thực hành thiết bị bài 6 truyền nhiệt vỏ ống thực hành thiết bị bài 6 truyền nhiệt vỏ ống thực hành thiết bị bài 6 truyền nhiệt vỏ ống thực hành thiết bị bài 6 truyền nhiệt vỏ ống thực hành thiết bị bài 6 truyền nhiệt vỏ ống thực hành thiết bị bài 6 truyền nhiệt vỏ ống
MỤC LỤC BÀI : TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG .1 6.1 Tóm tắt 6.2 Giới thiệu 6.2.1 Cơ sở lý thuyết 6.3 Mục đích thí nghiệm 6.4 Thưc nghiệm 6.4.1 Trang thiết bị, hóa chất 6.4.2 Tiến hành thực nghiệm 6.4.3 Kết thí nghiệm 6.5 Kết luận 15 6.6 Tài liệu tham khảo 15 i BÀI : TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG 6.1 Tóm tắt Trong thực hành tiếp cận thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống, trình truyền nhiệt xem truyền nhiệt biến nhiệt ổn định Dễ dàng cho ta thấy ảnh hưởng chiều chuyển động lưu chất lên trình truyền nhiệt vỏ ống dạng ống chùm trường hợp xuôi chiều ngược chiều Từ ta thu kết quả, xử lý số liệu thu nhằm xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN thiết bị so sánh với hệ số truyền nhiệt lý thuyết KLT tính tốn thơng qua chuẩn số, chế độ dòng chảy rút kết luận xem trình truyền nhiệt tốt 6.2 Giới thiệu 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 không gian mà không thay đổi theo thời gian Quá trình truyền nhiệt khơng ổn định q trình mà nhiệt độ thay đổi theo khơng gian thời gian 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 thường theo phương thức cụ thể tổ hợp nhiều phương thức( truyền nhiệt phức tạp) Các phương thức truyền nhiệt gồm dẫn nhiệt, nhiệt đới lưu, xạ 6.2.1 Cơ sở lý thuyết Cân lượng dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp Nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra: (6-1) Nhiệt lượng dòng lạnh thu vào: (6-2) Nhiệt lượng tổn thất: (6-3) Cân lượng: (6-4) Mặt khác nhiệt lượng trao đổi tính theo công thức: (6-5) Phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit khác nhau: (6-6) Trường hợp chảy ngược chiều: (6-7) (6-8) Nếu (6-9) Nếu (6-10) Trường hợp hai lưu thể xảy chiều: = (6-11) = (6-12) Nếu trình truyền nhiệt tỷ số hiệu số nhiệt độ trung bình tính gần sau: (6-13) Hiệu suất nhiệt độ q trình truyền nhiệt dong nóng dòng lạnh lần lượt: (6-14) (6-15) Hiệu suất nhiệt độ hữu ích q trình truyền nhiệt: (6-16) Hiệu suất trình truyền nhiệt: (6-17) Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: (6-18) Trong đó: F = 6.3 Mục đích thí nghiệm - Biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van để 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 xoắn - Tính tốn hiệu suất tồn 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 thưc nghiệm thiết bị từ so sánh với kết thí tính tốn theo lý thuyết 6.4 Thưc nghiệm 6.4.1 Trang thiết bị, hóa chất Được trang bị hệ thống tủ điện 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 ( có) kiểm tra nước đến 2/3 thùng Trước cho nước vào thùng phải đóng van xả đáy Đóng nắp thùng chứa nước nóng 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 6.4.2 Tiến hành thực nghiệm 6.4.2.1 Thí nghiệm : Khảo sát trường hợp xi chiều thiết bị Trước mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phải phù hợp,tránh trường hợp mở bơm mà khơng có dòng chảy Trước mở điện trở phải đảm bảo thùng có nước điều quan trọng bật điện trở mà khơng có nước thùng cần 1-3 phút điện trở hỏng Trước mở bơm phải đảm bảo thùng chứa phải có nước Phải xác định vị trí đầu dò nhiệt độ, quan trọng nhiệt dộ nóng vào, nóng ra, lạnh vào, lạnh Khi mở bơm khởi động phải mở van hoàn lưu Khi vận hành thức dòng nóng chảy qua nhánh phụ khơng qua lưu lượng kế 6.4.2.2 Thí nghiêm 2: Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị Trước mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phải phù hợp ( nghĩa phải có dòng chảy), tránh trường hợp mở bơm mà khơng có dòng chảy ( nghĩa van đóng mở sai) Trước mở điện trở phải đảm bảo thùng có nước điều quan trọng bật điện trở mà khơng có nước thùng cần 1-3 phút điện trở hỏng Trước mở bơm phải đảm bảo thùng chứa phải có nước Phải xác định vị trí đầu dò nhiệt độ, quan trọng nhiệt dộ nóng vào, nóng ra, lạnh vào, lạnh Khi mở bơm khởi động phải mở van hoàn lưu Khi vận hành thức dòng nóng chảy qua nhánh phụ khơng qua lưu lượng kế 6.4.3 Kết thí nghiệm 6.4.3.1 Thí nghiệm : Trường hợp xi chiều Bảng 6-1 : Kết thực nghiệm ( xuôi chiều) STT (l/p) (l/p) () 10 10 49 30 44 33 13 10 48 30 42 34 16 10 47 31 40 35 10 13 48 32 44 36 13 13 48 33 44 36 16 13 47 33 43 35 10 16 47 33 43 34 13 16 46 32 42 34 16 16 45 32 41 33 Trong : VL(l/p) : vận tốc dòng lạnh VN (l/p) : vận tốc dòng nóng T1 () : Nhiệt độ dòng nóng vào T2 () : Nhiệt đọ dòng lạnh vào T3 () : Nhiệt độ dòng nóng T4 () : Nhiệt đơk dòng lạnh 6.4.3.2 Thí nghiệm : Trường hợp ngược chiều Bảng 6-2: Kết thực nghiệm ngược chiều STT (l/p) (l/p) () 10 10 50 26 37 36 10 13 49 26 37 35 10 16 48 27 36 34 13 10 48 27 40 34 13 13 47 28 39 35 13 16 48 28 38 35 16 10 49 28 40 35 16 13 48 27 39 35 16 16 48 27 39 35 Trong : VL(l/p) : vận tốc dòng lạnh VN (l/p) : vận tốc dòng nóng T1 () : Nhiệt độ dòng nóng vào T2 () : Nhiệt đọ dòng lạnh vào T3 () : Nhiệt độ dòng nóng T4 () : Nhiệt đơk dòng lạnh 6.4.3.3 Tính tốn số liệu Hiệu số nhiệt độ Hiệu suất nhiệt độ N = 100% L = 100% Hiệu suất nhiệt độ hữu ích hi = Hiệu suất trình truyền nhiệt Lưu lượng dòng GN = VN nước GL = VL nước nước : Khối lượng riêng nước nhiệt độ xét Nhiệt lượng dòng : QN = GN CN TN QL = GL CL TL CN , CL : Nhiệt dung riêng nước Hiệu suất trình truyền nhiệt : η = 100% Hệ số truyền nhiệt - Hệ số truyền nhiệt lý thuyết KLT = , : Hệ số cấp nhiệt dòng nóng dòng lạnh (W/m.K) := = = (mm) = 2.10-3 (m) λ : Hệ số dẫn nhiệt (W/m.K) = 17,5 (W/m.K) thép không rỉ -Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm Trường hợp xuôi chiều : Trường hợp ngược chiều : Xét t , lớn , nhỏ tmin Tính diện tích truyền nhiệt : F= => Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm : Tính hệ số cấp nhiệt dòng nóng Vận tốc dòng nóng : Tính chuẩn số Renolds : : Độ nhớt dòng nóng, tra bảng theo phương pháp nội suy : Đường kính ống dòng nóng Tính chuẩn số Prandtl : : Tra bảng theo phương pháp nội suy Tính chuẩn số Gr : Gr = g : gia tốc trọng trường 9,81 (m/s2) l : đường kính (m) : hệ số giãn nở thể tích theo nhiệt độ hiệu số nhiệt độ tường dòng lưu chất Dựa vào chuẩn số Renolds ta xác định chế độ chảy dòng, từ suy cơng thức tính chuẩn số Nu Re > 10000 : Nu = 0,02 k Re0,8 Pr0,43 1000 < Re < 10000 : Nu = 0,158 k Re0,33 Pr0,43 Gr0,1 k: hệ số hiệu chỉnh l/d Tính α α= Tính hệ số cấp nhiệt dòng lạnh Vận tốc dòng lạnh : = d= = 26.64 (mm) = 0,026 (m) Tính chuẩn số Renolds : Re = : Độ nhớt dòng lạnh, tra bảng theo phương pháp nội suy : Đường kính ống dòng lạnh Tính chuẩn số Prandtl : Pr = : Tra bảng theo phương pháp nội suy Tính chuẩn số Gr : Gr = g : gia tốc trọng trường 9,81 (m/s2) l : đường kính (m) : hệ số giãn nở thể tích theo nhiệt độ hiệu số nhiệt độ tường dòng lưu chất Dựa vào chuẩn số Renolds ta xác định chế độ chảy dòng, từ suy cơng thức tính chuẩn số Nu Re > 10000 : Nu = 0,02 k Re0,8 Pr0,43 1000 < Re < 10000 : Nu = 0,158 k Re0,33 Pr0,43 Gr0,1 k: hệ số hiệu chỉnh l/d 6.4.3.4 Kết tính tốn Bảng 6-3 : kết qủa tính tốn thiết bị truyền nhiệt ống xoắn (xuôi chiều ) 10 STT TN () 4 4 4 TL() 4 2 N (%) 31 43 58 33 33 33 31 33 33 L (%) 19 29 33 33 25 17 17 hi (%) 25 36 46 33 29 25 19 25 21 GN (kg/s) 0.17 0.17 0.17 0.22 0.22 0.22 0.27 0.27 0.27 GL(kg/s) 0.17 0.22 0.27 0.17 0.22 0.27 0.17 0.22 0.27 QN (J) 3500 4200 4900 3640 3640 3640 4480 4480 4480 QL (J) 2100 3640 4480 2800 2730 2240 700 1820 1120 Η (%) 60 86.67 91.43 76.92 75 61.54 15.63 40.63 2500 tmax 19 18 16 16 15 14 14 14 13 tmin 11 8 8 8 tlog 15 12 12 11 11 11 11 10 QN 3500 4200 4900 3640 3640 3640 4840 4840 4840 KTN 797 1135 1727 1051 1090 1132 1320 1393 1450 KLT 35 35 35 37 37 37 40 40 40 Bảng 6-4 : kết qủa tính tốn thiết bị truyền nhiệt ống xoắn ( ngược chiều ) 11 6.4.3.5 STT TN () 13 12 12 10 10 9 TL() 10 7 7 8 N (%) 93 86 86 57 67 77 64 69 69 L (%) 42 39 33 33 37 35 33 38 38 hi (%) 67 62 60 45 52 56 49 54 54 GN(kg/s 0.17 0.17 0.17 0.22 0.22 0.22 0.27 0.27 0.27 QN (J) 9100 8400 8400 7280 7280 9100 10080 10080 10080 QL (J) 7000 8190 7840 4900 6370 7840 4900 7280 8960 Η (%) 76.92 97.50 93.33 67.31 87.50 86.15 48.61 72.22 88.89 tmax 14 14 14 14 12 13 14 13 13 tmin 11 11 13 11 10 12 12 12 tlog 12 12 11 13 11 11 13 12 12 QN 9100 8400 8400 7280 7280 9100 10080 10080 10080 KTN 2438 2251 2474 1798 2111 2653 2590 2689 2689 KLT 35 38 40 35 38 40 35 38 40 u đồ 12 Biể Mối quan hệ chênh lệch nhiêt độ lưu lượng dòng (xi chiều) T nóng (lạnh) Lạnh Lạnh Lạnh Nóng Nóng Nóng 10 11 12 13 14 15 16 17 Lưu lượng dòng (l/ph) Hình 6-1 :Biểu đồ thể mối quan hệ chênh lệch nhiệt độ lưu lượng dòng trường hợp xi chiều 13 Mối quan hệ chênh lệch nhiệt độ lưu lượng (ngược chiều) 14 12 T nóng (lạnh) 10 10 11 12 13 14 15 16 17 Lưu lượng dòng (l/ph) Nóng Nóng Nóng Lạnh Lạnh Lạnh Hình 6-2: Biểu đồ thể mối quan hệ chênh lệch nhiệt độ lưu lượng dòng trường hợp ngược chiều Biểu đồ thể hệ số truyền nhiệt lí thuyết hai trường hợp ngược chiều xi chiều 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 Xuôi chiều Ngược chiều Hình 6-3: Biểu đồ thể hệ số truyền nhiệt lí thuyết trường hợp ngược chiều xuôi chiều 14 Biểu đồ thể hệ số truyền nhiệt thực nghiệm xuôi chiều ngược chiều 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 Xuôi chiều Ngược chiều Hình 6-4: Biểu đồ thể hệ số truyền nhiệt thực nghiệm hai trường hợp xuôi chiều ngược chiều 6.5 Kết luận Vì 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 1°.Hệ số truyền nhiệt lớn lượng nhiệt mà lưu thể lạnh nhận từ lưu thể nóng tăng.Nghĩa trình truyền nhiệt đạt hiệu quả.Vậy ta rút kết luận trường hợp ngược chiều trình truyền nhiệt diễn tốt trường hợp ngược chiều 6.6 Tài liệu tham khảo [1] Trường Đại học Công nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Tài liệu hướng dẫn thực hành Các trình Thiết bị cơng nghệ Hóa Học Lưu hành nội 2017 [2] Bộ mơn q trình thiết bị, Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt - truyền khối, Hồ Chí Minh: NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2015 15 ...BÀI : TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG 6.1 Tóm tắt Trong thực hành tiếp cận thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống, trình truyền nhiệt xem truyền nhiệt biến nhiệt ổn định Dễ dàng cho ta... xem trình truyền nhiệt tốt 6.2 Giới thiệu Quá trình truyền nhiệt phân biệt thành trình truyền nhiệt ổn định trình truyền nhiệt khơng ổn định Q trình truyền nhiệt ổn định q trình mà nhiệt độ thay... trình truyền nhiệt khơng ổn định q trình mà nhiệt độ thay đổi theo khơng gian thời gian Q trình truyền nhiệt trình chiều, nghĩa nhiệt lượng truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp truyền