PHÚC TRÌNH THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ BÀI NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Nhiệt động lực học 1 MỤC LỤC 1. TRÍCH YẾU ......................................................................................................................... 2 1.1. Mục đích thí nghiệm .................................................................................................... 2 1.2. Phương pháp thí nghiệm .............................................................................................. 2 1.3. Kết quả thí nghiệm (số liệu thô)................................................................................... 2 1.4. Nhận xét kết quả........................................................................................................... 3 2. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM.............................................................................................. 3 2.1. Phân loại trạng thái không khí ẩm................................................................................ 3 2.2. Các thông số đặc trưng cho không khí ẩm................................................................... 4 2.3. Phân loại trạng thái hơi nước ....................................................................................... 5 3. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM.................................... 5 3.1. Mô hình thí nghiệm...................................................................................................... 5 3.2. Mô tả sơ đồ................................................................................................................... 5 3.3. Phương pháp thí nghiệm .............................................................................................. 6 4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM................................................................................................... 8 5. BÀN LUẬN ......................................................................................................................... 17 6. PHỤ LỤC............................................................................................................................ 23 7. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 25

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ PHÚC TRÌNH THÍ NGHIỆM Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Bài: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CBHD: Trần Lê Hải Sinh viên: Lê Khắc Hưng MSSV: 1611427 Nhóm, lớp: H1.1, TNH1 Ngày TN: 19/09/2018 Năm học 2018 - 2019 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị MỤC LỤC TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm 1.2 Phương pháp thí nghiệm 1.3 Kết thí nghiệm (số liệu thô) 1.4 Nhận xét kết LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM 2.1 Phân loại trạng thái khơng khí ẩm 2.2 Các thông số đặc trưng cho không khí ẩm 2.3 Phân loại trạng thái nước THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 Mơ hình thí nghiệm 3.2 Mô tả sơ đồ 3.3 Phương pháp thí nghiệm KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BÀN LUẬN 17 PHỤ LỤC 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm Mục đích thí nghiệm giúp sinh viên tìm hiểu thực tế số vấn đề lý thuyết học môn học Nhiệt động lực học kỹ thuật Từ giúp sinh viên có khái niệm chung mơn học, hiểu vai trị áp dụng cơng nghiệp đời sống 1.2 Phương pháp thí nghiệm Xác định trạng thái khơng khí bao gồm: nhiệt độ, đổ ẩm khơng khí vị trí trước dàn lạnh (cũng trạng thái khơng khí mơi trường xung quanh), trước thiết bị sấy nóng khơng khí (sau dàn lạnh 4), trước vịi phun sau dàn phun (thải trời) Từ số liệu đo được, vẽ trình thay đổi trạng thái khơng khí giản đồ i-d sở đó, xác đinh enthalpy độ chứa khơng khí vị trí Tính tốn cân nhiệt ống khí động bao gồm: xác định lưu lượng gió thổi qua ống, xác định suất lạnh dàn lạnh phụ tải nhiệt thiết bị sấy 1.3 Kết thí nghiệm (số liệu thơ) Bảng 1.1: Nhiệt độ khơng khí – bão hịa Vận tốc Điểm Điểm Điểm Điểm gió Trước Trước Trước vòi Sau vòi phun phun đầu Lần Dàn thiết bị ống đo lạnh sấy khí động T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 28,6 26,8 25,6 24,2 50,8 34,6 39,5 36,3 28,4 26,6 24,4 23,8 48,9 32,3 38,5 36,1 28,4 26,6 24,7 23,9 44,4 31,9 36,7 35,1 28,7 26,8 24,8 21,9 44,4 31,8 35,9 35,3 28,6 26,7 24,6 23,2 41,6 30,1 35,5 35,1 28,7 26,9 24,4 22,9 40,7 29,7 35,4 34,7 v (m/s) 2,2 3,5 4,4 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Bảng 1.2: Nhiệt độ khơng khí - q nhiệt Vận tốc Điểm Điểm Điểm Điểm gió Trước Trước Trước vòi Sau vòi phun phun đầu Lần Dàn thiết bị ống đo lạnh sấy khí động T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 29,9 27,6 23,7 24,5 48,1 31,3 38,4 29,0 30,2 27,7 23,7 24,9 47,1 31,0 38,0 29,5 30,1 27,8 24,5 25,6 43,5 30,7 38,2 30,6 30,1 27,7 24,4 25,8 42,2 30,5 37,0 30,4 30,3 27,8 24,2 25,9 40,5 30,2 37,6 30,9 30,3 27,8 25,6 22,3 41,1 30,4 36,3 29,9 Lần đo 2,2 3,5 4,4 28 28 26 29 27 26 120 120 120 120 120 120 v (m/s) 2.2 3,5 4,4 Bảng 1.3: Các số liệu khác Vận tốc ống khí động v (m/s) Mẫu đo lượng nước tách từ giàn lạnh v1 ( ml) Thời gian lấy mẫu đo lượng nước τ1 (s) 1.4 Nhận xét kết Kết có sai lệch với lý thuyết sai sót xảy q trình thực nghiệm LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM 2.1 Phân loại trạng thái khơng khí ẩm Các loại khơng khí ẩm:  Khơng khí ẩm chưa bão hịa: loại khơng khí ẩm mà lượng nước chứa chưa đến mức tối đa Khơng khí ẩm chưa bão hịa cịn có khả chứa thêm nước Trạng thái nước khơng khí ẩm chưa bão hịa nhiệt Phần áp suất nước không khí ẩm chưa bão hịa nhỏ áp suất bão hịa nước ứng với nhiệt độ khơng khí ẩm (Ph < Phs) Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị  Khơng khí ẩm bão hịa: khơng khí ẩm mà lượng nước chứa tới mức tối đa tức Gh = Ghmax Trong khơng khí ẩm bão hịa trạng thái nước bão hịa khơ, phần áp suất nước khơng khí ẩm bão hòa áp suất bão hòa nước ứng với nhiệt độ khơng khí ẩm (Ph = Phs)  Khơng khí ẩm q bão hịa: loại khơng khí ẩm mà lượng nước chứa tới mức tối đa chứa thêm nước ngưng tụ Nếu nhiệt độ thấp 0oC có băng tuyết Trạng thái nước khơng khí ẩm q bão hịa bão hịa ẩm 2.2 Các thơng số đặc trưng cho khơng khí ẩm Thơng số Ký hiệu Đơn vị Định nghĩa - Là tỷ số lượng ẩm có khơng khí với lượng ẩm tối đa chứa nhiệt độ Độ ẩm tương đối áp suất  %  Ph  100 %  h 100 % Pbh  bh Với: Ph, Pbh áp suất riêng phần áp suất bão hòa nước nhiệt độ kg ẩm/ Hàm ẩm (độ ẩm x (d,y) tuyệt đối) kg khơng khí khơ - Là lượng ẩm chứa kg khơng khí khơ x Pbh Mh Ph 18    M kkk P  Ph 29 P  Pbh H = Ckkk.t + (r + Cht).x = t + (2493 + 1,97t).x Nhiệt hàm H (I) kJ/ kg Ckkk = kJ/kg.độ : nhiệt dung riêng kkk không t (oC) : nhiệt độ không khí khí khơ r = 2493 kJ/kg.độ : nhiệt hóa nước 0oC Ch = 1,97 kJ/kg.độ : nhiệt dung riêng nước Nhiệt độ bầu khô Tk o C - Xác định nhiệt độ không khí nhiệt kế thơng thường - Khi cho nước bốc đoạn nhiệt khơng khí ẩm, nước bốc thu nhiệt  nhiệt độ khơng khí Nhiệt độ bầu ướt Tư o C giảm xuống  giảm đến lúc nhiệt độ khơng thay đổi ta gọi nhiệt độ bầu ướt - Nó đặc trưng cho khả cấp nhiệt để làm bốc ẩm không khí Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị - Là đại lượng đặc trưng cho khả hút ẩm  Thế sấy o C khơng khí  = T k - Tư - Làm lạnh khơng khí ẩm x = const đạt Nhiệt độ điểm Ts o C sương trạng thái bão hịa ( = 1), xuất sương ta gọi nhiệt độ điểm sương Đó nhiệt độ giới hạn việc làm lạnh khơng khí x = const 2.3 Phân loại trạng thái nước  Hơi nước bão hòa: chất lỏng bay nhiệt độ sôi tạo nên áp suất bề mặt chất lỏng, áp suất tăng dần giá trị xác định Pbh Lúc có cân động: lỏng bốc có nhiêu lỏng ngưng tụ Ta nói: nước đạt trạng thái bão hoà  Hơi nhiệt: nước bão hịa gia nhiệt làm tăng nhiệt độ áp suất không đổi THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 Mơ hình thí nghiệm Sơ đồ ngun lý mơ hình thí nghiệm biểu diễn hình 3.1 Nó ống khí động, khơng khí thổi qua từ đầu đến đầu ống làm lạnh dàn bốc máy lạnh, sấy nóng điện trở làm ẩm cách phun nước từ bình tạo 3.2 Mơ tả sơ đồ Khơng khí nhờ quạt gió (có cửa điều chỉnh lưu lượng) thổi qua ống khí động 2, làm lạnh giàn lạnh 4, sau sấy nóng điện trở thiết bị sấy 5, sau làm ẩm vòi phun thổi ngồi Ở vị trí trước sau thiết bị nằm ống khí động có đặt nhiệt kế bầu khô nhiệt kế bầu ướt để đo nhiệt độ độ ẩm khơng khí Tại đầu ống khí động có đặt đồng hồ đo vận tốc gió để xác định lưu lượng gió thổi qua ống Phía giàn lạnh có đặt dụng cụ đo thể tích nhằm xác định lưu lượng nước ngưng tụ từ khơng khí bị làm lạnh Nhiệt động lực học Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị 8 8 Hình 1: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm nhiệt động lực học Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm nhiệt động lực học Quạt gió Ống khí động Mágió y lạnh Quạt Thiết bị sấy nóng không khí điện trở khí Dàn động lạnh Ống Vòi phun Máy Đồlạnh ng hồ đo vận tốc gió Dàn lạnh Thiết bị sấy nóng khơng khí điện trở Vịi phun Nhiệt kế bầu khơ Nhiệt kế bầu ướt Nhiệt kế bầu khô Nhiệt kế bầu ướt Đồng hồ đo vận tốc gió 3.3 Phương pháp thí nghiệm Trong thí nghiệm này, sinh viên phải thực công việc sau: Xác định trạng thái khơng khí bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm khơng khí vị trí trước giàn lạnh (cũng trạng thái khơng khí mơi trường xung quanh), trước thiết bị sấy nóng khơng khí (sau giàn lạnh 4), trước vòi phun sau dàn phun (thải trời) Từ số liệu đo được, sinh viên phải vẽ trình thay đổi trang thái khơng khí giản đồ i - d sở sinh viên phải xác định enthalpy độ chứa khơng khí vị trí nói Tính tốn cân nhiệt ống khí động bao gồm cơng việc như: xác định lưu lượng gió thổi qua ống, xác định suất lạnh giàn lạnh phụ tải nhiệt thiết bị sấy  Quy trình vận hành: Bật công tắc tổng, kiểm tra đèn báo đủ ba pha tủ điện Bật quạt thổi khí, điều chỉnh lưu lượng khơng khí cách đóng/ mở cửa gió Bật công tắc máy lạnh Bật công tắc điện trở gia nhiệt (sử dụng điện trở hay hai điện trở) Bật nút điều khiển bình (ON) cho bão hoà Theo dõi nhiệt độ áp suất bình Nếu áp suất đạt 1,5 kg/cm2 bắt đầu mở van phun Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Sau mở van phun hơi, để hệ thống chạy khoảng 15 giây nhằm đạt độ ổn định Lần lượt đo nhiệt độ bầu khô nhiệt độ bầu ướt vị trí Dùng ống đong kế đo lưu lượng nước ngưng phía sau dàn lạnh Bật nút điều khiển bình (ON) cho nhiệt Để hệ thống tiếp tục chạy khoảng phút nhằm đạt ổn định tiến hành đo Thay đổi chế độ hoạt động khác cách thay đổi vị trí cửa gió, tăng giảm điện trở, tăng giảm lượng phun vào Chú ý: Mực nước bình kiểm tra sau thí nghiệm (tắt điện trở) cách đóng mở van thơng bình bình chứa nước để cấp thêm nước cho bình Mực nước cấp ngang với nhiệt kế bão hòa Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Bảng 4.1: Các thơng số khơng khí ẩm – bão hịa Vận tốc gió Độ ẩm đầu Nhiệt độ Nhiệt độ bầu khơ bầu ướt ống khí Tk (oC) Tư (oC) 2,2 28,50 26,70 87,0 83,829 0,02161 3,5 28,55 26,70 86,70 83,827 0,02159 4,4 28,65 26,80 86,70 84,281 0,02173 2,2 25,00 24,00 92,10 72,337 0,01853 3,5 24,75 22,90 85,60 67,974 0,01692 4,4 24,50 23,05 88,60 68,569 0,01726 2,2 48,95 33,45 33,50 118,568 0,0264 3,5 44,40 31,85 42,00 109,384 0,02507 4,4 41,15 29,90 44,80 98,868 0,02236 2,2 39,00 36,20 83,30 137,430 0,03818 3,5 36,30 35,20 93,00 130,727 0,03670 4,4 35,45 34,90 96,40 128,779 0,03629 động v tương Enthalpy i1 đối (kJ/kg) 1 (%) Độ chứa d1 (kg/kg) (m/s) Trước dàn lạnh Trước thiết bị sấy (sau dàn lạnh) Trước vòi phun (sau thiết bị sấy) Sau vịi phun (thải ngồi) Hình 4.1: Quá trình thay đổi trạng thái v = 2,2 m/s Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Nhiệt động lực học Hình 4.3: Quá trình thay đổi trạng thái v = 4,4 m/s Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Nhiệt động lực học 11 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Bảng 4.2: Các thơng số khơng khí ẩm – nhiệt Vận tốc gió Độ ẩm đầu Nhiệt độ Nhiệt độ bầu khô bầu ướt ống khí Tk (oC) Tư (oC) 2,2 30,05 27,65 83,40 88,189 0,02268 3,5 30,10 27,75 83,70 88,665 0,02285 4,4 30,30 27,80 82,80 88,894 0,02386 Trước thiết 2,2 24,70 23,70 92,10 71,136 0,01819 bị sấy (sau 3,5 25,70 24,45 90,40 74,155 0,01896 4,4 25,75 23,25 81,20 69,302 0,01704 2,2 47,60 31,15 31,70 105,243 0,02217 3,5 42,85 30,60 42,00 102,502 0,02304 4,4 40,80 30,30 47,20 101,003 0,02329 2,2 38,20 29,25 52,00 95,658 0,02227 3,5 37,60 30,50 60,20 102,260 0,02508 4,4 36,95 30,40 64,90 99,676 0,02473 động v tương Enthalpy i1 đối (kJ/kg) 1 (%) Độ chứa d1 (kg/kg) (m/s) Trước dàn lạnh dàn lạnh) Trước vòi phun (sau thiết bị sấy) Sau vịi phun (thải ngồi) 12 Hình 4.4: Quá trình thay đổi trạng thái v = 2,2 m/s Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Nhiệt động lực học 13 Hình 4.5: Quá trình thay đổi trạng thái v = 3,5 m/s Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Nhiệt động lực học 14 Hình 4.6: Quá trình thay đổi trạng thái v = 4,4 m/s Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Nhiệt động lực học 15 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Bảng 4.3: Các giá trị tính tốn v Trạng thái (m/s) T (oC) ρ Gkk Qo Gnước G’nước Q (kg/m3) (kg/s) (kW) (kg/h) (kg/h) (kW) Bão hòa 28,50 1,156 0,0366 0,421 0,406 0,855 1,69 Quá nhiệt 30,05 1,151 0,0365 0,622 0,589 0,855 1,24 Bão hòa 28,55 1,156 0,0583 0,924 0,980 0,825 2,41 Quá nhiệt 30,10 1,151 0,0580 0,637 0,533 0,825 1,64 Bão hòa 28,65 1,156 0,0732 1,151 1,179 0,780 2,22 Quá nhiệt 30,30 1.149 0,0728 1,426 1,787 0,780 2,31 2,2 3,5 4,4 16 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị BÀN LUẬN Câu 1: Giải thích thay đổi trạng thái khơng khí qua ống khí động dựa sư thay đổi độ ẩm không khí Hình 5.1: Giản đồ biểu diễn thay đổi trạng thái khơng khí qua ống khí động theo lý thuyết  Khi qua dàn lạnh: thay đổi trạng thái khơng khí biểu diễn đoạn thẳng AB BC Trong giai đoạn đầu trình làm lạnh (AB): độ ẩm tuyệt đối d khơng khí khơng đổi (do hàm lượng nước khơng đổi) cịn nhiệt độ khơng khí giảm dần xuống đến nhiệt độ điểm sương Độ ẩm tương đối  tăng dần đến trạng thái bão hòa  = Tại nhiệt độ điểm sương B, ứng với trạng thái bão hòa, nước bắt đầu ngưng tụ Trong giai đoạn sau trình làm lạnh (BC): độ ẩm tương đối  khơng khí khơng đổi 1, lúc khơng khí đạt trạng thái bão hòa Do tiếp tục làm lạnh nên nhiệt độ khơng khí tiếp tục giảm Độ ẩm tuyệt đối d khơng khí giảm có nước ngưng tụ làm giảm hàm lượng nước khơng khí ẩm  Khi qua thiết bị sấy: thay đổi trạng thái khơng khí biểu diễn đoạn thẳng CD Độ ẩm tuyệt đối d khơng khí khơng đổi (do hàm lượng nước khơng đổi) cịn nhiệt độ khơng khí tăng dần Độ ẩm tương đối  giảm dần  Khi qua vòi phun hơi: thay đổi trạng thái khơng khí biểu diễn đoạn thẳng nằm khoảng DE DE’ 17 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Nếu sử dụng nước bão hòa: thay đổi trạng thái khơng khí biểu diễn đoạn DE Độ ẩm tuyệt đối d khơng khí tăng lên khơng khí nhận thêm ẩm Enthalpy i tăng lên khơng khí nhận thêm nhiệt lượng từ nước bão hòa Nếu sử dụng nhiệt: thay đổi trạng thái khơng khí biểu diễn đoạn thẳng nằm DE DE’ Hơi nước nhiệt đoạn thẳng gần DE’ Độ ẩm tuyệt đối d khơng khí tăng lên khơng khí nhận thêm ẩm Enthalpy i tăng lên khơng khí nhận thêm nhiệt lượng từ nước nhiệt, độ tăng nhỏ so với sử dụng nước bão hòa Câu 2: Giải thích xác định độ ẩm khơng khí thơng qua nhiệt độ bầu khơ nhiệt độ bầu ướt  Nhiệt độ bầu khô: nhiệt độ hỗn hợp khí xác định nhiệt kế thơng thường Nhiệt độ bầu khơ nhiệt độ khơng khí bầu thuỷ ngân tiếp xúc trực tiếp với khơng khí  Nhiệt độ bầu ướt: nhiệt độ ổn định đạt lượng nhỏ nước bốc vào hỗn hợp khí chưa bão hịa nước điều kiện đoạn nhiệt Nhiệt độ bầu ướt đo nhiệt kế thơng thường có bọc vải ướt bầu thủy ngân Cho nước vào cốc bọc đầu thủy ngân, nước bốc đoạn nhiệt khơng khí ẩm thu nhiệt làm nhiệt độ khơng khí giảm, chờ nhiệt độ khơng thay đổi nhiệt độ nhiệt độ bầu ướt Do phải thường xuyên theo dõi để thêm nước vào cốc Không khí khơ hay độ ẩm tương đối  bé nước xung quanh bầu nhiệt kế bay nhiều lớp khơng khí sát nhiều nhiệt lượng nhiệt độ bầu ướt bé hay độ chênh lệch nhiệt độ bầu khô nhiệt độ bầu ướt lớn Dĩ nhiên khơng khí khơ tương đối  = độ chênh lệch nhiệt độ cực đại Ngược lại khơng khí ẩm bão hòa hay độ ẩm tương đối  = 100% nước quanh bầu nhiệt kế khơng thể bay giá trị nhiệt độ bầu khơ nhiệt độ bầu ướt hay độ chênh lệch nhiệt độ nhiệt kế Có thể thấy, nhiệt độ bầu ướt nhiệt độ bão hòa tương ứng với phân áp suất bão hòa nước khơng khí ẩm Như vậy, độ chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ bầu khô nhiệt độ bầu ướt đặc trưng cho khả nhận ẩm khơng khí kỹ thuật sấy người ta gọi sấy  Như sấy bằng: 18 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Hình 5.2: Cách xác định độ ẩm khơng khí thơng qua nhiệt độ bầu khô nhiệt độ bầu ướt  = tk - tư Từ nhiệt độ tư gióng theo đường t = const, cắt đường  = điểm A Từ A theo đường i = const cắt đường tk điểm B B trạng thái khơng khí xác định hai thông số tk tư Đường  = const qua B cho biết độ ẩm tương đối khơng khí  Xác định độ ẩm khơng khí thơng qua nhiệt độ bầu khơ nhiệt độ bầu ướt: Độ ẩm tương đối khơng khí  xác định ẩm kế Hiện có nhiều loại ẩm kế Tuy ẩm kế hoạt động theo nhiều nguyên lý khác có sở nhiệt động Sau giới thiệu sở Các loại ẩm kế xác định độ ẩm tương đối khơng khí dựa hiệu số nhiệt độ nhiệt kế khô nhiệt kế ướt (tk – tư) Giả sử q1 nhiệt lượng mà khơng khí cung cấp cho bầu thủy ngân nhiệt kế ướt q2 nhiệt lượng mà nước quanh bầu thủy ngân tiêu tốn để bay Rõ ràng ta có: q1 = q2 (1) Theo lý thuyết truyền nhiệt thì: q1 =  (tk – tư) (2) Và (3) q2 = qm.r Trong  (W/m2.K) hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên, qm (kg/m2.s) cường độ bay r nhiệt ẩm hóa Cường độ bay qm (kg/m2.s) tính gần theo cơng thức Dalton qua hệ số bay m (kg/m2.s.bar) độ chênh lệch áp suất phân áp suất bão hòa ứng với nhiệt độ nhiệt kế ướt pm phân áp suất pa nướ khơng khí ẩm: 19 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị q m   m (p m  p a ) 760 B Trong đó: B áp suất khí trời nơi ta xác định độ ẩm tương đối  Dễ dàng thấy áp suất khí trời B đo bar cơng thức viết lại dạng: q m   m (p m  p a ) 1,013 B (4) Thay giá trị q1 theo (2) q2 (hay qm) theo (3), (4) vào (1) được: pm – pa  Trong đó: A    m 1,013.r B(t – tư) = A.B.( t – tư)  (5) (6a)  m 1,013.r Hệ số A gọi hệ số ẩm kế phụ thuộc vào hệ số trao đổi nhiệt  hệ số bay m Các hệ số lại phụ thuộc vào tốc độ chuyển động tự nhiên khơng khí Như vậy, xem A = f(v) Thực nghiệm cho thấy tốc độ v < 0,5m/s A = 66.10-5 v > 0,5m/s hệ số A xác định theo cơng thức sau: 6,75  5  A   65  .10 V   (6b) Từ (5) rút phân áp suất pa nước : pa= pm – A.B.(t – tư) Mà:   (7) pa pb  Ta có cơng thức xác định độ ẩm tương đối khơng khí  theo áp suất bão hịa pb độ chênh nhiệt (t – tư)  p m A.B  (t – tư) pb pb (8) Trong (8) pm pb áp suất bão hòa pm áp suất bão hòa ứng với nhiệt độ nhiệt kế tư pb áp suất bão hào ứng với nhiệt độ nhiệt kế khô t Như vậy, hồn tồn xác định độ ẩm tương đối khơng khí biết nhiệt độ nhiệt kế khô t nhiệt độ nhiệt kế ướt tư 20 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Câu 3: So sánh q trình làm lạnh, sấy nóng phun nước vào khơng khí ẩm đồ thị i – d lý thuyết thực tế Sự thay đổi trạng thái khơng khí qua ống khí động biểu diễn đồ thị từ đến Nhìn chung, chúng có dạng sau: Hình 5.3 : Giản đồ biểu diễn thay đổi trạng thái khơng khí qua ống khí động theo thực tế  Khi qua dàn lạnh (AB, BC): thay đổi trạng thái khơng khí khơng giống so với lý thuyết Tại vị trí cuối q trình làm lạnh (điểm C), trạng thái khơng khí khơng phải bão hịa lý thuyết mà trạng thái chưa bão hịa Đó khơng khí khỏi dàn lạnh nhận thêm nhiệt lượng từ môi trường xung quanh trước đến nhiệt kế bầu khô nhiệt kế bầu ướt  Khi qua thiết bị sấy (CD): thay đổi trạng thái khơng khí khơng giống so với lý thuyết Q trình sấy nóng khơng phải diễn điều kiện độ ẩm tuyệt đối d không đổi lý thuyết mà d lại tăng dần Đó khơng khí sau khỏi thiết bị sấy nhận thêm ẩm từ môi trường xung quanh trước đến nhiệt kế bầu khô nhiệt kế bầu ướt  Khi qua vòi phun nước (DE, DE’) : thay đổi trạng thái khơng khí giống với lý thuyết Do mơi trường xung quanh không ảnh hưởng nhiều đến kết Câu 4: So sánh giá trị tính tốn theo lý thuyết thực tế  Năng suất lạnh dàn lạnh : Theo lý thuyết: Qo = (1,3  1,8) kW Thực tế: Q’o = (0,421  1,426) kW 21 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị  Giá trị tính tốn theo lý thuyết lớn so với suất lạnh thực máy Đó có mát nhiệt mơi trường xung quanh, làm cho nhiệt lượng mà khơng khí tỏa lớn nhiệt lượng mà dàn lạnh nhận  Lượng nước tách từ dàn lạnh: Theo lý thuyết: Gnước = (0,4  1,8) kg/h Thực tế: G’nước = (0,7  0,9) kg/h  Giá trị tính tốn theo lý thuyết xấp xỉ với giá trị thực tế  Lượng nhiệt thiết bị sấy cung cấp: Theo lý thuyết: Q = (1,2  2,4) kW Thực tế: Q’ = kW  Giá trị tính tốn theo lý thuyết nhỏ so với thực tế Đó có mát nhiệt mơi trường xung quanh, làm cho nhiệt lượng mà khơng khí nhận nhỏ nhiệt lượng thiết bị sấy cung cấp Câu 5: Nguyên nhân dẫn đến sai số thực tế lý thuyết Sai số đọc nhiệt độ bầu khô nhiệt độ bầu ướt đồng hồ số: số đồng hồ số thường không ổn định mà dao động khoảng  2oC nên số đọc khơng xác Sai số đo lưu lượng nước ngưng: đọc thể tích ống đong bấm thời gian chưa xác Sai số thiết bị: lưu lượng khí vào khơng ổn định, thiết bị khơng cách nhiệt cách ẩm tuyệt môi trường xung quanh,… Sai số tính tốn: sai số việc tra giá trị , i, d giản đồ i – d Câu 6: Ảnh hưởng chế độ thí nghiệm đến thay đổi trạng thái khơng khí ẩm Khi thay đổi chế độ hoạt động cách thay đổi vị trí cửa gió, tăng giảm lượng phun vào ảnh hưởng khơng đáng kể đến thay đổi trạng thái khơng khí qua ống khí động 22 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị PHỤ LỤC Xác định thơng số khơng khí: Trên giản đồ i – d, vào nhiệt độ nhiệt kế khô nhiệt kế ướt, ta xác định độ ẩm tương đối  (%), enthalpy i (kJ/kg) độ chứa d (kg/kg) khơng khí điểm Từ nhiệt độ tư gióng theo đường t = const, cắt đường  = điểm A Đường i = const qua A cho ta biết giá trị i trạng thái khơng khí cần xác định Từ A theo đường i = const cắt đường tk điểm B B trạng thái khơng khí xác định hai thông số tk tư Đường  = const qua B cho biết độ ẩm tương đối khơng khí Từ B kẻ đường thẳng vng góc với trục d, từ ta xác định giá trị d Hình 6.1: Cách xác định thơng số khơng khí thơng qua nhiệt độ bầu khô nhiệt độ bầu ướt Xác định lưu lượng khơng khí chuyển động ống khí động: Lưu lượng trọng lượng Gkk (kg/s) khơng khí chuyển động ống khí động xác định cơng thức sau đây: Gkk = v.F. Trong đó:  v: vận tốc gió đo đầu vào ống khí động (bảng 1), m/s  F = 0,0144 m2: diện tích miệng ống khí động  : khối lượng riêng khơng khí (Bảng 7), kg/m3 Trong trường hợp này,  xác định theo nhiệt độ T (oC) nhiệt kế khơ đầu vào ống khí động Giá trị  theo nhiệt độ T xác định từ bảng 6.1 bên 23 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Bảng 6.1: Khối lượng riêng khơng khí  (kg/m3) phụ thuộc vào nhiệt độ T (oC) T 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39  1,165 1,161 1,157 1,154 1,150 1,146 1,142 1,139 1,135 1,131 T 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49  1,128 1,124 1,121 1,117 1,114 1,110 1,107 1,103 1,100 1,096 T 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59  1,093 1,089 1,086 1,083 1,079 1,076 1,073 1,070 1,066 1,063 T 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69  1,060 1,057 1,054 1,051 1,047 1,044 1,041 1,039 1,035 1,032 T 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79  1,029 1,026 1,023 1,020 1,017 1,014 1,011 1,009 1,006 1,003 Tính tốn dàn lạnh: Năng suất lạnh dàn lạnh Qo: Qo = Gkk (i1 – i2), kW Trong đó:  Gkk: lưu lượng trọng lượng khơng khí chuyển động ống khí động, xác định theo công thức (1), kg/s  i1 i2: enthalpy khơng khí vào khỏi dàn lạnh (Bảng Bảng 3), kJ/kg Lượng nước tách từ dàn lạnh theo tính tốn lý thuyết Gnước: Gnước = 3600 Gkk (d1 – d2), kg/h Trong đó:  d1 d2: độ chứa khơng khí vào khỏi dàn lạnh (bảng bảng 3), kg/kg Lượng nước thực tế tách từ dàn lạnh G’nước: G’nước  0,06.V1 1 , kg/h Trong đó:  V1: mẫu đo lượng nước tánh từ dàn lạnh (Bảng 1), ml  1: thời gian lấy mẫu đo lượng nước nói (Bảng 1), phút Với:  ( phút)   ( s) 60 24 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Tính thiết bị sấy khơng khí: Phụ tải nhiệt thiết bị sấy khơng khí Q: Q = Gkk (i3 – i2), kW Trong đó:  i2 i3: enthalpy khơng khí vào khỏi thiết bị sấy nóng khơng khí (Bảng Bảng 4), kJ/kg Lượng nhiệt dòng điện cung cấp qua điện trở: Q’= 1kW (một điện trở) Q’= 2kW (hai điện trở) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm – Tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr [2] Trần Văn Phú, “Tính tốn thiết kế hệ thống sấy”, Nhà xuất Giáo dục, 2002, 360tr 25 ... v = 2,2 m/s Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Nhiệt động lực học Hình 4.2: Quá trình thay đổi trạng thái v = 3,5 m/s Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Nhiệt động lực học 10 Hình 4.3: Quá trình thay... 4,4 m/s Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Nhiệt động lực học 11 Nhiệt động lực học Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Bảng 4.2: Các thơng số khơng khí ẩm – nhiệt Vận tốc gió Độ ẩm đầu Nhiệt độ Nhiệt độ... = 2,2 m/s Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Nhiệt động lực học 13 Hình 4.5: Quá trình thay đổi trạng thái v = 3,5 m/s Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Nhiệt động lực học 14 Hình 4.6: Quá trình thay