Báo cáo thí nghiệm nhiệt Động lực học và truyền nhiệt

Mục đích thí nghiệm - Biét cách đo nhiệt độ khô, ướt, lưu lượng gió, áp suất, thể tích -__ Hiểu quá trình làm lạnh có tách âm của không khí âm -__ Hiểu nguyên lý làm việc và các thiết

2.1 Thiết bị & vật tư thí nghiệm - St 1 EtềEEEEE121111211211 11 1 E11 ererei 12

2.2 Mô tả thí nghiệm - S222 92112112712212121121102111021011021E1 1E errerree 12

5.1 Xác định các thông số trạng thái của tác nhân lạnh - ¿ +5: 2c 22222 +zsc++csrsersexe2 15

5.3 Xác định lưu lượng R12 (kg/s) làm việc trong chu trình máy lạnh (bỏ qua tốn thât lạnh qua môi trường xung quanh) theo công thức: c1 2.12211211121111 15 1152128 tre 18

5.4 Xác định phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Ọ, (KW) ccc cc cece ccecceeteeesnseenteeeseeenes 18

5.6 Xac định công nén đoạn nhiệt của máy nén jƒ (KW) Q22 nhe 18

5.7 Xác định hệ số làm lạnh Ê (COP) của chu trình - + + S231 2 2EEE2E212EeEgrki 18

1.1 Mục đích thí nghiệm Q2 1121111111 1122112 115 1255118151511 1 1111111118 Hàn tệ, 19

1.2 Yêu cầu chuẩn bị - 2+22221152122111211221121122211211217121121111211221121 re 19

2 MÔ TẢ THÍ NGHIỆM 19

BY

2.1 Thiết bị và vật tư thí nghiệm - 52-5 1 1E 1E 1112111102111 121 E1 111tr gay 19

P Non hoc iiaiiađađadaaiiiiỶŸŸŸŸ3ÊẼŸẼỶŸẢÝÝỀÝŸỶÝ 21

EI (vỏ bọc chùm ông) trao đổi nhiệt cùng chiỀu: s2 5222 2121215217121 ee 22

EI (vỏ bọc chùm ống) trao đối nhiệt ngược chiỀU: - 5c 222212 2 821221211212 errrrrei 23 E2 (ống xoắn) trao đôi nhiệt cùng chiỀu: - 52 2S 2192 2E12221271211211212721 na 23 E2 (ống xoắn) trao đôi nhiệt ngược chiỀU: - 2s SE 1221121127122 211221 23

EI (vỏ bọc chùm ông) trao đổi nhiệt cùng chiỀu: s2 5222 2121215217121 ee 23

EI (vỏ bọc chùm ống) trao đối nhiệt ngược chiỀU: - 5c 222212 2 821221211212 errrrrei 24 E2 (ống xoắn) trao đôi nhiệt cùng chiỀu: - 52 2S 2192 2E12221271211211212721 na 24 E2 (ống xoắn) trao đôi nhiệt ngược chiỂU: 2-52 2E112E12E12112112112121121.1.Eerrree 25

BÀI 1: XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI KHÔNG KHÍ ẨM VÀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ÓNG KHÍ

1 MUC DICH VA YEU CAU CUA THI NGHIEM

1.1 Mục đích thí nghiệm

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

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

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

- - Tính toán cân bằng nhiệt trong ống khí

1.2 Yêu cầu chuẩn bị

- Nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt

- _ Thiết bị đo tốc độ gió

- _ Thiết bị đo thể tích

- - Thước kẹp

2.2 — Mô tả thí nghiệm

Không khí được quạt thôi qua dàn lạnh của máy lạnh Trước và sau dàn lạnh có đặt các bầu

nhiệt kế khô ướt đê xác định trạng thái của không khí âm

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

2: Ong khi dong | 6: Thiết bị đotốc | 10: Ông đồng xoắn

độ gió (Van tiết lưu) 3: Nhiệt kếkhô | 7: Áp kế đo áp 11: Quạt của dàn

suất thấp, P; P, nong 4: Dàn lạnh 8: Áp kế đo áp suất 12: Dàn nóng

Bảng 1: Tên gọi của các chỉ tiết trong hệ thống tương ứng với các số

+ Sử dụng các bầu nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt dé 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 khỏi ống khí động, từ

đó xác định lưu lượng không khí qua ông khí động

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

+ Từ các sô liệu trên, sinh viên xác định:

Biểu diễn quá trình thay đối trạng thái của không khí trên đồ thị t-d (hoặc I-d) 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

Biểu diễn các trạng thái của tác nhân lạnh trên đồ thị T-s (ứng với chu trình lạnh lý

thuyết, bỏ qua độ quá nhiệt quá lạnh)

4 SO LIEU THI NGHIEM

Bang 2 & 3: các thông số trạng thái của không khí âm:

'Thí nghiệm đợt 1 Không khí trước dàn lạnh Không khí sau dàn lạnh fk(oC| tư(oC| d(g/kg) | I(kJ/kg) | tk(oC| tư(oC| d(g/kg) I(kJ/kg) Lan 1 3 7 23,2 92,48 Ts Ts 12,8 49,93 Lần 2 33 27 23,2 92,48 17 17 12,4 48,45 Lần 3 33 27 23,2 92,48 17 17 12,4 48,45

2 Không khí trước dàn lạnh Không khí sau dàn lạnh tk(oC| tu(oC| d(g/kg) | IH(kJ/kg) | tk(oC| tư(oC | d(g/kg) I(kJ/kg)

) ) ) )

Lan 1 33 27 23,2 92,48 6 6 5,9 20,82 Lan 2 33 27 23,2 92,48 15 15 10,8 42,31 Lần 3 33 27 23,2 92,48 14 13 9,2 37 Lan 4 33 27 23,2 92,48 15 14 9,98 39,95

+ Cac lan sau tinh tương tự

Bảng 4 và 5: Các thông số khác liên quan đến không khí Ấm

'Thí nghiệm đợt 1 Vận tốc gió Nhiệt độ Lượng ẩm Lượngâm | Saisố| Nhiệt lượng

ra khỏi gid ra tách ra thực | tach ra theo (%) không khí nhả ong v (m/s) khỏi ong té (ml) tinh toan ra khi qua dan

(°C) (ml) lanh (W) Lan 1 4,46 20 264 557,86 52,68 2,54 Lan 2 4,48 20,6 278 582,104 52,24 2,64 Lan 3 451 20,1 262 582,104 54,99 2,64

- _ Xác định lượng ẩm tách ra theo tính toán Ƒ„:

% Lưu lượng khối lượng của không khí:

Œ,=VxFxp

Trong đó:

V là vận tốc trung bình của gió ra khỏi ống (m⁄s)

F là diện tích của miệng ống (m2) (F=0,105x0,105=0,01103 m?)

p là khôi lượng riêng của không khí (tra bảng)

+ Lượng âm tách ra khỏi dàn lạnh theo tính toán:

V,, = 0,596x 15x 60 = 927,97(ml) + Sai số (%4): _U_ “x100%

i

+ Nhiệt lwgng khong khi nha ra khi qua dàn lạnh:

Onn = Gig XAT = Gig XLioc — Loan )

Lần 1:

(ml) dàn

lạnh (W) Lan 1 2,65 9 106 551,58 J80,08 2,54 Lan 2 4,08 7 290 608,69 |52,36 2,74 Lan 3 4,28 16 276 642,14 |57,02 3,17 Lan 4 4,05 19 210 644,18 67,4 2,84

Áp suất bay Nhiệt độ Áp suất Nhiệt độ ngưng hơi đọc trên áp sôi tương ngưng tụ đọc tụ tương ứng

'Thí nghiệm đợt 2

Áp suất bay Nhiệtđộ |Áp suất ngưng| Nhiệt độ ngưng hơi đọc trên áp| sôi tương | tụ đọc trên áp| tụ tương ứng

kế (kgfem?) | ứng(°C) | kế (kgfem2) (°C) Lần 1 5,35 17,6

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

- _ Lượng nước tách ra khỏi không khí lệch nhiều so với lý thuyết (40-60%)

- - Nguyên nhân:

+ May sài lâu năm, sai sót trong lúc lây nước ra, sai sô dụng cụ đo

+ Không gian không ổn định làm ảnh hướng tới quá trình thí nghiệm ( đông người tập trung) nên làm ảnh hướng tới kết quả

s* Biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí trên đồ thị t-d:

% Biểu diễn các trạng thái của tác nhân lạnh trên đồ thị T-s:

Saturated liquid

BÀI 2: XÁC ĐỊNH HE SO SU DUNG NHIET COP (2) CHO CHU TRÌNH MÁY LẠNH VỚI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ GIẢI NHIỆT BẰNG KHÔNG KHÍ VÀ THIẾT BỊ BAY

HƠI LÀM LẠNH KHÔNG KHÍ

1 MUC DICH VA YEU CAU CUA THÍ NGHIỆM

1.1 Muc dich thí nghiệm

- Giup sinh vién co kha nang két 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 thê đo đạc thông số nhiệt độ, áp suất dé tính nhiệt lượng, hệ số làm

lạnh thực tế của thiết bị

1⁄2 Yêu cầu thí nghiệm

- _ Sinh viên phải nằm 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 có sơ đỗ nguyên lý như được mô tả ở hình 2 Máy nén (A) nén

hơi R12 từ áp suất sôi p0 đến áp suất ngưng tụ pk Hơi R12 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

R12 tir (C) di qua van tiết lưu (1) để giảm áp suất từ pk đến p0 và ổi vào 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 trỉnh của chu trình được lặp lại

-_ Chu trình máy lạnh được biêu diễn trên đô thị logp-I và T — S gồm các quá trình như sau:

Hình 2: Gián đồ logp - 1 của chu trình máy lạnh

1-2: Qua trinh nén doan nhiét hoi trong may

nén 2-3: Quá trình ngưng tụ đăng áp

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

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

Các vị trí đo nhiệt độ và áp suất trong chu trình máy lạnh

- Cac ap ké pl va p2 ding dé do ap suat hut và đây sau van tiết lưu và sau đầu đây của máy nén (A)

- Nhiét d6 cia tac nhan lanh R12 di vao va ra khdi thiết bị ngưng tụ (B) được đo bằng các

- Trong bài thí nghiệm này sinh viên có nhiệm vụ phải thu thập các số liệu về áp suất hút,

đây: 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 đề xác định:

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

+ Hệ số sử dụng nhiệt COP (e) cua chu trình lý thuyết và chu trình thực

+ Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk

+ Lượng không khí cần thiết đề giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ Gkk

4 SO LIEU THI NGHIEM

Bang 1 Số liệu đo được của các tác nhân lạnh trong chu trình

5 PHAN TINH TOAN

Phân tính toán được lấy số liệu từ lần đo thứ 3 để tính các câu dưới đây

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

-_ Các thông số đưuọc lấy từ lần đo thứ 3 được quy đối tương ứng trong bảng I để tính toán

- _ Áp suất khí quyên là 1 bar

-_ Tra bảng I1 (SBT) và áp dụng phương pháp nôi suy dé xác định các giá trị:

X-xX, Xx

Bảng 2 Các thông số R12 trong chu trình máy lạnh

Entropy s (kJ/kgK) | 2,351 2,351 | 1,919 1,94

5.2 Tính phụ tải của buồng lạnh:

- _ Phụ tải của buồng lạnh trong trường hợp này chính là lượng nhiệt từ môi trường bên ngoài truyền vào qua các vách buồng lạnh do sự chênh lệch nhiệt độ

Bảng 3 Hệ số dân nhiệt của các loại vật liệu

Loại vật liệu | Hệ số dẫn nhiệt | Chiều dày

Ø,= xạ, 1x10" (W)

- Dưới :

81.8x42x34.16 2),=F¿Xq@,¿=———————-I].74(W

BAI 3: TINH TOAN THIET BI TRAO DOI NHIET

1 MUC DICH VA YEU CAU CUA THÍ NGHIỆM

1.1 Muc dich thí nghiệm

- Quan sát quá trình trao đối nhiệt của ống xoắn và vỏ bọc chùm ông

- _ Tính hiệu suất trao đôi nhiệt của thiết bị và hiểu các yếu tô ảnh hưởng đến quá trình

trao đôi nhiệt

1.2 Yêu cầu chuẩn bị

-_ Sinh viên tìm hiểu các phần lý thuyết trước khi tiễn hành thí nghiệm: Các dạng

truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ

- _ Công thức tính nhiệt lượng cho quá trình nhận nhiệt và nhà nhiệt của nước Công thức tính hệ số truyền nhiệt và hệ số Reynold

2 MÔ TẢ THÍ NGHIỆM

2.1 Thiết bị và vật tư thí nghiệm

Thiết bị gồm 2 bộ trao đối nhiệt (ống xoắn và vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt cùng chiều hoặc ngược chiêu

Hình 3: Bộ ño lưu lượng của nước nóng và nước lạnh lần lượt FI1 và F12

- Có 4 cảm biến nhiệt độ dùng đo nhiệt độ vào và ra của nước nóng và nước lạnh đi qua bộ trao

đổi nhiệt Nhiệt độ được hiền thị trên màn hình

B6 coil exchanger voi bề mặt trao đổi nhiệt khoảng 0,1 m2, kí hiệu E2

Cọl làm từ thép khơng gi AISI 316, đường kính ngồi ống 12 mm, bề dày Imm,

chiều dải 3500 mm

Ơng bọc ngồi làm từ thủy tỉnh borosilicate, đường kính trong 100 mm

Bộ shell-and-tube exchanger, bề mặt trao đổi nhiệt khoảng 0,1 m2, kí hiệu E]

Cĩ 5 ống làm từ thép AISI 316 , đường kính ngồi ơng 10 mm, bề dày Imm và chiều

đài 900mm

Ơng bọc ngồi làm từ thủy tỉnh borosilicate, đường kính trong 50mm

Cĩ 13 khoảng chia với kích thước khoảng 75% đường kính

Mơ tả thí nghiệm

Bắt đâu:

Kiểm tra các đường nước vào, nước ra được gắn chặt vào đường ống

Kiểm tra nguồn điện

Kiểm tra bình cấp nước nĩng

Đĩng các van xả

Bật cơng tắc bảng hiện thị nhiệt độ

- _ Bật bơm chạy các đường nước nóng và lạnh

- _ Nước nóng và nước lạnh chạy qua hai bộ trao đổi nhiệt và nhiệt độ được hiển thị trên màn hình

3 NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM

Lần lượt tiễn hành các bài thí nghiệm sau và lay số liệu:

a) Chạy bộ E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt cùng chiều: Mở các van VI, V6, V7, V§

- _ Điều chỉnh lưu lượng nước nóng và lưu lượng nước lạnh bằng các van Mỗi lần điều chỉnh

đợi khoảng 2-3 phút cho nhiệt độ các cảm biến ôn định thì tiễn hành ghi số liệu

4 SO LIEU THI NGHIEM

E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đối nhiệt cùng chiều:

Tet | FI FI2 TH T2 |TB |T4 |AT AT

E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt ngược chiều:

E2 (ống xoắn) trao đối nhiệt cùng chiều:

Test FIl FI2 TH T12 T13 TH AT AT

E2 (ống xoắn) trao đối nhiệt ngược chiều:

Test FIl FI2 TH T12 T13 TH AT AT

5 BAO CAO KET QUA THI NGHIEM:

E1 (v6 boc chim ống) trao đối nhiệt cùng chiều:

Test | FUL | FI2 | TH | TE) Tr] Tr] AI Al Q | Qlanh 1 AI k w Re

2 | 3 | 4 | móng | lạnh | nóng In

E1 (v6 boc chim ống) trao đổi nhiệt ngược chiều:

Test | FIL | EI2 | TH | T2 | TI| TIỊ AI AI Q | Qlanh " Al k w Re

A=5nd,,L = 5 «1 * (9 * 107%) « (900 * 107°) = 0.127(m’)

- Ông xoắn (E2) ta có dữ liệu sau:

dm =

2 L= 3500 (mm)

— dn goai + hương _ 12+10

2 = 11(mm)

A = md„kL = †r * (11 x 1073) x (3500 + 107?) = 0.121(n) Trinh bay tinh

toan:

s* E1 (vỏ bọc trùm ống) trao đối nhiệt cùng chiều (lần 1):

- _ Lưu lượng nước nóng và nước lạnh

FIL = 800— = 2,2 *107* m3/s

l

Fl2 = 800 — 2,2 * 1077 m3/s

TI2 = 47.5°C TH1 = 50.6°€

AT anh = TI3 — TI4 = 3.5 °C

=> Nội suy từ bảng 25 với t= Ttb-lanh => p = 993,3725 (kg/m3) va cp = 4,174

(kJ/kg.°C) 5.1 Tính nhiệt trao đổi trong hệ thống và hiệu suất tông tại các mức lưu lượng

thé tích khác nhau:

Qnong = FIA Prong: (Cp)nong: AT nong = 2,2 * 107* * 988,4895 * 4174 * 3,1 =

2813,9014 (W)

Qtann = FI2 phanh: (Cp)tanre AT tanh = 2,2 * 107 * 993,3725 * 4174 «3,5 = 3192,6793 (W)

- Hiéu suat tong: