BÁO cáo THÍ NGHIỆM môn NHIỆT ĐỘNG kỹ THUẬT

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT Họ và tên sinh viên thực hiện MSSV Mã lớp thí nghiệm Lớp Nhiệt Người hướng dẫn Hà Nội, tháng 4 năm 2022 BÀI 1 PHÂN TÍCH NHIỆT ĐỘNG CHU TRÌNH LẠNH VÀ BƠM NHIỆT CỦA THIẾT BỊ 1 Mục đích thí nghiệm Giải thích nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt sử dụng chu trình nén hơi Nắm vững và xác định một số thông số đặc trưng của chu trình Các thông số đo áp suất P0, Pk nhiệt độ T0, Tk, Xây dựng chu trình trê.

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT

Họ và tên sinh viên thực hiện:

MSSV:

Mã lớp thí nghiệm:

Lớp:Nhiệt

Người hướng dẫn:

Hà Nội, tháng 4 năm 2022

BÀI 1:

PHÂN TÍCH NHIỆT ĐỘNG CHU TRÌNH LẠNH VÀ

BƠM NHIỆT CỦA THIẾT BỊ

1 Mục đích thí nghiệm:

 Giải thích nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt sử dụng chu trình nén hơi

 Nắm vững và xác định một số thông số đặc trưng của chu trình: Các thông

số đo áp suất P0, Pk nhiệt độ T0, Tk,…

 Xây dựng chu trình trên đồ thị LgP-h

 Tính toán cân bằng nhiệt, xác định hệ số làm lạnh ε, hệ số bơm nhiệt φ theo chu trình và so sánh với giá trị tính được thông qua phép đo trực tiếp, giải thích lí do khác biệt

 Đánh giá hiệu quả năng lượng của từng quá trình tương ứng

2 Tổng quan về bơm nhiệt:

 Máy bơm nhiệt (Heat pump ) là 1 thiết bị hoạt động theo nguyên lý Nhiệt động lực học nhằm mục đích vận chuyển nhiệt lượng từ môi trường này sang môi trường khác

 Một máy bơm nhiệt thông thường cho phép nhiệt lượng di chuyển theo 1 chiều cố định từ “nóng” sang “lạnh” hoặc ngược lại, ví dụ như lò sưởi, tủ lạnh Loại máy bơm nhiệt cho phép điều chỉnh và lựa chọn chiều của nhiệt lượng được gọi là Máy bơm nhiệt thuận nghịch

 Ưu điểm của máy bơm nhiệt:

+ Sử dụng năng lượng hiệu quả, tiết kiệm điện lên đến 75% -80% so với các phương pháp sản xuất nước nóng khác

+ Có không khí là có nước nóng, không phụ thuộc vào thời tiết nắng, mưa, gió, tuyết làm nóng nước trong mọi thời tiết

+ An toàn và bảo vệ môi trường, không gây ô nhiễm

+ Vận hành tự động, tiết kiệm chi phí vận hành

+ Không sử dụng điện đốt trực tiếp

+ Hệ thống dành cho hộ gia đình có công suất sản xuất nước nóng nhỏ hơn, phục vụ cho các căn hộ, gia đình …

+ Công suất lớn cung cấp trung tâm nước nóng, phục vụ ăn uống cho khách sạn, nhà cao tầng, nhà máy, bệnh viện, chung cư, trung tâm thể thao, bể bơi, sân vườn v.v …

+ Sử dụng nước nóng với chi phí thấp nhất, giảm chi phí tối đa cho hệ thống + Thiết bị chính được nhập khẩu từ các nước hàng đầu trên thế giới

+ Sự giám sát chặt chẽ từ các chuyên gia cao cấp trên thế giới

3 Mô tả thiết bị và chu trình:

 Thiết bị gồm 4 bộ phận chính: Máy nén,dàn ngưng (còn gọi là thiết bị ngưng tụ), thiết bị tiết lưu (van tiết lưu) và dàn bay hơi (còn gọi là thiết bị hóa hơi) được mắc nối tiếp với nhau Máy nén hút hơi bão hòa khô sau khi đi ra khỏi thiết bị bay hơi có áp suất P1 và nén lên áp suất cao P2,, hơi ở áp suất cao, nhiệt độ cao được đi qua thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt cho nước và ngưng tự thành tráng thái lỏng, lỏng khi đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ được đưa đến van tiết lưu, khi qua van tiết lưu trở thành hơi ẩm có áp suất P0, hơi ẩm được đưa vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt từ không khí trở thành hơi bão hoà khô sau

đó lại được máy nén hút và bắt đầu thực hiện một chu trình mới

 Các thiết bị phụ gồm có: Bình chứa cao áp, mắt gas, quạt, máy bơm, cảm biến nhiệt, rơ le bảo vệ áp suất cao, đồng hồ đo áp suất và nhiệt độ của môi chất, màn hình hiển thị lưu lượng, màn hình hiển thị nhiệt độ, đồng hồ đo công suất điện

4 Trình tự thí nghiệm

 Tìm hiểu sơ đồ thiết bị thí nghiệm, chức năng và nguyên lí làm việc của cá thiết bị

 Bật máy

 Bật bơm, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu

 Bật quạt, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu

 Bật máy nén, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu

 Kể từ lần bật máy nén, cứ 5 phút 1 lần ghi số liệu các lần đo vào bảng ( Nhiệt độ tại cái điểm, áp suất đầu vào và đầu ra máy nén, công suất điện )

 Khi máy chạy đến lúc các thông số ổn định thì dừng đo - Tắt máy nén, tắt quạt, tắt bơm

5 Thí nghiệm và xử lí số liệu

 Sơ đồ nguyên lý

 Nhiệt độ của từng giai đoạn được xác định như sau:

+ T1: Nhiệt độ môi chất ra khỏi máy nén ở trạng thái hơi quá nhiệt + T2: Nhiệt độ môi chất ra khỏi bình ngưng ở trạng thái lỏng bão hoà + T3: Nhiệt độ môi chất ra khỏi van tiết lưu ở trạng thái hơi bão hoà ẩm + T4: Nhiệt độ môi chất ra khỏi dàn bay hơi ở trạng thái hơi bão hoà khô

+ T5: Nhiệt độ nước vào bình ngưng

+ T6: Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

+ T7: Nhiệt độ không khí vào dàn bay hơi ( Bị hỏng không đo được) + T8: Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn bay hơi

 Áp suất đầu vào máy nén P1 dư

 Áp suất đầu ra máy nén P2 dư

 Công suất điện: L

 Bảng số liệu

Thời

gian

Q T1 T2 T3 T4 T5 T6 T8 P4 P1

10h 26.9 25.3 25.4 25

1

29.1 24.5 25 4.3 4

10h05 124.6

4

46.3 28.1 -7.2 23

7

28.9 28 19.3 1.3 6.7

10h10 124.6

6

58.6 29.3 -4.7 23

5

28.9 28.9 18.6 1.4 7

10h15 124.7

0

64 30.1 -3.5 23

6

29 29.6 18.9 1.6 7

10h20 124.7

2

69.7 30.3 -2.7 23

5 29.1 29.8 18.6 1.6 7 10h25 124.7 72.6 30.8 -2.0 23 29.3 30.2 18.3 1.7 7

5 5 10h30 124.7

8

75.8 30.9 -1.6 23

5

29.3 30.4 17.7 1.7 7

10h35 124.8

1

77.6 31.2 -1.4 23

4

29.4 30.6 17.7 1.7 7

10h40 124.8

4

79.3 31.2 -1.1 23

7

29.3 30.7 18.1 1.8 7

10h45 124.8

6

80 31.5 -1 23

8

29.4 30.9 18.3 1.8 7.1

10h50 124.9

0

81.2 31.6 -0.9 24 29.5 30.9 18.1 1.8 7.1

10h55 124.9

2

81.6 31.8 -0.7 24

1

29.5 31.1 18.2 1.8 7.2

11h 124.9

4

81.2 31.6 -0.7 24

2

29.6 31.1 18.6 1.8 7.2

11h05 124.9

7

82.5 31.9 -0.6 24

1

29.6 31.1 18 1.8 7.2

11h10 125 82.9 31.7 -0.6 24

1

29.6 31.2 18.1 1.8 7.2

11h15 125.0

3

83.2 31.9 -0.6 24 29.6 31.2 18.4 1.9 7.2

11h20 125.0

6

83.3 31.8 -0.6 24 29.6 31.1 18.3 1.8 7.2

11h25 125.0

8

83.4 31.9 -0.5 24

2 29.6 31.2 18.4 1.8 7.2

6 Xây dựng đồ thị lgP – h:

 Trong đó:

 Quá trình 4-1 là quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén

 Quá trình 1-2 là quá trình thải nhiệt đẳng áp trong bình ngưng

 Quá trình 2-3 là quá trình tiết lưu

trong van tiết lưu đẳng enthanpy

 Quá trình 3-4 là quá trình nhận nhiệt trong dàn bay hơi

 Mặt khác, ta có:

Môi chất lạnh sử dụng là: R12

Chú ý: Do áp suất đo được là áp suất dư nên khi tính toán cần cộng thêm áp suất không khí (pkk= 1 bar )

Hệ thống ổn định

Q T1 T2 T3 T4 T5 T6 T8 P4 P1 125.0

8

83.4 31.9 -0.5 24.2 29.6 31.2 18.4 1.8 7.2

Điểm nút 4:

T4 = 24.2 oC ,P4 = 2.8 bar, tra đồ thị i4 = 367,87 (kj/kg)

Điểm nút 1:

T1 = 83,4 oC ,P1 = 8,2 bar, tra đồ thị i1 = 401,12 (kj/kg)

Điểm nút 2:

T2 = 31.9 oC ,x = 0 , tra đồ thị i2 = 230.56 (kj/kg)

Điểm nút 3:

Đẳng entanpy, i3 = i2 =230,56 (kj/kg)

Công máy nén

lnén= i1 –i4 = 33.25 Nhiệt và năng suất nhiệt nhận từ dàn lạnh

q34 = i4 - i3 = 137.31

Nhiệt và năng suất nhiệt thải ra cho nước

q12 = i2 – i1 = -170.56 Vậy:

Hệ số làm lạnh : ε = q34 / lnén = 4.13

Hệ số bơm nhiệt : φ = ε+1= 5.13

BÀI 2 TÌM HIỂU SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ CHU TRÌNH CỦA BƠM NHIỆT ỨNG DỤNG TRONG SẤY

LẠNH

1.Mục đích thí nghiệm

 Hiểu được sơ đồ của thiết bị, cấu tạo, nguyên lí hoạt động

 Hiểu rõ các quá trình trong chu trình bơm nhiệt

 So sánh chu trình bơm nhiệt sấy lạnh và đun nước nóng

2.Tổng quan về sấy lạnh

Trong đời sống, để có thể bảo quản được các loại lương thực, thực phẩm, để tránh được các tác nhân gây hại như nấm mốc, vi khuẩn ta cần phải sấy nó trước khi đem

đi lưu trữ hoặc phân phối ra thị trường Thực chất sấy là quá trình tách nước ra khỏi vật cần sấy đến một độ ẩm nhất định nào đó mà ở độ ẩm đó các tác nhân gây hại như nấm mốc, vi khuẩn không thể phát triển được Qua đó chúng ta có thể bảo quản được lâu dài mà vẫn giữ lại được các đặc tính, mùi vị, hương vị như ban đầu

Có hai biện pháp sấy cơ bản là sấy nóng và sấy lạnh Sấy nóng là biện pháp tách nước ra khỏi vật cần sấy ở điều kiện nhiệt độ cao để nước bay hơi hết ra ngoài ví

dụ như hệ thống sấy than trước khi đưa vào lò hơi Tuy nhiên đối với các loại lương thực, thực phẩm nếu sấy ở nhiệt độ cao sẽ làm thay đổi các đặc tính, hương

vị của nó Vì thế cần phải sử dụng đến biện pháp sấy lạnh

Sấy lạnh là một phương pháp sấy sử dụng chu trình ngược chiều để khử ẩm của tác nhân sấy và dung tác nhân sấy đó để tách ẩm ra khỏi vật cần sấy Tác nhân sấy thường là không khí

3 Nguyên lý hoạt động

 Nguyên lý hoạt động của máy sấy lạnh cơ bản giống máy lạnh thông thường

Nó chỉ khác nhau ở mục đích sử dụng bơm nhiệt và máy lạnh Máy lạnh chỉ dung nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi để giảm nhiệt độ môi trường, còn bơm nhiệt lại sử dụng nhiệt ở dàn ngưng tụ Nhưng cơ bản hai loại đều có thiết bị giống nhau

 Máy sấy lạnh có tác nhân sấy xử lý tách ẩm trước khi vào buồng sấy

Nguyên tắc tách ẩm tác nhân sấy sử dụng dàn lạnh của máy lạnh đển làm giảm nhiệt độ của tác nhân sấy dưới nhiệt độ điểm sương để bốc hơi nước trong không khí ẩm ngưng tụ thành nước và lấy ra ngoài Phần tác nhân sấy sau khi tách ẩm được gia nhiệt lại bởi dàn nóng của máy lạnh rồi tiếp tục đưa vào buồng sấy thực hiện quá trình sấy

 Tóm lại, cơ sở của phương pháp này được thực hiện bằng cách giảm độ ẩm tương đối trong không khí để tạo ra chênh lệch áp suất giữa hơi nước trong không khí và trong tác nhân sấy Bằng cách náy độ ẩm sẽ tách ra khỏi tác nhân sấy ra ngoài không khí Khi làm lạnh không khí trong thiết bị trao đổi nhiệt xuống thấp hơn nhiệt độ đọng sương, hơi bão hòa ẩm sẽ ngưng tụ và tách ra ngoài không khí Không khí sau đó sẽ đi qua dàn nóng sấy khô vật liệu

4 Mô tả thiết bị và chu trình:

 Hệ thống gồm 6 thiết bị chính: Máy nén, bình ngưng, dàn ngưng phụ, 2 van tiết lưu, dàn bay hơi

Máy nén Bình ngưng (nằm dưới máy nén)

Dàn ngưng phụ (trái) và dàn bay hơi (phải)

Van tiết lưu 1 Van tiết lưu 2

Các thiết bị phụ gồm có: Bình chứa cao áp, mắt gas, bơm nước, quạt hút, đường ống dẫn, màng lọc khí, tấm liếc, ống xả nước ngưng, tháp giải nhiệt, bồn nước, bảng điều khiển

Quạt hút Màng lọc khí

Tháp giải nhiệt Bồn chứa nước Tấm liếc

Chu trình của bơm nhiệt trong máy sấy lạnh

Chu trình môi chất lạnh:

Máy nén nén đoạn nhiệt môi chất lên nhiệt độ cao và áp suất cao

Môi chất ra máy nén, đi vào bình ngưng: môi chất được giải nhiệt bằng các ống nước, sau đó qua van tiết lưu 1, qua dàn bay hơi rồi về máy nén

Môi chất ra máy nén, đi vào dàn ngưng phụ: môi chất được giải nhiệt bằng không khí, qua van tiết lưu 2, qua dàn bay hơi về máy nén

Môi chất đều qua dàn bay hơi, tại đây nhiệt độ thấp, không khí đi qua hơi nước bị ngưng tụ lại, làm giảm độ ẩm của không khí, môi chất nhận nhiệt từ không khí nên bay hơi và tiếp tục vào máy nén theo chu trình

Chu trình nước giải nhiệt:

Nước nóng từ bình ngưng được dẫn qua tháp giải nhiệt làm hạ nhiệt độ, sau

đó được bơm về bình ngưng tiếp tục chu trình giải nhiệt cho môi chất

Chu trình của không khí:

Không khí qua phin lọc, qua dàn bay hơi tại đây không khí được khử ẩm và truyền nhiệt cho môi chất, đi ra với nhiệt độ thấp, sau đó không khí qua dàn ngưng phụ giải nhiệt một phần cho môi chất, cuối cùng qua quạt và miệng gió đưa đến buồng sấy