THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC -    - BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN THỰC HÀNH Q TRÌNH & THIẾT BỊ HĨA HỌC BÀI 6: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG Giáo viên hướng dẫn: ThS Võ Thanh Hưởng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Đức Mã số sinh viên: 14078431 Tổ – Nhóm Ngày thực hiện: 18/08/2017 TP.Hồ Chí Minh, Tháng năm 2017 BÀI THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG 6.1 TÓM TẮT 6.2 GIỚI THIỆU 6.2.1 Cơ sở lý thuyết [1] 6.3 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 6.4 THỰC NGHIỆM [2] 6.4.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt loại ống xoắn 6.4.2 Trang thiết bị, hóa chất 6.4.3 Tiến hành thí nghiệm 11 6.4.3.1 Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị 11 6.4.3.1.1 Các bước tiến hành thí nghiệm 11 6.4.3.2 Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị 11 6.4.3.2.1 Các bước tiến hành thí nghiệm 11 6.4.3.3 Kết thúc thí nghiệm 12 6.5 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN [3] 12 6.5.1 Kết 12 6.5.1.1 Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị 12 6.5.1.1.1 Tính tốn kết khảo sát 13 6.5.1.1.2 Tóm tắt kết xi chiều 18 6.5.1.2 Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị 20 6.5.1.2.1 Tính tốn kết khảo sát 21 6.5.1.2.2 Tóm tắt kết xi chiều 26 6.5.1.3 Bàn luận 28 6.6 KẾT LUẬN 29 6.7 TÍNH MẪU 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO i PHỤ LỤC ii BÀI THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG 6.1 TÓM TẮT Bài báo cáo tóm tắt q trình khảo sát ảnh hưởng chiều chuyển động lưu chất lên trình truyền nhiệt xi chiều ngược chiều lên q trình truyền nhiệt vỏ ống với dạng ống xoắn Quá trình thực nghiệm xử lý kết nhằm xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN thiết bị so sánh với kết tính tốn theo lý thuyết KLT Hệ số truyền nhiệt lý thuyết KLT xác định thơng qua chế độ dòng chảy chuẩn số để tìm hệ số cấp nhiệt dòng nóng dòng lạnh Đồng thời tính nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra, dòng lạnh thu vào, hiệu suất q trình truyền nhiệt từ rút nhận xét xem chế độ chảy mang lại hiệu truyền nhiệt tốt 6.2 GIỚI THIỆU 6.2.1 Cơ sở lý thuyết [1] Quá trình trao đổi nhiệt dòng lưu chất qua bề mặt ngăn cách thường gặp lĩnh vực cơng nghiệp hóa chất, thực phẩm, hóa chất,… Trong nhiệt lượng dòng nóng tỏa dòng lạnh thu vào Mục đích q trình nhằm thực gian đoạn quy trình cơng nghệ, đun nóng, làm nguội, ngưng tụ hay bốc Tùy thuộc vào chất trình mà ta bố trí phân bố dòng cho giảm tổn thất, tăng hiệu suất trình Hiệu suất trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc vào cách ta bố trí thiết bị, điều khiển hoạt động,… Trong đó, chiều chuyển động dòng có ý nghĩa quan trọng - Cân lượng cho dòng trao đổi nhiệt gián tiếp: Nhiệt lượng dòng nóng tỏa 𝑄𝑁 = 𝐺𝑁 𝐶𝑁 ∆𝑇𝑁 - (6.1) Nhiệt lượng dòng lạnh thu vào 𝑄𝐿 = 𝐺𝐿 𝐶𝐿 ∆𝑇𝐿 (6.2) - Nhiệt lượng tổn thất (Phần nhiệt lượng mà dòng nóng tỏa dòng lạnh khơng thu vào trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh): - - 𝑄𝑓 = 𝑄𝑁 − 𝑄𝐿 (6.3) 𝑄𝑁 = 𝑄𝐿 + 𝑄𝑓 (6.4) Cân nhiệt lượng: Măt khác nhiệt lượng trao đổi tính theo cơng thức: 𝑄 = 𝐾 𝐹 ∆𝑇𝑙𝑜𝑔 (6.5) Từ (6.5) ta thấy nhiệt lượng trao đổi phụ thuộc vào kích thước thiết bị F, cách bố trí dòng ∆𝑇𝑙𝑜𝑔 Do thiết bị phần cứng ta khó thay đổi nên xem nhiệt lượng trao đổi trường hợp phụ thuộc vào cách bố trí dòng chảy Ta có cách bố trí sau - Chảy xi chiều: Lưu thể chảy song song chiều với - Chảy ngược chiều: Lưu thể chảy song song ngược chiều - Chảy chéo dòng: Lưu thể lưu thể chảy theo phương vng gócChảy hỗn hợp: - lưu thể chảy theo hướng lưu thể có đoạn chảy chiều có đoạn chảy ngược chiều có đoạn chảy chéo dòng Tùy vào cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 khác ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 = ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 − ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 ∆𝑡 𝑙𝑛 𝑚𝑎𝑥 ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 (6.6) Trường hợp chảy ngược chiều t2c t1ñ t1c t2ñ t1ñ t2c t1c t2ñ Hình 6-1: Đặc trưng thay đổi nhiệt độ chảy ngược chiều Xét trường hợp hai lưu thể chảy ngược chiều dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt, nhiệt độ lưu thể nóng giảm, nhiệt độ lưu thể nguội tăng biểu diễn giản đồ sau Nếu ∆𝑡1 > ∆𝑡2 ⇒ { ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 = ∆𝑡1 ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 = ∆𝑡2 Nếu ∆𝑡1 < ∆𝑡2 ⇒ { ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 = ∆𝑡2 ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 = ∆𝑡1 ∆𝑡1 = 𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑟 (6.7) ∆𝑡2 = 𝑇𝑁𝑟 − 𝑇𝐿𝑣 (6.8) Trường hợp hai lưu thể chảy xuôi chiều Xét trường hợp hai lưu thể chảy xuôi dọc bề mặt trao đổi nhiệt, nhiệt độ lưu thể nóng giảm, nhiệt độ lưu thể lạnh tăng biểu diễn giản đồ sau Hình 6-2: Đặc trưng thay đổi nhiệt độ chảy xuôi chiều ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 = ∆𝑡1 = 𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑣 ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 = ∆𝑡2 = 𝑇𝑁𝑟 − 𝑇𝐿𝑟 Nếu trình truyền nhiệt tỉ số ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 < hiệu số nhiệt độ trung bình ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 tính gần cơng thức sau: ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 = ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 + ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 (6.9) Hiệu suất nhiệt độ trình truyền nhiệt dòng nóng dòng lạnh lần lượt: 𝑁 = 𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝑁𝑟 100% 𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑟 (6.10) 𝐿 = 𝑇𝐿𝑟 − 𝑇𝐿𝑣 100% 𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑟 (6.11) Hiệu suất nhiệt độ hữu ích trình truyền nhiệt: ℎ𝑖 = 𝑁 + 𝑁 Hiệu suất trình truyền nhiệt: (6.12) = 𝑄𝑁 100% 𝑄𝐿 (6.13) Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: 𝐾𝑇𝑁 = 𝑄 𝐹 ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 (6.14) Trong đó: F = π 𝑑𝑡𝑏 𝐿 (𝑑𝑡𝑏 = 𝑑𝑖 +𝑑𝑜 ) : đường kính trung bình ống truyền nhiệt, m Xác định hệ số truyền nhiệt lý thuyết: 𝐾𝐿𝑇 = ∆𝑡 𝛿𝑇 (6.15) 1 + + 𝛼𝑁  𝑇 𝛼𝑁 Khi đó: 𝛿𝑇 ;  𝑇 ta tra bảng Ta có, hệ số truyền nhiết innox: 𝜆 = 17.5 (𝑊⁄𝑚2 𝐾 ) Hệ số cấp nhiệt 𝛼 tính thơng qua chuẩn số 𝑁𝑢 = 𝑓(𝑅𝑒, 𝐺𝑟, Pr) 𝜔 𝜌 𝑙 𝜇 (6.16) 𝛽 𝜔 𝑔 𝑙3 𝜗2 (6.17) 𝑅𝑒 = 𝐺𝑟 = 𝑃𝑟 = 𝜇𝐶𝑝 (6.18)  Khi Re > 10000: Chảy rối 𝑁𝑢 = 0,021 𝑅𝑒 0,8 𝑃𝑟 0,43 𝑃𝑟 0,25 ) -( 𝑃𝑟𝑇 (6.19) Khi 1000 < Re < 10000: Chảy tầng 𝑁𝑢 = 0,17 𝑅𝑒 0,33 𝑃𝑟 0,43 Mặt khác: -𝐺𝑟 0,1 𝑃𝑟 0,25 ( ) 𝑃𝑟𝑇 (6.20) 𝑁𝑢 = 𝛼 𝑙  (6.21) Từ ta suy hệ số cấp nhiệt 𝛼 để vào cơng thức (6.15) để tính 𝐾𝐿𝑇 6.3 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Sinh viên biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van điều chỉnh lưu lượng, hướng dòng chảy, biết cố xảy cách xử lý tình - Khảo sát q trình truyền nhiệt đun nóng làm nguội gián tiếp dòng qua bề mặt ngăn cách ống xoắn - Tính tốn hiệu xuất toàn phần dựa vào cân nhiệt lượng lưu lượng dòng khác - Khảo sát ảnh hưởng chiều chuyển động lên trình truyền nhiệt trường hợp xuôi chiều ngược chiều - Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN thiết bị từ so sánh với kết tính toán theo lý thuyết KLT 6.4 THỰC NGHIỆM [2] 6.4.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt loại ống xoắn Hình 6-3: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt loại ống xoắn Hệ thống khảo sát gồm loại thiết bị Thiết bị truyền nhiệt loại ống xoắn 𝑻𝑩𝟐 có vỏ ngồi thủy tinh 𝑻𝑩𝟏 Hình 6-4: Sơ đồ tủ điện Thiết bị truyền nhiệt loại ống xoắn 𝑻𝑩𝟏 có vỏ ngồi thủy tinh 𝑻𝑩𝟐 Hệ thống thí nghiệm gồm thùng chứa nước nóng 𝑻𝑵 (thùng nóng) nước lạnh 𝑻𝑳 (thùng lạnh) nối vào bơm tương ứng bơm nóng 𝑩𝑵 bơm lạnh 𝑩𝑳 để dẫn dòng nóng dòng lạnh thiết bị truyền nhiệt loại ống xoắn qua thiết bị đo lưu lượng loại rotamet Sự phân bố dòng lưu chất vào thiết bị điều chỉnh qua hệ thống van 𝑽𝑳𝒊 𝑽𝑵𝒋 (𝑖 = ÷ 9, 𝑗 = ÷ 7) Lưu lượng dòng nóng dòng lạnh điều chỉnh nhờ van VN VL Nhiệt độ đầu vào dòng xác định nhờ đầu cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện loại K truyền tín hiệu tủ điều khiển hiển thị đồng hồ hiển thị RTC Nước thùng chứa nước nóng gia nhiệt nhờ điện trở 3KW có kết nối với điều kiển ON/OFF tủ điều khiển để khống chế nhiệt độ thùng chứa theo yêu cầu thí nghiệm 700 687.98 648.11 628.07 640.31 621.73 616.87 600 485.28 500 400 K lý thuyết 335.46 K thực nghiệm 300 200 100 Biểu đồ 6-1: Biểu đồ so sánh tương quan 𝐾𝐿𝑇 𝐾𝑇𝑁 trường hợp xuôi chiều thiết bị với 𝑉𝑁 = 𝑉𝐿 6.5.1.2 Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị Bảng 6-9: kết khảo sát thực nghiệm trường hợp chảy ngược chiều thiết bị Thí 𝑽𝑵ó𝒏𝒈 𝑽𝑳ạ𝒏𝒉 𝑻𝟓 𝑻𝟕 𝑻𝟔 𝑻𝟖 𝑻𝒏ồ𝒊 nghiệm (LPM) (LPM) (lạnh vào) (lạnh ra) (nóng vào) (nóng ra) (℃ ) 10 18 24 39 36 55 14 18 22 36 34 51 18 17 21 34 31 50 22 17 20 32 30 46 10 17 24 38 36 55 14 17 23 35 34 49 18 17 21 33 31 46 22 17 20 31 30 43 10 14 20 10 17 24 37 35 54 10 14 17 22 34 34 50 11 18 17 21 32 31 46 12 22 17 20 30 29 44 13 10 17 25 36 35 53 14 14 17 22 33 33 49 15 18 17 20 31 31 45 16 22 17 20 30 29 43 18 22 6.5.1.2.1 Tính tốn kết khảo sát Tính tốn kết khảo sát dựa theo công thức đưa mục 6.2.1 - Cơ sở lý thuyết Bảng 6-10: : Bảng tính kết khảo sát ngược chiều thiết bị Thí nghiệm 𝜼𝑵 𝜼𝑳 𝑵𝒉𝒊 𝚫𝑻𝑵 𝝆𝑵 𝑻𝑵𝑻𝑩 𝑮𝑵 𝑸𝑵 (℃) (𝑘𝑔⁄𝑠) (𝑊) 20.00 40.00 30.00 993.23 38 0.17 2075.86 14.29 28.57 21.43 994.10 35 0.17 1385.12 23.08 30.77 26.92 994.92 33 0.17 2079.38 16.67 25.00 20.83 995.38 31 0.17 1386.90 14.29 50.00 32.14 993.41 37 0.23 1937.81 8.33 50.00 29.17 994.27 35 0.23 969.74 16.67 33.33 25.00 995.07 32 0.23 1941.06 21 Thí nghiệm 𝜼𝑵 𝜼𝑳 𝑵𝒉𝒊 𝚫𝑻𝑵 𝝆𝑵 𝑻𝑵𝑻𝑩 𝑮𝑵 𝑸𝑵 (℃) (𝑘𝑔⁄𝑠) (𝑊) 9.09 27.27 18.18 995.53 31 0.23 970.97 15.38 53.85 34.62 993.76 36 0.30 2492.35 10 0.00 41.67 20.83 994.43 34 0.30 0.00 11 9.09 36.36 22.73 995.23 32 0.30 1248.02 12 10.00 30.00 20.00 995.82 30 0.30 1248.76 13 9.09 72.73 40.91 993.93 36 0.36 1523.37 14 0.00 45.45 22.73 994.76 33 0.36 0.00 15 0.00 27.27 13.64 995.38 31 0.36 0.00 16 10.00 30.00 20.00 995.82 30 0.37 1526.27 Bảng 6-11: : Bảng tính kết khảo sát ngược chiều thiết bị Thí nghiệm 𝚫𝑻𝑳 𝝆𝑳 𝑻𝑳𝑻𝑩 𝑮𝑳 𝑸𝑳 𝑸𝒇 (℃) (𝑘𝑔⁄𝑠) (𝑊) (𝑊) 𝜼% 997.95 21 0.17 4181.39 -2105.53 201.43 998.15 20 0.23 3903.43 -2518.31 281.81 998.34 19 0.30 5019.67 -2940.30 241.40 998.44 19 0.37 4601.80 -3214.90 331.81 998.05 21 0.17 4878.79 -2940.98 251.77 6 998.15 20 0.23 5855.14 -4885.40 603.78 998.34 19 0.30 5019.67 -3078.61 258.61 22 Thí nghiệm 𝚫𝑻𝑳 𝝆𝑳 𝑻𝑳𝑻𝑩 𝑮𝑳 𝑸𝑳 𝑸𝒇 (℃) (𝑘𝑔⁄𝑠) (𝑊) (𝑊) 𝜼% 998.44 19 0.37 4601.80 -3630.82 473.94 998.05 21 0.17 4878.79 -2386.44 195.75 10 998.25 20 0.23 4879.77 -4879.77 - 11 998.34 19 0.30 5019.67 -3771.66 402.21 12 998.44 19 0.37 4601.80 -3353.03 368.51 13 997.95 21 0.17 5575.19 -4051.82 365.98 14 998.25 20 0.23 4879.77 -4879.77 - 15 998.44 19 0.30 3765.11 -3765.11 - 16 998.44 19 0.37 4601.80 -3075.53 301.51 Bảng 6-12: : Bảng tính kết khảo sát ngược chiều thiết bị Thí 𝚫𝑻𝑴𝒂𝒙 𝚫𝑻𝑴𝒊𝒏 𝚫𝑻𝒍𝒐𝒈 𝝀𝑵 𝝑𝑵 𝑽𝑵 𝑹𝒆𝑵 (𝑊⁄ ) 𝑚 𝐾 𝑷𝒓𝑵 nghiệm (℃) (℃) (℃) 18 15 16.45 936.76 0.74 19031099.34 0.63 4865.66 16 14 14.98 937.58 0.76 18547338.62 0.63 5033.26 14 13 13.49 938.35 0.78 17944356.21 0.62 5244.45 13 12 12.49 938.78 0.80 17538547.07 0.62 5391.59 19 14 16.37 1311.70 0.74 26523722.91 0.63 4895.61 17 12 14.36 1312.83 0.76 25809304.94 0.63 5072.06 (𝑚⁄𝑠 23 2) Thí 𝚫𝑻𝑴𝒂𝒙 𝚫𝑻𝑴𝒊𝒏 𝚫𝑻𝒍𝒐𝒈 𝝀𝑵 𝝑𝑵 𝑽𝑵 𝑹𝒆𝑵 𝑷𝒓𝑵 (𝑊⁄ ) 𝑚 𝐾 nghiệm (℃) (℃) 14 12 12.97 1313.89 0.79 24937199.92 0.62 5291.80 13 11 11.97 1314.50 0.81 24356236.82 0.62 5444.03 18 13 15.36 1687.06 0.75 33762665.86 0.63 4960.90 10 17 12 14.36 1688.20 0.77 32973487.39 0.62 5112.59 11 14 11 12.44 1689.55 0.80 31818496.32 0.62 5340.85 12 12 10 10.97 1690.56 0.82 30792834.15 0.62 5554.90 13 18 11 14.21 2062.32 0.75 41040343.73 0.63 4996.21 14 16 11 13.34 2064.03 0.78 39760435.54 0.62 5198.79 15 14 11 12.44 2065.32 0.80 38584803.56 0.62 5391.59 16 12 10 10.97 2066.24 0.82 37635686.18 0.62 5554.90 (𝑚⁄𝑠 (℃) 2) Bảng 6-13: : Bảng tính kết khảo sát ngược chiều thiết bị Thí nghiệm 𝜶𝟏 𝑵𝒖𝑵 (𝑊⁄ ) 𝑚 độ 𝑽𝑳 𝝑𝑳 (𝑚⁄𝑠 ) 𝝀𝑳 𝑹𝒆𝑳 (𝑊⁄ ) 𝑚 𝐾 538593.99 21207138.22 95.87 0.98 1466495.51 0.59 535352.68 20945673.41 134.24 1.00 2005869.67 0.58 530679.68 20630172.61 172.63 1.03 2518233.81 0.60 527293.73 20419449.54 211.01 1.04 3040746.18 0.60 704277.56 27695714.96 95.88 0.99 1449634.96 0.59 24 Thí nghiệm 𝜶𝟏 𝑵𝒖𝑵 𝑽𝑳 (𝑊⁄ ) 𝑚 độ 𝝀𝑳 𝝑𝑳 (𝑚⁄𝑠 2) 𝑹𝒆𝑳 (𝑊⁄ ) 𝑚 𝐾 699632.16 27338126.59 134.24 1.00 2005869.67 0.58 693181.52 26912772.33 172.63 1.03 2518233.81 0.58 688578.33 26630766.80 211.01 1.04 3040746.18 0.60 859131.55 33699435.21 95.88 0.99 1449634.96 0.59 10 854017.64 33328038.37 134.25 1.02 1982245.69 0.60 11 845737.39 32793467.28 172.63 1.03 2518233.81 0.58 12 837895.50 32316581.91 211.01 1.04 3040746.18 0.60 13 1007403.40 39465028.18 95.87 0.98 1466495.51 0.59 14 999121.18 38890792.09 134.25 1.02 1982245.69 0.60 15 990810.84 38369149.70 172.65 1.04 2487883.24 0.60 16 983807.20 37944213.93 211.01 1.04 3040746.18 0.60 Bảng 6-14: Bảng tính kết khảo sát ngược chiều thiết bị Thí 𝜶𝟐 𝑲𝑳𝑻 𝑲𝑻𝑵 (𝑚 ⁄𝑠) (𝑊 ⁄𝑚2 ℃) (𝑊 ⁄𝑚2 ℃) 𝑷𝒓𝑳 𝑵𝒖𝑳 6970.69 80882.13 951497.36 629.56 418,30 7181.68 105254.01 1230629.91 625.66 306,63 7195.30 126365.14 1510821.64 621.73 510,94 7313.81 147973.93 1762073.52 619.36 368,07 nghiệm 25 Thí 𝜶𝟐 𝑲𝑳𝑻 𝑲𝑻𝑵 (𝑚 ⁄𝑠) (𝑊 ⁄𝑚2 ℃) (𝑊 ⁄𝑚2 ℃) 𝑷𝒓𝑳 𝑵𝒖𝑳 7067.65 80614.74 946417.04 628.77 392,42 7181.68 105254.01 1230629.91 624.87 223,98 7465.04 128380.73 1479459.50 620.92 496,05 7313.81 147973.93 1762073.52 618.57 268,91 7067.65 80614.74 946417.04 627.17 537,84 10 7108.20 103801.11 1241046.08 624.07 0,00 11 7465.04 128380.73 1479459.50 620.13 332,64 12 7313.81 147973.93 1762073.52 616.87 377,45 13 6970.69 80882.13 951497.36 626.38 355,35 14 7108.20 103801.11 1241046.08 622.48 0,00 15 7313.81 126027.42 1500734.56 619.33 0,00 16 7313.81 147973.93 1762073.52 616.87 461,32 nghiệm 6.5.1.2.2 Tóm tắt kết xi chiều Bảng 6-15: Tóm tắt kết khảo sát trường hợp chảy ngược chiều thiết bị Thí nghiệm 𝑽𝒏ó𝒏𝒈 10 𝑲𝑳𝑻 𝑲𝑻𝑵 (𝑊 ⁄𝑚2 ℃) (𝑊 ⁄𝑚2 ℃) 10 629.56 418,30 14 625.66 306,63 18 621.73 510,94 𝑽𝒍ạ𝒏𝒉 26 Thí nghiệm 𝑽𝒏ó𝒏𝒈 𝑽𝒍ạ𝒏𝒉 𝑲𝑳𝑻 𝑲𝑻𝑵 (𝑊 ⁄𝑚2 ℃) (𝑊 ⁄𝑚2 ℃) 22 619.36 368,07 10 628.77 392,42 14 624.87 223,98 18 620.92 496,05 22 618.57 268,91 10 627.17 537,84 10 14 624.07 0,00 11 18 620.13 332,64 12 22 616.87 377,45 13 10 626.38 355,35 14 14 622.48 0,00 15 18 619.33 0,00 16 22 616.87 461,32 14 18 22 27 700 629.56 620.92 620.13 616.87 600 496.05 500 461.32 418.3 400 332.64 300 200 100 K thực nghiệm K lý thuyết Biểu đồ 6-2: Biểu đồ so sánh tương quan 𝐾𝐿𝑇 𝐾𝑇𝑁 trường hợp ngược chiều thiết bị với 𝑉𝑁 = 𝑉𝐿 6.5.1.3 Bàn luận Sau trình thực nghiệm xử lý kết sau thực nghiệm ta thấy có chênh lệch hệ số truyền nhiệt lý thuyết cao so với thực tế Điều dự đoán số nguyên nhân sau : - Do thiết bị hư hỏng dẫn đến sai số - Do kết cấu thiết bị sau thời gian sử dụng bị gỉ sét làm giảm khả trao đổi nhiệt - Do sai sót kỹ thuật q trình thực nghiệm - Sự thất nhiệt mơi trường ngồi Trong q trình thực trình truyền nhiệt thiết bị truyền nhiệt phải điền đầy nước trường hợp xuôi chiều ngược chiều để đảm bảo trình truyền nhiệt xảy đồng truyền nhiệt nước – nước qua tường chắn inox Dựa vào hệ số truyền nhiệt ta đánh giá yếu tố hiệu suất trình truyền nhiệt, so sánh hiệu trường hợp xuôi chiều ngược chiều Sự thay đổi lưu lượng dòng nóng dòng lạnh chưa thực rõ rệt để ta so sánh hệ số truyền nhiệt trường hợp dòng chảy khác Vì khảo sát trước 28 thực nghiệm để ta đưa liệu cho trình khảo sát tất trường hợp 6.6 KẾT LUẬN Qua làm thực nghiệm kết báo cáo ta thấy ảnh hưởng chế độ chảy đến hiệu suất truyền nhiệt thiết bị từ đưa cho lựa chọn thiết bị cho trường hợp cần thiết Đồng thời em có hội tiếp xúc với số thiết bị mới, vận dụng kiến thức học tích lũy vào thực tế, đo đạc thông số cần thiết để tránh thiếu sót cơng việc sau 6.7 TÍNH MẪU Giả sử ta tính mẫu trường hợp xi chiều: - Nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra: 𝑄𝑁 = 𝐺𝑁 𝐶𝑁 ∆𝑇𝑁 = 0,1655 4190 = 2075,86𝐽 - Nhiệt lượng dòng lạnh thu vào: 𝑄𝐿 = 𝐺𝐿 𝐶𝐿 ∆𝑇𝐿 = 0,1663 4190 = 4181,39 𝐽 - Nhiệt lượng tổn thất: 𝑄𝑓 = 𝑄𝑁 − 𝑄𝐿 = 2075,86 − 4181,39 = −2105,53 𝐽 - Hiệu suất nhiệt độ q trình truyền nhiệt dòng nóng dòng lạnh lần lượt: 𝜂𝑁 = 𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝑁𝑟 39 − 36 100% = 100% = 20% 𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑟 39 − 24 𝜂𝐿 = - 𝑇𝐿𝑟 − 𝑇𝐿𝑣 24 − 18 100 = 100% = 40% 𝑇𝑁𝑣 − 𝑇𝐿𝑟 39 − 24 Hiệu suất nhiệt độ hữu ích trình truyền nhiệt: 𝜂ℎ𝑖 = - Hiệu suất trình truyền nhiệt: 𝜂= - 𝜂𝑁 + 𝜂𝐿 20 + 40 = = 30% 2 𝑄𝐿 4181,39 × 100 = 100% = 201% 𝑄𝑁 2075,86 Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: 29 𝐾𝑇𝑁 = - 𝑄𝑁 2075,86 𝑊 = = 223,98( ) 𝐹 Δ𝑡𝑙𝑜𝑔 0,3016 16,45 𝑚 độ Tùy theo cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 khác nhau: ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 = (36 − 18) − (39 − 24) = 16,45 (℃) (36 − 18) 𝑙𝑛 (39 − 24) Tính mẫu trường hợp xi chiều thí nghiệm - Xác định 𝜔𝑁 (m/s): 𝜔𝑁 = - 𝐺𝑁 × 0,1655 = = 936.76 (𝑚⁄𝑠) 3.14 × 𝑑 3,14 0.0152 Xác định 𝜔𝐿 (m/s): 𝜔𝐿 = - Xác định reynold dòng nóng: 𝑅𝑒𝑁 = - 𝐺𝐿 × 0,1663 = = 95,87(𝑚⁄𝑠) 3.14 × 𝑑 3,14 0,0472 𝜔𝑁 𝑑𝜌 936,7 0,015 = = 19031099,34 𝜇 74 ∗ 10−6 Xác định reynold dòng lạnh: 𝑅𝑒𝐿 = - 𝜔𝐿 𝑑𝜌 95,87 0,015 = = 1466495.51 𝜇 98 10−6 Xác định Nuselt dòng nóng: 𝑁𝑢𝑁 = 0.021 × 𝑅𝑒 0.8 × 𝑃𝑟 0.43 𝑃𝑟 0.25 ) ×( = 0.021 × 19031099,340.8 × 2,980.43 × 𝑃𝑟𝑇 = 538593.99 - Xác định Nuselt dòng lạnh: 𝑁𝑢𝐿 = 0,21 × 𝑅𝑒 0.8 × 𝑃𝑟 0.43 𝑃𝑟 0.25 ) ×( × 0.021 × 1466495.510.8 × 2,980.43 × 𝑃𝑟𝑇 = 80882,13 - Xác định hệ số cấp nhiệt dòng nóng: 𝛼𝑁 = 𝜆 × 𝑁𝑢𝑁 63 × 10−2 × 538593.99 = = 21207138,22(𝑊⁄𝑚 độ) 𝑑 0.015 30 - Xác định hệ số cấp nhiệt dòng lạnh: 𝛼𝐿 = - 𝜆 × 𝑁𝑢 59 × 10−2 × 80882,13 = = 951497,36((𝑊⁄𝑚 độ) 𝑑 0.047 Xác định hệ số truyền nhiệt theo lý thuyết: 𝐾𝐿𝑇 = 1 = = 629,56 (𝑊⁄𝑚2 độ) 0.001 1 𝛿 + + + + 𝛼𝑁 𝜆 𝛼𝐿 21207138.22 0,63 951497,36 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P X Toản, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, Tập 3: Q trình thiết bị truyền nhiệt, NXB Khoa học kỹ thuật, 2008 [2] Tài liệu hướng dẫn thực hành trình & thiết bị cơng nghệ hóa học, Khoa cơng nghệ hóa học Trường đại học cơng nghiệp TP.HCM, 2017 [3] Tập thể tác giả, Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt - truyền khối: Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, NXB ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, 2012 i PHỤ LỤC Các bảng sử dụng báo cáo Bảng 6-1: Bảng kích thước ơng xoắn 11 Bảng 6-2: kết khảo sát thực nghiệm trường hợp chảy xuôi chiều thiết bị 12 Bảng 6-3: Bảng tính kết khảo sát xuôi chiều thiết bị 13 Bảng 6-4: Bảng tính kết khảo sát xuôi chiều thiết bị 14 Bảng 6-5: Bảng tính kết khảo sát xuôi chiều thiết bị 15 Bảng 6-6: Bảng tính kết khảo sát xuôi chiều thiết bị 16 Bảng 6-7: Bảng tính kết khảo sát xuôi chiều thiết bị 17 Bảng 6-8: Tóm tắt kết khảo sát trường hợp chảy xuôi chiều 18 Bảng 6-9: kết khảo sát thực nghiệm trường hợp chảy ngược chiều thiết bị 20 Bảng 6-10: : Bảng tính kết khảo sát ngược chiều thiết bị 21 Bảng 6-11: : Bảng tính kết khảo sát ngược chiều thiết bị 22 Bảng 6-12: : Bảng tính kết khảo sát ngược chiều thiết bị 23 Bảng 6-13: : Bảng tính kết khảo sát ngược chiều thiết bị 24 Bảng 6-14: Bảng tính kết khảo sát ngược chiều thiết bị 25 Bảng 6-15: Tóm tắt kết khảo sát trường hợp chảy ngược chiều thiết bị 26 Các biểu đồ sử dụng báo cáo Biểu đồ 6-1: Biểu đồ so sánh tương quan 𝐾𝐿𝑇 𝐾𝑇𝑁 trường hợp xuôi chiều thiết bị với 𝐺𝑁 = 𝐺𝐿 20 Biểu đồ 6-2: Biểu đồ so sánh tương quan 𝐾𝐿𝑇 𝐾𝑇𝑁 trường hợp ngược chiều thiết bị với 𝐺𝑁 = 𝐺𝐿 28 Các hình sử dụng báo cáo Hình 6-1: Đặc trưng thay đổi nhiệt độ chảy ngược chiều Hình 6-2: Đặc trưng thay đổi nhiệt độ chảy xuôi chiều Hình 6-3: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt loại ống xoắn ii Hình 6-4: Sơ đồ tủ điện iii ... thí nghiệm truyền nhiệt loại ống xoắn Hình 6-3: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt loại ống xoắn Hệ thống khảo sát gồm loại thiết bị Thiết bị truyền nhiệt loại ống xoắn