Báo cáo thí nghiệm môn học truyền nhiệt bài 1 xác Định dòng nhiệt tới hạn và hệ số trao Đổi nhiệt bề mặt khi thay Đổi nhiệt lượng Đốt nóng và giữ Áp suất không Đổi

Ghi lại các thông số công suất bộ gia nhiệt Q, bề mặt bộ gia nhiệt, nhiệt độ chất lỏng R141b.. Số tâm tạo bọt tăng lên sinh ra các bọt hơi càng nhiều và càng tách ra khỏi bề mặt đun nóng

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Môn học :Truyền Nhiệt

Họ và tên: Nguyễn Xuân Phúc Mssv: 20214772

Học phần: HE3023 Tên học phần: Truyền nhiệt

Mã lớp thí nghiệm:735359 Giảng viên hướng dẫn: Trần Thị

Thu Hằng

BÀI 1: XÁC ĐỊNH DÒNG NHIỆT TỚI HẠN VÀ HỆ SỐ TRAO ĐỔI NHIỆT BỀ MẶT KHI THAY ĐỔI NHIỆT LƯỢNG ĐỐT

NÓNG VÀ GIỮ ÁP SUẤT KHÔNG ĐỔI

I Tiến trình thí nghiệm

1 Cấp nhiệt vào ứng với công suất bộ gia nhiệt điện trở 60W, điều chỉnh lưu lượng nước sao cho áp suất hơi R141b giữ ở khoảng giá trị 1,03 bar trong suốt quá trình thí nghiệm

2 Ghi lại các thông số công suất bộ gia nhiệt (Q), bề mặt bộ gia nhiệt, nhiệt độ chất lỏng R141b

3 Tăng Q thêm 10W, điều chỉnh lưu lượng nước làm mát sao cho áp suất trong bình giữ nguyên là 1,03 bar Khi hệ thống ổn định, ghi lại các thông số như ở bước 2

4 Lặp lại quá trình tăng Q như trong bước 3, cho đến khi chế độ sôi chuyển từ sôi bọt sang sôi màng (Q đạt khoảng 260W) Điều chỉnh Q với, mức tăng 5W tại vùng chế độ chuyển từ sôi bọt sang sôi màng để có thể xác định chính xác vùng chuyển đổi này Khi hệ thống ổn định, ghi lại các thông số như ở bước 2 Quá trình tiến hành đến giá trị Q= 300W thì kết thúc

II Yêu cầu

1.Giải thích tại sao nhiệt độ bề mặt bộ gia nhiệt bắt đầu tăng khi quá trình sôi thay đổi từ sôi bọt sang sôi màng?

Trả lời:

- Khi ∆t > 5 0 C, việc tăng ∆t gây ảnh hưởng rõ rệt đến việc tăng α và q Số tâm tạo bọt tăng lên sinh ra các bọt hơi càng nhiều và càng tách ra khỏi bề mặt đun nóng, chất lỏng sửi bọt nhiều hơn và quá trình sôi mãnh liệt hơn Chính các bọt hơi này làm tăng tốc độ chuyển động của chất lỏng, chúng bị xáo động mạnh, do đó α tăng Chế độ sôi trong lúc này gọi là sôi sủi bọt (đối lưu tự nhiên không có ý nghĩa mà đối lưu do bọt, chỗ nào có bọt thì đi lên, không có bọt đi xuống) Độ chênh nhiệt độ ở chế độ này nằm trong khoảng 5 0 C < ∆t < 22,2 0 C.

- Tiếp theo đấy là vùng không ổn định ứng với 22,2 0 C (∆t < 110 0 C), khi ∆t tăng quá 22,5 0 C số bọt hơi sinh ra rất nhiều, số bọt hơi này dễ dính liền lại với nhau và tạo nên một màng hơi phủ trên bề mặt đu nóng Vì hơi có hệ số dẫn nhiệt rất bé so với nước nên ở chế độ này việc tăng độ chênh nhiệt độ sẽ làm cho α và q giảm xuống.

- Sau đó, khi toàn bộ bề mặt đun nóng đã bị phủ bởi 1 màng hơi liên tục thì chế

độ sôi chuyển sang sôi màng (ứng với ∆t > 110 0 C) Ở chế độ này hệ số toả nhiệt α có trị số bé nhưng với độ chênh nhiệt độ cao, sự truyền nhiệt qau màng hơi được thực hiện chủ yếu do bức xạ và do đó q tăng lên cùng với sự tăng của ∆t Trong trường hợp này độ chênh nhiệt độ rất cao, các giọt chất lỏng không thể nào tiếp xúc được với bề mặt vách vì bị màng hơi phủ trên bề mặt đun nóng ngăn cách, chúng “bơi” trên bề mặt màng hơi và phải qua thời gian đáng kể chúng mới bay hơi được hết.

2 Quá trình sôi bọt ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt như thế nào?

Trả lời:

- Chúng ta biết rằng hơi trong bọt mới sinh ra là hơi bão hòa có nhiệt độ bằng nhiệt độ vùng chất lỏng được quá nhiệt sát vách (tức bằng nhiệt độ bề mặt đốt nóng) Như vậy áp suất của hơi trong bọt hơi sinh ra sẽ được xác định theo nhiệt độ của bề mặt vách, còn áp suất của lớp chất lỏng bao quanh bọt hơi có thể xem gần đúng bằng áp suất của hơi bão hòa trên bề mặt thoáng và được xác định theo nhiệt độ bão hòa Điều này chỉ cho phép khi chiều cao của mức chất lỏng trên bề mặt đun nóng không lớn lắm và khối chất lỏng đó được quá nhiệt

so với nhiệt độ bão hòa

- Các bọt hơi mới sinh ra nhận nhiệt từ bề mặt đun nóng qua lớp chất lỏng bao quanh bọt hơi, lớp chất lỏng này liên tục bay hơi vào trong bọt làm tăng dần kích thước của bọt hơi Theo mức độ lớn lên của bọt hơi, sức căng bề mặt bị giảm rất nhanh, do đó tốc độ lớn lên của bọt hơi tăng liên tục và càng làm tăng cường độ bay hơi trên bề mặt bọt hơi Độ chênh lệch nhiệt độ ΔT càng tăng thì tốc độ lớn lên của của bọt hơi càng tăng, khi áp suất tăng thì tốc độ lớn lên của bọt hơi sẽ chậm

- Khi kích thước của bọt hơi đủ lớn, lực nâng tác dụng lên bọt hơi trở nên đáng kể, nó làm tách bọt hơi khỏi bề mặt đun nóng, tiếp ngay sau đấy một lượng chất lỏng khác lại lấp chỗ mà bọt hơi trước đó vừa tách đi Lượng chất lỏng này cũng cần được quá nhiệt cho đến nhiệt độ cần thiết để tạo thành bọt hơi mới Thời gian kể từ thời điểm tách ly bọt hơi cũ đến thời điểm tách ly bọt hơi mới

kế tiếp trên cùng một vị trí của bề mặt đun nóng (tức trên cùng một tâm hóa hơi)

được gọi là chu kỳ sản sinh bọt hơi (𝜏)

3 Từ số liệu thu thập được, tính toán dòng nhiệt q (kW/m2) và hệ số trao đổi

nhiệt bề mặt α (kW/m2K)

4 Biểu diễn trên đồ thị q theo ΔT, α theo ΔT

*Diện tích bề mặt bộ gia nhiệt F = 13cm2

BẢNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

ST

T

Áp suất

hơi

Nhiệt độ

bề mặt BGN, T5

(℃ )

Nhiệt độ R141b lỏng, T1

Công suất nhiệt cấp vào Q (W)

Dòng nhiệt q=Q/F (kW/m2)

α=q/∆T (kW/m2K)

11 1.13 60,0 35,5 24,5 180,0 138,5 5,7

16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0 28.0 30.0

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

Đồ thị q theo ΔT

ΔT (K)

16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0 28.0 30.0 0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

Đồ thị α theo ΔT

ΔT (K)

BÀI 2: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA MỘT SỐ LOẠI CỦ,QUẢ THỰC PHẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGUỒN

ĐƯỜNG

1.Xử lý số liệu theo thực nghiệm đo hệ số dẫn nhiệt của mẫu

Dải đo của thiết bị từ 0.02 – 5 W/mK, áp dụng các loại vật liệu cách nhiệt dạng xốp, vật liệu mềm như bùn, đất; vật liệu xây dựng như cát, xi măng; các loại củ quả, thực phẩm,… Đối với các vật liệu cứng phải khoan lỗ trước khi tiến hành thí nghiệm

TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

1.Nghiên cứu lý thuyết về dẫn nhiệt không ổn định khi có

nguồn nhiệt dạng đường, tính toán hệ số dẫn nhiệt của các loại thực phẩm

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

nghiệm

3 Kết nối que thăm vào thiết bị sau đó nhấn nút màu đỏ để khởi động thiết bị

4 Thiết đặt thời gian đo, tùy theo từng loại vật liệu

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

XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Yêu cầu

• Sinh viên tìm hiểu trước trình bày nguyên lí, cấu tạo của thiết bị thí nghiệm

• Nắm được cách thức tính toán hệ số dẫn nhiệt theo lý thuyết nguồn đường từ dữ liệu thực nghiệm

• Tính toán được hệ số dẫn nhiệt theo 2 mô hình song song và vuông góc

• Nhận xét kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm

a, Thí nghiệm với mẫu

- Tuyến tính hóa đường thực nghiệm thu được hệ số góc C1

Thời gian Ԏ,s Nhiệt độ t Ln(Ԏ )

10 40.75 2.302585

20 43.39 2.995732

30 44.71 3.401197

40 45.42 3.688879

50 46.13 3.912023

60 46.52 4.094345

70 46.84 4.248495

80 47.1 4.382027

90 47.38 4.49981

100 47.6 4.60517

110 47.77 4.70048

120 47.95 4.787492

130 48.04 4.867534

140 48.22 4.941642

150 48.39 5.010635

160 48.53 5.075174

170 48.51 5.135798

180 48.6 5.192957

190 48.78 5.247024

200 48.83 5.298317

210 48.96 5.347108

220 49.01 5.393628

230 49.21 5.438079

240 49.21 5.480639

250 49.34 5.521461

260 49.39 5.560682

270 49.34 5.598422

280 49.44 5.63479

290 49.48 5.669881

300 49.49 5.703782

30 35 40 45 50 55 0

1

2

3

4

5

6

f(x) = 0.351420687544939 x − 11.9700296711357

Nhiệt độ Ԏ

C1=0.35 → λ= q l

4 π C1= 10

4 π ×0.35 =2.27(W /mK )

b,Thí nghiệm với củ cà rốt

Thời gian Ԏ,s Nhiệt độ t Ln(Ԏ )

0 32.6 #NUM!

10 35.18

2.30258 5

20 35.93

2.99573 2

30 36.34

3.40119 7

40 36.54

3.68887 9

50 36.78

3.91202 3

60 36.95 4.09434

70 37.02

4.24849 5

80 37.23

4.38202 7

90 37.36 4.49981

100 37.44 4.60517

110 37.55 4.70048

120 37.58

4.78749 2

130 37.66

4.86753 4

4.94164 2

150 37.73

5.01063 5

5.07517 4

170 37.91

5.13579 8

180 37.96

5.19295 7

190 37.98

5.24702 4

200 38.05

5.29831 7

210 38.07

5.34710 8

220 38.09

5.39362 8

5.43807 9

240 38.27

5.48063 9

250 38.25

5.52146 1

260 38.36

5.56068 2

270 38.39

5.59842 2

280 38.34 5.63479

290 38.38

5.66988 1

300 38.48

5.70378 2

32 33 34 35 36 37 38 39

0

1

2

3

4

5

6

f(x) = 1.00608421484197 x − 33.0142783930262

Nhiệt độ Ԏ

C1=1.006 → λ= q l

4 π C1= 10

4 π ×1.006 =0.79(W /mK )

*Tra bảng 1, 3 và tính theo nhiệt độ trung bình của phép đo là 29,89 C ta được ⁰ các giá trị theo bảng sau:

4

1300.5635 2415.6926

2 Tính toán hệ số dẫn nhiệt của mẫu theo mô hình vuông góc

Σ ( x i ν /k i)=

1 1.454 +0.0382+0.0116+0.2724+0.1074+0.0084=0.5009

3 Tính toán hệ số dẫn nhiệt của mẫu theo mô hình song song

k =Σ xi ν

4 Nhận xét và kết luận

Tính toán hệ số dẫn nhiệt của mẫu theo mô hình vuông góc và song song lần lượt cho kết quả 0.5009(W /mK )và 0.5787 (W /mK )

Nhận xét :+ Nhìn chung kết quả thực nghiệm và lí thuyết có sự chênh lệch khá lớn + Nguyên nhân có sự khác nhau giữa các phương pháp có thể do các thành phần trong mẫu có tỉ lệ khác so với lý thuyết, do sai số dụng cụ, thao tác thí nghiệm và cách dựng đồ thị… nên có sự chênh lệch như vậy

BÀI 3: TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU TRONG KÊNH DẪN

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.

I Tiến trình 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 tích các 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 thiết bị

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

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

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

BẢNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Nhiệt độ môi trường t f=24.9 ° C

STT ω [V] Q [W] t w [° C ] ∆ t =t w −t f[° C¿

k∑❑[W/

K]

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9 1

Chart Title