Báo cáo thí nghiệm truyền nhiệt bài 1 xác Định hệ số dẫn nhiệt của một số loại củ, quả thực phẩm bằng phương pháp nguồn Đường

Mục đích thí nghiệm: - Xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu bằng thí nghiệm minh họa quá trình dẫnnhiệt không ổn đinh khi sử dụng nguồn đường.. Mục đích thí nghiệm: - Bằng thí nghiệm mi

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Bài 1: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA MỘT SỐ LOẠI

CỦ, QUẢ THỰC PHẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGUỒN

ĐƯỜNG

I Mục đích thí nghiệm:

- Xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu bằng thí nghiệm minh họa quá trình dẫnnhiệt không ổn đinh khi sử dụng nguồn đường

II Thiết bị thí nghiệm:

- Thiết bị thí nghiệm đo hệ số dẫn nhiệt TLS100 của hãng ThermTest Dải đocủa thiết bị từ 0.02 – 5 W/mK, áp dụng các loại vật liệu cách nhiệt dạng xốp, vậtliệu mềm như bùn, đất; vật liệu xây dựng như cát, xi măng; các loại củ quả, thựcphẩm,… Đối với các vật liệu cứng phải khoan lỗ trước khi tiến hành thí nghiệm

Thiết bị thí nghiệm Thermtest TLS100 xác định hệ số dẫn nhiệt theo phương

5 Cắm que thăm vào mẫu cần đo, nhập ID cho mẫu và chờ thời gian nhiệt

độ của que thăm đồng đều với nhiệt độ của mẫu

6 Nhất nút xanh để tiến hành quá trình đo

7 Kết thúc quá trình đo, rút que thăm ra khỏi mẫu, chờ que thăm ổn định nhiệt độ rồi tiếp tục thí nghiệm với mẫu khác

8. Vẽ lại sơ đồ, ghi chép các thông tin cần thiết để hoàn thành báo cáo thí nghiệm

IV Nguyên lý hoạt động:

- Sử dụng nguồn đường là một que thăm đưa vào vật cần đo, khi đó quátrình là dẫn nhiệt không ổn định 1 chiều Khảo sát sự biến thiên về nhiệt

độ theo thời gian từ đó xác định được hệ số dẫn nhiệt

- Kết hợp phương pháp phân tích thành phần hóa học của vật liệu, sử dụng

mô hình song song và mô hình vuông góc để tính hệ số dẫn nhiệt của vậtliệu thông qua hệ số dẫn nhiệt của từng thành phần tạo nên vật liệu

V Xử lý kết quả thí nghiệm:

Nguồn nhiệt đường 𝑞𝑙 = 10 W/m

Bảng Kết Quả

Từ bảng kết quả, ta xây dựng được các đồ thị sau:

Đồ thị phụ thuộc của nhiệt độ vào ln ) - cà rốt (𝜏) - Vật Trụ

Bảng thông số cấu tạo các thực phẩm, phục vụ tính hệ số dẫn nhiệt của vật liệu thí

nghiệm bằng mô hình song song và mô hình vuôn

 Xác định hệ số góc của phương trình phụ thuộc 𝑡 = 𝐶1𝑙 𝑛(𝜏) + 𝐶2

𝑖

 Xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu từ các thông số cấu tạo theo mô

hình vuông góc và song song

- Cà rốt: Từ bảng thông số cấu tạo của Cà rốt, ta có bảng sau:

Các thành phần Moisture Protein Fat Cabohydrate Fiber Ash

Hệ số dẫn nhiệt

(𝜆)

0,57109 0,17881 0,18071 0,20141 0,18331 0,32962Bằng mô hình vuông góc ta tính được:

- Bằng tính toán lý thuyết sử dụng mô hình song song và mô hình vuông góc ta xác định được hệ số dẫn nhiệt của Cà rốt nằm trongkhoảng

- Xác định hệ số dẫn nhiệt của Cà rốt qua thực nghiệm và tính toán

lý thuyết cho ra kết quả khác nhau, 𝝀 𝒄à 𝒓ố𝒕 à thực nghiệm là 0.81326không nằm trong khoảng tính toán

- Lý do dẫn đến sai số: 𝜆 là đại lượng phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, vật liệu, … Mà điều kiện thực nghiệm khác với điều kiện lý thuyết nên dẫn đến sai số trong quá trình đo Sai số của 𝜆 cũng 1 phần do làm tròn trong biểu thức xây dựng hàm tuyến tính qua

đồ thị, cũng như sai số thiết bị trong quá trình đo Do thất thoát nhiệt độ, dụng cụ đo chưa chính xác, làm tròn số trong tính toán.

Bài 2: TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU TRONG KÊNH DẪN

I Mục đích thí nghiệm:

- Bằng thí nghiệm minh họa quá trình trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức trong

kênh dẫn, đánh giá sự ảnh hưởng của các loại bề mặt trao đổi nhiệt, dòng nhiệt,vận tốc đến quá trình trao đổi nhiệt đối lưu

II Thiết bị thí nghiệm:

- Thiết bị thí nghiệm trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức trong kênh dẫn Thiết bị

chứa các cảm biến nhiệt độ, vận tốc và hiển thị các thông số đó trên màn hình.Trong quá trình thí nghiệm sinh viên tiến hành thay đổi công suất, vận tốc khítrong kênh và các bộ trao đổi nhiệt khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của từngyếu tố đến quá trình trao đổi nhiệt đối lưu

Thiết bị thí nghiệm xác định mật độ dòng nhiệt truyền qua vách phẳng

III Trình tự thí nghiệm:

1 Nghiên cứu lý thuyết về trao đổi nhiệt đối lưu

2 Theo dõi cán bộ hướng dẫn giới thiệu, phân tích cơ sở lý thuyết, phân tíchcác thành phần cấu tạo của thiết bị thí nghiệm

3 Lắp bộ trao đổi nhiệt vào kênh dẫn

4 Kết nối cảm biển nhiệt độ, vận tốc, sau đó gạt công tắc để khởi động thiếtbị

5 Khởi động quạt, nhấn nút đề cấp điện cho bộ gia nhiệt

6 Điều khiển các mức công suất và mức quạt ứng với từng chế độ

7 Quan sát nhiệt độ trên màn hình thiết bị, chờ thời gian nhiệt độ ổn định ở

bề mặt vách sau đó ghi kết quả vào bảng số liệu 1

8 Tiếp tục thực hiện tương tự với công suất nhiệt và vận tốc khác nhau khácnhau.

9 Ghi chép các thông tin cần thiết để hoàn thành báo cáo thí nghiệm

IV Nguyên lý hoạt động:

- Nguồn nhiệt được cấp vào bề mặt trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng đặt trong

một đường ống, khảo sát sự biến thiên về nhiệt độ của tấm phẳng dưới tác độngcủa quạt (trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức), so sánh với nhiệt độ ban đầu củamôi trường từ đó đánh giá hệ số trao đổi nhiệt

V Xử lý kết quả thí nghiệm:

Bảng 1: Kết quả thí nghiệm cho bộ trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng

Nhiệt độ môi trường 𝑡𝑓 = 25,8 [℃]]

STT 𝜆 ][𝑉] 𝑄

][𝑊]

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của 𝑘_𝛴 vào tốc độ và

dòngnhiệt2,5

 Nhận xét:

- Khi cung cấp cùng một dòng nhiệt cho bề mặt trao đổi nhiệt, cường độ trao đổi nhiệt năng lên khi tốc độ quạt (vận tốc dòng không khí tiếp xúc với bề mặt trao đổi nhiệt) theo đồ thị tuyến tính.

- Độ chênh lệch nhiệt độ của bề mặt đốt nóng với nhiệt độ môi trường tăng thì vận tốc gió của quạt giảm và ngược lại.

- Kết quả của thí nghiệm là kết quả gần đúng do ảnh hưởng của một số tác nhân môi trường, do sai lệch khi đo đạc thiết bị đo.

Bài 3: TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU KHI SÔI

I Mục đích thí nghiệm:

- Bằng thí nghiệm minh họa quá trình trao đổi nhiệt khi sôi trong không gian

rộng tìm hiểu các cơ chế sôi bọt, sôi màng và đánh giá sự ảnh hưởng của độ quánhiệt đến quá trình trao đổi nhiệt đối lưu

II Thiết bị thí nghiệm:

Thiết bị thí nghiệm :

Dùng môi chất R141b

Có 05 đầu cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ:+ t1: nhiệt độ môi chất lỏng R141b

+ t2: nhiệt độ hơi môi chất R141b

+ t3: nhiệt độ nước lạnh vào

+ t4: nhiệt độ nước lạnh ra

+ t5: nhiệt độ bề mặt đốt nóng

01 đầu đo áp suất đo áp suất tuyệt đối trong bình

Sơ đồ nguyên lý và hình ảnh thiết bị thí nghiệm

3 Tăng lượng nhiệt lên các mức khác nhau với độ tăng 10 W/lần đo Điềukhiển lưu lượng nước để áp suất duy trì ở mức mong muốn Ghi giá trịnguồn đốt nóng, áp suất hơi, nhiệt độ lỏng và nhiệt độ bề mặt đốt nóngkhi hệ thống ổn định.

4 Kết thúc quá trình thí nghiệm

Giảng viên hướng dẫn tạo chế độ sôi màng, sinh viên theo dõi và xác địnhđiều kiện nhiệt độ tới hạn

5 Ghi chép các thông tin cần thiết để hoàn thành báo cáo thí nghiệm

IV Nguyên lý hoạt động:

- Thiết bị thí nghiệm chính gồm 1 buồng sôi chứa môi chất R141b, 1 đường cấpnước vào ống giải nhiệt trong buồng sôi, một thanh điện trở chịu trách nhiệmcấp nhiệt cho môi chất, các cặp nhiệt để đo nhiệt độ bề mặt trao đổi nhiệt, nhiệt

độ nước vào và ra khỏi buồng sôi, nhiệt độ của môi chất trong buồng sôi

- Khảo sát sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt vách và môi chất trong bình để vẽ

đồ thị mối liên hệ giữa độ chênh nhiệt độ và dòng nhiệt, từ đó liên hệ với hệ sốtrao đổi nhiệt đối lưu Khi cấp nhiệt Quá trình sôi bọt diễn ra làm tăng hệ số traođổi nhiệt đối lưu đến cực đại và giảm dần, lúc này chuyển qua quá trình sôimàng cho các bọt khí lớn dần và cản trở quá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt vàmôi trường làm hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giảm Khi các màng sôi đã hìnhthành hoàn thiện trên toàn bộ mề mặt trao đổi nhiệt lúc này hệ số trao đổi nhiệtđối lưu bắt đầu tăng trở lại

V Xử lý kết quả thí nghiệm:

Bảng kết quả đo:

Q[W]: dòng nhiệt.

𝑡𝑤[℃]]: nhiệt độ bề mặt vách

𝑝𝑠[𝑏𝑎𝑟 : áp suất tuyệt đối trong bình.]

𝑡𝑠[℃]]: nhiệt độ bão hòa của môi chất

𝑡𝑓 [℃]]: nhiệt độ môi chất trong bình

𝑘𝜆[𝑊]/𝐾]: cường độ trao đổi nhiệt của bề mặt

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa Q và Δ𝑡100

- Nhiệt độ bão hòa của môi chất R141b tra theo bảng so với nhiệt độ

bề mặt tại thời điểm sôi có sự chênh lệch, nhưng sự chênh lệch nàykhông lớn do sai số cặp nhiệt và điều kiện thí nghiệm

- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dòng nhiệt vào độ chênh nhiệt độgiữa môi chất và bề mặt trao đổi nhiệt thể hiện môi chất khảo sátđang trong quá trình sôi bọt do dòng nhiệt tăng khi độ chênh nhiệt

độ tăng