BÀI 6 THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG

báo cáo thực hành các quá trình thiết bị và cơ học trong công nghệ hoá BÀI 6 THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG của trường đại học Công nghiệp Tp.HCM do sinh viên biên soạn báo cáo và được giáo viên chỉnh sửa bài đúng theo yêu cầu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC  BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG GVHD: Trần Thảo Quỳnh Ngân SVTH: MSSV: 18073881 Lớp học phần: Ngày thực hành: 01.04.2020 Nhóm: MỤC LỤC 6.1 GIỚI THIỆU 6.2 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 6.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6.4 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 6.4.1 Sơ đồ hệ thống 6.4.1.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt loại ống trùm .7 6.4.2 Trang thiết bị, hoá chất 6.5 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 6.5.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị .8 6.5.1.1 Chuẩn bị 6.5.1.2 Các lưu ý .9 6.5.1.3 Báo cáo .9 6.5.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị 10 6.5.2.1 Chuẩn bị 10 6.5.2.2 Các lưu ý 10 6.5.2.3 Báo cáo .10 6.5.2.4 Kết thúc thực hành 10 6.5.2.5 Báo cáo .11 6.6 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 11 6.6.1 TN1: Khảo sát trường hợp xuôi chiều của thiết bị 11 6.6.2 TN2: Khảo sát trường hợp ngược chiều của thiết bị .19 6.7 BÀN LUẬN CHUNG: 25 6.7.1 Về ảnh hưởng của chiều chuyển động các dòng đến quá trình truyền nhiệt 25 6.7.2 Về ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến quá trình truyền nhiệt 25 6.8 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 BÀI THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỚNG 6.1 GIỚI THIỆU Trong cơng nghiệp đặc biệt lĩnh vực công nghệ hoá học, thực phẩm môi trường biến đổi vật chất kèm theo toả nhiệt hay thu nhiệt đó cần phải có nguồn thu lượng nhiệt (thiết bị làm lạnh hay ngưng tự) hay nguồn toả nhiệt (thiết bị gia nhiệt, đun sôi) Quá trình truyền nhiệt được phẩn biệt thành quá trình truyền nhiệt ổn định quá trình truyền nhiệt không ổn định Quá trình truyền nhiệt ổn định quá trình mà ở đó nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian Quá trình truyền nhiệt không ổn định quá trình mà ở đó nhiệt độ thay đổi theo cả không gian thời gian Quá trình truyền nhiệt không ổn định thường xảy các thiết bị làm việc gián đoạn hoặc giai đoạn đầu cuối của quá trình liên tục Còn quá trình truyền nhiệt ổn định thường xảy thiết bị làm việc liên tục Trong thực tế các thiết bị truyền nhiệt thường làm việc ở chế độ liên tục, việc nghiên cứu quá trình truyền nhiệt không ổn định nhằm mục đính điều khiển các quá trình không ổn định để đưa về trạng thái ổn định, lý thuyết về truyền nhiệt không ổn định khá phức tạp Do đó, chương trình chỉ xét đến quá trình truyền nhiệt ổn định Quá trình truyền nhiệt quá trình một chiều, nghĩa nhiệt lượng chỉ được 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 một phương thức cụ thể đó hoặc tổ hợp các nhiều phương thức (truyền nhiệt phức tạp) Các phương thức truyền nhiệt về bản gồm dẫn nhiệt, nhiệt đối lưu, bức xạ Trong thực hành tiếp cận thiết bị truyền nhiệt loại vỏ ống, quá trình truyền nhiệt được xem truyền nhiệt biến ổn định 6.2 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Mục đích của quá trình nhằm thực hiện một giai đoạn đó uy trình công nghệ, đó có thể đun nóng , làm nguội, ngưng tụ hay bốc Tùy thuộc vào bản chất của quá trình mà ta có phân bố các dòng cho giảm tổn thất, tăng hiệu suất của quá trình Khảo sát quá trình trao đổi nhiệt dòng nóng lạnh, thay đổi lưu lượng dòng - Tính toán hiệu suất toàn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng ở lưu lượng dòng khác - Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trường hợp xuôi chiều ngược chiều - Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị ống xoắn từ đó so sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết KLT 6.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Quá trình trao đổi nhiệt dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách rất thường gặp các lĩnh vực công nghiệp hoá chất, thực phẩm, hoá dầu, Trong đó nhiệt lượng dòng nóng toả sẽ được dòng lạnh thu vào Mục đích của quá trình nhằm thực hiện một giai đoạn đó qui trình công nghệ, đó có thể đun nóng, làm nguội, ngưng tụ hay bốc hơi, Tuỳ thuộc vào bản chất quá trình mà ta sẽ bố trí phân bố của các dòng cho giảm tổn thất, tăng hiệu suất của quá trình Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tuỳ thuộc vào cxách ta bố trí thiết bị, điều kiện hoạt động, Trong đó, chiều chuyển động của các dòng có ý nghĩa rất quan trọng - Cân bằng lượnhg dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp: - Nhiệt lượng dòng nóng toả ra: QN = GN.CN - Nhiệt lượng dòng lạnh thu vào: QL = GL.CL - Nhiệt lượng tổn thất: Qf = QN - QL - Cân bằng nhiệt lượng: QN = QL + Qf - Nhiệt lượng trao đổi: Q = KF Với = (hiệu số nhiệt độ trung bình logarit) - Xét trường hợp:  Ngược chiều Nếu >  Nếu <   Xuôi chiều Nếu quá trình truyền nhiệt tỷ số < thì hiệu số nhiệt độ trung bình có thể được tính gần công thức sau: - Hiệu suất nhiệt độ của dòng nóng: - Hiệu suất nhiệt độ của dòng lạnh: Ta có: - Hiệu suất nhiệt độ hữu ích của quá trình truyền nhiệt: - Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: - Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: Trong đó: Với F = , m2 (dtb = ): đường kính trung bình của ống truyền nhiệt, m *Hệ số cấp nhiệt (dòng nóng): - Chuẩn số Reynolds: v: độ nhớt của dòng nóng - Chuẩn số Prandtl: - Tính chuẩn số Nusselt: Nếu dòng nóng chảy xoáy: Nếu dòng nóng chảy quá độ: *Hệ số cấp nhiệt (dòng lạnh): - Ch̉n sớ Reynolds: với 6.4 MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 6.4.1 Sơ đồ hệ thống 6.4.1.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt loại ống trùm 6.4.2 Trang thiết bị, hoá chất Bài thực hành được trang bị hệ thống tủ điện điều khiển hệ thống bơm, điện trở, cài đặt nhiệt độ các 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 mức 2/3 thùng Trước cho nước vào thùng phải đóng van xả ở đáy - Đóng nắp thùng chứa nước nóng lạnh (nếu có) - Cài đặt nhiệt độ bộ điều khiển ON/OFF - Bật công tắc điện trở - Khi nhêịt độ thùng chứa nước nóng TN đạt giá trị cài đặ thì bắt đầu tiến hành thí nghiệm - Trên mô hình thiết bị ống chùm ống xoắn bố trí dòng chảy xuôi chiều hay ngược chiều chỉ cần điều chỉnh dòng lạnh, còn dòng nóng thì bố trí cố định một chiều từ xuống - Trên mô hình thiết bị ống lồng ống thì dòng nóng cố định một chiều chảy từ lên 6.5 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 6.5.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị 6.5.1.1 Chuẩn bị - Trước mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phải phù hợp (nghĩa phải có dòng chảy), tránh trường hợp mở bơm mà không có dòng chảy (nghĩa van đóng mở sai) thì sẽ gặp hiện tượng sau: o Lưu lượng kế không thấy hoạt động o Tiếng kêu động lớn bình thường o Bung một số khớp nối mềm (nếu có) o Xì nước ở roăn mặt bích o Có khả hỏng bơm (bốc mùi khét)  Gặp hiện tượng vậy thì tắt bơm kiểm tra lại hệ thống van - Trước mở điện trở phải đảm bảo thùng có nước điều rất quan trọng vì nếu bật điện trở mà không có nước thùng thì chỉ cần 1-3 phút điện trở sẽ hỏng (trường hợp sinh viên hoặc tổ trực tiếp thực hành phải bồi thường bất cẩn của mình) - Trước mở bơm phải đảm bảo thùng chứa phải có nước - Phải xác định được các vị trí đầu dò nhiệt độ, quan trọng đó nhiệt độ nóng vào nóng ra, lạnh vào, lạnh nếu việc đánh số các đầu dò không khớp mô hình ở sơ đồ thì sinh viên có thể dùng phán đoán sau: o Nhiệt độ cài đặt cao nhất (T9) o Nhiệt độ nóng vào cao thứ nhì (T1, T5) o Nhiệt độ lạnh vào thấp nhất (T2, T4, T6, T8) o Nhiệt độ nhiệt độ nóng (T3, T7) lớn lạnh (T2, T4, T6, T8) nếu bố trí chảy xuôi chiều - Khi mở bơm khởi đợng phải mở van hồn lưu (VL1, VN1) - Khi vận hành chính thức dòng nóng chảy qua nhánh phụ không qua lưu lượng kế 6.5.1.2 Các lưu ý - Trước mở điện trở phải đảm bảo thùng có nước ít nhất 2/3 thùng - Trước mở bơm phải đảm bảo chứa phải có nước - Trước mở bơm phải đảm bảo hệ thống van phải phù hợp - Khi mở bơm khởi đợng phải mở van hồn lưu - Khi điều chỉnh lưu lượng cần điều chỉnh lưu lượng dòng nóng nước điều chỉnh xong cho dòng nóng qua nhánh phụ đó tắt bơm nóng Tiếp theo điều chỉnh lưu lượng dòng lạnh, điều chỉnh xong mở bơm nóng - Nhiệt độ đầu vào thí nghiệm phải giống 6.5.1.3 Báo cáo - Xác định nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra, lạnh thu vào nhiệt lượng tổn thất - Xác định so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng hiệu suất nhiệt độ - Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt - Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm - Xác định hệ số truyền nhiệt theo lý thuyết - Vẽ đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết KLT trường hợp xuôi chiều 6.5.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị 6.5.2.1 Chuẩn bị Giống thí nghiệm 6.5.2.2 Các lưu ý Giống thí nghiệm 6.5.2.3 Báo cáo - Xác định nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra, lạnh thu vào nhiệt lượng tổn thất - Xác định so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng hiệu suất nhiệt độ - Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt - Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm - Xác định hệ số truyền nhiệt theo lý thuyết - Vẽ đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết KLT trường hợp ngược chiều so sánh với thí nghiệm - Tương tự có thể khảo sát các thiết bị TB2 đối với mô hình ống chùm ống xoắn hoặc có thể tháo lắp các thiết bị khác đối với mô hình thiết bị ống lồng ống 6.5.2.4 Kết thúc bài thực hành - Tắt bơm nóng bơm lanh - Tắt công tắc điện trở, điều chỉnh bộ điều khiển nhiệt độ về 20°C - Tắt công tắc tổng - Tắt cầu dao nguồn - Chờ nước nguội 50°C - Xả nước các thùng - Khóa van nước nguồn cấp - Vệ sinh máy khu vực máy - Ghi chép vào sổ nhật ký sử dụng máy 6.5.2.5 Báo cáo - Xác định nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra, lạnh thu vào nhiệt lượng tổn thất - Xác định so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng hiệu suất nhiệt độ - Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt - Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm - Xác định hệ số truyền nhiệt theo lý thuyết - Vẽ đồ thị biểu diễn hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN của thiết bị tự quả tính toán theo lý thuyết KLT trường hợp xuôi chiều 6.6 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 6.6.1 TN1: Khảo sát trường hợp xuôi chiều của thiết bị Bảng 1.1: Kết quả khảo sát thực nghiệm trường hợp chảy xuôi chiều thiết bi VNóng (LPM) VLạnh (LPM) T1 (nóng vào) 51 T3 (nóng ra) 36 T2 (lạnh vào) 30 T4 (lạnh ra) 34 Tnồi (oC) 80 10 15 20 18 27 36 18 27 36 18 27 36 18 27 36 48 48 45 55 53 52 51 52 50 49 48 51 49 48 47 33 33 33 41 40 38 35 42 39 38 37 42 40 38 38 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 32 31 31 36 34 33 32 38 36 34 33 39 37 35 33 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 Tính nhiệt độ trung bình dòng nóng dòng lạnh: = (oC) = (oC) Tra bảng 1.249 (tr.310): sổ tay QTTB Tập 1, ta có bảng sau: Bảng1.2: Tra Khối lượng riêng và độ nhớt của nước thay đổi theo nhiệt độ Nhiệt dung riêng Cp Hệ sớ dẫn nhiệt λ×102 Hệ sớ ×104 Khới lượng riêng ρ (Kg/m3) Đợ nhớt υ × 106 25 996,9 0,895 4178 60,8 2,52 30 995,7 0,801 4178 61,7 3,21 35 994,0 0,722 4178 62,6 3,60 40 992,2 0,653 4178 63,4 3,87 45 990,1 0,598 4178 64,1 4,20 50 988,1 0,549 4178 64.7 4,49 Nhiệt độ T (oC) (m2/s) a/ Tính toán kết quả khảo sát:  Hiệu suất nhiệt đô - Hiệu suất nhiệt đô của dòng nóng: (kJ/kg.độ) (W/m.độ) = 88,235 % - Hiệu suất nhiệt đô của dòng lạnh: = = 23,53 % - Hiệu suất nhiệt đô hữu ích của quá trình truyền nhiệt: = % - Xuôi chiều: ∆TN = Tnóngvào- Tnóngra = 51 – 36 = 15 (oC) ∆TL=Tlạnhra-Tlạnhvào = 34 -30 = (oC) Bảng 1.3: Kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ STT 10 11 12 13 14 15 16 ∆TN = Tnóngvào- Tnóngra ∆TL=Tlạnhra-Tlạnhvào ȠN ȠL Ƞhi 15 15 15 12 14 13 14 16 10 11 11 11 9 10 1 88,24 93,75 88,24 85,71 73,68 68,42 73,68 84,21 71,43 78,57 73,33 73,33 75 75 76,92 64,29 23,53 12,5 5,88 7,14 31,58 21,05 15,79 10,53 57,14 42,86 26,67 20 75 58,33 38,46 21,43 55,89 53,13 47,06 46,43 52,63 44,74 44,74 47,37 64,29 60,72 50 46,67 75 66,67 57,69 42,86  Hiệu suất truyền nhiệt Tnồi = 80 oC  CN CL = 4,2.103 (J/kg) VN = (LMP) VL = 9,18,27,36 (LMP) - Nhiệt lượng dòng nóng toả ra: GN = VN = = 0,082578 (kg/s) Mà = 0,000015324364.T3 – 0,00584994855.T2 + 0,016286058705.T + 1000,04105055224  = 0,000015324364.(43,5)3 – 0,00584994855.(43,5)2 + 0,016286058705.43,5 + 1000,04105055224 = 990,94 (Kg/m3) QN =GN.CN = GN.CN = = 5185 (W) - Nhiệt lượng dòng lạnh thu vào: GL = VL (kg/s) QL = GL.CL = GL.CL (W) - Nhiệt lượng tổn thất: Qf = QN - QL = 5175,163 – 2494,45 = 2499 (W) - Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt = Bảng 1.4: Kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt STT 10 11 12 13 14 15 16 GN (kg/s) GL (kg/s) QN(W) QL(W) Qf (W) η(%) 0,082578 0,082677 0,082677 0,082724 0,16484 0,164948 0,165053 0,16519 0,247368 0,247633 0,247735 0,247835 0,329897 0,330177 0,33038 0,330447 0,149261 0,298614 0,447989 0,597318 0,149214 0,298521 0,447854 0,597228 0,149165 0,298428 0,447782 0,597138 0,149141 0,29838 0,447714 0,597138 5185,073 5191,289 5191,289 4155,392 9660,283 8976,14 9672,766 11063,77 10354,82 11402,51 11407,21 11411,81 12428,54 12439,09 13829,71 12449,26 2499,226 2499,996 1875,282 2500,373 3747,659 4998,436 5624,151 4999,993 4995,238 7495,318 7497,662 7498,859 5618,738 8743,131 9370,654 7498,859 2685,846 2691,292 3316,007 1655,019 5912,625 3977,705 4048,615 6063,773 5359,587 3907,191 3909,544 3912,951 6809,802 3695,958 4459,053 4950,401 48,2 48,16 36,12 60,17 38,79 55,69 58,14 45,19 48,24 65,73 65,73 65,71 45,21 70,29 67,76 60,24  Hệ số truyền nhiệt Xuôi chiều: (oC) (oC) Hiệu suất nhiệt đột hữu ích logarit log = = (oC) Đường kính trung bình của ống truyền nhiệt: Diện tích bề mặt truyền nhiệt ống chùm: F = π dtb L = π.0,009.0,65.19 = 0,35 (m2) Vì dòng nóng ống nên nhiệt lượng trao đổi sẽ nhiệt lượng dòng nóng, đó: KTN = = = 1833,477 (W/m2K) Bề dày ống: ) Độ dẫn nhiệt: Đường kính tương đương của thiết bị: Ta có: Dt = 0,1m đường kính của ống inox dn = 0,01m đường kính của ống thiết bih thuỷ tinh Trong đó: D diện tích ướt (m2), C chu vi mặt cắt ướt (m) Tính hệ số cấp nhiệt (dòng nóng) và (dòng lạnh):  Hệ số cấp nhiệt (dòng nóng) * Chuẩn số Reynolds tại t = 43,75 oC *Chuẩn số Prandtl: Pr = Sử dụng sổ tay QTTB tra chuẩn số Prandtl dòng nóng ở Chuẩn số Grashoff: Trong đó: g = 9,81 m/s2 l==0,008 m độ nhớt động học của nước ở hệ số giãn nở thể tích của nước ở Chuẩn số Nuselt: Vì = 1130,287 < 2300  dòng nóng chảy tầng; Nu = 0,158 Nu = 0,158 - Hệ số cấp nhiệt αN là: Tra bảng = 63,4.10-2 hệ số dẫn nhiệt của nước ở αN = = = 792,717 (W/m2.độ)  Xác định α2 dòng lạnh Tốc độ dòng chảy của dòng lạnh: - Chuẩn số Reynolds Sử dụng sổ tay QTTB tra chuẩn số Prandtl ở , Vì Vì 2300 < ta dùng công thức tính chuẩn số Nusselt sau: Mặt khác: Hệ số cấp nhiệt của dòng nóng: - Hệ số truyền nhiệt lý thuyết là: KLT = = = 477,793 (W/m2.độ) với = = = (mm) = 0.001 (m) Bảng 1.5: Kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt ST T 10 11 12 13 14 15 16 QN max log (W) (oC) (oC) (oC) 21 8,08 18 5,88 18 7,28 15 6,45 25 23 22 21 9,25 22 10,5 20 8,96 19 9,63 18 9,31 21 9,25 19 8,67 18 8,37 17 9,81 5185,07 5191,28 5191,28 4155,39 9660,28 8976,14 9672,76 11063,7 10354,8 11402,5 11407,2 11411,8 12428,5 12439,0 13829,7 12449,2 12,4 12,6 11,4 KTN αN αL KLT (W/m2K ) (W/m2K ) (W/m2K ) (W/m2K ) 1833,477 792,717 1291,44 477,793 2522,492 771,316 6995,082 694,7131 2037,398 767,325 10119,04 713,2401 1840,705 753,262 13113,48 712,3437 2220,5 1037,888 3704,267 810,7315 2027,361 1020,106 6945,785 889,472 2409,457 1005,895 10045,86 914,3417 3417,379 982,944 13065,35 914,1684 2801,63 1882,349 1274,877 760,0861 3636,004 1857,055 2595,388 1082,502 3384,425 1856,428 3615,707 1226,633 3502,167 1857,286 4568,485 1320,462 3838,931 2435,335 1271,128 835,1959 4099,222 2405,855 2587,204 1246,618 4720,842 2405,361 3603,561 1442,499 3625,822 2406,155 4568,485 1576,065 K (W/m2K) Trường hợp xuôi chiều 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 10 12 14 16 18 Thi nghiêm thư i K thưc nghi ê m K lý thuyết Hình Đồ thi so sánh hệ số truyền nhiệt và lí thuyết trường hợp xuôi chiều Bàn luận: - Trong trường hợp xuôi chiều, ta thấy ở mức lưu lượng V N = l/ph KLT lớn KTN, còn ở mức VN = 10,15,20 l/ph trở thì KLT lớn nhiều so với KTN - Nhìn hình ta thấy KLT tăng dần lưu lượng Truyền nhiệt xuôi chiều có hiệu suất cao truyền nhiệt ngược chiều - Sở dĩ có khác vậy vì quá trình tính toán K TN chỉ có tính đến QN log mà yếu tố lại phụ thuộc vào nhiệt độ các đầu báo về - Trong quá trình tính toán KLT thì ta sẽ tính các chuẩn số đồng dạng Nusselt, Reynolds Từ đó ta nhận thấy, αN của dòng nó có giá trị xấp xỉ bằng ở cùng một mức lưu lượng VN tăng lên VN tăng Đối với αL của dòng lạnh thì tăng dần VL tăng hoặc VN tăng, điều được giải thích V L tăng dẫn đến vận tốc dòng lạnh tăng dần đến Re tăng dần dẫn đến Nusselt tăng tỷ lệ thuận với α L - Trong lúc tính toán xử lý số liệu thì K LT KTN có lúc tăng dần lên xuống dẫn đến lúc vẽ hình không được đẹp có thể lúc thực nghiệm sai sót hoặc lúc xử lý số liệu bị sai quáng gà 6.6.2 TN2: Khảo sát trường hợp ngược chiều của thiết bị Bảng 1.6: Kết quả khảo sát thực nghiệm trường hợp chảy ngược chiều thiết bi VNóng (LPM) VLạnh (LPM) 18 27 36 18 27 36 18 27 36 18 27 36 10 15 20 T1 (nóng vào) 53 50 48 45 53 51 48 46 53 52 50 49 53 52 51 49 T3 (nóng ra) 49 47 44 42 50 47 45 44 51 49 47 45 49 48 45 44 T2 (lạnh vào) 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 T4 (lạnh ra) 34 32 32 32 33 33 32 31 34 33 32 31 33 33 32 31 a/ Tính toán kết quả khảo sát:  Hiệu suất nhiệt đô - Hiệu suất nhiệt độ của dòng nóng: = 21,05 % - Hiệu suất nhiệt độ của dòng lạnh: = = 21,05 % - Hiệu suất nhiệt độ hữu ích của quá trình truyền nhiệt: = - Xuôi chiều: ∆TN = Tnóngvào - Tnóngra = 53 – 49 = 15 (oC) ∆TL=Tlạnhra -Tlạnhvào = 34 -30 = (oC) Bảng 1.7: Kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Tnồi (oC) 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 STT 10 11 12 13 14 15 16 ∆TN = Tnóngvào- Tnóngra ∆TL=Tlạnhra-Tlạnhvào ȠN % ȠL% Ƞhi% 4 3 2 3 4 2 3 3 21,05 16,67 25 23,08 15 22,22 18,75 13,33 10,53 15,79 16,67 22,22 20 21,05 31,58 27,78 21,05 11,11 12,5 15,38 15 16,67 12,5 6,67 21,05 15,79 11,11 5,56 15 15,79 10,53 5,56 31,58 22,23 31,25 30,77 22,5 30,56 25 16,67 21,06 23,69 22,23 25 27,5 28,95 36,85 30,56  Hiệu suất truyền nhiệt Tnồi = 80 oC  CN CL = 4,2.103 (J/kg) VN = (LMP) VL = 9,18,27,36 (LMP) - Nhiệt lượng dòng nóng toả ra: GN = VN = = 0,0805 (kg/s) Mà = 0,000015324364.T3 – 0,00584994855.T2 + 0,016286058705.T + 1000,04105055224  = 0,000015324364.(87,5)3 – 0,00584994855.(87,5)2 + 0,016286058705.87,5 + 1000,04105055224 = 966,94 QN =GN.CN = GN.CN = = 6408 (W) - Nhiệt lượng dòng lạnh thu vào: GL = VL (kg/s) QL = GL.CL = GL.CL (W) - Nhiệt lượng tổn thất: Qf = QN - QL = 6408 – 3102 = 3306,38 (W) - Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt = Bảng 1.8: Kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt STT 10 11 12 13 14 15 16 GN (kg/s) GL (kg/s) QN(W) QL(W) Qf (W) η(%) 0,080578 0,08066 0,080741 0,080821 0,161642 0,162318 0,161695 0,161958 0,241323 0,242063 0,242223 0,24278 0,323497 0,323813 0,324123 0,323603 0,148223 0,29658 0,445068 0,593682 0,148154 0,296445 0,445068 0,593424 0,148013 0,296307 0,44487 0,59316 0,148083 0,296445 0,444668 0,593424 6408,69 6415,21 6421,65 6428,02 20299 16307,12 16921,38 16948,9 15152,67 18238,96 19264,96 21341,82 31145,64 31176,07 31205,91 25737,44 3102,31 4965,94 5589,16 4970,31 3721,04 6204,59 5589,16 7452,22 4956,66 7442,05 7448,9 9931,87 4339,13 6204,59 9306,9 7452,22 3306,38 1449,27 832,49 1457,71 16577,96 10102,53 11332,22 9496,68 10196,01 10796,91 11816,06 11409,95 26806,51 24971,48 21899,01 18285,22 48,41 77,41 87,04 77,32 18,33 38,05 33,03 43,97 32,71 40,8 38,67 46,54 13,93 19,9 29,82 28,95 Hệ số truyền nhiệt  Ngược chiều = 71 – 30 = 41 (oC) = 52 – 35 = 17 (oC) = 27,26 (oC) Đường kính trung bình của ống truyền nhiệt: Diện tích bề mặt truyền nhiệt ống chùm: F = π dtb L = π.0,009.0,65.19 = 0,35 (m2) Vì dòng nóng ống nên nhiệt lượng trao đổi sẽ nhiệt lượng dòng nóng, đó: KTN = = = 682,4955 (W/m2K) Bề dày ống: ) Độ dẫn nhiệt: Đường kính tương đương của thiết bị: Ta có: Dt = 0,1m đường kính của ống inox dn = 0,01m đường kính ngồi của ớng thiết bih thuỷ tinh Trong đó: D diện tích ướt (m2), C chu vi mặt cắt ướt (m) Tính hệ số cấp nhiệt (dòng nóng) và (dòng lạnh):  Hệ số cấp nhiệt (dòng nóng) * Chuẩn số Reynolds tại t = 43,75 oC *Chuẩn số Prandtl: Pr = Sử dụng sổ tay QTTB tra chuẩn số Prandtl dòng nóng ở Chuẩn số Grashoff: Trong đó: g = 9,81 m/s2 l==0,008 m độ nhớt động học của nước ở hệ số giãn nở thể tích của nước ở Chuẩn số Nuselt: Vì = 1120,637 < 2300  dòng nóng chảy tầng; Nu = 0,158 Nu = 0,158 - Hệ số cấp nhiệt αN là: Tra bảng = 67,8.10-2 hệ số dẫn nhiệt của nước ở αN = = = 1060,448(W/m2.độ)  Xác định α2 dòng lạnh Tốc độ dòng chảy của dòng lạnh: - Chuẩn số Reynolds Sử dụng sổ tay QTTB tra chuẩn số Prandtl ở , Vì Vì 2300 < ta dùng công thức tính chuẩn số Nusselt sau: Mặt khác: Hệ số cấp nhiệt của dòng nóng: - Hệ số truyền nhiệt lý thuyết là: KLT = = = 569,2279 (W/m2.độ) với = = = (mm) = 0.001 (m) Bảng 1.9: Kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt ST T QN max log (W) (oC) (oC) (oC) 6408,69 41 17 6415,21 40 17 6421,65 39 17 6428,02 38 17 20299 16307,1 16921,3 41 41 12 40 12 27,2 26,8 26,4 26,1 17,1 23,6 23,2 KTN αN αL KLT (W/m2K ) (W/m2K (W/m2K (W/m2K ) ) ) 1060,44 682,4955 1321,659 569,2279 1038,08 692,5244 2671,93 716,9907 1012,54 703,089 3708,505 760,8035 713,6871 993,429 4684,205 782,9378 3439,259 1199,319 1316,974 605,963 1266,37 1997,324 2678,522 819,5774 1228,21 2107,719 3708,505 876,4357 10 11 12 13 14 15 16 16948,9 15152,6 18238,9 19264,9 21341,8 31145,6 31176,0 31205,9 25737,4 39 11 40 17 39 15 39 16 38 13 40 10 39 11 38 10 37 15 22,1 26,8 25,1 25,8 23,3 21,6 22,1 20,9 24,3 1203,01 2276,74 2185,43 2164,06 2106,03 2764,60 2218,061 1638,413 2106,675 2164,838 2652,082 4668,204 906,9454 1308,671 793,3354 2669,072 1124,38 3695,712 1266,112 4652,101 1338,82 1312,27 846,8142 2678,522 1254,71 4307,225 2728,41 2685,88 3704,83 1429,842 3060,169 2728,41 4668,204 1567,713 4169,585 4081,219 Trường hợp ngược chiều 5000 4500 4000 K (W/m2K) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 10 T hi nghi êm i 12 K lý thuyết K thưc nghi ê m 14 16 Hình Đồ thi so sánh hệ số truyền nhiệt và lí thuyết trường hợp ngược chiều Bàn luận: - Trong trường hợp xuôi chiều, ta thấy ở mức lưu lượng V N = l/ph KLT lớn KTN, còn ở mức VN = 10,15,20 l/ph trở thì KLT lớn nhiều so với KTN 18 - Sở dĩ có khác vậy vì quá trình tính toán K TN chỉ có tính đến QN log mà yếu tố lại phụ thuộc vào nhiệt độ các đầu báo về - Trong quá trình tính toán KLT thì ta sẽ tính các chuẩn số đồng dạng Nusselt, Reynolds Từ đó ta nhận thấy, αN của dòng nó có giá trị xấp xỉ bằng ở cùng một mức lưu lượng VN tăng lên VN tăng Đối với αL của dòng lạnh thì tăng dần VL tăng hoặc VN tăng, điều được giải thích V L tăng dẫn đến vận tốc dòng lạnh tăng dần đến Re tăng dần dẫn đến Nusselt tăng tỷ lệ thuận với α L - Trong lúc tính toán xử lý số liệu thì K LT KTN có lúc tăng dần lên xuống dẫn đến lúc vẽ hình không được đẹp có thể lúc thực nghiệm sai sót hoặc lúc xử lý số liệu bị sai quáng gà 6.7 BÀN LUẬN CHUNG: 6.7.1 Về sự ảnh hưởng của chiều chuyển đông các dòng đến quá trình truyền nhiệt - Đối với hệ số truyền nhiệt tính từ thực nghiệm ta nhận thấy KTN xuôi chiều thì lớn chút xíu so với trường hợp ngược chiều - Đối với hệ số truyền nhiệt tính theo lý thuyết thì ta thấy KLT ngược chiều nhỉnh so với xuôi chiều không đáng kể (hai đường đồ thị gần trùng nhau) 6.7.2 Về sự ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến quá trình truyền nhiệt - Trong cùng một lưu lượng nóng bằng (VN = const), tăng lưu lượng dòng lạnh (VL = 5,10,15,20 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt sẽ tăng dần - Nhận thấy nếu lưu lượng dòng lạnh bằng (VL = const) qua các mức tăng lưu lượng dòng nóng (VN = 5,10,15,20 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt cũng sẽ tăng lên 6.8 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Xuân Toản, Quá trình thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm, tập 3: Quá trình thiết bị truyền nhiệt, NXB Khoa học kỹ thuật, 2008 [2] Phạm Văn Bôn, Quá trình thiết bị công nghệ hoá học thực phẩm, Bài tập truyền nhiệt, NXB ĐH Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2004 [3] Tập thể tác giả, Bảng tra cứu quá trình học truyền nhiệt – truyền khối: Quá trình thiết bị công nghệ hoá học thực phẩm, NXB ĐH Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2012 ... 22 76, 74 2185,43 2 164 , 06 21 06, 03 2 764 ,60 2218, 061 163 8,413 21 06, 675 2 164 ,838 265 2,082 466 8,204 9 06, 9454 1308 ,67 1 793,3354 266 9,072 1124,38 369 5,712 1 266 ,112 465 2,101 1338,82 1312,27 8 46, 8142 267 8,522... 0,32 360 3 0,148223 0,2 965 8 0,445 068 0,59 368 2 0,148154 0,2 964 45 0,445 068 0,593424 0,148013 0,2 963 07 0,44487 0,593 16 0,148083 0,2 964 45 0,44 466 8 0,593424 64 08 ,69 64 15,21 64 21 ,65 64 28,02 20299 163 07,12... 53,13 47, 06 46, 43 52 ,63 44,74 44,74 47,37 64 ,29 60 ,72 50 46, 67 75 66 ,67 57 ,69 42, 86  Hiệu suất truyền nhiệt Tnồi = 80 oC  CN CL = 4,2.103 (J/kg) VN = (LMP) VL = 9,18,27, 36 (LMP) - Nhiệt