BÀI 1 THỰC HÀNH TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN
BÀI 1: THỰC HÀNH TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN 1.1.Mục Đích Thí Nghiệm: Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của tháp đệm bằng cách xác định: - Ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên độ giảm áp suất của dòng khí qua cột. - Sự biến đổi của hệ số ma sát f ck trong cột theo chuẩn số Reynolds của dòng khí và suy ra các hệ thức thực nghiệm. - Sự biến đổi của thừa số σ liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí khi cột khô và khi cột ướt với vận tốc dòng lỏng. 1.2.Cơ sở lý thuyết Các quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách rất thường gặp trong các lĩnh vực công nghiệp hóa chất, thực phẩm, hóa dầu…Trong đó nhiệt lượng do dòng nóng sẽ tỏa ra sẽ được dòng lạnh thu vào. Mục đích của quá trình nhằm thực hiện một giai đoạn nào đó trong qui trình công nghệ, đó có thể là đun nóng, làm nguội, ngưng tụ hay bốc hơi… Tùy thuộc vào bản chất của quá trình mà ta bố trí sự phân bố các dòng sao cho giảm tổn thất, tăng hiệu suất của quá trình. Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc vào cách bố trí thiết bị, điều kiện hoạt động… Trong đó chiều chuyển động có ý nghĩa rất quan trọng: Cân bằng nhiệt lượng khí 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp: Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra. Q N = G N .C N .ΔT N Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào Q L = G L .C L .ΔT L Nhiệt lượng tổn thất (phần nhiệt lượng mà dòng nóng tỏa ra nhưng dòng lạnh không thu vào được do trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh). Q f = Q N - Q L Cân bằng nhiệt lượng. Q N = Q L – Q f Mặt khác nhiệt lượng trao đổi còn có thể tính theo công thức: Q = K.F.Δt log Từ công thức (5) ta thấy nhiệt lượng trao đổi sẽ phụ thuộc vào kích thước thiết bị F, cách bố trí các dòng Δt log . Do thiết bị là phần cứng ta rất khó thay đổi nên có thể xem nhiệt lượng trao đổi trong trường hợp này phụ thuộc vào cách bố trí dòng chảy. Tuy nhiên trong thiết bị truyền nhiệt ống xoắn này ta không xét tất cả các trường hợp bố trí dòng trên, chúng ta chỉ xét trường hợp dòng xuôi chiều và ngược chiều. Chảy xuôi chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song, cùng chiều với nhau 1 2 Chảy ngược chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song nhưng ngược chiều 1 2 Tùy thuộc vào cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit Δt log khác nhau Trường hợp chảy xuôi chiều Nhiệt độ lưu thể nóng giảm dần, lưu thể nguội tăng dần. Đặc trưng thay đổi nhiệt độ khi xuôi chiều. Δt max = Δt 1 = T 1đ – T 2đ Δt min = Δt 2 = T 1c – T 2c Trường hợp chảy ngược chiều Đặc trưng thay đổi nhiệt độ khi ngược chiều Nếu (t 1đ – t 2c ) > (t 1c – t 2đ ) Δt max = t 1đ -t 2c , Δt min = t 1c -t 2đ Nếu (t 1đ – t 2c ) < (t 1c – t 2đ ) Δt max = t 1c -t 2đ , Δt min = t 1đ -t 2c Nếu trong quá trình biến đổi nhiệt mà nhiệt độ của lưu thể ít biến đổi, tức tỷ số thì hiệu số nhiệt độ trung bình Δtlog có thể được tính gần đúng theo trong bình số học Δt log = 0.5 ( Δt max + Δt min ) 1.3.Bảng số liệu thô Khảo sát quá trình truyền nhiệt trên TB2 Trường hợp xuôi chiều Tiến hành thí nghiệm trên thiết bị TB2 ở chế độ xuôi chiều với các giá trị lưu lượng của các dòng theo bảng 3. Bảng 3: Bảng bố trí thí nghiệm trên thiết bị TB2 khi xuôi chiều TN V N (lít/phút) V L (lít/phút) T 5 ( 0 C) T 6 ( 0 C) T 7 ( 0 C) T 8 ( 0 C) 1 4 4 26 62 38 43 2 7 26 61 36 42 3 10 26 59 35 39 4 13 26 56 32 37 5 16 26 54 31 35 6 7 4 26 52 36 42 7 7 26 51 35 40 8 10 26 50 34 38 9 13 26 49 32 36 10 16 26 47 31 35 11 10 4 26 46 35 39 12 7 26 45 33 38 13 10 26 43 32 36 14 13 26 42 30 34 15 16 26 41 29 33 16 13 4 26 41 33 36 17 7 26 41 32 34 18 10 26 40 31 34 19 13 26 39 30 33 20 16 26 38 29 32 21 16 4 26 38 32 35 22 7 26 38 31 34 23 10 26 38 30 33 24 13 26 37 29 32 25 16 26 37 28 32 TN G N kg/s G L kg/s Dòng nóng Dòng lạnh T v ( 0 C) T r ( 0 C) T v ( 0 C) T r ( 0 C) 1 0.066 0.066 62 43 26 38 2 0.116 61 42 26 36 3 0.166 59 39 26 35 4 0.216 56 37 26 32 5 0.266 54 35 26 31 6 0.115 0.066 52 42 26 36 7 0.116 51 40 26 35 8 0.166 50 38 26 34 9 0.216 49 36 26 32 10 0.266 47 35 26 31 11 0.165 0.066 46 39 26 35 12 0.116 45 38 26 33 13 0.166 43 36 26 32 14 0.216 42 34 26 30 15 0.266 41 33 26 29 16 0.215 0.066 41 36 26 33 17 0.116 41 34 26 32 18 0.166 40 34 26 31 19 0.216 39 33 26 30 20 0.266 38 32 26 29 21 0.265 0.066 38 35 26 32 22 0.116 38 34 26 31 23 0.166 38 33 26 30 24 0.216 37 32 26 29 25 0.266 37 32 26 28 Trường hợp ngược chiều Tiến hành thí nghiệm trên thiết bị TB2 ở chế độ ngược chiều với các giá trị lưu lượng của các dòng theo bảng 4. Bảng 4: Bảng bố trí thí nghiệm trên thiết bị TB2 khi ngược chiều TN V N (lít/phút ) V L (lít/phút) T 5 ( 0 C) T 6 ( 0 C) T 7 ( 0 C) T 8 ( 0 C) 1 4 4 42 65 26 47 2 7 37 64 26 45 3 10 34 61 26 42 4 13 32 59 26 39 5 16 31 57 26 38 6 7 4 38 55 26 46 7 7 36 54 26 44 8 10 34 53 26 42 9 13 32 52 26 41 10 16 31 51 26 39 11 10 4 35 50 26 44 12 7 34 49 26 42 13 10 32 49 26 41 14 13 32 48 26 39 15 16 30 46 26 38 16 13 4 33 45 26 41 17 7 32 45 26 40 18 10 31 44 26 39 19 13 30 43 26 37 20 16 29 42 26 36 21 16 4 32 42 26 39 22 7 31 42 26 38 23 10 30 42 26 37 24 13 29 41 26 36 25 16 29 40 26 =35 TN G N kg/s G L kg/s dòng nóng dòng lạnh T v ( 0 C) T r ( 0 C) T v ( 0 C) T r ( 0 C) 1 0.066 0.066 65 47 26 42 2 0.116 64 45 26 37 3 0.166 61 42 26 34 4 0.216 59 39 26 32 5 0.266 57 38 26 31 6 0.115 0.066 55 46 26 38 7 0.116 55 44 26 36 8 0.166 53 42 26 34 9 0.216 52 41 26 32 10 0.266 51 39 26 31 11 0.165 0.066 50 44 26 35 12 0.116 49 42 26 34 13 0.166 49 41 26 32 14 0.216 48 39 26 32 15 0.266 46 38 26 30 16 0.215 0.066 45 41 26 33 17 0.116 45 40 26 32 18 0.166 45 39 26 31 19 0.216 43 37 26 30 20 0.266 42 36 26 29 21 0.265 0.066 42 39 26 32 22 0.116 42 38 26 31 23 0.166 42 37 26 30 24 0.216 41 36 26 29 25 0.266 40 35 26 29 1.5. Kết quả tính toán Trường hợp xuôi chiều Hiệu suất nhiệt độ TN ΔT N ( 0 C) ΔT l ( 0 C) ŋ n ( 0 C) ŋ l ( 0 C) ŋ hi ( 0 C) 1 19 12 52.78 33.33 43.06 2 19 10 54.29 28.57 41.43 3 20 9 60.61 27.27 43.94 4 19 6 63.33 20.00 41.67 5 19 5 67.86 17.86 42.86 6 10 10 38.46 38.46 38.46 7 11 9 44.00 36.00 40.00 8 12 8 50.00 33.33 41.67 9 13 6 56.52 26.09 41.30 10 12 5 57.14 23.81 40.48 11 7 9 35.00 45.00 40.00 12 7 7 36.84 36.84 36.84 13 7 6 41.18 35.29 38.24 14 8 4 50.00 25.00 37.50 15 8 3 53.33 20.00 36.67 16 5 7 33.33 46.67 40.00 17 7 6 46.67 40.00 43.33 18 6 5 42.86 35.71 39.29 19 6 4 46.15 30.77 38.46 20 6 3 50.00 25.00 37.50 21 3 6 25.00 50.00 37.50 22 4 5 33.33 41.67 37.50 23 5 4 41.67 33.33 37.50 24 5 3 45.45 27.27 36.36 25 5 2 45.45 18.18 31.82 Hiệu suất truyền nhiệt TN G N kg/s G L kg/s Q N (W) Q L (W) Q f (W) ŋ (%) 1 0.066 0.066 5238.2 8 3327.5 3 1910.7 6 63.52 2 0.116 5238.2 8 4854.1 4 384.14 92.67 3 0.166 5513.9 8 6241.9 8 - 728.00 113.20 4 0.216 5238.2 8 5412.0 9 - 173.80 103.32 5 0.266 5238.2 8 5551.6 4 - 313.36 105.98 6 0.115 0.066 4836.8 8 2773.7 9 2063.0 9 57.35 7 0.116 5320.5 7 4369.3 8 951.19 82.12 8 0.166 5804.2 6 5549.2 5 255.01 95.61 9 0.216 6287.9 5 5412.0 9 875.86 86.07 10 0.266 5804.2 6 5551.6 4 252.62 95.65 11 0.165 0.066 4846.0 2 2496.7 9 2349.2 2 51.52 12 0.116 4846.0 2 3399.4 1 1446.6 0 70.15 13 0.166 4846.0 2 4163.1 4 682.87 85.91 14 0.216 5538.3 0 3609.0 7 1929.2 3 65.17 15 0.266 5538.3 0 3331.9 1 2206.4 0 60.16 16 0.215 0.066 4506.8 1 1942.5 2 2564.2 9 43.10 17 0.116 6309.5 3 2914.2 0 3395.3 3 46.19 18 0.166 5408.1 7 3469.7 8 1938.3 9 64.16 19 0.216 5408.1 7 3609.0 7 1799.1 0 66.73 20 0.266 5408.1 7 3331.9 1 2076.2 6 61.61 21 0.265 0.066 3330.5 0 1665.2 6 1665.2 5 50.00 22 0.116 4440.6 7 2428.8 4 2011.8 3 54.70 23 0.166 5550.8 4 2776.2 1 2774.6 3 50.01 24 0.216 5550.8 2707.1 2843.6 48.77 4 7 7 25 0.266 5550.8 4 2221.5 7 3329.2 7 40.02 Hệ số truyền nhiệt TN Q N (W) Δt max ( 0 C) Δt min ( 0 C) Δt log ( 0 C) K TN (W/m 2 K ) α N (W/m 2 K ) α L (W/m 2 K ) K LT (W/m 2 K ) 1 5238.2 8 36 5 15.70 4 469.823 7,386 232.20 216.76 2 5238.2 8 35 6 16.44 4 448.673 7,350 277.44 255.63 3 5513.9 8 33 4 13.74 3 565.113 7,253 309.65 282.59 4 5238.2 8 30 5 13.95 3 528.774 7,160 332.39 301.24 5 5238.2 8 28 4 12.33 4 598.194 7,085 352.76 317.72 6 4836.8 8 26 6 13.63 9 499.472 11,243 223.90 211.57 7 5320.5 7 25 5 12.42 7 603.037 11,146 267.73 250.23 8 5804.2 6 24 4 11.16 2 732.383 11,058 299.34 277.58 9 6287.9 5 23 4 10.86 2 815.336 10,969 323.67 298.32 10 5804.2 6 21 4 10.25 2 797.414 10,879 342.75 314.38 11 4846.0 2 20 4 9.941 686.563 14,598 217.67 206.87 12 4846.0 2 19 5 10.48 7 650.849 14,513 259.42 244.20 13 4846.0 2 17 4 8.985 759.674 14,351 287.99 269.29 14 5538.3 0 16 4 8.656 901.141 14,231 310.79 289.07 15 5538.3 0 15 4 8.322 937.296 20,611 329.95 307.62 16 4506.8 15 3 7.456 851.341 17,613 210.64 200.98 [...]... 1 4346.3 5 5 312 .2 0 5 312 .2 0 5 312 .2 0 5795 .1 3 414 5.9 0 4836.8 8 5527.8 7 6 218 .8 5 5527.8 7 3599 .1 7 4498.9 6 5398.7 6 5398.7 6 5398.7 6 (0C) (0C) 23 21 27 19 27 16 27 13 26 12 17 20 19 18 19 16 20 15 20 13 15 18 15 16 17 15 16 13 16 12 12 15 13 14 14 13 13 11 13 10 (0C) 21. 98 5 22.76 6 21. 02 3 19 .15 5 18 .10 7 18 .45 9 18 .49 5 17 .45 7 17 .38 0 16 .24 9 16 .45 4 15 .49 5 15 .97 9 14 .44 8 13 .90 4 13 .44 4 13 .49... 14 7 91 296.83 14 670 322.24 211 93 340.34 18 055 215 .68 18 002 258.88 17 953 290.59 17 7 51 312 .68 17 656 332.08 (W/m2 K) 219 .99 2 258 .17 2 283.72 2 304. 01 7 320.87 8 214 . 61 6 254. 31 9 280.75 7 3 01. 88 2 319 .64 1 210 .55 5 249 .19 8 277 .16 3 299 .14 2 316 .77 0 205. 61 7 244.50 8 272.59 5 2 91. 88 9 308.70 3 21 22 23 24 25 3325.6 0 4434 .1 3 5542.6 6 5542.6 6 5542.6 6 10 13 11 12 12 11 12 10 11 9 11 .43 4 11 .49 3 11 .49... 0.266 11 0.066 12 13 0 .11 6 0 .16 5 14 0. 216 15 0.266 16 0.066 17 18 0 .11 6 0. 215 19 0 .16 6 0. 216 20 0.266 21 0.066 22 23 0 .16 6 0 .11 6 0.265 24 0 .16 6 0. 216 25 0.266 5795 .1 3 414 5.9 0 4836.8 8 5527.8 7 6 218 .8 5 5527.8 7 3599 .1 7 4498.9 6 5398.7 6 5398.7 6 5398.7 6 3325.6 0 4434 .1 3 5542.6 6 5542.6 6 5542.6 6 55 51. 6 4 2496.7 9 3884.4 7 416 3 .1 4 5 412 .0 9 44 41. 9 3 19 42.5 2 2 914 .2 0 3469.7 8 3609.0 7 33 31. 9 1 1665.2.. .17 18 19 20 21 22 23 24 25 1 6309.5 3 5408 .1 7 5408 .1 7 5408 .1 7 3330.5 0 4440.6 7 5550.8 4 5550.8 4 5550.8 4 15 2 6.452 14 3 7 .14 1 13 3 6.820 12 3 6.492 13 77.36 7 10 66.70 8 11 16.93 0 11 73.28 9 12 3 6.492 12 3 6.492 12 3 6.492 11 3 6 .15 7 11 4 6.920 17 ,506 252.83 239.02 17 ,458 2 81. 85 264.78 17 ,356 304.40 284.56 17 ,255 322.67 300.43 722.544 20,559 205.56 19 6.66 963.393 12 04.24 1 1269.73 8 11 29.82... 2 61. 00 20, 313 298.69 280.22 20, 316 319 .14 298 .14 Trường hợp ngược chiều Hiệu suất nhiệt độ TN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ΔTN (0C) 18 19 19 20 19 9 11 11 11 12 6 7 ΔTl (0C) 16 11 8 6 5 12 10 8 6 5 9 8 ŋn ( C) 46 .15 50.00 54.29 60. 61 61. 29 31. 03 37.93 40.74 42. 31 48.00 25.00 30.43 0 ŋl ( C) 41. 03 28.95 22.86 18 .18 16 .13 41. 38 34.48 29.63 23.08 20.00 37.50 34.78 0 ŋhi ( C) 43.59 39.47 38.57 39.39 38. 71. .. 2776.2 1 2707 .1 7 33 31. 9 1 243.48 16 49 .1 1 95.80 952. 41 1364.7 2 80. 31 806.76 10 85.9 3 16 56.6 5 15 84.7 6 19 28.9 8 17 89.6 9 2066.8 5 16 60.3 4 2005.2 9 2766.4 5 2835.4 9 2 210 .7 6 87.03 αN αL 60.22 75. 31 80.36 53.97 64.77 64.27 66.85 61. 72 50.07 54.78 50.09 48.84 60 .11 Hệ số truyền nhiệt TN QN Δtmax Δtmin Δtlog KTN KLT (W) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 4954.0 8 5229.3 1 5229.3 1 5504.5... 0 .11 6 0.066 4 7 8 9 0 .16 6 0. 216 5 6 GL kg/s 0.266 0 .11 5 0.066 0 .11 6 0 .16 6 0. 216 QN (W) 4954.0 8 5229.3 1 5229.3 1 5504.5 4 5229.3 1 4346.3 5 5 312 .2 0 5 312 .2 0 5 312 .2 0 QL (W) 4433.8 5 5338.7 4 5549.2 5 5 412 .0 9 55 51. 6 4 3327.5 3 4854 .1 4 5549.2 5 5 412 .0 9 Qf (W) ŋ (%) 520.23 89.50 10 2.0 9 10 6 .1 2 -10 9.43 - 319 .94 92.45 -322.33 10 18.8 2 458.06 -237.05 -99.89 98.32 10 6 .1 6 76.56 91. 38 10 4.4 6 10 1.8 8 10 ... 13 .49 4 11 .97 2 11 .43 4 (W/m2K ) 317 .3 81 5 323. 515 5 350.349 1 404.748 2 406.765 5 3 31. 626 1 404.529 5 (W/m2 K) (W/m2 K) 7 513 235.79 7459 280.28 7345 310 .85 7253 335.57 719 9 356.37 11 449 227.24 11 382 272.27 428.593 430.485 9 502.302 3 354.876 5 439.669 5 487.243 1 606.233 9 559.953 6 377.057 2 469.590 3 563.508 4 635 .12 9 9 664.995 7 11 263 302.89 11 206 327.67 11 117 348.78 14 954 2 21. 68 14 827 264.97 14 7 91. .. 36. 21 36. 21 35 .19 32.69 34.00 31. 25 32. 61 0 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 8 9 8 4 5 6 6 6 3 4 5 5 5 6 6 4 7 6 5 4 3 6 5 4 3 3 34.78 40. 91 40.00 21. 05 26.32 31. 58 35.29 37.50 18 .75 25.00 31. 25 33.33 35. 71 26.09 27.27 20.00 36.84 31. 58 26.32 23.53 18 .75 37.50 31. 25 25.00 20.00 21. 43 30.43 34.09 30.00 28.95 28.95 28.95 29. 41 28 .13 28 .13 28 .13 28 .13 26.67 28.57 Hiệu suất truyền nhiệt TN GN kg/s 1. .. 272.59 5 2 91. 88 9 308.70 3 21 22 23 24 25 3325.6 0 4434 .1 3 5542.6 6 5542.6 6 5542.6 6 10 13 11 12 12 11 12 10 11 9 11 .43 4 11 .49 3 11 .49 3 10 .97 0 409.632 8 543.408 1 679.260 1 711 .652 6 783.274 9.967 5 210 30 211 .56 20965 253.92 20906 285. 01 20787 308 .10 20670 327.68 202 .18 9 240.53 5 268.24 7 288.57 7 305.66 3 . ( 0 C) 1 18 16 46 .15 41. 03 43.59 2 19 11 50.00 28.95 39.47 3 19 8 54.29 22.86 38.57 4 20 6 60. 61 18 .18 39.39 5 19 5 61. 29 16 .13 38. 71 6 9 12 31. 03 41. 38 36. 21 7 11 10 37.93 34.48 36. 21 8 11 8 40.74. 307.62 16 4506.8 15 3 7.456 8 51. 3 41 17, 613 210 .64 200.98 1 17 6309.5 3 15 2 6.452 13 77.36 7 17 ,506 252.83 239.02 18 5408 .1 7 14 3 7 .14 1 10 66.70 8 17 ,458 2 81. 85 264.78 19 5408 .1 7 13 3 6.820 11 16.93 0. 16 17 .45 7 428.593 11 263 302.89 280.75 7 9 5 312 .2 0 20 15 17 .38 0 430.485 9 11 206 327.67 3 01. 88 2 10 5795 .1 3 20 13 16 .24 9 502.302 3 11 117 348.78 319 .64 1 11 414 5.9 0 15 18 16 .45 4 354.876 5 14 954