- Xác định các hệ số lọc theo số liệu thí nghiệm thu được.
3. Tính toán thí nghiệm
Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho 2 dòng lưu chất nóng và lạnh có dạng Q= GN.CN(tNV-tNR)=GL.CL(tLR-tLV)
Trong đó
GN, GL: lưu lượng khối lượng của dòng nóng và dòng lạnh (kg/s) CN, CL: nhiệt dung riêng đẳng áp của nước nóng và nước lạnh (J/kg.độ) tNV, tNR: nhiệt độ vào, ra của dòng nóng (oC)
tLV, tLR: nhiệt độ vào, ra của dòng lạnh (oC)
Quá trình truyền nhiệt được biểu diễn bằng phương trình sau: Q= KL.∆tlog.L
Trong đó: Q: nhiệt lượng trao đổi (W hoặc j/s) KL: hệ số truyền nhiệt dài (W/m.độ)
∆t log: hiệu nhiệt độ logarit củ hai dòng lưu chất (oC) L: chiều dài ống, ở bài thí nghiệm này ta lấy L=1050mm Hiệu nhiệt độ của 2 lưu chất
Hệ số truyền nhiệt dài KL:
Trong đó:
dtr, dng: đường kính trong và đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m).
λinox: hệ số dẫn nhiệt của kim loại chế tạo ống (w/m.độ)
α1, α2: hệ số cấp nhiệt của dòng nước nóng, dòng nước lạnh (w/m2.độ) rb: hệ số nhiệt của cặn bẩn (m2.độ/w)
db: đường kính lớp bẩn (m)
Hệ số cấp nhiệt α1, α2 giữa vách ngăn và các dòng lưu chất được tính từ chuẩn số Nusselt (Nu)
Phương trình tổng quát của chuẩn số Nusselt là:
Trong đó:
Các hệ số: A, n, m, εL, εP là các hệ số thực nghiệm phụ thuộc các yếu tố sau: Chế độ chảy của các dòng lưu chất .
Sự tương quan giữa các dòng chảy về bề mặt truyền nhiệt.
Đặc điểm của bề mặt truyền nhiệt (độ nhám, hình dạng ,…)
Ta có các phương trình Nusselt cho dòng chảy ngang ống như sau:
Khi 5 < Re < 103 :
Khi 103 ≤ Re ≤ 2.105:
Khi 2.105 ≤ Re ≤ 2.106:
Ta có phương trình tính Nusselt cho chế độ chảy dọc theo thân ống: Chế độ chảy màng Re ≤ 2320
Chế độ chảy chuyển tiếp 2320 < Re < 10000:
Chế độ chảy rối Re > 10000:
Trong đó giá trị C phụ thuộc Re theo bảng sau:
Re 2100 2200 2300 2400 2500
C 1,9 2,2 3,3 3,8 4,4
Re 3000 4000 5000 6000 8000 10000
C 6,0 10,3 15,5 19,5 27,0 33,0
Giá trị εL phụ thuộc vào tỉ lệ L/d khi Re < 10000
L/d 1,0 2,0 5,0 10,0 15,0 29,0 30,0 40,0 ≥50,0
εL 1,9 1,7 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 1,00
Khi Re >10000 thì hệ số εP phụ thuộc vào Re và L/d như sau: L/d Re 10,0 20,0 30,0 40,0 ≥50 1.104 1,23 1,13 1,07 1,03 1,00 2.104 1,18 1,10 1,05 1,02 1,00 5.104 1,13 1,08 1,04 1,02 1,00 1.105 1,10 1,06 1,03 1,02 1,00 1.106 1,05 1,03 1,02 1,01 1,00 Chuẩn số Grashof (Gr)
Chuẩn số Grashof đặc trưng cho quan hệ giữa lực ma sát phân tử và lực kéo do tỉ trọng khác nhau, ở những điểm có nhiệt độ không giống nhau trong cùng một dòng lưu chất (nước).
Trong đó Gr: chuẩn số Grashof
ν: độ nhớt động học của lưu chất (m2/s)
dtd: đường kính tương đương của tiêt diện dòng chảy (m)
ρ: khối lượng riêng của lưu chất (nước), (kg/m3)
µ: độ nhớt động lực học của nước (N.S/m2).
∆t: hiệu nhiệt độ giữa lưu chất và thành ống, trong bài thí nghiệm này ta lấy
∆t=6oC
β: hệ số giãn nở thể tích (phụ thuộc vào nhiệt độ), (1/oC)
T(oC) 0 20 40 60 80 100 120
β(1/oC) -0,6.10-4 2,1.10-4 3,9.10-4 5,3.10-4 6,3.10-4 7,5.10-4 8,6.10-4
⇒