BÀI 1 THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG KÉP

BÀI 1 THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG KÉP (TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG) I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Các khái niệm 1.1. Truyền nhiệt Truyền nhiệt là một quá trình phức tạp xảy ra đồng thời bởi 3 dạng trao đổi nhiệt cơ bản như: trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt, trao đổi nhiệt bằng đối lưu nhiệt và trao đổi nhiệt bằng bức xạ nhiệt. 1.2. Chiều quá trình Trong tự nhiên quá trình truyền nhiệt chỉ xảy ra theo một chiều từ nơi có nhiệt độ cao tới nơi có nhiệt độ thấp. 1.3. Chất tải nhiệt Chất tải nhiệt là chất mang nhiệt từ nơi này tới nơi khác, từ môi trường này tới môi trường khác theo quy luật tự nhiên. 1.4. Truyền nhiệt trực tiếp Truyền nhiệt trực tiếp là quá trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt tiếp xúc trực tiếp với vật liệu. 1.5. Truyền nhiệt gián tiếp Truyền nhiệt gián tiếp là quá trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mà thông qua vật ngăn. 1.6. Truyền nhiệt ổn định Truyền nhiệt ổn định là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ có thể thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian. 1.7. Truyền nhiệt không ổn định

BÀI THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG KÉP (TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG) I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các khái niệm 1.1 Truyền nhiệt Truyền nhiệt trình phức tạp xảy đồng thời dạng trao đổi nhiệt như: trao đổi nhiệt dẫn nhiệt, trao đổi nhiệt đối lưu nhiệt trao đổi nhiệt xạ nhiệt 1.2 Chiều trình Trong tự nhiên trình truyền nhiệt xảy theo chiều từ nơi có nhiệt độ cao tới nơi có nhiệt độ thấp 1.3 Chất tải nhiệt Chất tải nhiệt chất mang nhiệt từ nơi tới nơi khác, từ môi trường tới môi trường khác theo quy luật tự nhiên 1.4 Truyền nhiệt trực tiếp Truyền nhiệt trực tiếp trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt tiếp xúc trực tiếp với vật liệu 1.5 Truyền nhiệt gián tiếp Truyền nhiệt gián tiếp trình truyền nhiệt mà chất tải nhiệt không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mà thông qua vật ngăn 1.6 Truyền nhiệt ổn định Truyền nhiệt ổn định trình truyền nhiệt mà nhiệt độ thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian 1.7 Truyền nhiệt không ổn định Truyền nhiệt không ổn định trình truyền nhiệt mà nhiệt độ thay đổi theo không gian thời gian 1.8 Tường nhiệt Tường nhiệt đặc trưng cho độ nóng vật nhiệt độ (t, [oC]; T, [K]) Tập hợp tất giá trị nhiệt độ vật môi trường gọi tường nhiệt 1.9 Nhiệt trường ổn định Nhiệt trường ổn định nhiệt trường mà nhiệt độ thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian t = f(x, y, z) 1.10 Nhiệt trường không ổn định Nhiệt trường không ổn định nhiệt trường mà nhiệt độ thay đổi theo không gian thời gian t = f(x, y, z, τ) 1.11 Mặt đẳng nhiệt Mặt đẳng nhiệt tập hợp điểm có nhiệt độ Quá trình dẫn nhiệt không xảy bề mặt đẳng nhiệt mà xảy từ mặt đẳng nhiệt đến mặt đẳng nhiệt Các trình truyền nhiệt 2.1 Dẫn nhiệt Dẫn nhiệt truyền nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp Do truyền động dao động va chạm vào nhau, chuyển rời vị trí phân tử vật chất Dẫn nhiệt xảy truyền nhiệt chất rắn truyền nhiệt chất lỏng, chất khí đứng yên hay chuyển động dòng 2.1.1 Định luật Fourien Xét mặt phẳng có diện tích F có dòng nhiệt dẫn qua theo phương vuông góc với mặt phẳng, định luật Fourien phát biểu sau: Mật độ dòng nhiệt truyền qua phương thức dẫn nhiệt theo phương quy định tỉ lệ thuận với diện tích vuông góc với phương truyền gradient nhiệt độ theo phương Qx = - λF qx = , (W) =-λ , (W/m2) Qx: dòng nhiệt truyền qua diện tích F (J/s) qx: mật độ dòng nhiệt (W/m2) F: diện tích bề mặt truyền nhiệt vuông góc với phương x (m2) λ: hệ số dẫn nhiệt W/m.độ Thực nghiệm chứng tỏ λ thông số vật lý biểu diễn khả dẫn nhiệt vật liệu Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, vật liệu, cấu trúc vật liệu Hệ số dẫn nhiệt chất khí khoảng 0,006 ÷ 0,6 (W/m.độ) Hệ số dẫn nhiệt chất lỏng khoảng 0,07 ÷ 0,7 (W/m.độ) Hệ số dẫn nhiệt chất rắn phụ thuộc vào kết cấu, độ xốp độ ẩm vật liệu Từ định luật Fourien bản, người ta đưa dạng phương trình truyền nhiêt cho trường hợp cụ thể 2.1.2 Dẫn nhiệt dòng nhiệt ổn định qua tường phẳng (Xét trình dẫn nhiệt ổn định – nhiệt độ vật không biến đổi theo thời gian) a Một lớp Nhiệt lượng truyền qua khoảng thời gian τ (giây): Q = q F τ =  (t  t ).F  , (J)  Nếu ta muốn tìm nhiệt độ vị trí cách mặt có nhiệt độ lớn khoảng x q t  t1  x  t1: nhiệt độ bề mặt tường trái (oC) t2: nhiệt độ bề mặt tường phải (oC) F: diện tích bề mặt tường trái nơi tiếp xúc với dòng nhiệt nóng (m2) δ: chiều dày tường (m) λ: hệ số dẫn nhiệt, độ dẫn nhiệt (W/m, oC) b Nhiều lớp Nhiệt lượng truyền qua khoảng thời gian τ (giây): Q  (t1  tn 1 ) F n r i 1 i  , J Nếu xét khoảng thời gian 1(s): Q  (t1  tn 1 ) F n r i 1 ,W i n: số lớp vật liệu Với ri  i : Nhiệt trở tường (m2soC/J) i Mât độ dòng nhiệt qua lớp (3 lớp theo hình vẽ)  1  (t1  t2 ) ; q  (t2  t3 ) ; q  (t3  t4 ) 1 2 3 q     t1  t4  t1  t4  q      q  1    1 1 3    1 1 Vậy tổng quát tính cho tường n lớp: q  3 t1  tn 1 n i  i 1 i i i 1 i k 1 Và nhiệt độ cho vách thứ k là: tk  t1  q  k: vách thứ k theo chiều truyền nhiệt (theo kmax=4) k – 1: số lớp trước vách k theo chiều truyền nhiệt n: số lớp (theo n = 3) 2.1.3 Dẫn nhiệt ổn định qua ống a Một lớp Nghiên cứu trình dẫn nhiệt qua vách trụ (ống) nhiệt độ bề mặt vách t1, nhiệt độ vách t2 không thay đổi Vật liệu có hệ số dẫn nhiệt λ không đổi Ta có phương trình dẫn nhiệt sau: Q t1  t2 2 L (t1  t2 )  ,W d1 d2 ln ln d2 2 L d1 L: chiều dài ống (m) d1, d2: đường kính ống (m)   d  d1 (m) diện tích bề mặt trung bình: F   (d  d1 ) L d ln d1 , (m2) Nếu tỉ số   (d  d1 ) L d2 (m )  F tính công thức sau: F  d1 Để thuận tiện cho việc tính toán ta tính: qx  Q  L t1  t2 , (W/m) d ln 2 L d1 b Nhiều lớp Với tường hình ống nhiều lớp vật liệu khác nhau: qx  Q  L t1  tn 1 (W/m) di 1 ln  di i 1 2i n n: số lớp t1: nhiệt độ vách (oC) tn+1: nhiệt độ vách thứ n +1 (oC) 2.2 Đối lưu nhiệt Nhiệt đối lưu truyền nhiệt mà phân tử lỏng khí nhận nhiệt đổi chổ cho nhau; đổi chổ chênh lệch khối lượng riêng hay tác động học như: bơm, khuấy Quá trình tỏa nhiệt đối lưu xảy có trao đổi nhiệt chất lỏng, chất khí với bề mặt rắn 2.2.1 Định luật Newton Để tính nhiệt đối lưu người ta dùng công thức Newton: Q   F (tr  tv ),(W) Trong đó: α: hệ số tỏa nhiệt (W/m2.độ) phụ thuộc vào nhiều thông số: α = f(t v , t f , ,  , c p ,  ,  ) tf: nhiệt độ lưu chất tv: nhiệt độ vách ω: tốc độ chuyển động chất lỏng λ: kích thước bề mặt trao đổi nhiệt q   (tr  tv ), (W / m2 ) Để tính toán phương trình trên, ta cần phải xác định α 2.2.2 Các chuẩn số Vì trình tỏa nhiệt đối lưu phụ thuộc vào nhiều chuẩn số, đó, muốn xác định α ta cần tính cần tính chuẩn số: Chuẩn số Nusselt: Nu  Chuẩn số Prandtl: Pr    ; r  a Chuẩn số Reynolds: Re  Chuẩn số Grashof: Gr  .  g.  t 2 ω: vận tốc chuyển động lưu chất (m/s) a: hệ số dẫn nhiệt độ, a   c p  (m2/s) cp: nhiệt dung riêng đẳng áp (J/kg.oC) g: gia tốc trọng trường (m/s2) λ: kích thước hình học (có thể đường kính ống) (m) Δt: hiệu nhiệt độ vách nhiệt độ lưu chất (oC) β: hệ số giản nở thể tích (1/oK; 1/oC) với chất khí   T 2.2.3 Các phương trình thực nghiệm cho loai lưu chất chuyển động Để tính α người ta thường dùng chuẩn số Nu trường hợp cụ thể Nu có biểu thức riêng (xem tài liệu tham khảo) Ngoài ra, người ta tính trước số trường hợp cụ thể, ta tra bảng cho trường hợp II THÍ NGHIỆM – TÍNH TOÁN A Thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống Bảng số liệu thực nghiệm phòng thí nghiệm Lưu lượng Lưu lượng dòng nóng dòng lạnh G’N (L/P) Nhiệt độ dòng nóng Nhiệt độ dòng lạnh G’L (L/P) tNV tNR tLV tLR G’L1= 70 59 30 42 G’L2= 73 58 30 41 G’L3= 74 57 30 40 G’L1= 75 64 30 46 G’L2= 76 63 30 44 G’L3= 77 63 30 43 G’L1= 77 68 30 48 G’L2= 76 66 30 45 G’L3= 77 64 30 44 Tính toán 2.1 Tính suất lượng khối lượng dòng nóng GN'  3.980,525 GN    0, 04903(kg / s) 60.1000 60.1000 Với 64,5  980,525(kg / m3 ) 2.2 Tính nhiệt lượng tỏa dòng nóng QN  GN CN (t NV  t NR )  0,04903.4190.(70  59)  2259,7927(w) Bảng 1: Nhiệt lượng tỏa dòng nóng QN G’N (L/P) 2.3 GN tNV tNR tNtb o o o ρN CN QN (kg/s) ( C) ( C) ( C) (kg/m ) (J/kg.độ) (w) 0,04903 70 59 64,5 980,525 4190 2259,7927 0,04899 73 58 65,5 979,975 4190 3079,0215 0,04899 74 57 65,5 979,975 4190 3489,5577 0,09778 75 64 69,5 977,775 4190 4506,6802 0,09778 76 63 69,5 977,775 4190 5326,0766 0,09775 77 63 70 977,5 4190 5734,015 0,14642 77 68 72,5 976,125 4190 5521,4982 0,14654 76 66 71 976,95 4190 6140,026 0,14658 77 64 70,5 977,225 4190 7984,2126 Tính suất lượng khối lượng dòng lạnh GL'  3.993, GL    0, 04966(kg / s) 60.1000 60.1000 2.4 Nhiệt lượng thu vào dòng lạnh QL  GL C L (tLR  tLV )  0,04966.4176.(42  30)  2488,5619(w) Bảng 2: Bảng nhiệt lượng thu vào dòng lạnh QL G’L GL tLV tLR tLtb o o o ρL CL QL (L/P) (kg/s) ( C) ( C) ( C) (kg/m ) (J/kg.độ) (w) 0,04966 30 42 36 993,2 4176 2488,5619 0,09934 30 41 35,5 993,35 4176,125 4563,4188 0,14903 30 40 35 993,5 4176,25 6223,8654 0,04963 30 46 38 992,6 4175,5 3315,6810 0,09929 30 44 37 992,9 4175,75 5804,5430 0,14896 30 43 36,5 993,05 4175,875 8086,4984 0,04962 30 48 39 992,3 4175,25 3729,1663 0,09928 30 45 37,5 992,75 4175,625 6218,3408 0,14894 30 44 37 992,9 4175,75 8707,1069 2.5 Tổn thất nhiệt: Q  QN  QL  2259,7927  2488,5619  228,7692(w) 2.6 Tính hiệu số nhiệt độ tlog t NV  70 t NR  59 Ta có: t LV  30 t LR  42  tmax  70  30  40  tmin  59  42  17  tlog  2.7 tmax  tmin 40  17   26,8796 oC tmax 40 ln ln 17 tmin Tính hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm KL* K L*  QL 2488,5619   88,173( w / m độ) tlog L 26,8796.1, 05 Bảng 3: Tính Q, tlog , K L* QN QL ΔQ tNV tNR tLV tLR L Δtlog KL* (W) (W) (W) (oC) (oC) (oC) (oC) (m) (oC) (W/m.độ) 2259,7927 2488,5619 -228,7692 70 59 30 42 1,05 26,8796 88,173 3079,0215 4563,4188 -1484,4063 73 58 30 41 1,05 28,0176 155,121 3489,5577 6223,8654 -2734,3077 74 57 30 40 1,05 28,3919 208,774 4506,6802 3315,6810 1190,9992 75 64 30 46 1,05 29,4666 107,165 5326,0766 5804,5430 -478,4664 76 63 30 44 1,05 30,5360 181,037 5734,015 8086,4984 -2352,4834 77 63 30 43 1,05 31,6006 243,711 5521,4982 3729,1663 1792,3319 77 68 30 48 1,05 31,6006 112,390 6140,026 6218,3408 -78,3148 76 66 30 45 1,05 31,8829 185,749 7984,2126 8707,1069 -722,8943 77 64 30 44 1,05 31,6006 262,415 2.8 Tốc độ chảy dòng nóng ωN : N  2.9 GN' 3.103   0,1969(m / s) 60.F1 60.0, 000254 Tốc độ chảy dòng lạnh ωL (m/s) L  GL' 3.103   0,9946(m / s) 60.F2 60.0, 00005027 2.10 Chuẩn số Reynolds dòng nóng Re N  N dtd 1.1 0,1969.0, 018.980,525   7826,975 1 0, 000444 2.11 Chuẩn số Reynolds dòng lạnh Re L  L dtd 2 0,9946.0, 008.993,   10885, 253 2 0, 000726 Bảng 4: Chuẩn số Reynolds dòng nóng ReN (Re1) GN’ FN dtdN ωN tNV tNR tNtb ρN μN (L/P) (m2) (m) (m/s) (oC) (oC) (oC) (kg/m3) (N.s/m2) 0,000254 0,018 0,1969 70 59 64,5 980,525 0,000444 7826,974 0,000254 0,018 0,1969 73 58 65,5 979,975 0,000438 7929,743 0,000254 0,018 0,1969 74 57 65,5 979,975 0,000438 7929,743 0,000254 0,018 0,3937 75 64 69,5 977,775 0,000415 16696,627 0,000254 0,018 0,3937 76 63 69,5 977,775 0,000415 16696,627 0,000254 0,018 0,3937 77 63 70 977,5 0,000413 16772,764 0,000254 0,018 0,5906 77 68 72,5 976,125 0,000399 26007,493 0,000254 0,018 0,5906 76 66 71 976,95 0,000407 25517,838 0,000254 0,018 0,5906 77 64 70,5 977,225 0,000410 25338,253 ReN Bảng 5: Chuẩn số Reynolds dòng lạnh ReL (Re2) GL’ FL dtdL ωL tLV tLR tLtb o o o ρL μL (N.s/m2) ReL (L/P) (m ) (m) (m/s) ( C) ( C) ( C) (kg/m ) 0,00005027 0,008 0,9946 30 42 36 993,2 0,000726 10885,253 0,00005027 0,008 1,9893 30 41 35,5 993,35 0,000735 21508,257 0,00005027 0,008 2,9839 30 40 35 993,5 0,000743 31919,296 0,00005027 0,008 0,9946 30 46 38 992,6 0,000691 11429,696 0,00005027 0,008 1,9893 30 44 37 992,9 0,000708 22318,373 0,00005027 0,008 2,9839 30 43 36,5 993,05 0,000717 33061,778 0,00005027 0,008 0,9946 30 48 39 992,3 0,000673 11731,846 0,00005027 0,008 1,9893 30 45 37,5 992,75 0,000700 22570,029 0,00005027 0,008 2,9839 30 44 37 992,9 0,000708 33537,581 2.12 Tính chuẩn số Pranlt dòng nóng Pr1  C1.1 1 4190.0, 000444  2,8170 0, 6604  2.13 Tính chuẩn số Pranlt dòng lạnh Pr2  C2 2 2  4176.0, 000726  4, 7895 0, 6330 Bảng 6: Chuẩn số Pranlt dòng nóng Pr1 tNV tNR tNtb CN μN λ1 (oC) (oC) (oC) (J/kg.độ) (N.s/m2) (W/m.độ) 70 59 64,5 4190 0,000444 0,6604 2,8170 73 58 65,5 4190 0,000438 0,6611 2,7760 74 57 65,5 4190 0,000438 0,6611 2,7760 75 64 69,5 4190 0,000415 0,6641 2,6184 76 63 69,5 4190 0,000415 0,6641 2,6184 77 63 70 4190 0,000413 0,6645 2,6041 77 68 72,5 4190 0,000399 0,6664 2,5087 76 66 71 4190 0,000407 0,6653 2,5632 77 64 70,5 4190 0,000410 0,6649 2,5837 Pr1 2.16 Tính chuẩn số Nusselt dòng lạnh NuL NuL  0, 25.Re Pr 0,6 0,38  Pr     Prt  0,25  0, 25.10885, 253 4, 7895 0,6  4, 7895     4,852  0,25 0,38  119, 439 2.17 Tính hệ số cấp nhiệt dòng lạnh   Nu2 2 dtd  119, 439 0, 6330  9450, 611(w/m độ) 0, 008 Bảng 9: Hệ số cấp nhiệt dòng lạnh α2 λ2 α2 (W/m.độ) (W/m2.độ) 0,008 0,6330 9450,611 180,077 0,008 0,6319 14223,832 0,9998 230,816 0,008 0,6308 18199,842 4,5259 0,9880 120,398 0,008 0,6375 9594,216 22318,373 4,6536 0,9866 181,733 0,008 0,6353 14431,872 33061,778 4,7218 0,9870 231,353 0,008 0,6341 18337,617 11731,846 4,3919 0,9878 120,902 0,008 0,6398 9669,137 22570,029 4,5929 0,9879 182,109 0,008 0,6364 14486,771 33537,581 4,6535 0,9865 232,028 0,008 0,6353 18425,924 Re2 Pr2 Pr2/Prt2 Nu2 dtd2 10885,253 4,7895 0,9871 119,439 21508,257 4,8575 0,9738 31919,296 4,9191 11429,696 2.18 Tính hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết KL Bảng 10: Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết KL α1 α2 2 d1 d2 λinox rb KL (W/m độ) (W/m độ) (m) (m) (W/m.độ) d 2950,814 9450,611 0,018 0,022 25 113,619 2960,002 14223,832 0,018 0,022 25 120,934 2960,002 18199,842 0,018 0,022 25 124,274 4544,695 9594,216 0,018 0,022 25 149,776 4544,695 14431,872 0,018 0,022 25 162,044 4552,563 18337,617 0,018 0,022 25 168,042 5857,138 9669,137 0,018 0,022 25 172,620 5826,550 14486,771 0,018 0,022 25 188,278 5816,730 18425,924 0,018 0,022 25 195,967 b (W/m.độ) Bảng 11: Quan hệ hệ số truyền nhiệt chế độ chảy dòng nóng có lưu lượng GN1’ ReL 10885,253 21508,257 31919,296 KL* 88,173 155,121 208,774 KL 113,619 120,934 124,274 Đồ thị: Đồ Thị KL* (GN' = 3) 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 0,000 0,000 5.000,000 10.000,000 15.000,000 20.000,000 25.000,000 30.000,000 35.000,000 Đồ Thị KL* (GN' = 3) 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 0,000 0,000 5.000,000 10.000,000 15.000,000 20.000,000 25.000,000 30.000,000 35.000,000 30.000,000 35.000,000 Đồ thị KL (GN' = 3) 126,000 124,000 122,000 120,000 118,000 116,000 114,000 112,000 0,000 5.000,000 10.000,000 15.000,000 20.000,000 25.000,000 Bảng 12: Quan hệ hệ số truyền nhiệt chế độ chảy dòng nóng có lưu lượng GN2’ ReL 11429,696 22318,373 33061,778 KL* 107,165 181,037 243,711 KL 149,776 162,044 168,042 Đồ thị: Đồ thị KL (GN' = 6) 170,000 165,000 160,000 155,000 150,000 145,000 0,000 5.000,000 10.000,000 15.000,000 20.000,000 25.000,000 30.000,000 35.000,000 Đồ thị KL* (GN' = 6) 300,000 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 0,000 0,000 5.000,000 10.000,000 15.000,000 20.000,000 25.000,000 30.000,000 35.000,000 Bảng 13: Quan hệ hệ số truyền nhiệt chế độ chảy dòng nóng có lưu lượng GN3’ Đồ thị: ReL 11731,846 22570,029 33537,581 KL* 112,390 185,749 262,415 KL 172,620 188,278 195,967 Đồ thị KL (GN' = 9) 200,000 195,000 190,000 185,000 180,000 175,000 170,000 0,000 5.000,000 10.000,000 15.000,000 20.000,000 25.000,000 30.000,000 35.000,000 40.000,000 Đồ thị KL* (GN' = 9) 300,000 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 0,000 0,000 5.000,000 10.000,000 15.000,000 20.000,000 25.000,000 30.000,000 35.000,000 40.000,000 B Thiết bị truyền nhiệt ống vuông góc Bảng số liệu thực nghiệm phòng thí nghiệm Lưu lượng Lưu lượng Nhiệt độ dòng nóng Nhiệt độ dòng lạnh dòng nóng dòng lạnh tNV tNR tLV tLR G’N (L/P) G’L (L/P) (oC) (oC) (oC) (oC) G’L1= 73 66 30 38 G’L2= 77 68 30 36 G’L3= 78 68 30 35 G’L1= 80 73 30 40 G’L2= 78 71 30 37 G’L3= 76 70 30 35 G’L1= 76 71 30 39 G’L2= 76 71 30 37 G’L3= 77 71 30 36 Tính toán (Trình tự tính toán tương tự thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống) 2.1 Tính suất lượng khối lượng dòng nóng GN (kg/s) 2.2 Tính nhiệt lượng tỏa dòng nóng QN (W) Bảng 1: Nhiệt lượng tỏa dòng nóng G’N GN tNV tNR tNtb ρN CN QN (L/P) (kg/s) (oC) (oC) (oC) (kg/m3) (J/kg.độ) (w) 0,04889 73 66 69.5 977,775 4190 1433,9437 0,04881 77 68 72.5 976,125 4190 1840,6251 0,04879 78 68 73 975,85 4190 2044,301 0,09739 80 73 76.5 973,925 4190 2856,4487 0,09750 78 71 74.5 975,025 4190 2859,675 0,09759 76 70 73 975,85 4190 2453,4126 0,14634 76 71 73.5 975,575 4190 3065,823 0,14634 76 71 73.5 975,575 4190 3065,823 0,14630 77 71 4190 3677,982 2.3 975,3 74 Tính suất lượng khối lượng dòng lạnh GL (kg/s) 2.4 Tính nhiệt lượng thu vào dòng lạnh QL (W) Bảng 2: Nhiệt lượng thu vào dòng lạnh G’L GL tLV tLR tLtb ρL CL QL (L/P) (kg/s) (oC) (oC) (oC) (kg/m3) (J/kg.độ) (w) 0,04969 30 38 34 993,8 4176,5 1660,2423 0,09941 30 36 33 994,1 4176,75 2491,2643 0,14913 30 35 32.5 994,25 4176,875 3114,4868 0,04968 30 40 35 993,5 4176,25 2074,7610 0,09940 30 37 33.5 993,95 4176,625 2906,0957 0,14914 30 35 32.5 994,25 4176,875 3114,6957 0,04968 30 39 34.5 993,65 4176,375 1867,3408 0,09940 30 37 33.5 993,95 4176,625 2906,0957 0,14912 30 36 33 994,1 4176,75 3737,0218 2.5 Tính tổn thất nhiệt ΔQ = | | 2.6 Tính hiệu nhiệt độ Δtlog 2.7 Tính hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm K*L Bảng 3: Tính ΔQ, Δtlog, K*L QN QL ΔQ tNV tNR tLV tLR L Δtlog KL* (W) (W) (W) (oC) (oC) (oC) (oC) (m) (oC) (W/m.độ) 1433,9437 1660,2423 -226,2986 73 66 30 38 1,05 34,9654 45,2214 1840,6251 2491,2643 -650,6392 77 68 30 36 1,05 39,0207 60,8045 2044,301 3114,4868 -1070,1858 78 68 30 35 1,05 40,0327 74,0939 2856,4487 2074,7610 781,6877 80 73 30 40 1,05 40,9130 48,2967 2859,675 2906,0957 -46,4207 78 71 30 37 1,05 40,5985 68,1727 2453,4126 3114,6957 -661,2831 76 70 30 35 1,05 40,2498 73,6992 3065,823 1867,3408 1198,4822 76 71 30 39 1,05 38,5775 46,0999 3065,823 2906,0957 159,7273 76 71 30 37 1,05 39,6982 69,7188 3677,982 3737,0218 -59,0398 77 71 30 36 1,05 40,7056 87,4344 2.8 Tốc độ chảy dòng nóng ωN 2.9 Tốc độ chảy dòng lạnh ωL 2.10 Tính chuẩn số Reynolds dòng nóng ReN 2.11 Tính chuẩn số Reynolds dòng lạnh ReL Bảng 4: Chuẩn số Reynolds dòng nóng GN’ FN dtdN ωN tNV tNR tNtb ρN μN (L/P) (m2) (m) (m/s) (oC) (oC) (oC) (kg/m3) (N.s/m2) 0,000254 0,018 0,1969 73 66 69.5 977,775 0,000415 8350,434 0,000254 0,018 0,1969 77 68 72.5 976,125 0,000399 8670,632 0,000254 0,018 0,1969 78 68 73 975,85 0,000396 8733,858 0,000254 0,018 0,3937 80 73 76.5 973,925 0,000376 18355,896 0,000254 0,018 0,3937 78 71 74.5 975,025 0,000387 17854.295 0,000254 0,018 0,3937 76 70 73 975,85 0,000396 17463,279 0,000254 0,018 0,5906 76 71 73.5 975,575 0,000393 26389,676 0,000254 0,018 0,5906 76 71 73.5 975,575 0,000393 26389,676 0,000254 0,018 0,5906 77 71 74 975,3 0,000390 26585,178 ReN Bảng 5: Chuẩn số Reynolds dòng lạnh GL’ dtdL ωL tLV tLR tLtb ρL μL (L/P) (m2) (m) (m/s) (oC) (oC) (oC) (kg/m3) (N.s/m2) 0,00005027 0,008 0,9946 30 38 34 993,8 0,000761 10390,891 0,00005027 0,008 1,9893 30 36 33 994,1 0,000778 20334,839 0,00005027 0,008 2,9839 30 35 32.5 994,25 0,000787 30157,485 0,00005027 0,008 0,9946 30 40 35 993,5 0,000743 10639,409 0,00005027 0,008 1,9893 30 37 33.5 993,95 0,000734 21550,569 0,00005027 0,008 2,9839 30 35 32.5 994,25 0,000787 30157,485 0,00005027 0,008 0,9946 30 39 34.5 993,65 0,000752 10513,663 0,00005027 0,008 1,9893 30 37 33.5 993,95 0,000769 20569,724 0,00005027 0,008 2,9839 30 36 33 994,1 0,000778 30501,748 FL ReL 2.12 Tính chuẩn số Pranlt dòng nóng PrN 2.13 Tính chuẩn số Pranlt dòng lạnh PrL Bảng 6: Chuẩn số Pranlt dòng nóng tNV tNR tNtb CN μN λ1 (oC) (oC) (oC) (J/kg.độ) (N.s/m2) (W/m.độ) 73 66 69.5 4190 0,000415 0,6641 2,6184 77 68 72.5 4190 0,000399 0,6664 2,5087 78 68 73 4190 0,000396 0,6668 2,4884 Pr1 80 73 76.5 4190 0,000376 0,6694 2,3535 78 71 74.5 4190 0,000387 0,6679 2,4278 76 70 73 4190 0,000396 0,6668 2,4884 76 71 73.5 4190 0,000393 0,6671 2,4684 76 71 73.5 4190 0,000393 0,6671 2,4684 77 71 74 4190 0,000390 0,6675 2,4481 CL μL λ2 Bảng 7: Chuẩn số Pranlt dòng lạnh tLV tLR tLtb o o o Pr2 ( C) ( C) ( C) (J/kg.độ) (N.s/m ) (W/m.độ) 30 38 34 4176,5 0,000761 0,6285 5,0570 30 36 33 4176,75 0,000778 0,6263 5,1884 30 35 32.5 4176,875 0,000787 0,6251 5,2587 30 40 35 4176,25 0,000743 0,6308 4,9191 30 37 33.5 4176,625 0,000734 0,6274 4,8863 30 35 32.5 4176,875 0,000787 0,6251 5,2587 30 39 34.5 4176,375 0,000752 0,6296 4,9883 30 37 33.5 4176,625 0,000769 0,6274 5,1193 30 36 33 4176,75 0,000778 0,6263 5,1884 λ1 α1 (W/m.độ) (W/m2.độ) 2.14 Tính chuẩn số Nusselt dòng nóng NuN 2.15 Tính hệ số cấp nhiệt dóng nóng αN Bảng 8: Hệ số cấp nhiệt dóng nóng α1 Re1 Pr1 Pr1/Prt1 Nu1 dtd1 8350,434 2,6184 1,0016 81,282 0,018 0,6641 2998,854 8670,632 2,5087 1,0040 81,845 0,018 0,6664 3030,084 8733,858 2,4884 1,0036 81,941 0,018 0,6668 3035,459 18355,896 2,3535 1,0037 125,273 0,018 0,6694 4658,764 17854.295 2,4278 1,0025 124,634 0,018 0,6679 4624,614 17463,279 2,4884 1,0036 124,181 0,018 0,6668 4600,216 26389,676 2,4684 1,0033 159,077 0,018 0,6671 5895,570 26389,676 2,4684 1,0033 158,590 0,018 0,6671 5877,521 26585,178 2,4481 1,0029 158,779 0,018 0,6675 5888,055 λ2 α2 (W/m.độ) (W/m2.độ) 2.16 Tính chuẩn số Nusselt dòng lạnh NuL 2.17 Tính hệ số cấp nhiệt dòng lạnh α2 Bảng 9: Hệ số cấp nhiệt dòng lạnh α2 Re2 Pr2 Pr2/Prt2 Nu2 dtd2 10390,891 5,0570 0,9871 118,577 0,008 0,6285 9315,706 20334,839 5,1884 0,9867 179,161 0,008 0,6263 14026,067 30157,485 5,2587 0,9873 228,099 0,008 0,6251 17823,086 10639,409 4,9191 0,9863 118,990 0,008 0,6308 9382,361 21550,569 4,8863 0,9413 179,168 0,008 0,6274 14051,250 30157,485 5,2587 0,9873 228,099 0,008 0,6251 17823,086 10513,663 4,9883 0,9868 118,788 0,008 0,6296 9348,616 20569,724 5,1193 0,9862 179,419 0,008 0,6274 14070,935 30501,748 5,1884 0,9867 228,451 0,008 0,6263 17884,858 2.18 Tính hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết KL Bảng 10: Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết KL α1 α2 d1 d2 λinox (W/m2.độ) (W/m2.độ) (m) (m) (W/m.độ) d 2998,854 9315,706 0,018 0,022 17,5 107,816 3030,084 14026,067 0,018 0,022 17,5 115,040 3035,459 17823,086 0,018 0,022 17,5 118,168 4658,764 9382,361 0,018 0,022 17,5 139,608 4624,614 14051,250 0,018 0,022 17,5 149,733 4600,216 17823,086 0,018 0,022 17,5 154,299 5895,570 9348,616 0,018 0,022 17,5 156,705 5877,521 14070,935 0,018 0,022 17,5 170,590 5888,055 17884,858 0,018 0,022 17,5 177,389 rb b KL (W/m.độ) Bảng 11: Quan hệ hệ số truyền nhiệt chế độ chảy dòng nóng có lưu lượng GN1’ ReL 10390.891 20334.839 30157.485 KL* 45.221 60.805 74.094 KL 107.816 115.040 118.168 Đồ thị Đồ thị KL (GN'=3) 120 118 116 114 112 110 108 106 0,000 5000,000 10000,000 15000,000 20000,000 25000,000 30000,000 35000,000 30000,000 35000,000 Đồ Thị KL* (GN'=3) 80 70 60 50 40 30 20 10 0,000 5000,000 10000,000 15000,000 20000,000 25000,000 Bảng 12: Quan hệ hệ số truyền nhiệt chế độ chảy dòng nóng có lưu lượng GN2’ ReL 10639.409 21550.569 30157.485 KL* 48.297 68.173 73.699 KL 139.608 149.733 154.299 Đồ thị: Đồ thị KL (GN'=6) 156 154 152 150 148 146 144 142 140 138 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 25000 30000 35000 Đồ thị KL* (GN'=6) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 5000 10000 15000 20000 Bảng 13: Quan hệ hệ số truyền nhiệt chế độ chảy dòng nóng có lưu lượng GN3’ ReL 10513.663 20569.724 30501.748 KL* 46.100 69.719 87.434 KL 156.705 170.590 177.389 Đồ thị Đồ Thị KL (GN'=9) 180 175 170 165 160 155 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Đồ thị KL* (GN'=9) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 III - 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 KẾT LUẬN Tổn thất nhiệt thí nghiệm cao đáng kể, nhiệt lượng chênh lệch dòng nóng lạnh lớn - Sai số hệ số KL KL* đáng kể - Nguyên nhân trình thực hành thí nghiệm người vận hành không đủ trình độ, chưa thành thạo không cẩn thận Thiết bị có tổn thất nhiệt trình thực hành [...]... 9348, 616 0, 018 0,022 17 ,5 0 15 6,705 5877,5 21 14070,935 0, 018 0,022 17 ,5 0 17 0,590 5888,055 17 884,858 0, 018 0,022 17 ,5 0 17 7,389 rb b KL (W/m.độ) Bảng 11 : Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và chế độ chảy khi dòng nóng có lưu lượng GN1’ ReL 10 390.8 91 20334.839 3 015 7.485 KL* 45.2 21 60.805 74.094 KL 10 7. 816 11 5.040 11 8 .16 8 Đồ thị Đồ thị KL (GN'=3) 12 0 11 8 11 6 11 4 11 2 11 0 10 8 10 6 0,000 5000,000 10 000,000 15 000,000... 2, 817 0 0,6  2, 817 0     2,8068  0,25 0,38  80, 428 2 .15 Hệ số cấp nhiệt của dòng nóng 1  Nu1 1 dtd 1  80, 428 0, 6604  2950, 814 (w/m 2 độ) 0, 018 Bảng 8: Hệ số cấp nhiệt của dòng nóng 1 1 1 (W/m.độ) (W/m2.độ) 0, 018 0,6604 2950, 814 80,593 0, 018 0,6 611 2960,002 1, 0028 80,593 0, 018 0,6 611 2960,002 2, 618 4 1, 0 016 12 3 ,18 1 0, 018 0,66 41 4544,695 16 696,627 2, 618 4 1, 0 016 12 3 ,18 1 0, 018 0,66 41 4544,695... số cấp nhiệt của dóng nóng 1 Re1 Pr1 Pr1/Prt1 Nu1 dtd1 8350,434 2, 618 4 1, 0 016 81, 282 0, 018 0,66 41 2998,854 8670,632 2,5087 1, 0040 81, 845 0, 018 0,6664 3030,084 8733,858 2,4884 1, 0036 81, 9 41 0, 018 0,6668 3035,459 18 355,896 2,3535 1, 0037 12 5,273 0, 018 0,6694 4658,764 17 854.295 2,4278 1, 0025 12 4,634 0, 018 0,6679 4624, 614 17 463,279 2,4884 1, 0036 12 4 ,18 1 0, 018 0,6668 4600, 216 26389,676 2,4684 1, 0033 15 9,077... số truyền nhiệt dài lý thuyết KL Bảng 10 : Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết KL 1 α2 d1 d2 λinox (W/m2.độ) (W/m2.độ) (m) (m) (W/m.độ) d 2998,854 9 315 ,706 0, 018 0,022 17 ,5 0 10 7, 816 3030,084 14 026,067 0, 018 0,022 17 ,5 0 11 5,040 3035,459 17 823,086 0, 018 0,022 17 ,5 0 11 8 ,16 8 4658,764 9382,3 61 0, 018 0,022 17 ,5 0 13 9,608 4624, 614 14 0 51, 250 0, 018 0,022 17 ,5 0 14 9,733 4600, 216 17 823,086 0, 018 0,022 17 ,5 0 15 4,299... 4,6536 0,9866 18 1,733 0,008 0,6353 14 4 31, 872 330 61, 778 4,7 218 0,9870 2 31, 353 0,008 0,63 41 18337, 617 11 7 31, 846 4,3 919 0,9878 12 0,902 0,008 0,6398 9669 ,13 7 22570,029 4,5929 0,9879 18 2 ,10 9 0,008 0,6364 14 486,7 71 33537,5 81 4,6535 0,9865 232,028 0,008 0,6353 18 425,924 Re2 Pr2 Pr2/Prt2 Nu2 dtd2 10 885,253 4,7895 0,98 71 119 ,439 215 08,257 4,8575 0,9738 319 19,296 4, 919 1 11 429,696 2 .18 Tính hệ số truyền nhiệt dài... 0,6263 14 026,067 3 015 7,485 5,2587 0,9873 228,099 0,008 0,62 51 17823,086 10 639,409 4, 919 1 0,9863 11 8,990 0,008 0,6308 9382,3 61 215 50,569 4,8863 0,9 413 17 9 ,16 8 0,008 0,6274 14 0 51, 250 3 015 7,485 5,2587 0,9873 228,099 0,008 0,62 51 17823,086 10 513 ,663 4,9883 0,9868 11 8,788 0,008 0,6296 9348, 616 20569,724 5 ,11 93 0,9862 17 9, 419 0,008 0,6274 14 070,935 305 01, 748 5 ,18 84 0,9867 228,4 51 0,008 0,6263 17 884,858 2 .18 ... KL Bảng 10 : Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết KL 1 α2 2 2 d1 d2 λinox rb KL (W/m độ) (W/m độ) (m) (m) (W/m.độ) d 2950, 814 9450, 611 0, 018 0,022 25 0 11 3, 619 2960,002 14 223,832 0, 018 0,022 25 0 12 0,934 2960,002 18 199,842 0, 018 0,022 25 0 12 4,274 4544,695 9594, 216 0, 018 0,022 25 0 14 9,776 4544,695 14 4 31, 872 0, 018 0,022 25 0 16 2,044 4552,563 18 337, 617 0, 018 0,022 25 0 16 8,042 5857 ,13 8 9669 ,13 7 0, 018 0,022... 0,022 25 0 17 2,620 5826,550 14 486,7 71 0, 018 0,022 25 0 18 8,278 5 816 ,730 18 425,924 0, 018 0,022 25 0 19 5,967 b (W/m.độ) Bảng 11 : Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và chế độ chảy khi dòng nóng có lưu lượng GN1’ ReL 10 885,253 215 08,257 319 19,296 KL* 88 ,17 3 15 5 ,12 1 208,774 KL 11 3, 619 12 0,934 12 4,274 Đồ thị: Đồ Thị KL* (GN' = 3) 250,000 200,000 15 0,000 10 0,000 50,000 0,000 0,000 5.000,000 10 .000,000 15 .000,000... 2, 618 4 1, 0 016 12 3 ,18 1 0, 018 0,66 41 4544,695 16 772,764 2,60 41 1,0035 12 3,320 0, 018 0,6645 4552,563 26007,493 2,5087 1, 0040 15 8,206 0, 018 0,6664 5857 ,13 8 25 517 ,838 2,5632 1, 0026 15 7,640 0, 018 0,6653 5826,550 25338,253 2,5837 1, 00 31 157,469 0, 018 0,6649 5 816 ,730 Re1 Pr1 Pr1/Prt1 Nu1 dtd1 7826,974 2, 817 0 1, 0036 80,428 7929,743 2,7760 1, 0028 7929,743 2,7760 16 696,627 2 .16 Tính chuẩn số Nusselt của dòng lạnh... 417 6,5 16 60,2423 6 0,099 41 30 36 33 994 ,1 417 6,75 24 91, 2643 9 0 ,14 913 30 35 32.5 994,25 417 6,875 311 4,4868 3 0,04968 30 40 35 993,5 417 6,25 2074,7 610 6 0,09940 30 37 33.5 993,95 417 6,625 2906,0957 9 0 ,14 914 30 35 32.5 994,25 417 6,875 311 4,6957 3 0,04968 30 39 34.5 993,65 417 6,375 18 67,3408 6 0,09940 30 37 33.5 993,95 417 6,625 2906,0957 9 0 ,14 912 30 36 33 994 ,1 417 6,75 3737,0 218 2.5 Tính tổn thất nhiệt