Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 32 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Cấu trúc
Bảng 6.1: Bảng kích thước ống lồng ống
Bảng 6.2: Kết quả khảo sát thực nghiệm trường hợp chảy xuôi chiều thiết bị
Δ (oC)
ΔL (oC)
(%)
L (%)
hi(%)
17
17
89,5
89,5
89,5
21
11
87,5
45,8
66,7
22
10
88
40
64
24
9
92,3
34,6
63,5
17
14
81
66,7
73,9
17
10
81
47,6
64,3
17
9
77,3
40,9
59,1
11
18
84,6
138,5
111,6
12
16
80
106,7
93,4
14
14
82,4
82,4
82,4
15
12
78,9
63,2
71,1
11
19
91,7
158,3
125
11
18
84,6
138,5
111,6
13
13
72,2
72,2
72,2
13
12
72,2
66,7
69,5
Thí nghiệm
VN (l/ph)
VL (l/ph)
TNtb (oC)
N (kg/m3)
GN (kg/s)
TLtb (oC)
L (kg/m3)
GL (kg/s)
1
2
2
69
978,3
0,0326
39,5
992,5
0,0331
2
2
4
68
978,9
0,0326
36,5
993,6
0,0662
3
2
6
67,5
979,2
0,0326
35
994,1
0,0994
4
2
8
66,5
979,8
0,0327
33,5
994,6
0,1326
5
4
2
65,5
980,3
0,0654
36
993,8
0,0331
6
4
4
63,5
981,4
0,0654
34,5
994,3
0,0663
7
4
6
62,5
981,9
0,0655
34
994,4
0,0994
8
4
8
62,5
981,9
0,0655
33,5
994,6
0,1326
9
6
2
62,5
981,9
0,0982
38
993,1
0,0331
10
6
4
62,5
981,9
0,0982
37
993,4
0,0662
11
6
6
62,5
981,9
0,0982
36
993,8
0,0994
12
6
8
62,5
981,9
0,0982
35
994,1
0,1325
13
8
2
63
981,7
0,1309
38,5
992,9
0,0331
14
8
4
63
981,7
0,1309
38
993,1
0,0662
15
8
6
63
981,7
0,1309
35,5
993,9
0,0994
16
8
8
62
982,2
0,131
35
994,1
0,1325
Thí nghiệm
QN (W)
tmax (oC)
tmin (oC)
tlog (oC)
KTN (W/m2.K)
1
2322,1
36
2
11,76
6616,05
2
2868,47
35
3
13,03
7376,18
3
3005,07
35
3
13,03
7727,44
4
3288,31
35
2
11,53
9555,84
5
4658,44
35
4
14,29
10922,8
6
4932,47
33
4
13,74
12028,27
7
4665,57
31
4
13,19
11851,83
8
4665,57
31
5
14,25
10970,22
9
4526,04
31
2
10,58
14333,7
10
4937,5
31
3
11,99
13797,91
11
5760,41
31
3
11,99
16097,55
12
6171,87
31
4
13,19
15678,25
13
6033,18
31
1
8,74
23129,19
14
6033,18
31
2
10,58
19106,72
15
7130,12
31
5
14,25
16765,15
16
7135,57
30
5
13,95
17138,78
TN
TNtb (oC)
(m/s)
l (m)
(kg/m3)
(Pa.s)
Re
(W/m.K)
Cp (J/kg.K)
Pr
1
69
0,1469
0,017
978,3
0,000412
5929,88
0,667
4190
2,59
2
68
0,1469
0,017
978,9
0,000419
5834,38
0,666
4190
2,64
3
67,5
0,1469
0,017
979,2
0,000422
5794,68
0,666
4190
2,65
4
66,5
0,1469
0,017
979,8
0,000428
5716,95
0,665
4190
2,7
5
65,5
0,2937
0,017
980,3
0,000435
11251,82
0,664
4190
2,74
6
63,5
0,2937
0,017
981,4
0,000448
10937,57
0,662
4190
2,84
7
62,5
0,2937
0,017
981,9
0,000454
10798,52
0,661
4190
2,88
8
62,5
0,2937
0,017
981,9
0,000454
10798,52
0,661
4190
2,88
9
62,5
0,4406
0,017
981,9
0,000454
16199,62
0,661
4190
2,88
10
62,5
0,4406
0,017
981,9
0,000454
16199,62
0,661
4190
2,88
11
62,5
0,4406
0,017
981,9
0,000454
16199,62
0,661
4190
2,88
12
62,5
0,4406
0,017
981,9
0,000454
16199,62
0,661
4190
2,88
13
63
0,5874
0,017
981,7
0,000451
21736,27
0,662
4190
2,85
14
63
0,5874
0,017
981,7
0,000451
21736,27
0,662
4190
2,85
15
63
0,5874
0,017
981,7
0,000451
21736,27
0,662
4190
2,85
16
62
0,5874
0,017
982,2
0,000457
21461,82
0,661
4190
2,9
TN
TLtb
(m/s)
l (m)
(kg/m3)
(Pa.s)
Re
(W/m.K)
Cp (J/kg.k)
Pr
1
39,5
0,524
0,009
992,5
0,000664
7049,14
0,633
4180
4,38
2
36,5
1,048
0,009
993,6
0,000708
13236,77
0,628
4180
4,71
3
35
1,572
0,009
994,1
0,000731
19240,12
0,626
4180
4,88
4
33,5
2,096
0,009
994,6
0,000753
24916,51
0,624
4180
5,05
5
36
0,524
0,009
993,8
0,000716
6545,76
0,628
4180
4,77
6
34,5
1,048
0,009
994,3
0,000738
12707,64
0,625
4180
4,93
7
34
1,572
0,009
994,4
0,000745
18884,26
0,624
4180
4,99
8
33,5
2,096
0,009
994,6
0,000753
24916,51
0,624
4180
5,05
9
38
0,524
0,009
993,1
0,000686
6827,2
0,631
4180
4,55
10
37
1,048
0,009
993,4
0,000701
13366,26
0,629
4180
4,66
11
36
1,572
0,009
993,8
0,000716
19637,27
0,628
4180
4,77
12
35
2,096
0,009
994,1
0,000731
25653,49
0,626
4180
4,88
13
38,5
0,524
0,009
992,9
0,000679
6896,19
0,632
4180
4,49
14
38
1,048
0,009
993,1
0,000686
13654,4
0,631
4180
4,55
15
35,5
1,572
0,009
993,9
0,000723
19449,1
0,627
4180
4,82
16
35
2,096
0,009
994,1
0,000731
25653,49
0,626
4180
4,88
Thí nghiệm
NuL
L (W/m2.K)
NuN
N (W/m2.K)
KLT (W/m2.K)
1
43,88
3087,2
30,03
1178,24
777,04
2
86,78
6059,17
29,79
1167,07
880,15
3
118,85
8266,68
29,75
1165,5
914,7
4
145,55
10085
29,58
1157,1
927,93
5
42,58
2969,25
54,76
2138,86
1088,6
6
85,66
5950,51
54,05
2104,77
1320,22
7
118,21
8201,15
53,84
2093,43
1400,75
8
145,55
10085
53,84
2093,43
1446,91
9
43,34
3037,65
77,54
3014,94
1290,04
10
87,06
6086,46
77,54
3014,94
1638,63
11
119,63
8342,2
77,54
3014,94
1767,28
12
146,81
10211,45
77,54
3014,94
1838,58
13
43,48
3051,33
100,43
3910,86
1433,26
14
87,65
6143,29
100,43
3910,86
1877,01
15
119,24
8304,4
100,43
3910,86
2039,14
16
146,81
10211,45
100,03
3889,4
2130,72
Thí nghiệm
TN (oC)
TL ( oC)
(%)
L (%)
hi(%)
1
15
9
93,8
56,3
75,1
2
19
7
100
36,8
68,4
3
21
5
100
23,8
61,9
4
23
3
100
13
56,5
5
13
4
59,1
18,2
38,7
6
12
7
63,2
36,8
50
7
14
7
73,7
36,8
55,3
8
15
5
71,4
23,8
47,6
9
8
7
44,4
38,9
41,7
10
8
9
50
56,3
53,2
11
9
8
56,3
50
53,2
12
10
7
58,8
41,2
50
13
5
7
31,3
43,8
37,6
14
6
9
42,9
64,3
53,6
15
7
8
46,7
53,3
50
16
8
6
50
37,5
43,8
Thí nghiệm
VN (l/ph)
VL (l/ph)
TNtb (oC)
N (kg/m3)
GN (kg/s)
TLtb (oC)
L (kg/m3)
GL (kg/s)
1
2
2
2
2
4
3
2
6
4
2
8
5
4
2
6
4
4
7
4
6
8
4
8
9
6
2
10
6
4
11
6
6
12
6
8
13
8
2
14
8
4
15
8
6
16
8
8
Thí nghiệm
QN (W)
tmax (oC)
tmin (oC)
tlog (oC)
KTN (W/m2.K)
1
16
10
2
19
7
3
21
5
4
23
3
5
22
13
6
19
14
7
19
12
8
21
11
9
18
17
10
17
16
11
16
15
12
17
14
13
18
16
14
17
14
15
16
15
16
16
14
TN
TNtb (oC)
(m/s)
(kg/m3)
(Pa.s)
Re
(W/m.K)
Cp
(J/kg.k)
Pr
1
50,5
0,146855
987,9
0,000552
4467,98
0,6471
4180
3,57
2
49,5
0,146855
988,4
0,000561
4398,53
0,6459
4180
3,63
3
48,5
0,146855
988,8
0,00057
4330,83
0,6446
4180
3,7
4
47,5
0,146855
989,3
0,00058
4258,31
0,6434
4180
3,77
5
52,5
0,293711
987
0,000533
9246,11
0,6496
4180
3,43
6
53
0,293711
986,8
0,000528
9331,78
0,6503
4180
3,39
7
52
0,293711
987,2
0,000538
9162,04
0,649
4180
3,47
8
51,5
0,293711
987,5
0,000542
9097,18
0,6484
4180
3,49
9
54
0,440566
986,3
0,000519
14233,17
0,6515
4180
3,33
10
54
0,440566
986,3
0,000519
14233,17
0,6515
4180
3,33
11
52,5
0,440566
987
0,000533
13869,15
0,6496
4180
3,43
12
52
0,440566
987,2
0,000538
13743,04
0,649
4180
3,47
13
53,5
0,587422
986,5
0,000524
18800,31
0,6509
4180
3,37
14
53
0,587422
986,8
0,000528
18663,55
0,6503
4180
3,39
15
52,5
0,587422
987
0,000533
18492,22
0,6496
4180
3,43
16
51
0,587422
987,7
0,000547
18031,71
0,6478
4180
3,53
TN
TLtb (oC)
(m/s)
(kg/m3)
(Pa.s)
Re
(W/m.K)
Cp (J/kg.k)
Pr
1
37,5
0,523966
993,2
0,00069
6748,74
0,63
4180
4,6
2
36,5
1,04793
993,6
0,00071
13235,9
0,6284
4180
4,71
3
35,5
1,57190
993,9
0,00072
19447,82
0,6268
4180
4,82
4
34,5
2,09586
994,3
0,00074
25413,62
0,6252
4180
4,93
5
35
0,52397
994,1
0,00073
6412,96
0,626
4180
4,88
6
36,5
1,04793
993,6
0,00071
13235,9
0,6284
4180
4,71
7
36,5
1,57190
993,6
0,00071
19853,86
0,6284
4180
4,71
8
35,5
2,09586
993,9
0,00072
25930,43
0,6268
4180
4,82
9
36,5
0,52397
993,6
0,00071
6617,96
0,6284
4180
4,71
10
37,5
1,04793
993,2
0,00069
13497,47
0,63
4180
4,6
11
37
1,57190
993,4
0,00070
20048,08
0,6292
4180
4,66
12
36,5
2,09586
993,6
0,00071
26471,82
0,6284
4180
4,71
13
36,5
0,52397
993,6
0,00071
6617,96
0,6284
4180
4,71
14
37,5
1,04793
993,2
0,00069
13497,47
0,63
4180
4,6
15
37
1,57190
993,4
0,00070
20048,08
0,6292
4180
4,66
16
36
2,09586
993,8
0,00072
26181,31
0,6276
4180
4,77
Thí nghiệm
NuL
L (W/m2.K)
NuN
N (W/m2.K)
KLT (W/m2.K)
1
43,09
3016,3
26,66
1014,81
698,7
2
86,78
6059,17
26,47
1005,7
785,14
3
119,24
8304,4
26,32
997,99
808,59
4
146,35
10166,45
26,14
989,32
817,36
5
42,21
2935,94
50,42
1926,64
1026,77
6
86,78
6059,17
50,59
1935,22
1256,18
7
120,03
8380,76
50,26
1918,75
1324,89
8
147,29
10257,93
50,06
1909,35
1359,6
9
42,77
2986,3
79,23
3036,37
1284,54
10
87,26
6108,2
79,23
3036,37
1646,52
11
118,16
8260,7
78,6
3003,44
1759,66
12
148,26
10351,84
78,42
2993,8
1835,16
13
42,77
2986,3
99,5
3809,68
1405,21
14
87,26
6108,2
99,17
3793,54
1846,36
15
118,16
8260,7
98,94
3780,67
2000,62
16
147,76
10303,8
98,17
3740,85
2089,18
Nội dung
BÀI : TRAO ĐỔI NHIỆT 2.1 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 lồng ống 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 K LT 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 2.2 Giới thiệu 2.2.1 Giới thiệu Trong công nghiệp đặc biệt lĩnh vực cơng nghệ hóa học, thực phẩm mơi trường biến đổi vật chất kèm theo tỏa nhiệt hay thu nhiệt cần phải có nguồn thu lượng nhiệt hay nguồn tỏa nhiệt Quá trình truyền nhiệt phân biệt thành trình truyền nhiệt ổn định q trình truyền nhiệt khơng ổn định Quá trình truyền nhiệt ổn định trình mà nhiệt độ thay đổi theo khơng gian mà khơng thau đổi theo thời gian Q trình truyền nhiệt khơng ổn định q trình mà nhiệt độ thay đổi theo không gian thời gian Q trình truyền nhiệt khơng ổn định thường xảy thiết bị làm việc gián đoạn giai đoạn đầu cuối trình liên tục Còn q trình truyền nhiệt ổn định thường xảy thiết bị làm việc liên tục Trong thực tế thiết bị truyền nhiệt thường làm việc chế độ liên tục, việc nghiên cứu trình truyền nhiệt khơng ổn định nhằm mục đích điều khiển q trình khơng ổn định để đưa trạng thái ổn định, lý thuyết truyền nhiệt khơng ổn định phức tạp Do đó, chương trình xét đến trình truyền nhiệt ổn định Quá trình truyền nhiệt trình chiều, nghĩa nhiệt lượng truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp truyền từ vật sang vật khác hay từ không gian sang không gian khác theo phương phức cụ thể tổ hợp phương thức Các phương thức truyền nhiệt gồm dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt, xạ Trong thực hành tiếp cận thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống, trình truyền nhiệt xem truyền nhiệt biến nhiệt ổn định 2.2.2 Cơ sở lí thuyết Q trình trao đổi nhiệt dòng lưu chất qua bề mặt ngăn cách thường gặp lĩnh vực công nghiệp hóa chất, thực phẩm, hóa dầu, Trong nhiệt lượng dòng nóng tỏa dòng lạnh thu vào Mục đích q trình nhằm thực giai đoạn quy trình cơng nghệ, đun núng, làm nguội, ngưng tụ hay bốc hơi, 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 kiện hoạt động, Trong đó, chiều chuyển động dòng có ý nghĩa quan trọng - Cân lượng dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp: Nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra: QN = GN.CN.∆TN - Nhiệt lượng dòng lạnh thu vào: QL = GL.CL.∆TL - Nhiệt lượng tổn thất: Qf = Q N - Q L - Cân nhiệt lượng: QN = Q L + Q f Mặt khác nhiệt lượng trao đổi tính theo cơng thức: Q = K.F.∆tlog 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 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 với - Chảy chéo dòng: lưu thể chảy theo phương vng góc - Chảy 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 Δ���� khác Trường hợp 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 ∆= ∆= - 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: Nếu trình truyền nhiệt tỉ số < hiệu số nhiệt độ trung bình tính gần theo công thức sau: = Hiệu suất nhiệt độ q trình truyền nhiệt dòng nóng dòng lạnh lần lượt: Hiệu suất nhiệt độ hữu ích trình truyền nhiệt: Hiệu suất trình truyền nhiệt: 100% Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: Trong đó: F=π.� ��.� ( � ��= ) : đường kính trung bình ống truyền nhiệt, m Xác định hệ số truyền nhiệt lý thuyết: Hệ số cấp nhiệt � tính thơng qua chuẩn số =(,,Pr) Re = Gr= Pr = Khi Re > 10000: Chảy rối Nu = 0,021 Pr0,43.() 0,25 Khi 2300 < Re < 10000: Chảy độ Nu = 0,008 Pr0,43 Mặt khác : Nu = Từ ta suy hệ số cấp nhiệt � để tính � �� 2.3 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 trình truyền nhiệt đun nóng làm nguội gián tiếp dòng qua bề mặt ngăn cách ống lồng ống - Tính tốn hiệu xuất tồn phần dựa vào cân nhiệt lượng lưu lượng dòng khác - Khảo sát ảnh hưởng chiều chuyển động lên q trình truyền nhiệt trường hợp xi chiều ngược chiều - Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN thiết bị từ so sánh với kết tính tốn theo lý thuyết KLT 2.4 Thực nghiệm 2.4.1 Hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt loại ống lồng ống Đối với mơ hình cấu tạo gồm phận sau: - Thùng chứa nước nóng - Điện trở gia nhiệt - Bơm nóng - Van điều khiển lưu lượng dòng nóng - Lưu lượng kế dòng nóng - Thiết bị truyền nhiệt (ống lồng ống) - Dòng nước lạnh - Van điều khiển lưu lượng dòng lạnh - Lưu lượng kế dòng lạnh - Van điều chỉnh hướng chảy dòng lạnh - Đầu dò nhiệt độ ( TNồi ,TNr, TNv , TLr, TLv) - Tủ điện 2.4.2 Trang thiết bị, hóa chất Bài thực hành trang bị hệ thống tủ điều khiển hệ thống bơm, điện trở, cài đặt nhiệt độ đầu báo nhiệt độ, cách thức hoạt động sau: - Kết nối nguồn điện cung cấp cho tủ điều khiển (đèn báo sáng) - Bật công tắc tổng (đèn báo sáng) - Mở nắp thùng chứa nước nóng TN lạnh TL (nếu có) kiểm tra nước đến 2/3 thùng Trước cho nước vào thùng phải đóng van xả đáy - Đóng nắp thùng chứa nước nóng nước lạnh (nếu có) - Cài đặt nhiệt độ điều khiển ON/OFF cho thùng chứa nước nóng TN - Bật cơng tắc điện trở - Khi nhiệt độ thùng chứa nước nóng TN đạt giá trị cài đặt bắt đầu tiến hành thí nghiệm - Trên thiết bị ống xoắn bố trí dòng chảy xi chiều hay ngược chiều cần điều chỉnh dòng lạnh, dòng nóng ln bố trí có định chiều từ xuống Các kí hiệu Δ� � : Hiệu số nhiệt độ đầu vào đầu dòng nóng Δ�� : Hiệu số nhiệt độ đầu vào đầu dòng lạnh ��: Hiệu suất nhiệt độ dòng nóng ��: Hiệu suất nhiệt độ dòng lạnh �ℎ : Hiệu suất nhiệt độ hữu ích �: Hiệu suất truyền nhiệt � �: Lưu lượng thể tích dòng nóng ( 3�⁄) ��: Lưu lượng thể tích dòng lạnh (3�⁄) � �: Lưu lượng thể tích dòng nóng (⁄) ��: Lưu lượng thể tích dòng lạnh (⁄) � �: Nhiệt dung riêng dòng nóng (.℃⁄) (tra bảng) ��: Nhiệt dung riêng dòng lạnh (.℃⁄) (tra bảng) ��: Khối lượng riêng dòng nóng (3⁄) (tra bảng) ��: Khối lượng riêng dòng lạnh (3⁄) (tra bảng) � �: Nhiệt lượng dòng nóng tỏa ��: Nhiệt lượng dòng lạnh thu vào )( ��: Nhiệt lượng tổn thất () Δ�1: Hiệu số nhiệt độ dòng nóng dòng lạnh đầu thiết bị Δ�2: Hiệu số nhiệt độ dòng nóng dòng lạnh thiết bị Δ����: Hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit �: Hệ số truyền nhiệt (2.℃⁄) �: Diện tích trao đổi nhiệt (2) Đối với kí hiệu kích thước ống lồng ống: � 1: Đường kính ống trong() �2: Đường kính ngồi ống () � 1: Đường kính ống ngồi () �2: Đường kính ngồi ống () �: Chiều dài ống truyền nhiệt (�) Bảng 6.1: Bảng kích thước ống lồng ống d1 d2 D1 D2 L 17 mm 21 mm 30 mm 34 mm 500 mm 2.4.3 Tiến hành thí nghiệm 2.4.3.1 Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị Các bước tiến hành thí nghiệm: - Bước 1: Mở van cho nước vào khoảng 2/3 thể tích thùng chứa - Bước 2: Mở công tắc tổng cấp nguồn cho tủ điện, mở công tắc điện trở cài đặt nhiệt độ cho thùng nóng 75℃ - Bước 3: Điều chỉnh lưu lượng dòng nóng (tránh điều chỉnh nhiệt độ cao làm hư lưu lượng kế), - Bước 4: Điều chỉnh đóng mở van để phù hợp với trường hợp chảy xuôi chiều - Bước 5: Đợi nước thùng nóng TN đạt đến nhiệt độ thích hợp tiến hành trao đổi nhiệt - Bước 6: Ghi lại thơng số nhiệt độ dòng nóng, nhiệt độ dòng lạnh, lưu lượng dòng nóng, lưu lượng dòng lạnh q trình trao đổi nhiệt 2.4.3.2 Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị Các bước tiến hành thí nghiệm: - Bước 1: Mở van cho nước vào khoảng 2/3 thể tích thùng chứa - Bước 2: Mở cơng tắc tổng cấp nguồn cho tủ điện, mở công tắc điện trở cài đặt nhiệt độ cho thùng nóng 75℃ - Bước 3: Điều chỉnh lưu lượng dòng nóng (tránh điều chỉnh nhiệt độ cao làm hư lưu lượng kế), - Bước 4: Điều chỉnh đóng mở van để phù hợp với trường hợp chảy ngược chiều - Bước 5: Đợi nước thùng nóng TN đạt đến nhiệt độ thích hợp tiến hành trao đổi nhiệt - Bước 6: Ghi lại thông số nhiệt độ dòng nóng, nhiệt độ dòng lạnh, lưu lượng dòng nóng, lưu lượng dòng lạnh q trình trao đổi nhiệt 2.4.3.3 Kết thúc thí nghiệm - Tắt bơm nóng bơm lạnh - Tắt công tắc điện trở - Tắt công tắc tổng - Tắt cầu dao nguồn - Xả nước thùng - Khóa van nước nguồn cấp - Vệ sinh máy khu vực máy 2.5 Kết bàn luận 2.5.1 Kết 2.5.1.1 Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị Bảng 6.2: Kết khảo sát thực nghiệm trường hợp chảy xuôi chiều thiết bị Thí nghiệm 10 11 12 13 14 15 16 VN (l/ph) VL (l/ph) 8 8 TN ( oC) T1 (oC) T2 (oC) (Nồi đun) (Nóng vào) (Nóng ra) 71 70 70 69 67 65 65 65 65 65 65 65 66 66 66 65 67 66 65 64 64 62 60 60 60 60 60 60 60 60 60 59 50 45 43 40 47 44 43 43 49 48 46 45 49 49 47 46 T3 (oC) (Lạnh vào) 31 31 30 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 T4 (oC) (Lạnh ra) 48 42 40 38 43 40 39 38 47 45 43 41 48 47 42 41 2.5.1.2 Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị Bảng 6.3: Kết khảo sát thực nghiệm trường hợp chảy ngược chiều thiết bị Thí nghiệ m VN (l/ph ) VL (l/ph ) TN ( oC) (Nồi đun) 65 T1 (oC) (Nóng vào) 58 T2 (oC) (Nóng ra) 43 T3 (oC) (Lạnh vào) 33 T4 (oC) (Lạnh ra) 42 10 11 12 13 14 15 16 8 8 66 66 66 66 66 65 66 65 64 64 63 62 62 62 62 59 59 59 59 59 59 59 58 58 57 57 56 56 56 55 40 38 36 46 47 45 44 50 50 48 47 51 50 49 47 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 40 38 36 37 40 40 38 40 42 41 40 40 42 41 39 2.5.2 Xử lí số liệu 2.5.2.1 Trường hợp xuôi chiều thiết bị Bảng 6.4: Kết tính tốn hiệu suất nhiệt độ Thí nghiệm Δ�� (oC) Δ�L (oC) �� (%) �L (%) �hi(%) 17 17 89,5 89,5 89,5 21 11 87,5 45,8 66,7 22 10 88 40 64 24 92,3 34,6 63,5 17 14 81 66,7 73,9 18 11 81,8 50 65,9 10 2.5.2.2 Trường hợp ngược chiều thiết bị Bảng 6.11: Kết khảo sát thực nghiệm trường hợp chảy ngược chiều thiết bị Thí nghiệm ∆TN (oC) ∆TL ( oC) �� (%) �L (%) �hi(%) 15 93,8 56,3 75,1 19 100 36,8 68,4 21 100 23,8 61,9 23 100 13 56,5 13 59,1 18,2 38,7 12 63,2 36,8 50 14 73,7 36,8 55,3 15 71,4 23,8 47,6 44,4 38,9 41,7 10 50 56,3 53,2 11 56,3 50 53,2 12 10 58,8 41,2 50 13 31,3 43,8 37,6 14 42,9 64,3 53,6 15 46,7 53,3 50 16 50 37,5 43,8 18 Bảng 6.12: Kết tính tốn lưu lượng Thí nghiệ m VN (l/ph) VL (l/ph) TNtb (oC) ρN (kg/m3) GN (kg/s) TLtb (oC) ρL (kg/m3 ) GL (kg/s) 2 50,5 987,9 0,0329 37,5 993,2 0,0331 2 49,5 988,4 0,0659 36,5 993,6 0,0662 48,5 988,8 0,0989 35,5 993,9 0,0994 47,5 989,3 0,1319 34,5 994,3 0,1326 52,5 987 0,0329 35 994,1 0,0331 4 53 986,8 0,0658 36,5 993,6 0,0662 52 987,2 0,0987 36,5 993,6 0,0994 8 51,5 987,5 0,1317 35,5 993,9 0,1325 54 986,3 0,0329 36,5 993,6 0,0331 10 54 986,3 0,0658 37,5 993,2 0,0662 11 6 52,5 987 0,0987 37 993,4 0,0993 12 52 987,2 0,1316 36,5 993,6 0,1325 13 53,5 986,5 0,0329 36,5 993,6 0,0331 14 53 986,8 0,0658 37,5 993,2 0,0662 15 52,5 987 0,0987 37 993,4 0,0993 16 8 51 987,7 0,1317 36 993,8 0,1325 Bảng 6.13: Kết tính tốn hiệu suất truyền nhiệt Thí nghiệm QN (W) QL (W) Qf (W) η (%) 2062,83 1245,222 817,608 60,4 2612,918 1937,012 3296,766 37 19 10 11 12 13 14 15 16 2896,74 2077,46 6603,982 23,9 3172,62 1662,804 11018,06 13,1 3575,572 553,432 1234,354 31 3300,528 1937,012 1363,516 58,7 3850,616 2908,444 2867,48 50,4 4125,66 2769,25 5488,34 33,5 3297,184 968,506 131,67 88 3297,184 2490,444 -290,092 113,2 3713,094 3320,592 392,502 89,4 4125,66 3876,95 1623,93 70,5 2748,35 968,506 -280,896 140,9 3300,528 2490,444 -840,18 150,9 3850,616 3320,592 -432,63 115 4404,048 3323,1 1080,948 75,5 20 Bảng 6.14: Bảng kết tính tốn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm Thí nghiệm QN (W) 2062,83 16 10 12,77 5412,5 2612,918 19 12,02 7283,61 2896,74 21 11,15 8704,83 3172,62 23 9,82 10825,1 3575,572 22 13 17,11 7001,98 3300,528 19 14 16,37 6755,54 3850,616 19 12 15,23 8471,41 4125,66 21 11 15,46 8941,48 3297,184 18 17 17,5 6312,93 10 3297,184 17 16 16,49 6699,59 11 3713,094 16 15 15,49 8031,75 12 4125,66 17 14 15,45 8947,27 13 2748,35 18 16 16,98 5423,25 14 3300,528 17 14 15,45 7157,81 15 3850,616 16 15 15,49 8329,22 16 4404,048 16 14 14,98 9850,67 ∆tmax (oC) ∆tmin (oC) ∆tlog (oC) 21 KTN (W/m2.K) Bảng 6.15: Thơng số hóa lý lưu thể dòng nóng 22 Cp λ (W/m.K ) (J/kg k) Pr 0,0005 52 4467,98 0,6471 4180 3,57 988,4 0,0005 61 4398,53 0,6459 4180 3,63 0,1468 55 988,8 0,0005 4330,83 0,6446 4180 3,7 47,5 0,1468 55 989,3 0,0005 4258,31 0,6434 4180 3,77 52,5 0,2937 11 987 0,0005 33 9246,11 0,6496 4180 3,43 53 0,2937 11 986,8 0,0005 28 9331,78 0,6503 4180 3,39 52 0,2937 11 987,2 0,0005 38 9162,04 4180 3,47 51,5 0,2937 11 987,5 0,0005 42 9097,18 0,6484 4180 3,49 54 0,4405 66 986,3 0,0005 19 14233,1 0,6515 4180 3,33 10 54 0,4405 66 986,3 0,0005 19 14233,1 0,6515 4180 3,33 11 52,5 0,4405 66 987 0,0005 33 13869,1 0,6496 4180 3,43 12 52 0,4405 66 987,2 0,0005 38 13743,0 4180 3,47 13 53,5 0,5874 22 986,5 0,0005 24 18800,3 0,6509 4180 3,37 14 53 0,5874 22 986,8 0,0005 28 18663,5 0,6503 4180 3,39 15 52,5 0,5874 22 987 0,0005 33 18492,2 0,6496 4180 3,43 16 51 0,5874 22 987,7 0,0005 47 18031,7 0,6478 4180 3,53 ω (m/s) ρ (kg/m3) µ (Pa.s) 50,5 0,1468 55 987,9 49,5 0,1468 55 48,5 TN TNtb (oC) 23 Re 0,649 0,649 Bảng 6.16: Thông số hóa lý lưu thể dòng lạnh 24 ω (m/s) ρ (kg/m ) µ (Pa.s) Re λ (W/m K) Cp (J/kg.k ) Pr TN TLtb ( C) 37,5 0,52396 993,2 0,0006 6748,7 0,63 4180 4,6 36,5 1,04793 993,6 0,0007 13235, 0,6284 4180 4,7 35,5 1,57190 993,9 0,0007 19447, 82 0,6268 4180 4,8 34,5 2,09586 994,3 0,0007 25413, 62 0,6252 4180 4,9 35 0,52397 994,1 0,0007 6412,9 0,626 4180 4,8 36,5 1,04793 993,6 0,0007 13235, 0,6284 4180 4,7 36,5 1,57190 993,6 0,0007 19853, 86 0,6284 4180 4,7 35,5 2,09586 993,9 0,0007 25930, 43 0,6268 4180 4,8 36,5 0,52397 993,6 0,0007 6617,9 0,6284 4180 4,7 10 37,5 1,04793 993,2 0,0006 13497, 47 0,63 4180 4,6 11 37 1,57190 993,4 0,0007 20048, 08 0,6292 4180 4,6 12 36,5 2,09586 993,6 0,0007 26471, 82 0,6284 4180 4,7 13 36,5 0,52397 993,6 0,0007 6617,9 0,6284 4180 4,7 14 37,5 1,04793 993,2 0,0006 13497, 47 0,63 4180 4,6 15 37 1,57190 993,4 0,0007 20048, 08 0,6292 4180 4,6 16 36 2,09586 993,8 0,0007 26181, 31 0,6276 4180 4,7 o 25 Bảng 6.17: Kết tính tốn KLT Thí nghiệm NuL αL (W/m2.K) NuN αN (W/m2.K) KLT (W/m2.K) 43,09 3016,3 26,66 1014,81 698,7 86,78 6059,17 26,47 1005,7 785,14 119,24 8304,4 26,32 997,99 808,59 146,35 10166,45 26,14 989,32 817,36 42,21 2935,94 50,42 1926,64 1026,77 86,78 6059,17 50,59 1935,22 1256,18 120,03 8380,76 50,26 1918,75 1324,89 147,29 10257,93 50,06 1909,35 1359,6 42,77 2986,3 79,23 3036,37 1284,54 10 87,26 6108,2 79,23 3036,37 1646,52 11 118,16 8260,7 78,6 3003,44 1759,66 12 148,26 10351,84 78,42 2993,8 1835,16 13 42,77 2986,3 99,5 3809,68 1405,21 14 87,26 6108,2 99,17 3793,54 1846,36 15 118,16 8260,7 98,94 3780,67 2000,62 16 147,76 10303,8 98,17 3740,85 2089,18 26 2.5.3 Đồ thị 2.5.3.1 Trường hợp xuôi chiều Đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm - lý thuyết 2.5.3.2 Trường hợp ngược chiều Đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm - lý thuyết 2.5.3.3 Quan hệ chiều chuyển động hệ số truyền nhiệt: Quan hệ chiều chuyển động -hệ số truyền nhiệt (thực nghiệm) Quan hệ chiều chuyển động -hệ số truyền nhiệt (lí thuyết) 2.5.3 Bàn luận Vì đầu dò báo sai nên ta khơng nói đến yếu tố phụ thuộc nhiệt độ có độ sai số lớn ηN, ηL, ηhi mà xét yếu tố quan trọng, tính tốn cuối Ta đánh giá ảnh hưởng 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 đơn vị thời gian hiệu số chênh lệch nhiệt độ hai lưu thể oC Hệ số truyền 27 nhiệt lớn lượng nhiệt mà lưu thể lạnh nhận từ lưu thể nóng tăng Nghĩa q trình truyền nhiệt đạt hiệu 2.5.3.1 Ảnh hưởng lưu lượng dòng đến q trình truyền nhiệt: Trong lưu lượng nóng (V N = const), tăng lưu lượng dòng lạnh (VL =2, 4, 6, l/ph) hệ số truyền nhiệt tăng dần Ta thấy lưu lượng dòng lạnh ( V L = const) qua mức tăng lưu lượng dòng nóng ( V N = 2, 4, 6, l/ph) hệ số truyền nhiệt tăng lên 2.5.3.2 Đánh giá ảnh hưởng chiều chuyển động dòng đến trình truyền nhiệt: Đối với hệ số truyền nhiệt tính từ thực nghiệm ta nhận thấy K TN xi chiều lớn so với trường hợp ngược chiều Đối với hệ số truyền nhiệt tính theo lý thuyết ta thấy đường biểu diễn KLT ngược chiều xuôi chiều gần trùng Qua kết luận trường hợp truyền nhiệt ống lồng ống chiều chuyển động khơng liên quan nhiều đến hệ số truyền nhiệt (rút từ lí thuyết, trường hợp thực tế ảnh hưởng nhiều yếu tố) 2.5.3.3 So sánh hệ số thực nghiệm với hệ số truyền nhiệt lí thuyết: Trong hai trường hợp ngược chiều xuôi chiều, ta thấy K TN lớn nhiều so với KLT Sở dĩ có khác trình làm thí nghiệm để tính KTN cần phải tính QN ∆tlog mà yếu lại phụ thuộc vào đầu dò Đầu dò báo sai khơng tránh khỏi thao tác chưa yêu cầu Ngoài ra, rò rỉ lưu thể từ dòng lạnh, van điều chỉnh dòng nóng khơng hoạt động hiệu ảnh hưởng đến kết đo 28 Việc đầu dò báo sai điều chỉnh phạm vi Nhưng Qf có nghĩa QL > QN có nghĩa q trình truyền nhiệt từ lưu thể nóng sang lưu thể Ở hai trường hợp, hệ số cấp nhiệt dòng nóng α1 ln nhỏ dòng lạnh α2 Có nghĩa dòng lạnh nhận lượng nhiệt từ nguồn nóng đơn vị thời gian lớn khả cấp nhiệt dòng nóng chưa tương xứng với dòng lạnh 2.6 Kết luận Sau trình thực nghiệm xử lý kết sau thực nghiệm ta thấy có chênh lệch hệ số truyền nhiệt thực tế cao so với lý thuyết 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 trình thực trình truyền nhiệt thiết bị truyền nhiệt phải bơm 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 thực nghiệm để ta đưa liệu cho q trình khảo sát tất trường hợp 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, 29 vận dụng kiến thức học tích lũy vào thực tế, đo đạc thông số cần thiết để tránh thiếu sót cơng việc sau 2.7 Tài liệu tham khảo [1] Phạm Xuân Toản, Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập 3: Quá trình thiết bị truyền nhiệt, NXB Khoa học kỹ thuật, 2008 [2] Phạm Văn Bôn, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, Bài tập truyền nhiệt, NXB ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, 2004 [3] Tập thể tác giả, Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt - truyền khối: Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, NXB ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, 2012 30 PHỤ LỤC Bảng 6.1: Bảng kích thước ống lồng ống Bảng 6.2: Kết khảo sát thực nghiệm trường hợp chảy xuôi chiều thiết bị 10 Bảng 6.3: Kết khảo sát thực nghiệm trường hợp chảy ngược chiều thiết bị 11 Bảng 6.4: Kết tính tốn hiệu suất nhiệt độ xi chiều 12 Bảng 6.5: Kết tính tốn lưu lượng xuôi chiều 13 Bảng 6.6: Kết tính tốn hiệu suất truyền nhiệt xi chiều .14 Bảng 6.7: Bảng kết tính tốn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm xuôi chiều 15 Bảng 6.8: Thơng số hóa lý lưu thể nóng xi chiều 16 Bảng 6.9: Thơng số hóa lý lưu thể lạnh xi chiều 17 Bảng 6.10: Kết tính tốn KLT xuôi chiều .18 Bảng 6.11: Kết tính tốn hiệu suất nhiệt độ ngược chiều 19 Bảng 6.12: Kết tính tốn lưu lượng ngược chiều 20 Bảng 6.13: Kết tính tốn hiệu suất truyền nhiệt ngược chiều 21 Bảng 6.14: Bảng kết tính tốn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm ngược chiều 22 Bảng 6.15: Thơng số hóa lý lưu thể dòng nóng ngược chiều 23 Bảng 6.16: Thơng số hóa lý lưu thể dòng lạnh ngược chiều 24 Bảng 6.17: Kết tính toán KLT ngược chiều 25 Đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm - lý thuyết 26 31 Đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm - lý thuyết 26 Đồ thị quan hệ chiều chuyển động -hệ số truyền nhiệt (thực nghiệm) 27 Đồ thị quan hệ chiều chuyển động -hệ số truyền nhiệt (lí thuyết) 27 32 ... nhiệt, xạ Trong thực hành tiếp cận thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống, trình truyền nhiệt xem truyền nhiệt biến nhiệt ổn định 2.2.2 Cơ sở lí thuyết Q trình trao đổi nhiệt dòng lưu chất qua bề mặt... thất nhiệt mơi trường ngồi Trong q trình thực trình truyền nhiệt thiết bị truyền nhiệt phải bơm đầy nước trường hợp xi chiều ngược chiều để đảm bảo q trình truyền nhiệt xảy đồng truyền nhiệt. .. đổi nhiệt (2) Đối với kí hiệu kích thước ống lồng ống: � 1: Đường kính ống trong() �2: Đường kính ngồi ống () � 1: Đường kính ống ngồi () �2: Đường kính ngồi ống () �: Chiều dài ống truyền nhiệt