Thực hành thiết bị truyền nhiệt vỏ ống

THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG Quá trình truyền nhiệt không ổn định thường xảy ra trong các thiết bị làmviệc gián đoạn hoặc trong giai đoạn đầu và cuối của quá trình liên tục.. Trong thực

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH

VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Table of Contents

THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG 3

GIỚI THIỆU 3

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 4

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt 5

Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit: 5

Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm 5

Tính αN và αL 5

Tính hệ số truyền nhiệt lý thuyết 6

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 6

Chuẩn bị 6

Các lưu ý 7

Thiết bị ống xoắn bằng thủy tinh 7

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 9

Kết quả tính toán 9

Nhận xét 22

THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG

Quá trình truyền nhiệt không ổn định thường xảy ra trong các thiết bị làmviệc gián đoạn hoặc trong giai đoạn đầu và cuối của quá trình liên tục Còn quátrình truyền nhiệt ổn định thường xảy ra trong thiết bị làm việc liên tục

Trong thực tế các thiết bị truyền nhiệt thường làm việc ở chế độ liên tục, việcnghiên cứu quá trình truyền nhiệt không ổn định nhằm mục đích chính là điềukhiển các quá trình không ổn định để đưa về trạng thái ổn định, ngoài ra lý thuyết

về truyền nhiệt không ổn định khá phức tạp Do đó, trong chương trình nàychúng ta chỉ xét đến quá trình truyền nhiệt ổn định

Quá trình truyền nhiệt là quá trình một chiều, nghĩa lượng chỉ được truyền từnơi có nhiệt độ cao sang nhiệt độ thấp và truyền từ vật này sang vật khác hay từkhông gian này sang không gian khác thường theo một phương pháp cụ thể nào

đó hoặc là tổ hợp các nhiều phương thức (truyền nhiệt phức tạp) Các phươngpháp truyền nhiệt về cơ bản gồm dẫn nhiệt, nhiệt đối lưu, bức xạ

Trong bài thực hành này chúng ta tiếp cận thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống,quá trình truyền nhiệt được xem là truyền nhiệt biến nhiệt ổn định

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM.

 Sinh viên biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lí đóng mở van

để điều chỉnh lưu lượng, và hướng dòng chảy, biết những sự cố có thể xảy ra vàcách xử lí tình huống

 Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếpgiữa hai dòng qua một bề mặt ngăn cách là ống lồng ống, ống chùm và ốngxoắn…

 Tính toán hiệu suất toàn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng ở những lưulượng dòng khác nhau

 Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệttrong hai trường hợp xuôi chiều và ngược chiều

 Xác định hệ số truyền nhiệt thực ngiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh vớikết quả tính toán theo lý thuyết KLT

CN, CL : nhiệt dung riêng trung bình của dòng nóng và dòng lạnh (J/kg.K)

TNV, TNR : nhiệt độ vào và ra của dòng nóng, 0C

TLR,TLV : nhiệt độ ra và vào của dòng lạnh , 0C

Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt

Q = Kl tlog FTrong đó:

F: kích thước của ống, m

Kl : hệ số truyền nhiệt, W/mK

tlog : chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, K

Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit:

Pr¿C ρ μ λ

- Chuẩn số Nuselt

Nu= α l λ

Tính hệ số truyền nhiệt lý thuyết

Ta có D a<2nên áp dụng công thức đối với tường phẳng

+ Lưu lượng kế không hoạt động

+ Tiếng kêu động cơ lớn hơn bình thường

+ Bung một số khớp nối mềm

+ Xì nước ở roăng mặt bích

 Bật công tắc tổng.

 Mở nắp 2 thùng chứa nước nóng TN và nước lạnh TL kiểm tra mực nước cótrong thùng Mực nước chiếm 3/4 thùng Trước khi cho nước vào thùng phảiđóng 2 van xả ở đáy thùng VN7 và VL10 sau đó đậy nắp thùng lại

 Cài đặt nhiệt độ ban đầu là 900C

 Bật công tắc điện trở để gia nhiệt thùng nóng

 Khi nhiệt độ trong thùng chứa nước nóng TN đạt giá trị cài đặt ban đầu thìbắt đầu tiến hành thí nghiệm

Các lưu ý

 Trước khi mở điện trở phải đảm bảo trong thùng có nước ít nhất 2/3thùng

 Trước khi mở điện trở phải đảm bảo trong thùng có nước

 Trước khi mở điện trở phải đảm hệ thống van phù hợp

 Khi mở bơm khởi động phải mở van hoàn lưu

 Nhiệt độ đầu vào mối thí nghiệm phải giống nhau

Thiết bị ống xoắn bằng thủy tinh

từ từ van VN1 cho đạt giá trị thí nghiệm

 Khi lưu lượng đạt giá trị cần thí nghiệm thì mở van VN4, đóng van VN2 và

VN3 Chú ý lúc này dòng nóng không qua lưu lượng kế nhưng vẫn đạt giá trịcần thí nghiệm

từ từ van VL1 cho đạt giá trị thí nghiệm.

 Ghi kết quả thí nghiệm

Khi điều chỉnh lưu lượng của 2 dòng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1 phút thìghi nhiệt độ của 2 dòng:

- Dùng van VN để điều chỉnh lưu lượng dòng nóng theo yêu cầu thí nghiệm Chú

ý trong trường hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ từ van

VN1 cho đạt giá trị thí nghiệm

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

 Điều chỉnh dòng lạnh

- Mở van VL1, VL, VL2, VL7, VL8, VL5

- Đóng van VL3, VL4, VL9, VL6

- Bật bơm lạnh BL

- Dùng van VL để điều chỉnh lưu lượng dòng lạnh theo yêu cầu thí nghiệm Chú ýtrong trường hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ từ van

VL1 cho đạt giá trị thí nghiệm

 Ghi kết quả thí nghiệm

- Khi điều chỉnh lưu lượng của 2 dòng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1 phút thìghi nhiệt độ của 2 dòng

Bảng 3 Kết quả tính toán hiệu suất hiệu suất nhiệt độ dòng nóng, dòng lạnh và

hiệu suất nhiệt độ hửu ích

Với : CN được nội suy theo nhiệt độ tại bảng tính chất vật lý của nước.

CN = CL= 4,18.103 J/kg.K ở khoảng nhiệt độ trong bài

Cân bằng năng lượng khi 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp: Nhiệt lượng do

dòng nóng tỏa ra:

Q N = G N .C N .∆ T N = 0.1145× 4.18 ×103× 24 = 11486.6 (W)

Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:

Q L = G L .C N ∆T L = 0.0665 × 4.18× 103× 17 = 4722.7 (W)Nhiệt lượng tổn thất:

Q f = Q N −Q L = 11486.6 – 4722.7 = 6766.9 (W)Hiệu suất quá trình truyền nhiệt:

Tính toán hệ số truyền nhiệt:

STT (W) Q N t ( o C) max t ( o C) min t ( o C) log (W/m K TN 2 .K)

μ là độ nhớt của dòng nóng, μ được nội suy theo nhiệt độ ở bảng các tính chất vật

lý của nước ở nhiệt độ 63 OC

 Tính chuẩn số Nusselt:Nu= α l

μ là độ nhớt của dòng lạnh, μ được nội suy theo nhiệt độ ở bảng các tính chất vật

lý của nước ở 25 OC → μ = 892.2.10-6 Pa.s

VN = 7 (l/p) VN = 10 (l/p) VN =13 (l/P) VN =16 (l/p) 15.0

5.1.1.3 Nhận xét

Nhìn vào đồ thị biểu diển mối quan hệ giữa KLT và KTN ta thấy KLT và KTN có sựchênh lệch quá lớn Nguyên nhân có thể do nhiệt độ của dòng lỏng vào khôngchính xác (có thể do cảm biến nhiệt độ ở dòng lỏng vào bị hư hỏng), ta tiến hànhthực nghiệm ở nhiệt độ thường (nhiệt độ phòng) nhưng kết quả cho ra nhiệt độdòng lạnh vào chỉ khoảng 17 OC

5.1.2 Trường hợp ngược chiều

V L (l/p)

V L (l/p)

TN QN tmax tmin tlog KTN N L KLT

Trong cùng một lưu lượng nóng bằng nhau, khi tăng lưu lượng dòng lạnh thì hệ

số truyền nhiệt tăng dần

Hệ số truyền nhiệt đặc trưng cho lượng nhiệt truyền từ lưu thể nóng đến lưu thểnguội qua 1m2 bề mặt tường phẳng trong một đơn vị thời gian khi hiệu số chênhlệch nhiệt độ giữa 2 lưu thể là một độ Hệ số truyền nhiệt càng lớn thì thì lượngnhiệt mà lưu thể lạnh nhận được từ lưu thể nóng càng tăng