BÀI 2 THIẾT bị TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM

- Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả theo lý thuyết KLT trong trường hợp xuôi chiều và ngược chiều.. Chú ý lúc nàydòng nóng không qua lưu

BÀI 2: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM

MỤC LỤC 2

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

- Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về thiết bị truyền nhiệt ống chùm

- Giúp sinh viên vận hành chính xác thiết bị, đo đạc các thông số của quá trình và thiết bị

- Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả theo

lý thuyết KLT trong trường hợp xuôi chiều và ngược chiều

- Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng lưuchất qua một bề mặt ngăn cách

- Tính toán hiệu suất toàn phần dựa trên cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòngkhác nhau

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

- Đánh giá quá trình hoạt động xuôi chiều và ngược chiều

2 NỘI DUNG TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Sơ đồ hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt ống chùm

- Khi lưu lượng đạt giá trị cần thí nghiệm thì mở van VN4, đóng van VN2 và VN3 Chú ý lúc nàydòng nóng không qua lưu lượng kế nhưng vẫn đạt giá trị cần thí nghiệm.

Ghi kết quả thí nghiệm

- Khi điều chỉnh lưu lượng của 2 dòng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1 phút thì ghi nhiệt độcủa 2 dòng:

- Khi lưu lượng đạt giá trị cần thí nghiệm thì mở van VN4, đóng van VN2 và VN3 Chú ý lúc nàydòng nóng không qua lưu lượng kế nhưng vẫn đạt giá trị cần thí nghiệm

Ghi kết quả thí nghiệm

- Khi điều chỉnh lưu lượng của 2 dòng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1 phút thì ghi nhiệt độcủa 2 dòng:

+ Nhiệt độ dòng nóng vào là T1, nóng ra là T3

- Khi lưu lượng đạt giá trị cần thí nghiệm thì mở van VN4, đóng van VN2 và VN3 Chú ý lúc nàydòng nóng không qua lưu lượng kế nhưng vẫn đạt giá trị cần thí nghiệm.

Ghi kết quả thí nghiệm

- Khi điều chỉnh lưu lượng của 2 dòng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1 phút thì ghi nhiệt độcủa 2 dòng:

- Khi lưu lượng đạt giá trị cần thí nghiệm thì mở van VN4, đóng van VN2 và VN3 Chú ý lúc nàydòng nóng không qua lưu lượng kế nhưng vẫn đạt giá trị cần thí nghiệm

Ghi kết quả thí nghiệm

- Khi điều chỉnh lưu lượng của 2 dòng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1 phút thì ghi nhiệt độcủa 2 dòng:

+ Nhiệt độ dòng nóng vào là T5, nóng ra là T7

+ Nhiệt độ dòng lạnh vào là T8, lạnh ra là T6

 Hoàn tất bài thí nghiệm:

T1 Nvào ( o C)

T3 Nra ( o C)

T4 Lra ( o C)

T2 Lvào ( o C)

T1 Nvào ( o C)

T3 Nra ( o C)

T2 Lra ( o C)

T4 Lvào ( o C)

T5 Nvào ( o C)

T7 Nra ( o C)

T8 Lra ( o C)

T6 Lvào ( o C)

T5 Nvào ( o C)

T7 N ra ( o C)

T6 Lra ( o C)

T8 Lvào ( o C)

 Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:

 Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:

 Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:

 Nhiệt lượng tổn thất (phần nhiệt lượng mà dòng nóng tỏa ra nhưng dòng lạnh không thuvào được do trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh):

 Hiệu số nhiệt độ của các dòng – hiệu suất nhiệt độ quá trình truyền nhiệt:

Ta có:

4.2 Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt

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

Với phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức thực nghiệm:

4.3 Tính toán hệ số truyền nhiệt

4.3.1 Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:

-Trường hợp xuôi chiều:

Trường hợp ngược chiều:

 Đối với thiết bị ống chùm :

với Trong đó :

4.3.2 Hệ số truyền nhiệt lý thuyết

Được tính theo công thức:

tra bảng 43 trong bảng tra cứu quá trình cơ học truyền nhiệt - truyền khối

có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo phương pháp 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)

Với g = 9,81(m/s2), l là đường kính tương đương ở đây l=di , β là hệ số giãn nở thể tích được tratrong bảng tra cứu, ∆t là chênh lệch nhiệt độ ∆t = ttường - tnóng vào

Hệ số hiệu chỉnh :phụ thuộc vào giá trị Reynolds và (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 dòng: :

- Nếu chảy xoáy : Nu = 0,021

- = =>

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

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)

Với g = 9,81(m/s2), l là đường kính tương đương ở đây l= , β là hệ số giãn nở thể tích được tratrong bảng tra cứu, ∆t là chênh lệch nhiệt độ∆t = ttường – tlạnh vào

Hệ số hiệu chỉnh :phụ thuộc vào giá trị Reynolds và (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 dòng: : Nếu chảy xoáy : Nu = 0,021

Ta có : Lưu chất tiến hành thí nghiệm ở nhiệt độ 80 oC

(ở 80 oC) = 972 kg/m3s

 = 4 972 = 0,0648 kg/s

 = 4 972 = 0,0648 kg/s

Ta có nhiệt dung riêng của H2O ở 80oC: = CL = 4190 J/ kgWh

-Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:

− Tính diện tính thiết bị truyền nhiệt

+ n là số ống trong thiết bị truyền nhiệt

TB1 : n1 = 19

TB2: n2 = 61

+ Đường kính trung bình

Đối với TB1: = = 9 mm = 9.10-3 m

di = 8mm : đường kính trong của ống truyền nhiệt trong thiết bị thủy tinh TB1

do =10mm: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt trong thiết bị thủy tinh TB2.Đối với TB2: = = 12 mm = 12.10-3 m

di = 11mm : đường kính trong của ống truyền nhiệt trong thiết bị thủy tinh

do =13mm: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt trong thiết bị thủy tinh

+ L : Chiều dài của ống truyền nhiết

TB1: L1 = 650mm = 0,65 m

TB1: L2 = 500mm = 0,5 m

 F1 =n1 .dtd1 L = 19 9.10-3 0,65 = 0,349 m2

 F1 =n2 .dtd2 L = 61 12.10-3 0,5 = 1,494 m2

THÍ NGHIỆM 1: Xuôi chiều TB 1

Bảng 1: Kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ,

nghiệm

Q L (W)

max ( o C)

min ( o C)

log ( o C)

K TN (W/m 2 ,K)

K LT (W/m 2 ,K)

THÍ NGHIỆM 2:Ngược chiều TB 1

Bảng 1: Kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ,

max ( o C)

min ( o C)

log ( o C)

K TN (W/m 2 ,K)

K LT (W/m 2 ,K)

THÍ NGHIỆM 3: Xuôi chiều TB 2

Bảng 1: Kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ,

Bảng 2: Kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt,

K TN (W/m 2 ,K)

K LT (W/m 2 ,K)

THÍ NGHIỆM 4: Ngược chiều TB 2

Bảng 1: Kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ,

max ( o C)

min ( o C)

log ( o C)

K TN (W/m 2 ,K)

K LT (W/m 2 ,K)

5.3 Đồ thị thể hiện mỗi quan hệ giữa lưu lượng và hệ số truyền nhiệt thực nghiệm

Thí nghiệm 1: Xoay chiều thiết bị 1.

Thí nghiệm 2: Ngược chiều thiết bị 1.

Thí nghiệm 3: Xoay chiều thiết bị 2.

Thí nghiệm 4: Ngược chiều thiết bị 2.

6 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ

 So sánh về hiệu số nhiệt độ

Hiệu số nhiệt độ của dòng nóng lớn hơn rất nhiều so với hiệu số nhiệt độ của dòng lạnh

Hiệu số nhiệt độ trong chuyển động xuôi chiều nhỏ hơn hiệu số nhiệt độ trong chuyển động

ngược chiều Do trong chuyển động ngược chiều nhiệt độ đã bị thay đổi đáng kể trước khi

quá trình trao đổi nhiệt xảy ra

 Ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đến quá trình truyền nhiệt

-Trong quá trình xuôi chiều

Hệ số truyền nhiệt tăng khi lưu lượng dòng chảy tăng Tăng một cách đông đều

Nhiệt độ đầu ra, đầu tường đối ổn định

Trong quá trình ngược chiều

Khi lưu lượng dòng chảy tăng hệ số truyền nhiệt tăng giảm không rõ ràng do có sự thay đổinhiệt giữa hai lưu thể

Nhiệt độ đầu, đầu vào không ổn định

 Ảnh hưởng của chiều chuyển động của dòng chảy đến quá trình truyền nhiệt

Ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt

 Nguyên nhân dẫn đến sai số

Sai số do người tiến hành thí nghiệm.