Tiểu Luận Báo cáo truyền nhiệt .

Trường hợp xuôi chiều: Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt Hệ số truyền nhiệt lý thuyết Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt... Ảnh hưởng của lư

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ

LỜI NHẬN XÉT

kế chế tạo một hệ thống thiết bị truyền nhiệt phổ biến trong công nghiệp nữa Khi

đó chúng ta sẽ sẽ được tiết kiệm được năng lượng và thời gian rất nhiều trong việc giảm lượng nhiệt hao hụt, cách bố trí dòng chảy sao cho đạt hiệu suất cao nhất, thiết bị gọn nhẹ, dễ lắp đặt và bảo trì

Việc học môn Thực hành Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt rất bổ ích đối với chúng em hơn là những tiết học lý thuyết Qua sự chỉ bảo tận tình của thầy Thống, bọn em đã biết cách vận hành một thiết bị truyền nhiệt, hiểu được nguyên

lý hoạt động và qua đó mỗi người tự xử lý số liệu Mặc dù trong quyển báo cáo thực hành này các kết luận của em có thể sai (vì rút từ quá trình thực nghiệm) do

số liệu sai, nhưng em tin vào cách tính toán của mình bởi vì em đã nghiên cứu khá

kỹ lưỡng

Mặc dù rất cẩn thận nhưng cũng không tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót nên

em mong thầy đóng góp ý kiến nhận xét để bài báo cáo thực hành được hoàn thiện hơn

Tựa đề Trang

Bài 1: Thiết bị truyền nhiệt loại ống lồng ống Đồng 1

1.1 Mục đích thí nghiệm 1

1.2 Số liệu thực hành 1

1.3 Xử lý số liệu 2

1.4 Kết quả tính toán 7

1.5 Đồ thị 10

1.6 Bàn luận 14

Bài 2: Thiết bị truyền nhiệt loại ống xoắn 17

2.1 Mục đích thí nghiệm 17

2.2 Số liệu thực hành 17

2.3 Xử lý số liệu 18

2.4 Kết quả tính toán 23

2.5 Đồ thị 26

2.6 Bàn luận 30

Bài 3: Cô đặc gián đoạn dung dịch CuSO4 34

3.1 Mục đích thí nghiệm 34

3.2 Số liệu thực hành 34

3.3 Xử lý số liệu 35

3.4 Kết quả tính toán 36

3.5 Bàn luận 37

Bài 4: Thiết bị truyền nhiệt loại ống chùm 39

4.1 Mục đích thí nghiệm 39

4.2 Số liệu thực hành 39

4.3 Xử lý số liệu 40

4.4 Kết quả tính toán 45

4.5 Đồ thị 48

5.6 Bàn luận 52

Nhận xét và đánh giá về 3 bài truyền nhiệt 55

Danh mục sách tham khảo và tra cứu 57

Bài 1: Thực hành truyền nhiệt ống lồng ống Đồng

Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp: ngược chiều và xuôi chiều

Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị, từ đó so sánh với kết quả tính toán

oC) Nóng vào T4 (

oC) Lạnh ra T5 (

oC) Lạnh vào

oC) Nóng vào T4 (

oC) Lạnh vào T5 (

oC) Lạnh ra

3.1 Tính toán hiệu suất nhiệt độ:

-Hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt:

L L

R V

N L hi

3.2 Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

-Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng:

3 4,19.10

Q  C G  T  G  T (Cp= 4,19.103 J/kg ở 710C)

3 4,18.10

Q

Q



3.3 Tính toán hệ số truyền nhiệt:

3.3.1 Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:

-Trường hợp xuôi chiều:

Ta xét:   t t1 nong vao _  tlanh ra _

2 nong ra _ lanh vao _

m m

3.3.2 Hệ số truyền nhiệt lý thuyết:

Được tính theo công thức:

N

Gd





v là độ nhớt của dòng nóng, có thể tra bảng hoặc tính theo công thức thực nghiệm sau:

 có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo pp nội suy (trong chức năng thống

kê của máy tính Casio)

T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào

-Chuẩn số Grashoff (dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính):

3 2

Nếu dòng nóng chảy dòng: Nu  0,158 .Re Pr k 0,33 0,43 Gr 0,1

N L td

G d





Với

2 2 0 0

Fd

 có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo pp nội suy (trong chức năng thống

kê của máy tính Casio)

T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào

-Chuẩn số Grashoff (dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính):

3 2

-Hệ số hiệu chỉnh k: phụ thuộc vào giá trị Reynolds và L

td

L

d (tra trong bảng 1.1 trang sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009)

33-Nếu dòng lạnh chảy xoáy: Nu  0,021 .Re Prk 0,8 0,43 (để đơn giản ta cho Pr 1

PrT  ) Nếu dòng lạnh chảy quá độ: Nu  0,008 .Re Prk 0,8 0,43

Nếu dòng lạnh chảy dòng: Nu  0,158 .Re Pr k 0,33 0,43 Gr 0,1

4 Kết quả tính toán:

4.1 Trường hợp xuôi chiều:

Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí

Bảng kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt:

4.2 Trường hợp ngược chiều:

Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí

Bảng kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt Thí

5 Đồ thị:

5.1 Trường hợp xuôi chiều:

Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt

Hệ số truyền nhiệt lý thuyết Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt

5.2 Trường hợp ngược chiều:

Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt (ngược chiều)

Hệ số truyền nhiệt lý thuyết

Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt (ngược chiều)

5.3 Quan hệ giữa chiều chuyển động và hệ số truyền nhiệt:

Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

Quan hệ chiều chuyển động-hệ số truyền nhiệt

Hệ số truyền nhiệt lý thuyết

Quan hệ chiều chuyển động-hệ số truyền nhiệt

Vì đầu dò báo sai nên ta sẽ không nói đến các yếu tố phụ thuộc nhiệt độ có độ sai số lớn như N

 , L và hi mà đi xét đến các yếu tố quan trọng, những tính toán cuối cùng trong bài này

Ta sẽ đi đánh giá sự ảnh hưởng các yếu tố qua hệ số truyền nhiệt Hệ số truyền nhiệt đặc trưng cho lượng nhiệt truyền từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội qua 1m2 bề mặt tường phẳng trong một đơn vị thời gian khi hiệu số chênh lệch nhiệt độ giữa hai lưu thể là một độ Hệ số truyền nhiệt càng lớn thì lượng nhiệt mà lưu thể lạnh nhận được từ lưu thể nóng càng tăng Nghĩa là quá trình truyền nhiệt càng đạt hiệu quả (hiệu suất cao vì   QQNL )

6.1 Ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến quá trình truyền nhiệt:

-Trong cùng một lưu lượng nóng bằng nhau (VN=const), khi tăng lưu lượng dòng lạnh (VL=2, 4, 6, 8 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt sẽ tăng dần

-Nhận thấy nếu lưu lượng dòng lạnh bằng nhau (VL=const) và qua các mức tăng lưu lượng dòng nóng (VN=2, 4, 6, 8 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt cũng sẽ tăng lên

6.2 Đánh giá sự ảnh hưởng của chiều chuyển động các dòng đến quá trình truyền nhiệt: -Đối với hệ số truyền nhiệt tính từ thực nghiệm ta nhận thấy KTN khi xuôi chiều thì lớn hơn chút xíu so với trường hợp ngược chiều

-Đối với hệ số truyền nhiệt tính theo lý thuyết thì ta thấy KLT khi ngược chiều nhỉnh hơn so với khi xuôi chiều nhưng không đáng để (hai đường trên đồ thị gần như trùng nhau)

Qua đó ta có thể kết luận, trong trường hợp truyền nhiệt ống lồng ống Đồng loại thẳng thì chiều chuyển động không có liên quan nhiều đến hệ số truyền nhiệt (rút từ thực nghiệm)

6.3 So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm với hệ số truyền nhiệt lý thuyết:

Trong cả hai trường hợp ngược chiều và xuôi chiều, ta đều thấy ở mức lưu lượng VN= 2 l/ph

KTN lớn hơn KLT còn ở mức VN=4, 6, 8 l/ph trở đi thì KLT lớn hơn nhiều so với KTN

-Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là vì trong quá trình tính toán KTN chỉ có tính đến QN và log

t

 mà 2 yếu tố này lại phụ thuộc vào nhiệt độ do các đầu dò báo về

N

TN QK

F t





Việc đầu dò báo sai chúng ta có thể hiệu chỉnh được Nhưng Qf mà âm thì theo em nghĩ là

do quá trình truyền nhiệt từ dòng nóng sang dòng lạnh, nhiệt lượng đã bị mất mát hao tổn ra bên ngoài Lượng nhiệt tổn thất này không thể đo chính xác Chính nó đã làm cho việc tính toán không ổn định Bởi vì khi tăng lưu lượng dòng lạnh hay lưu lượng dòng nóng càng lớn, nhiệt truyền từ dòng nóng sang dòng nguội càng cao, thì lượng nhiệt tổn thất này cũng tăng lên nhanh chóng Có thể thấy rõ trên đồ thị tại các mức lưu lượng VL=4, 6, 8 l/ph hệ số truyền nhiệt không có chênh lệch nhiều so với VL=2 l/ph; trong khi đó đường hệ số truyền nhiệt lý thuyết có

sự tăng vọt của VL=4, 6, 8 l/ph so với VL=2 l/ph

-Trong quá trình tính toán KLT thì ta sẽ đi tính các chuẩn số đồng dạng như Nusselt,

Reynolds, Prandlt, Grashoff để tính hệ số cấp nhiệt của dòng nóng 1 và của dòng lạnh 2 Ta nhận thấy 1 của dòng nóng có giá trị xấp xỉ bằng nhau ở cùng một mức lưu lượng VN và tăng lên khi VN tăng Đối với 2 của dòng lạnh thì tăng dần khi VL tăng hoặc VN tăng, điều này được giải thích là do VL tăng dẫn đến vận tốc dòng lạnh tăng dẫn đến Re tăng dẫn đến Nusselt tăng tỷ lệ thuận với 2 Hơn nữa ở mức VL= 2 l/ph, dòng lạnh chủ yếu là chảy quá độ

Re 2300 10000   , nên có 2 thấp nhất khi áp dụng công tính chuẩn số Nusselt

Ta thấy rằng hệ số cấp nhiệt 2 của dòng lạnh lớn hơn hẳn 1 dòng nóng Có nghĩa là dòng lạnh nhận được lượng nhiệt từ nguồn nóng trong một đơn vị thời gian là rất lớn và khả năng cấp nhiệt của dòng nóng là chưa tương xứng với dòng lạnh

-Thiết bị dễ tháo lắp dễ dàng khi thay bộ phận, nhưng một vài chỗ còn khiếm khuyết như không có bộ phận cách nhiệt giữa nồi đun với môi trường bên ngoài, không có bộ phận cách nhiệt với giữa đường ống với môi trường bên ngoài để giảm tối thiểu nhiệt tổn thất , bộ điều khiển sử dụng là loại ON-OFF nên độ trễ thời gian lớn, đầu dò nhiệt độ hay đo sai, vị trí đặt đầu dò không chính xác (sử dụng đầu dò “xịn” chưa đủ mà cái chính là ta phải đặt đúng vị trí trong dòng chảy) Để cải thiện những điều này thì khó thực hiện, cần phải có thêm thời gian và công sức

Bài 2: Thực hành truyền nhiệt ống xoắn

Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp: ngược chiều và xuôi chiều

Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị, từ đó so sánh với kết quả tính toán

oC) Nóng vào T4 (

oC) Lạnh ra T5 (

oC) Lạnh vào

oC) Nóng vào T4 (

oC) Lạnh vào T5 (

oC) Lạnh ra

3.1 Tính toán hiệu suất nhiệt độ:

-Hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt:

3.2 Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

-Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng:

3 4,19.10

Q  C G  T  G  T (Cp= 4,19.103 J/kg ở 710C)

3 4,18.10

Q

Q



3.3 Tính toán hệ số truyền nhiệt:

3.3.1 Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:

-Trường hợp xuôi chiều:

min nong ra _ lanh ra _

-Trường hợp ngược chiều:

Ta xét:   t t1 nong vao _  tlanh ra _

2 nong ra _ lanh vao _

m m

3.3.2 Hệ số truyền nhiệt lý thuyết:

Được tính theo công thức:

Trong đó: w là vận tốc của dòng nóng:

2

w.4

N i

Gd

 có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo pp nội suy (trong chức năng

thống kê của máy tính Casio)

T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào

-Chuẩn số Grashoff (dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính):

3 2

Nếu dòng nóng chảy dòng: Nu  0,158 .Re Pr k 0,33 0,43 Gr 0,1

* Tính hệ số cấp nhiệt 2 (dòng lạnh): như dòng nóng chỉ thay đổi các tham số đặc trưng của dòng lạnh

N L td

G d

 có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo pp nội suy (trong chức năng

thống kê của máy tính Casio)

T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào

-Chuẩn số Grashoff (dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính):

3 2

Với g=9.81 (m/s2), l là đường kính tương đương ở đây L

td

l d  ,  là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu,  t là chênh lệch nhiệt độ   t ttuong  tlanh vao_

-Hệ số hiệu chỉnh k: phụ thuộc vào giá trị Reynolds và L

vong xoan

d D

Nếu dòng lạnh chảy quá độ: Nu  0,008 .Re Prk 0,8 0,43

Nếu dòng lạnh chảy dòng: Nu  0,158 .Re Pr k 0,33 0,43 Gr 0,1

4 Kết quả tính toán:

4.1 Trường hợp xuôi chiều:

Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí

Bảng kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt Thí

4.2 Trường hợp ngược chiều:

Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí

5 Đồ thị:

5.1 Trường hợp xuôi chiều:

Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Xuôi chiều)

Hệ số truyền nhiệt lý thuyết Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Xuôi chiều)

5.2 Trường hợp ngược chiều

Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Ngược chiều)

0.0 100.0

Hệ số truyền nhiệt lý thuyết

Quan hệ giữa Lưu lượng-Hệ số truyền nhiệt (Ngược chiều)

5.3 Quan hệ giữa chiều chuyển động và hệ số truyền nhiệt:

Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

Quan hệ chiều chuyển động-Hệ số truyền nhiệt

Hệ số truyền nhiệt lý thuyết

Quan hệ chiều chuyển động-Hệ số truyền nhiệt

Vì đầu dò báo sai nên ta sẽ không nói đến các yếu tố phụ thuộc nhiệt độ có độ sai số lớn như N

 , L và hi mà đi xét đến các yếu tố quan trọng, những tính toán cuối cùng trong bài này

Ta sẽ đi đánh giá sự ảnh hưởng các yếu tố qua hệ số truyền nhiệt K Hệ số truyền nhiệt K đặc trưng cho lượng nhiệt truyền từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội qua 1m2 bề mặt tường phẳng trong một đơn vị thời gian khi hiệu số chênh lệch nhiệt độ giữa hai lưu thể là một độ Hệ số truyền nhiệt càng lớn thì lượng nhiệt mà lưu thể lạnh nhận được từ lưu thể nóng càng tăng Nghĩa là quá trình truyền nhiệt càng đạt hiệu quả (hiệu suất cao vì   QQNL )

6.1 Ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến quá trình truyền nhiệt:

-Ở trường hợp xuôi chiều: Trong cùng một lưu lượng nóng bằng nhau (VN=const), khi tăng lưu lượng dòng lạnh (VL=2, 3, 4, 5 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt K sẽ tăng dần nhưng không đáng kể.-Nhận thấy nếu lưu lượng dòng lạnh bằng nhau (VL=const) và qua các mức tăng lưu lượng dòng nóng (VN=2, 3, 4, 5 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt K cũng sẽ tăng lên nhưng không đáng kể Như vậy trong trường hợp xuôi chiều khi tăng lưu lượng dòng lạnh hoặc dòng nóng thì hệ số truyền nhiệt tăng chậm, nghĩa là hiệu suất của quá trình truyền nhiệt ít chịu ảnh hưởng của lưu lượng dòng

-Ở trường hợp ngược chiều: chỉ khác xuôi chiều là khi tăng lưu lượng dòng lạnh thì hệ số truyền nhiệt K tăng lên nhanh chóng Như vậy trong trường hợp ngược chiều chịu ảnh hưởng của lưu lượng nhiều hơn trường hợp xuôi chiều

6.2 Đánh giá sự ảnh hưởng của chiều chuyển động các dòng đến quá trình truyền nhiệt: -Đối với hệ số truyền nhiệt tính từ thực nghiệm ta nhận thấy KTN khi xuôi chiều thì lớn hơn

so với trường hợp ngược chiều

-Đối với hệ số truyền nhiệt K tính theo lý thuyết thì ta thấy KLT khi xuôi chiều nhỉnh hơn so với khi ngược chiều nhưng không đáng để (hai đường trên đồ thị gần như trùng nhau)

Qua đó ta có thể kết luận, trong trường hợp truyền nhiệt ống xoắn thì chiều chuyển động theo trường hợp xuôi chiều sẽ có lợi hơn về hệ số truyền nhiệt

6.3 So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm với hệ số truyền nhiệt lý thuyết:

Trong cả hai trường hợp ngược chiều và xuôi chiều, ta đều thấy KTN lớn hơn KLT rất nhiều -Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là vì trong quá trình tính toán KTN chỉ có tính đến QN và log

F t





Việc đầu dò báo sai chúng ta có thể hiệu chỉnh được Nhưng Qf mà âm thì theo em nghĩ là

do quá trình truyền nhiệt từ dòng nóng sang dòng lạnh, nhiệt lượng đã bị mất mát hao tổn ra bên ngoài Lượng nhiệt tổn thất này không thể đo chính xác Chính nó đã làm cho việc tính toán không ổn định Bởi vì khi tăng lưu lượng dòng lạnh hay lưu lượng dòng nóng càng lớn, nhiệt truyền từ dòng nóng sang dòng nguội càng cao, thì lượng nhiệt tổn thất này cũng tăng lên nhanh chóng

-Trong quá trình tính toán KLT thì ta sẽ đi tính các chuẩn số đồng dạng như Nusselt,

Reynolds, Prandlt, Grashoff để tính hệ số cấp nhiệt của dòng nóng 1 và của dòng lạnh 2 Ta nhận thấy 1 của dòng nóng có giá trị xấp xỉ bằng nhau ở cùng một mức lưu lượng VN và tăng lên khi VN tăng Đối với 2 của dòng lạnh thì chỉ tăng khi VL tăng , điều này được giải thích là

do VL tăng dẫn đến vận tốc dòng lạnh tăng dẫn đến Re tăng dẫn đến Nusselt tăng tỷ lệ thuận với 2

-Ta thấy rằng hệ số cấp nhiệt 1 của dòng nóng lớn hơn rất nhiều 2 dòng lạnh Có nghĩa là dòng lạnh nhận được lượng nhiệt từ nguồn nóng trong một đơn vị thời gian là rất lớn và khả năng nhận nhiệt của dòng lạnh là chưa tương xứng với dòng nóng Điều này được giải thích là

do dòng nóng chảy trong ống chùm có đường kính nhỏ, chế độ chảy xoáy (Re>10000) có sự đối lưu giữa các lớp nước làm cho quá trình cấp nhiệt nhanh hơn Còn dòng lạnh chảy trong ống có đường kính lớn hơn rất nhiều, chế độ chảy quá độ (2300<Re<10000) sự nhận nhiệt sẽ kém hơn