.25 38.85 0.007 0.0068.09 5.67 40.06 38.47 8.14 5.70 40.01 38.50 0.006 0.005

α2

(W/(m 2 /s)

1.67

1.67 4.49 4.41 20.98 25.79 1632.24 2549.763.33 4.82 4.76 20.27 64.12 1574.05 6324.965.00 4.95 4.82 19.98 84.85 1550.00 8363.526.67 5.07 4.86 19.86 106.55 1541.05 10495.627.47 5.11 4.88 19.72 116.56 1529.60 11481.42

3.33

1.67 4.15 4.10 55.07 26.61 4285.08 2634.833.33 4.27 4.56 54.24 65.68 4216.33 6491.655.00 4.32 4.66 53.40 85.62 4144.63 8450.746.67 4.43 4.71 53.03 107.45 4115.56 10598.717.65 4.45 4.74 52.82 119.73 4098.44 11802.65

3.33 4.24 4.43 70.79 66.34

5511.51 6559.67

5 4.31 4.53 70.48 86.25 5479.57 8516.44

6.67 4.36 4.62 70.26 108.00 5456.41 10657.977.63 4.43 4.64 69.95 120.21 5430.04 11857.40

6.67

1.67 4.11 3.77 89.88 27.39 7004.40 2714.713.33 4.23 4.29 89.18 66.81 6939.72 6605.18

5 4.30 4.40 88.79 86.88 6901.91 8579.066.67 4.37 4.49 88.39 108.74 6865.04 10727.377.55 4.34 4.56 88.51 119.66 6872.01 11802.25

8.33

1.67 4.09 3.61 107.59 27.63 8393.26 2737.173.33 4.18 4.24 106.92 67.08 8323.32 6632.935.00 4.24 4.34 106.53 87.16 8283.82 8607.786.67 4.29 4.44 106.16 109.10 8249.42 10768.247.47 4.31 4.48 106.04 119.19 8237.23 11766.15

2.5 Hệ số truyền nhiệt (trong tường ống) lý thuyết K T¿ và bảng tính kết quả K T, K T¿

Hình 2 Đồ thị thể hiện sự thay đổi nhiệt độ dòng lạnh theo lưu lượng

3.2 Sự thay đổi của ∆T cold và ∆T hot khi lưu lượng dòng lạnh tăng lên

1 2 3 4 5 4.00

1 2 3 4 5 3.0

1 2 3 4 5 2.00

Hình 7 Sự thay đổi ∆T hot và ∆T cold khi tăng lưu lượng dòng lạnh với Gn = 5 (l/ph)

3.3 Sự thay đổi nhiệt năng tỏa ra/ hấp thụ bởi hai dòng lưu chất ở các lưu lượng khác nhau.

2 So sánh sự thay đổi nhiệt độ ở các tốc độ dòng chảy khác nhau

Trong trường hợp 2 dòng ngược chiều, khi tăng dần lưu lượng dòng lạnh, nhiệt độ dòng chảy và nhiệt độ đầu ra của cả dòng nóng và dòng

lạnh đều giảm dần Ngược lại, khi tăng dần lưu lượng dòng nóng, nhiệt

độ của dòng nóng và dòng lạnh đều tăng dần Khi tốc độ dòng chảy tăng dần, nhiệt độ của cả 2 dòng cũng tăng/ giảm tuyến tính và liên tục.

3 Nhận xét về sự thay đổi của ∆Thot và ∆Tcold khi lưu lượng dòng lạnh tăng lên

Trong trường hợp 2 dòng ngược chiều, khi tăng dần lưu lượng dòng lạnh, ∆Tcold giảm dần, trong khi đó, ∆Thot lại tăng dần Đó là bởi vì khi tăng lưu lượng dòng lạnh, nhiệt độ đầu ra của dòng lạnh giảm, làm cho

∆Tcold giảm, nhiệt độ đầu ra dòng nóng cùng giảm làm cho ∆Thot tăng Ngược lại, khi tăng lưu lượng dòng nóng, nhiệt độ đầu ra của cả dòng nóng và dòng lạnh đều tăng dần, làm cho ∆Thot giảm và ∆Tcold tăng.

4 Ước tính ảnh hưởng của các sai số đến các giá trị được tính toán đối với Qe, Qa, Qf và η

Các sai số về nhiệt độ ảnh hưởng đến ∆Thot, ∆Tcold, khối lượng riêng, làm thay đổi nhiệt lượng dòng lạnh thu vào và dòng nóng tỏa ra Từ đó có thể làm ảnh hưởng đến đánh giá về nhiệt lượng mất đi và hiệu suất tổng quát của quá trình truyền nhiệt Ngoài ra, nếu tốc độ dòng chảy không ổn định cũng có thể làm thay đổi các thông số trên.

5 So sánh nhiệt năng tỏa ra / hấp thụ bởi 2 dòng lưu chất ở các lưu lượng khác nhau

Trong trường hợp 2 dòng ngược chiều, khi tăng lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh, nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra Qe và nhiệt lượng dòng lạnh hấp thụ Qa đều có dấu hiệu tăng Bên cạnh đó, nhiệt lượng mất đi Qf

cũng tăng tương ứng Trong bảng số liệu, ở một số trường hợp, nhiệt lượng tỏa ra/ hấp thụ/ mất đi tăng nhưng không liêc tục vì có thể tồn tại sai số trong quá trình đo làm ảnh hưởng đến kết quả Tuy nhiên, những trường hợp đó là không đáng kể.

6 Giải thích bất kỳ sự khác biệt nào giữa Qe và Qa trong kết quả tính toán

Theo lý thuyết, Qe = Qa nhưng thực tế có nhiều điều kiện làm cho quá trình truyền nhiệt bị hao hụt Như thay vì truyền nhiệt trực tiếp thì giữa dòng nóng phải truyền nhiệt gián tiếp bằng truyền nhiệt đối lưu đến vách ống, sau đó truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt qua vách kim loại và cuối cùng là truyền nhiệt đối lưu từ vách ống sang dòng lạnh Quá trình truyền nhiệt này có thể làm hao hụt lượng nhiệt truyền đi, phụ thuộc vào nhiều điều kiện như chế độ chảy của dòng lưu chất, đặc điểm của vật liệu ống,

7 Nhận xét về ảnh hưởng của việc tăng lưu lượng dòng lạnh

Khi lưu lượng dòng lạnh tăng chênh lệch nhiệt độ dòng nóng tăng dần, dòng lạnh giảm dần Hiệu suất truyền nhiệt giảm dần nhưng không liên tục và không ổn định Tương tự, ∆Tlog giảm và hệ số truyền nhiệt KT

9 So sánh hiệu suất trong trường hợp cùng chiều và ngược chiều nhau.

Theo số liệu tính toán, hiệu suất tổng quát của trường hợp xuôi chiều lớn hơn trường hợp ngược chiều, mặc dù theo lý thuyết thì hiệu suất của hai dòng ngược chiều phải cao hơn

Hiệu suất trung bình của trường hợp hai dòng xuôi chiều thấp hơn của hiệu suất trung bình hai dòng ngược chiều, điều này là phù hợp với lý thuyết Nhưng nhìn chung, hiệu suất rất thấp, lượng nhiệt thất thoát lớn.

nhiệt của dòng nóng và lạnh đối với bất kì cấu hình nhất định nào

và giải thích những thay đổi về hiệu suất khi cấu hình được thay đổi từ hoạt động cùng chiều sang ngược chiều.

Hiệu suất dòng nóng của 2 dòng ngược chiều cao hơn xuôi chiều,

tương tự với hiệu suất dòng lạnh nhưng sự chênh lệch của hiệu suất dòng lạnh là không rõ ràng Lý do là bởi vì trong dòng chảy ngược chiều, dòng chất lỏng lạnh có thể tiếp cận nhiệt độ đầu vào của dòng nóng và ngược lại Do đó nhiệt độ của chất lỏng lạnh có thể tiến gần đến nhiệt độ vào của dòng nóng, làm tăng hiệu quả truyền nhiệt

Trong khi ở dòng chảy cùng chiều, vì nhiệt độ của hai dòng trở nên tương đồng nhanh chóng, nhiệt độ đầu ra của dòng lạnh thường không thể tiếp cận nhiệt độ đầu vào của dòng nóng, dẫn đến hạn chế về khả năng trao đổi nhiệt.

các giá trị được tính toán cho ΔTlog và KT

Các sai số do môi trường, thao tác, thiết bị làm ảnh hưởng đến số liệu nhiệt độ thu được, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến ΔTlog Bên cạnh đó, sai

số về nhiệt độ cũng làm ảnh hướng đến Qe (như đã nói ở trên), cùng với sai số ΔTlog làm ảnh hưởng đến sai số KT.

ΔTlog và K cho mỗi bộ giá trị đọc

Nhìn chung, theo chiều tăng lưu lượng dòng lạnh giá trị ΔTlog tăng giảm không ổn định, giá trị KT tăng liên tục.

Δt2 khi bộ trao đổi nhiệt được cấu hình cho dòng cùng chiều và ngược chiều.

Đối với cả 2 trường hợp, theo chiều tăng lưu lượng dòng lạnh, ∆t1 có

xu hướng giảm và ∆t2 có xu hướng tăng, sự chênh lệch tăng giảm rõ ràng hơn trong trường hợp ngược chiều so với cùng chiều

hệ số truyền nhiệt tổng quát đối với cùng một thiết bị trao đổi nhiệt cho dòng cùng chiều và ngược chiều (với tất cả các biến khác giống nhau)

Như đã nói ở trên, ở truyền nhiệt 2 dòng ngược chiều, sự chênh lệch dòng nóng và dòng lạnh là cao hơn so với cùng chiều Điều đó dẫn đến

Qe của trường hợp trao đổi nhiệt ngược chiều cao hơn so với cùng

chiều Dựa trên số liệu, sự chênh lệch ΔTlog không đáng kể khi so với sự chênh lệch Qe, vì thế hệ số truyền nhiệt tổng quát của trường hợp trao đổi nhiệt 2 dòng ngược chiều là cao hơn cùng chiều.

sao?

trong lúc làm thí nghiệm Biện pháp khắc phục?

Mức độ sai số là khá đáng kể, vì một số lí do có thể kể đến như sai

số thiết bị, sai số do quá trình thao tác và môi trường làm việc xung

quanh Từ đó có thể làm ảnh hưởng đến nhiệt lượng trao đổi và làm xuất hiện sai số trong kết quả và tính toán:

- Trong quá trình đo, thời gian nhóm em thu số liệu sau khi chuyển đổi vận tốc dòng chảy trên máy tính là không đồng đều, khi đó, một số bộ số liệu được thu khi quá trình trao đổi nhiệt chưa ổn định làm cho số liệu chưa hoàn toàn trực quan, chính xác.

- Môi trường nhiệt độ xung quanh, nhiệt lượng được trao đổi không chỉ 2 dòng với nhau mà có thể trao đổi với môi trường ngoài Bên cạnh đó ống không được bọc lớp cách nhiệt nên dễ thất thoát nhiệt ra môi trường ngoài.

- Ngoài ra, còn có thể có một số nguyên nhân khác gây sai số có thể xảy ra như nước được sử dụng bị cáu bẩn; điều kiện thí

nghiệm trong thời tiết nắng nóng có bức xạ cao và sức gió từ quạt trần cũng có thể làm ảnh hưởng đến kết quả.

Từ những nguyên nhân đó, nhóm xin đề xuất một số phương pháp khắc phục: thí nghiệm nên được tiến hành ở nhiệt độ lưu chất không quá cao và đảm bảo cho dòng lưu chất được tinh khiết; đảm bảo lắp

hệ thống kín và làm việc ở môi trường ổn định nhiệt độ, không bị tác động nhiệt từ môi trường quá nhiều Khi lấy kết quả, nên kiên nhẫn chờ hệ thống ổn định, đọc kết quả nhiệt độ nhanh chóng và nên thực hiện thí nghiệm lặp lại nhiều lần rồi chọn số liệu có độ lặp lại cao hoặc tính trung bình để đảm bảo kết quả đáng tin cậy.

với hệ số truyền nhiệt lý thuyết

Dựa trên số liệu, hệ số truyền nhiệt thực nghiệm lớn hơn so với hệ

số truyền nhiệt lý thuyết Sự khác biệt có thể vì một số lý do có thể

kể đến như: nhiệt độ trung bình bề mặt tính có sai số so với thực tế,

sự thay đổi cơ chế dòng chảy trong quá trình truyền nhiệt, cặn bẩn trong lưu chất hay sai số do thao tác và môi trường xung quanh.