Tiểu Luận Báo cáo truyền nhiệt .

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ  BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT GVHD: Lê Nhất Thống SVTH: FCC MSSV: 1234567 Tổ: 2 Lớp HP: Sáng chủ nhật Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010 LỜI NHẬN XÉT LỜI MỞ ĐẦU Truyền nhiệt là lĩnh vực đóng vai trò quan trọng, không thể thiếu trong hầu hết các quá trình hóa học, thực phẩm, sinh học, môi trường Chúng ta hiểu được quá trình truyền nhiệt diễn ra như thế nào thì chưa đủ, chúng ta còn phải biết cách tính toán xử lý số liệu đo được và cao hơn nữa là thiết 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. MỤC LỤC 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 CuSO 4 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 Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống 1 Bài 1: Thực hành truyền nhiệt ống lồng ống Đồng Ngày thực hành: 17-10-2010 Sinh Viên: FCC Mã số: 1234567 Lớp thực hành: Sáng Chủ nhật Tổ thực hành: 2 Điểm: Lời phê của thầy: 1. Mục đích thí nghiệm: Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách (bài thực hành này chủ yếu khảo sát quá trình làm nguội). Tính toán hiệu suất toàn phần dựa trên cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng khác nhau. 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 K TN của thiết bị, từ đó so sánh với kết quả tính toán lý thuyết K LT . 2. Số liệu thực hành: 2.1. Trường hợp xuôi chiều: Thí nghiệm V N (l/ph) V L (l/ph) T 1 ( o C) Nồi đun T 2 ( o C) Nóng ra T 3 ( o C) Nóng vào T 4 ( o C) Lạnh ra T 5 ( o C) Lạnh vào 1 2 71 65 70 35 30 2 4 71 64 70 33 30 3 6 71 64 71 32 30 4 2 8 71 63 71 32 30 5 4 2 72 68 71 36 30 Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống 2 6 4 72 68 71 33 30 7 6 72 67 71 33 30 8 8 71 67 71 33 30 9 2 71 69 71 37 30 10 4 71 68 71 35 30 11 6 71 68 71 34 30 12 6 8 71 67 71 33 30 13 2 71 69 71 38 30 14 4 71 69 71 35 30 15 6 71 68 71 34 30 16 8 8 71 68 71 33 30 2.2. Trường hợp ngược chiều: Thí nghiệm V N (l/ph) V L (l/ph) T 1 ( o C) Nồi đun T 2 ( o C) Nóng ra T 3 ( o C) Nóng vào T 4 ( o C) Lạnh vào T 5 ( o C) Lạnh ra 1 2 71 66 70 30 35 2 4 71 65 70 30 34 3 6 71 65 71 30 33 4 2 8 71 65 71 30 32 5 2 72 69 71 30 36 6 4 72 68 71 30 35 7 6 71 67 71 30 33 8 4 8 71 67 71 30 33 9 2 72 69 71 30 37 10 4 71 69 71 30 33 11 6 71 68 71 30 34 12 6 8 71 68 71 30 33 13 2 71 69 71 30 38 14 4 71 69 71 30 36 15 6 71 69 71 30 34 16 8 8 71 68 71 30 34 3. Xử lý số liệu: 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: .100% N N V R N N L V V T T T T     .100% L L R V N N L V V T T T T     Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống 3 2 N L hi      Ta có: _ _ N nong vao nong ra T T T   _ _ L lanh ra lanh vao T T T   3.2. Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: -Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng: 3 10 . . 60 N N nuoc G V    3 10 . . 60 L L nuoc G V    Với nuoc  phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức thực nghiệm: 3 2 0,000015324364. 0,00584994855. 0,016286058 705. 1000,04105055224 nuoc T T T      (Tính N G thì 2 3 2 T T T   ; tính L G thì 4 5 2 T T T   ) -Tính nhiệt lượng dòng nóng, dòng lạnh, nhiệt tổn thất: 3 . . 4,19.10 . . N N N N N N Q C G T G T     (C p = 4,19.10 3 J/kg ở 71 0 C) 3 . . 4,18.10 . . L L L L L L Q C G T G T     (C p = 4,18.10 3 J/kg ở 71 0 C) f N L Q Q Q   -Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: .100% L N Q Q   3.3. Tính toán hệ số truyền nhiệt: 3.3.1. Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: -Trường hợp xuôi chiều: ax _ _ m nong vao lanh vao t t t   min _ _ nong ra lanh ra t t t   Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống 4 -Trường hợp ngược chiều: Ta xét: 1 _ _ nong vao lanh ra t t t   2 _ _ nong ra lanh vao t t t   Cái nào lớn hơn thì là ax m t  . Cái nào bé hơn thì là min t  . -Tính ax min log ax min ln( ) m m t t t t t        -Tính diện tích truyền nhiệt: . . td F d L   . Với 2 i o td d d d   , L=0.5 (m) -Theo công thức: log . . Q K F t   log . N TN Q K F t    3.3.2. Hệ số truyền nhiệt lý thuyết: Được tính theo công thức: 1 2 1 1 1 LT K        (Chuyển tường ống qua tường phẳng do 2 1 2 r r  ) Có 0 2 i d d    (m), _ 93 dong thau   (W/m.K). Chỉ việc tính 1  và 2  . * Tính hệ số cấp nhiệt 1  (dòng nóng): -Chuẩn số Reynolds: w. Re i d   Trong đó: w là vận tốc của dòng nóng: 2 w . 4 N i G d   Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống 5 v là độ nhớt của dòng nóng, có thể tra bảng hoặc tính theo công thức thực nghiệm sau: ( 6) 5 4 3 2 (10 )*(( 0.00000000064*( )) (0.000000182875* ( )) (0.000021590001*( )) (0.001417871822*( )) (0.060504453881*( )) 1.790265284068) v T T T T T         (m 2 /s) -Chuẩn số Prandtl: _ . . Pr N nuoc dong nong C     _ dong nong  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 . . . g l Gr t v    Với g=9.81 (m/s 2 ), l là đường kính tương đương ở đây l=d i ,  là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu, t  là chênh lệch nhiệt độ _ tuong nong vao t t t    . -Hệ số hiệu chỉnh k  : phụ thuộc vào giá trị Reynolds và i L d (tra trong bảng 1.1 trang 33- sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009). -Tính chuẩn số Nusselt: Nếu dòng nóng chảy xoáy: 0,8 0,43 0,021. .Re .Pr k Nu   (để đơn giản ta cho Pr 1 Pr T  ) Nếu dòng nóng chảy quá độ: 0,8 0,43 0,008. .Re .Pr k Nu   Nếu dòng nóng chảy dòng: 0,33 0,43 0,1 0,158. .Re .Pr . k Nu Gr   Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống 6 * Tính hệ số cấp nhiệt 2  (dòng lạnh): như dòng nóng chỉ thay đổi các tham số đặc trưng của dòng lạnh. -Chuẩn số Reynolds: w. Re L td d   Trong đó: w là vận tốc của dòng lạnh: 2 w .( ) 4 N L td G d   Với 2 2 0 0 .( ) 4 4. 4. .( ) i L uot td uot i D D F d C D D       -Chuẩn số Prandtl: _ . . Pr L nuoc dong lanh C     _ dong lanh  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 . . . g l Gr t v    Với g=9.81 (m/s 2 ), 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 _ tuong lanh vao t t t    . -Hệ số hiệu chỉnh k  : phụ thuộc vào giá trị Reynolds và L td L d (tra trong bảng 1.1 trang 33- sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009). -Tính chuẩn số Nusselt: . Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống 13 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 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0 1400.0 1600.0 0. 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 Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống 1 Bài 1: Thực hành truyền nhiệt. (l/ph) VL=6 (l/ph) VL=8 (l/ph) Báo cáo thực hành Truyền Nhiệt GVHD: Lê Nhất Thống 12 Hệ số truyền nhiệt lý thuyết Quan hệ giữa Lưu lượng-hệ số truyền nhiệt (ngược chiều) 0.0 500.0 1000.0 1500.0 2000.0 2500.0 3000.0 VN=2