Báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị công nghệ mã môn học 602047 bài 4 nhiệt Động lực học

Mục tiêu thí nghi ệm − Làm quen với thiết bị xử lý nhiệt: dàn lạnh, nồi hơi, điện trở,… − Xác định các thông số trạng thái của môi trường không khí ẩm trong từng trường hợp cụ thể sau:

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ

MÃ MÔN HỌC: 602047 BÀI 4: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

GVHD: TS Nguyễn Quốc Hải

Sinh viên thực hiện:

1 Đặng Thị Hồng Thắm 62101036

2 Nguyễn Phạm Vân Quỳnh 62100718

3 Phan Hoàng Vũ 62101077

4 Tạ Lệ Quyên 62100713

5 Trương Thị Ánh Ngọc 62101007

6 Võ Ngọc Vỹ An 62100947

7 Nguyễn Thị Tuyết Vy 62100766

NHÓM: 07 - 02 HỌC KỲ I/ 2024-2025

MỤC LỤC

I TRÍCH YẾU 3

1 Nội dung, ý nghĩa thí nghi ệm 3

1.1 Mục tiêu thí nghiệm 3

1.2 Cơ sở lý thuyết 3

2 Phương pháp tiến hành 5

2.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm 5

2.2 Các bước tiến hành 6

II KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 7

1 Số liệu thô 7

2 Xử lý số liệu và đồ thị 8

2.1 Thí nghiệm 1 8

2.2 Thí nghiệm 2 12

2.3 Thí nghiệm 3 16

2.4 Thí nghiệm 4 22

III BÀN LUẬN 26

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

I TRÍCH YẾU

1 Nội dung, ý nghĩa thí nghi ệm

1.1 Mục tiêu thí nghi ệm

− Làm quen với thiết bị xử lý nhiệt: dàn lạnh, nồi hơi, điện trở,…

− Xác định các thông số trạng thái của môi trường không khí ẩm trong từng

trường hợp cụ thể sau:

o Nhiệt độ và độ ẩm của dòng không khí ở môi trường xung quanh

o Nhiệt độ và độ ẩm của dòng không khí sau khi đi qua dàn lạnh

o Nhiệt độ và độ ẩm của dòng không khí được làm nóng bằng điện

trở

− Từ các số liệu khảo sát được, thực hiện vẽ các quá trình thay đổi trên giản

đồ I – d của không khí ẩm Trên cơ sở đó, xác định enthanpy và độ chứa

hơi của không khí tại các vị trí nói trên

− Tính toán cân bằng nhiệt của ống khí động bao gồm các công việc như:

xác định lưu lượng gió thổi qua ống, xác định năng suất lạnh của dàn lạnh

(khả năng tách ẩm từ không khí) …

1.2 Cơ sở lý thuyết

− Vận tốc chuyển động của không khí: v = 1 m/s

− Tiết diện miệng ra ống khí động: F = 0,0144 m2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ

GVHD: Nguyễn Quốc

Hải

Nhóm:

Bài 4:

NHIỆT ĐỘNG

LỰC HỌC

Ngày TN:

09/10/2024

1 Đặng Thị Hồng Thắm 62101036

2 Nguyễn Phạm Vân Quỳnh 62100718

3 Phan Hoàng Vũ 62101077

4 Tạ Lệ Quyên 62100713

5 Trương Thị Ánh Ngọc 62101007

6 Võ Ngọc Vỹ An 62100947

7 Nguyễn Thị Tuyết Vy 62100766

− Khối lượng riêng của không khí ẩm tại điểm 1 (tk = 30.83 oC): ρk =

- Hàm ẩm được hiểu là “Hàm lượng ẩm”, cho thấy tỷ lệ giữa khối lượng

nước trong không khí và khối lượng không khí khô trong một đơn vị thể tích

của không khí ẩm Thông thường, hàm ẩm được ký hiệu bằng x hoặc d, với đơn

vị đo là kg nước/kg không khí khô

𝑥 = 𝑑 = 𝑚ℎ

𝑚𝑘𝑘𝑘

m h , m kkk là khối lượng ẩm (hơi nước) và khối lượng của không khí khô có trong

1 đơn vị thể tích (1 m3) không khí ẩm

- Enthanpy ở đây được hiểu là enthanpy riêng biệt (theo quy ước) - đây là một

thông số thể hiện năng lượng (chỉ năng lượng có trong một đơn vị vật chất), còn

được gọi là hàm nhiệt Nó được tính bằng tổng của nội năng riêng (u) và công

riêng nhận được (p.v) Thông thường, enhtanpy được ký hiệu là h hoặc i, với đơn

- Vì không khí ẩm có sự thay đổi do nhiều yếu tố khác nhau, thay vì phải lục

tìm thông tin qua những bảng số liệu phức tạp và khó hiểu, chúng ta hoàn toàn

có thể sử dụng các đồ thị để diễn đạt những thông số này một cách trực quan

hơn Những đồ thị này được gọi là giản đồ không khí ẩm, trong đó bao gồm giản

đồ h – x hoặc i – d Việc ứng dụng giản đồ không khí ẩm mang lại rất nhiều lợi ích Mặc dù vẫn có thể xảy ra một vài sai lệch nhỏ, nhưng phương pháp này góp phần giảm bớt sự rắc rối trong việc tìm kiếm và tính toán Hơn nữa, những kết quả mà chúng ta thu được từ đó vẫn có thể được xem là hợp lý và đáng tin cậy

- Trạng thái của không khí ẩm sẽ được biểu thị bằng một điểm cụ thể trên giản

đồ Từ vị trí của điểm này, chúng ta có thể xác định được các thông số nhiệt động quan trọng liên quan đến không khí ẩm như enthalpy (h), nhiệt độ bầu ướt, nhiệt

độ bầu khô (tk), hàm ẩm (x), độ ẩm tương đối (φ), nhiệt độ ngưng tụ sương (tđs)

và áp suất hơi riêng phần (ph) cũng như áp suất hơi bão hòa (ps) Đối với mỗi trạng thái khác nhau của không khí ẩm, chúng ta có khả năng mô tả các quá trình chuyển đổi trạng thái một cách rõ ràng và dễ hiểu thông qua giản đồ không khí

13 - Điện trở quá nhiệt hơi

14 - Điện trở nồi đun

T1, H1 - Cặp nhiệt kế và ẩm kế đo nhiệt độ, độ ẩm không khí trước dàn lạnh

T2, H2 - Cặp nhiệt kế và ẩm kế đo nhiệt độ, độ ẩm không khí sau dàn lạnh

T3, H3 - Cặp nhiệt kế và ẩm kế đo nhiệt độ, độ ẩm không khí sau Bộ điện trở sấy nóng

không khí

T4, H4 - Cặp nhiệt kế và ẩm kế đo nhiệt độ, độ ẩm không khí sau Bộ phận phun

ẩm (Báo cáo này không tiến hành đo được do mũ phun ẩm không hoạt động)

2.2 Các bước tiến hành

Bước 1: Cấp điện (đóng cầu dao tổng) cho hệ thống

Bước 2: Kiểm tra mực nước trong bể chứa (12) - phải đảm bảo mực nước trong

bể chứa cao hơn điện trở trong nồi đun (11)

Bước 3: Khởi động quạt thổi khí (2), điều chỉnh mức mở cửa hút ở giá trị tương

ứng với từng chế độ thí nghiệm

Bước 4: Cấp điện cho nồi đun Thường xuyên quan sát mực nước trong bể chứa

(12) và cấp thêm nước nếu cần thiết

Bước 5: Khởi động hệ thống làm lạnh

Bước 6: Cấp điện cho hệ thống điện trở sấy nóng không khí (7)

Bước 7: Khi hệ thống thỏa đồng thời hai điều kiện: Có hơi nước cấp vào Hệ

thống từ mũ phun ẩm (9) và có nước ngưng chảy ra ở ống (4) thì chờ tiếp cho

đến khi hệ thống hoạt động ổn định rồi thu thập số liệu cho mỗi chế độ thí

nghiệm

Bước 8: Chuyển sang những chế độ thí nghiệm kế tiếp: Điều chỉnh mức mở cửa

hút lần lượt ở 3 vị trí khác để tiến hành 3 bài thí nghiệm tiếp theo ứng với mỗi

mức mở cửa hút (Tiến hành tương tự như ở bước 7)

Bước 9: Dừng hệ thống: Sau chế độ thí nghiệm cuối cùng, tắt hệ thống làm lạnh,

hệ thống gia nhiệt, điện trở nồi đun và điện trở quá nhiệt hơi Chờ khoảng 1 - 2

phút rồi tắt quạt và ngắt điện tổng

II KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Thông số của không khí

TG đo nước ngưng, s

2 Xử lý số liệu và đồ thị

2.1 Thí nghiệm 1

Bảng 2: Các giá trị trung bình từ số liệu thô thí nghiệm 1

2.1.1 Các thông số của không khí

Theo giản đồ I – d, căn cứ vào nhiệt độ bầu khô và độ ẩm đo được, ta xác định hàm ẩm d (g/kgKKK), enthalpy (kJ/kg)

Dựa vào bảng, tiến hành nội suy, ta xác định được khối lượng riêng ρ (kg/m3) phụ thuộc vào nhiệt độ tk (ºC) của không khí

Bảng 3: Các đại lượng đặc trưng của không khí ẩm

TN Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3

2.1.2 Xác định trạng thái của không khí ẩm của môi trường đi qua ống

khí động

Xét thí nghiệm I, ta có:

Vận tốc chuyển động của không khí: v = 0.7 m/s

Tiết diện miệng ra ống khí động: F = 0.0144 m2

Khối lượng riêng của không khí ẩm tại Điểm 1 (tk = 30.9 oC): k = 1.161 kg/m3 Lưu lượng không khí ẩm:

𝐺𝑘 = 𝑣 × 𝐹 × 𝜌𝑘 = 0.7 × 0.0144 × 1.161 × 3600 = 42.130 kg/h Lưu lượng khối lượng ẩm:

𝐺ℎ = 𝐺𝑘 × 𝑑 = 42.130 × 0.0165 = 0.695 kg/h Lưu lượng khối lượng không khí khô:

𝐺𝑘𝑘𝑘 = 𝐺𝑘− 𝐺ℎ = 42.130 − 0.695 = 41.435 kg/h Tính toán tương tự ta thu được bảng sau:

Bảng 4: Trạng thái không khí ẩm qua ống khí động

2.1.3 Công suất tách ẩm của dàn lạnh

Lưu lượng thể tích nước ngưng: 𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑 = 50

169 ×106= 2.960 × 10−7 𝑚3/𝑠 Với nhiệt độ đọng sương của không khí ở điểm 2: 2.5 oC

Dựa vào Bảng 4-4 Các thông số nhiệt vật lý của nước theo nhiệt độ - Tài liệu

hướng dẫn thí nghiệm quá trình và thiết bị công nghệ trang 47 ta nội suy được: Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ nước ngưng: w = 999.96 kg/m3

Enthalpy của nước ở nhiệt độ nước ngưng: hcond = 10.595 kJ/kg = 10595 J/kg

Công suất tách ẩm

𝑃𝑐𝑜𝑛𝑑 = 𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑 × 𝜌𝑤 × ℎ𝑐𝑜𝑛𝑑 = 2.960 × 10−7× 999.96 × 10595 = 3.136 J/s

2.1.5 Bảo toàn năng lượng cho điện trở

Enthalpy của không khí trước Bộ điện trở: i2 = 15.70 kJ/kg = 15700 J/kg

Enthalpy của không khí sau Bộ điện trở: i3 = 94.20 kJ/kg = 94200 J/kg

Dựa trên phần tính toán ở mục 2.2 ta tính được nhiệt lượng mà dòng không khí

thu vào trong quá trình sấy nóng:

𝑄ℎ = 𝐺𝑘𝑘𝑘(𝑖3 − 𝑖2) = 0.0115 × (94200 − 15700) = 902.75 J/s

2.1.6 Tổn thất nhiệt trong quá trình phun hơi nước

Vì hệ thống bị lỗi kỹ thuật nên điểm 4 không đo được do đó không tính toán được tổn thất nhiệt trong quá trình phun hơi nước

2.2 Thí nghiệm 2

Bảng 5: Các giá trị trung bình từ số liệu thô thí nghiệm 2

2.2.1 Các thông số của không khí:

Theo giản đồ I – d căn cứ vào nhiệt độ bầu khô và độ ẩm đo được ta xác định hàm ẩm d (g/kgKKK) enthalpy (kJ/kg)

Dựa vào bảng tiến hành nội suy ta xác định được khối lượng riêng ρ (kg/m3) phụ thuộc vào nhiệt độ tk (ºC) của không khí

TN

Điểm 1 (Trước dàn lạnh) (Sau dàn lạnh) Điểm 2

Điểm 3 Sau điện trở

Thể tích nước ngưng (mL)

Thời gian ngưng (s)

t k

( o C)

φ (%)

t k ( o C)

φ (%)

II 0.9 30.83 61.96 50 140.3 9.9 79.73 55.2 7.93

Linh tham khảo: https://www.engineeringtoolbox.com/airdensityspecific weight-d_600.html

-Bảng 6: Các đại lượng đặc trưng của trạng thái không khí ẩm

TN Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3

2.2.2 Xác định trạng thái của không khí ẩm của môi trường đi qua ống khí động:

Xét thí nghiệm II, ta có:

- Vận tốc chuyển động của không khí: v = 0.9 m/s

- Tiết diện miệng ra ống khí động: F = 0.0144 m2

- Khối lượng riêng của không khí ẩm tại điểm 1 (tk = 30.83 oC):

Bảng 7: Trạng thái không khí ẩm đi qua ống khí động

v (m/s) tk (oC) ρk (kg/m3) Gk (kg/h) d (kg/kg) Gh (kg/h) Gkkk (kg/h)

0.9 30.83 1.161 54.168 0.0175 0.948 53.220

0.9 9.9 1.2464 58.152 0.0061 0.355 57.797

0.9 55.2 1.076 50.202 0.0081 0.407 49.795

2.2.3 Công suất tách ẩm của dàn lạnh:

Lưu lượng nước ngưng: Wcond = 50

140.3 ×106= 3.564 × 10−7 m

3

s Nhiệt độ đọng sương của không khí ở điểm 2 là 7oC

Dựa vào bảng 4-4 Các thông số nhiệt vật lý của nước theo nhiệt độ - Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm quá trình và thiết bị công nghệ trang 47 ta xác định: Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ nước ngưng: ρw = 999.96 kg

m3

Enthapy của nước ở nhiệt độ nước ngưng: hcond = 29510 J

kg Công suất tách ẩm:

Pcond = Wcond× ρw × hcond = 3.564 × 10−7 × 999.96 × 29510 = 10.52 J

kgkkk Hàm lượng ẩm trước dàn lạnh: d2 = 0.0175 kg

kgkkk Hiệu quả tách ẩm:

ηs = Gcond

Gkkk×(d2−d1)= Wcond×ρw

Gkkk×(d2−d1)= 3.564× 10

−7 ×999.96 0.0148×(0.0175−0.0061)= 2.112

2.2.5 Bảo toàn năng lượng cho điện trở:

Dựa trên phần tính toán ở mục 2.2 ta tính được nhiệt lượng mà dòng không khí thu vào trong quá trình sấy nóng:

2.2.6 Tổn thất nhiệt trong quá trình phun hơi nước

Vì hệ thống bị lỗi kỹ thuật nên điểm 4 không đo được do đó không tính toán được tổn thất nhiệt trong quá trình phun hơi nước

2.3 Thí nghiệm 3

Bảng 8: Các giá trị trung bình từ số liệu thô thí nghiệm 3

2.3.1 Các thông số của không khí

Theo giản đồ I – d căn cứ vào nhiệt độ bầu khô và độ ẩm đo được ta xác định hàm ẩm d (g/kgKKK) enthalpy (kJ/kg)

Dựa vào bảng tiến hành nội suy ta xác định được khối lượng riêng ρ (kg/m3) phụ thuộc vào nhiệt độ tk (ºC) của không khí

TN

Điểm 1 (Trước dàn lạnh)

Điểm 2 (Sau dàn lạnh)

Điểm 3 Sau điện trở

Thể tích nước ngưng (mL)

Thời gian ngưng (s)

t k

( o C)

φ (%)

t k ( o C)

φ (%)

III 1.0 30.83 63.1 50 129.3 11.5 80.03 53.8

3 8.87

Bảng 9: Các đại lượng đặc trưng của trạng thái không khí ẩm

TN Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3

2.3.2 Xác định trạng thái của không khí ẩm của môi trường đi qua ống

khí động:

Xét thí nghiệm III, ta có:

Vận tốc chuyển động của không khí: v = 1.0 m/s

Tiết diện miệng ra ống khí động: F = 0.0144 m2

Khối lượng riêng của không khí ẩm tại điểm 1 (tk = 30.83 oC):

ρk = 1.161 kg/m3

Lưu lượng khối lượng không khí ẩm:

Gk = v × F × ρk = 1.0 × 0.0144 × 1.161 × 3600 = 60.186 kg/h Lưu lượng khối lượng ẩm:

Gh = Gk × d = 60.186 × 0.0165 = 0.993 kg/h

Lưu lượng khối lượng không khí khô:

Gkkk = Gk − Gh = 60.186 − 0.993 = 59.193 kg/h

Tính toán tương tự thu được bảng sau:

Bảng 10: Trạng thái không khí ẩm đi qua ống khí động

2.3.3 Công suất tách ẩm của dàn lạnh:

Lưu lượng nước ngưng: Wcond = 50

129.3 ×10 6= 3.867 × 10−7 m

3

s Nhiệt độ đọng sương của không khí ở điểm 2 là 9oC

Dựa vào bảng 4-4 Các thông số nhiệt vật lý của nước theo nhiệt độ - Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm quá trình và thiết bị công nghệ trang 47 ta xác định:

Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ nước ngưng: ρw = 999.85 kg

m 3

Enthapy của nước ở nhiệt độ nước ngưng: hcond = 37900 J

kg

v (m/s) tk (oC) ρk (kg/m3) Gk (kg/h) d (kg/kg) Gh (kg/h) Gkkk (kg/h) 1.0 30.83 1.161 60.186 0.0165 0.993 59.193

1.0 11.5 1.239 64.230 0.0075 0.482 63.748

1.0 53.83 1.080 55.987 0.008 0.448 55.539

kgkkk Hàm lượng ẩm trước dàn lạnh: d2 = 0.0165 kg

kgkkk Hiệu quả tách ẩm:

2.3.5 Bảo toàn năng lượng cho điện trở:

Dựa trên phần tính toán ở mục 2.2 ta tính được nhiệt lượng mà dòng không khí

thu vào trong quá trình sấy nóng:

2.4 Thí nghiệm 4

Bảng 11: Các giá trị trung bình từ số liệu thô thí nghiệm 4

2.4.1 Các thông số của không khí

Theo giản đồ I – d căn cứ vào nhiệt độ bầu khô và độ ẩm đo được ta xác định hàm ẩm d (g/kgKKK) enthalpy (kJ/kg)

Dựa vào bảng tiến hành nội suy ta xác định được khối lượng riêng ρ (kg/m3) phụ thuộc vào nhiệt độ tk (ºC) của không khí

TN

Điểm 1 (Trước dàn lạnh)

Điểm 2 (Sau dàn lạnh)

Điểm 3 Sau điện trở

Thể tích nước ngưng (mL)

Thời gian ngưng (s)

t k

( o C)

φ (%)

t k ( o C)

φ (%)

IV 1.1 31.47 66.80 50 75.33 12.63 81.13 53.8

3

9.87

Bảng 12: Các đại lượng đặc trưng của trạng thái không khí ẩm

TN Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3

2.4.2 Xác định trạng thái của không khí ẩm của môi trường đi qua ống khí động:

Xét thí nghiệm IV ta có:

Vận tốc chuyển động của không khí: v = 1.1 m/s

Tiết diện miệng ra ống khí động: F = 0.0144 m2

Khối lượng riêng của không khí ẩm tại điểm 1 (tk = 31.47 oC): ρk = 1.159 kg/m3

Lưu lượng khối lượng không khí ẩm:

Gk = v × F × ρk = 1.1 × 0.0144 × 1.159 × 3600 = 66.091 kg/h

Lưu lượng khối lượng ẩm:

Gh = Gk × d = 66.091 × 0.0175 = 1.157 kg/h Lưu lượng khối lượng không khí khô:

Gkkk = Gk− Gh = 66.091 − 1.157 = 64.934 kg/h Tính toán tương tự thu được bảng sau:

Bảng 13: Trạng thái không khí đi qua ống khi động

2.4.3 Công suất tách ẩm của dàn lạnh:

Lưu lượng nước ngưng: Wcond = 50

75.33 ×106= 6.637 × 10−7 m

3

sNhiệt độ đọng sương của không khí ở điểm 2 là 10oC

Dựa vào bảng 4-4 Các thông số nhiệt vật lý của nước theo nhiệt độ - Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm quá trình và thiết bị công nghệ trang 47 ta xác định:

Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ nước ngưng: ρw = 999.77 kg

m3 Enthapy của nước ở nhiệt độ nước ngưng: hcond = 42090 J

kg Công suất tách ẩm:

v (m/s) t k ( o C) ρ k (kg/m 3 ) G k (kg/h) d (kg/kg) G h (kg/h) G kkk (kg/h)