báo cáo thí nghiệm nhiệt Động lực học & truyền nhiệt

áp suất không khí p = 1 bar Tương tự vậy ta xác định được d đối với khí sau giàn lạnh d = khỏi ống v m/s Nhiệt độ gió rakhỏi ống oC Lượng ẩm tách rathực tế mlLần... c Biểu diễn các trạng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

& TRUYỀN NHIỆT

21

DANH SÁCH THÀNH VIÊN

21

BÀI 1: XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI KHÔNG KHÍ ẨM

VÀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ỐNG KHÍ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

* Hệ thống thí nghiệm

1) PHÉP TÍNH TOÁN MẪU: Dùng số liệu thí nghiệm đợt 1 lần 1

Thí nghiệmđợt 1Không khí trước dàn lạnh Không khí sau dàn lạnh

- Xác định d

2: Ống khí động 6: Đồng hồ đo vận tốc, nhiệt gió 10: Van

3: Nhiệt kế khô 7: Áp kế đo bay hơi 11: Quạt

4: Dàn lạnh 8: Áp kế đo ngưng tụ 12: Giàn nóng

(áp suất không khí p = 1 bar)

Tương tự vậy ta xác định được d đối với khí sau giàn lạnh d =

khỏi ống v

(m/s)

Nhiệt độ gió rakhỏi ống (oC)

Lượng ẩm tách rathực tế (ml)Lần

21

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

ρ là khối lượng riêng của không khí (dò bảng)

Áp suất bay hơi đọc

trên áp kế (kgf/cm2) Áp suất ngưng tụ đọctrên áp kế (kgf/cm )2

- Nhiệt độ sôi tương ứng t (dò bảng) s ts = 6,912 oC

- Nhiệt độ ngưng tụ tương ứng t (dò bảng) n tn = 42,258 oC

2) KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Bảng 2 & 3: các thông số trạng thái của không khí ẩm:

Thí nghiệm đợt 1Không khí trước dàn lạnh Không khí sau dàn lạnh

t (k C) tư(C) d(g/kg) I(kJ/kg) t (k C) tư(C) d(g/kg) I(kJ/kg)

Lần 1 28 27 23 86,76 18 17 12,23 50,18

Lần 2 29 27 23 87,81 18,5 18,5 13,59 52,96

21

Lần 3

Thí nghiệm đợt 2Không khí trước dàn lạnh Không khí sau dàn lạnh

gió ra

khỏi ống

v (m/s)

Nhiệt độgió rakhỏi ống(oC)

Lượng ẩmtách rathực tế(ml)

Lượng ẩmtách ra theotính toán(ml)

Sai số(%)

Nhiệt luợngkhông khí nhả rakhi qua dàn lạnh(kW)Lần 1 6,86 22 370 889 58,38 3,35

Lần 2 6,58 21,5 365 745 51 3,07

Lần 3 6,97 21 360 865 58,38 3,46

Thí nghiệm đợt 2Vận tốc

gió ra

khỏi ống

v (m/s)

Nhiệt độgió rakhỏi ống(oC)

Lượng ẩmtách rathực tế(ml)

Lượng ẩmtách ra theotính toán(ml)

Sai số(%)

Nhiệt luợngkhông khí nhả rakhi qua dàn lạnh(kW)Lần 1 4,33 15 235 446 47,31 2,73

Lần 2 4,33 15 245 433 43,42 2,67

Nhiệt độsôi tươngứng (oC)

Áp suất ngưng

tụ đọc trên áp

kế (kgf/cm )2

Nhiệt độngưng tụtương ứng(oC)Lần 1 5,3 6,912 15,4 42,258

Nhiệt độsôi tươngứng (oC)

Áp suất ngưng

tụ đọc trên áp

kế (kgf/cm )2

Nhiệt độngưng tụtươngứng(oC)Lần 1 5,3 6,912 15,3 41,79

+ Thí nghiệm 2: Dùng giá trị trung bình của thí nghiệm đợt 2 để vẽ đồ thị

b) Lượng ẩm 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:

+ Máy sài lâu năm, sai sót trong lúc lấy nước ra, sai số 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

c) 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.

Do không có sự thay đổi nhiều về chu trình lạnh giữa 2 đợt thí nghiệm ( dùng cùng 1 hệ thống thí nghiệm) nên ta vẽ chung đồ thị cho cả 2 đợt thí nghiệm lấy số liệu trung bình để vẽ

BÀI 2: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỬ DỤNG NHIỆT COP (ε) CHO CHU TRÌNH MÁY LẠNH VỚI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ GIẢI NHIỆT BẰNG KHÔNG KHÍ VÀ THIẾT BỊ BAY HƠI LÀM LẠNH KHÔNG KHÍ

* Hệ thống thí nghiệm

Chu trình máy lạnh được biểu diễn trên đồ thị logp-I và T – S gồm các quá trình như sau:

1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt hơi trong máy nén.

2-3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp

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

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

1) SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Bảng 1- Các số liệu đo của tác nhân lạnh trong chu trình

Bảng 2 – Các số liệu đo của không khí liên quan đến quá trình lạnh

Nhiệt độ tại các vị tríNhiệt độ môi trường (T )a Nhiệt độ không khí sau dàn

Bảng 3- Các thông số của R12 trong chu trình máy lạnh

a Xác định các thông số trạng thái của tác nhân lạnh (bảng số liệu)

b Tính phụ tải của buồng lạnh:

Ftrái= Fphải=0,4×0,4=0,16 m

- Nhiệt lượng truyền qua mỗi vách:

Qtrước = Ftrước qtrước = 0,32.131,48 = 42,0736 W

Qsau = F q = 0,32.62,6 = 20 Wsau sau

Qtrái = F q = 0,16.62,5 = 10 Wtrái trái

Qphải = F q = 0,16.130,44 = 20,8704 Wphải phải

Qtrên = Ftrên q = 0,32.130,44 = 41,7408 Wtrên

Qdưới = Fdưới qdưới = 0,32.62,8 = 20,096 W

- Phụ tải nhiệt của buồng lạnh:

BÀI 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

TI1(0C)

TI2(0C)

TI3(0C)

TI4(0C)

ΔT nóng = TI1-TI2 = 57-50,9 = 6,1 C0

ΔT lạnh = TI4-TI3 = 37,4-31,8 = 5,6 C0

a) Tính nhiệt trao đổi trong hệ thống và hiệu suất tổng

tại các mức lưu lượng thể tích khác nhau:

- Ttb = (TI1+TI2)/2 = (57+50,9)/2 = 53,95 tra bảng ta được

b) Tính hệ số truyền nhiệt ở trao đổi nhiệt cùng chiều và ngược chiều.

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

ΔTnóng(0C)

ΔTlạnh(0C)

Q nóng(kJ/s)

Q lạnh(kJ/s)η(%)

ΔTln(0C)

K(kW/m 2

0K)

ω

(m/s)Re

1 480 540 57 50,9 31,8 37,4 6,1 5,6 3,35 3,48 103.8

818,7 1,405 2,82 36516

2 490 550 65,8 57,7 33,1 40,6 8,1 7,5 4,53 4,75 104.8

424,1 1,478 2.87 41295

3 460 600 67,5 58,7 33,7 41 8,8 7,3 4,61 5,04 109.4 24,9 1,456 2,93 42158

4 500 600 68 59,6 31,4 38,8 8,4 7,4 4,78 5,05 105,6

526,1 1,44 3,04 43741

ΔTnóng(0C)

ΔTlạnh(0C)

Q nóng(kJ/s)

Q lạnh(kJ/s)η(%)

ΔTln(0C)

K(kW/m 2

0K)

ω

(m/s)Re

1 550 650 67,3 59,1 36 43,4 8,2 7,4 5,14 5,53 107.7

322,6 1,878 3.32 47770

2 500 600 66,9 58,9 36,6 43,8 8 7,2 4,56 4,97 109.0

221,8 1,644 3,04 43741

5 520 530 65,6 58,8 38,5 45,3 6,8 6,8 4,03 4,14 102.7

219,5 1,625 2,9 41727

E2 (ống xoắn) trao đổi nhiệt cùng chiều:

o C TI4

o C

ΔT nón g

ΔT lạn h

o C

Q nong (j/s)

Q lanh (j/s) η% ΔTlno C

k (W/m2.

0 K)

ω(m/s )

Re

2618, 47 3351,

2994, 65 3351, 27 111,

1239,6

423 17,1 9

1064,1

385 86,3 3

51 3466, 52 146,

1057,6

409 86,0 8

3200, 6 129,

394 11,6 8

E2 (ống xoắn) trao đổi nhiệt ngược chiều:

o C

ΔT nón g

ΔT lạn h

o C

Q nong (j/s)

Q lanh (j/s) η% ΔTlno C

k (W/m2.

0 K)

ω(m/s )

Re

3333 ,82 128 ,79 17,4 5 1165,8 2 2,3 5

3930 7,79

3307, 01 3850 ,98 116 ,45 18,3 1 1419,5 2 3,0 1 5090 9,70

3308, 65 9841 ,07 297 ,43 10,4 9 2478,4 3 2,9 0 4927 1,01

5, 2

2957, 36 3466 ,60 117 ,22 17,7 9 1306,8 8 2,6 0 4381 6,29

3) NHẬN XÉT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

a) Hệ số truyền nhiệt ở trao đổi nhiệt cùng chiều và ngược

chiều

- Hệ số truyền nhiệt nhìn chung có sự thay đổi không quá lớn giữa các

lần test đối với hệ thống trao đổi nhiệt ống xoắn

- Hệ số truyền nhiệt khi trao đổi nhiệt ngược chiều lớn hơn so với khi

trao đổi cùng chiều

- Hệ số truyền nhiệt của hệ thống trao đổi nhiệt ống xoắn bé hơn so với

- Số Reynonlds của bộ thí nghiệm E2 thì bé hơn so với E1

* Một số nguyên nhân ảnh hưởng đến số Reynolds

- cặn bẩn của nước không tinh khiết lâu ngày bám lên các thành ống

- sự rò rỷ lưu chất khi thí nghiệm

- bơm không hoạt động ổn định

- dòng chảy không đạt được ổn định cần thiết dù được điều chỉnh cẩn thận và có bọt khí

* Nguyên nhân sai số:

- Sai số khi khi xác định lưu lượng: do dòng chảy không đạt được độ ổn định, do bơm chưa hoạt động ổn định, do hệ thống dụng cụ đo không

đủ độ chính xác, do quá trình đọc số liệu

- Sai số khi có sự rò rỉ của lưu chất trong quá trình thí nghiệm

- Sai số do không cách nhiệt tốt gây thất thoát nhiệt ra môi trường bên ngoài

- sư mất mát nhiệt truyền vào ống dẫn

- Do các van không kín khít, 1 phần nước nóng và nước lạnh có thể hòa vào nhau

- Nước dùng thí nghiệm không tinh khiết, còn số liệu tra cứu được dùng cho nước tinh khiết

- Cặn bẩn của nước không tinh khiết bám lên thành ống làm sai lệch lưu lượng

- Sai số trong quá trình tính toán

BÀI 4: XÁC ĐỊNH CÂN BĂNG NHIỆT TẠI THIẾT BỊ NGƯNG TỰ VÀ BAY HƠI

TRONG CHU TRÌNH MÁY LẠNH LÀM LẠNH NƯỚ

Chu trình máy lạnh được biểu diễn trên đồ thị logp-I và T-S gồm các quá trình như sau

1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt hơi trong máy nén.

2-3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp

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

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

I SÔ LIỆU THÍ NGHIỆM

- Đo thời gian bắt đầu khởi động hệ thống làm lạnh nước cho đến khi kết thúc thí nghiệm.Sau khi thiết bị đã hoạt động ổn định, sinh viên thực hiện việc ghi chép các số liệu của không khí và tác nhân lạnh vào bảng 1 và 2

Bảng 1- Nhiệt độ của không khí ( C)0Nhiệt độ không khí Nhiệt độ không khí Nhiệt độ nước lạnh Nhiệt độ không khívào thiết bị ngưng ra khỏi thiết bị T8 bên ngoài buồng

Bảng 2- Các số liệu đo của tác nhân lạnh trong chu trình

Áp suất làm việc của hệ thốngTại đầu đẩy của máy nén(P ) (bar)k Tại đầu hút của máy nén (P ) (bar)0

Bảng 3- Các thông số của R22 trong chu trình máy lạnh

1) Xác định các thông số trạng thái của tác nhân lạnh

Từ các thông số áp suất trong bảng 2, dựa vào các bảng tra “ Các tính chất nhiệtđộng của R22 ở trạng thái bão hoà” và “ Các tính chất nhiệt động của R22 ở trạngthái quá nhiệt” sinh viên xác định các thông số của R22 tại các điểm trong chu trìnhmáy lạnh ( bảng 3)

2) Tính phụ tải của buồng lạnh:

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

a Tính (gần đúng) mật độ dòng nhiệt q(W/m ) truyền qua mỗi vách theo công 2thức:

α1 – Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí bên ngoài buồng lạnh, W/m KChọn α = 6 W/m K1 2

α2 – Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nước bên trong buồng lạnh, W/m K2

Chọn α = 1000 W/m K2 2

Bảng 4 –Hệ số dẫn nhiệt của của một số vật liệu

Loại vật liệu Hệ số dẫn nhiệt (λ), W/mK