THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÀI 2 TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÀI 2

MUC L C ̣C LỤC ỤC

MỤC LỤC 1

A LÝ THUYẾT 2

I Mục Đích Thí Nghiệm 2

II Cơ Sở Lý Thuyết 2

1 Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất 2

2 Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt 2

3 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit 3

4 Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết,  l K tính trên 1m chiều dài ống 3

B.THÍ NGHIỆM 4

I Kết Quả Đo: 4

II Kết Quả Tính 4

1 Tính Q, xác định tổn thất nhiệt: 4

2 Tính t log và tính hệ số dài thực nghiệm: 10

3 Tính hệ số cấp nhiệt  1 ,  2 12

4 Tính hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết và Kiểm tra t 1 , t 2 theo công thức: 23

5 Lập bảng tính K 1 * và K 1 theo chế độ chảy: 25

6 Dựng đồ thị K 1 * và K 1 theo Re: 27

III Nhận Xét Kết Quả Và Bàn Luận 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

Thiết lập cân bằng nhiệt lượng.

II Cơ Sở Lý Thuyết.

Quá trình truyền nhiệt trong thiết bị dạng ống lồng ống là một ví dụ của sự truyềnnhiệt phức tạp Ởû đây diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa hai lưu chất được ngăn cách bởivách ngăn kim loại, bao gồm truyền nhiệt đối lưu từ dòng nóng đến vách, dẫn nhiệt quathành ống kim loại và đối lưu nhiệt giữa dòng lạnh với ống

1 Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất.

Q = G1C1(t1V – t1R) = G2C2(t2R - t2V), W

Trong đó:

G1, G2 : lưu lượng dòng nóng và lạnh, Kg/s

C1, C2 : nhiệt dung riêng trung bình của dòng nóng và dòng lạnh, J/Kg.K

t1V, t1R : nhiệt độ vào và ra của dòng nóng, 0C

t2R, t2V : nhiệt độ ra và vào của dòng lạnh, 0C

2 Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt.

L t K

Q 1  log. , W

L: chiều dài ống, m

K1: hệ số truyền nhiệt dài, W/m0C

log

t

 : chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, 0C

3 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit.

nho lon

nho lon

t t

t t t

ng tr

l

d

r d d

d d

1 ln

2

1 1

 d ng,d tr : đường kính ngoài và trong của ống truyền nhiệt, m

 : hệ số dẫn nhiệt của ống, W/m.0C

  1 ,  2: hệ số cấp nhiệt, W/m2.0C

 r cau: nhiệt trở của lớp cáu, m2.s.0C/J

Hệ số cấp nhiệt  1 ,  2 giữa vách ngăn và dòng lưu chất

R t

n m

A

25 0

Pr

Pr Pr Re

Các hệ số A,m,n1, R là các hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Chế độ chảy của các dòng lưu chất

I Kết Quả Đo:

Lưu lượng dòng

II Kết Quả Tính.

1 Tính Q, xác định tổn thất nhiệt:

Q được tính theo công thức sau:

Q = G1C1(t1V – t1R) = G2C2(t2R - t2V), WTrong đó:

 G1,G2: lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh tính bằng Kg/s

 Để có G1,G2 là Kg/s ta có:

 Với Gdo đổi ra m3/s

 : tra sổ tay tập 1 theo nhiệt độ trung bình của từng dòng

Ơû đây Q1: tính cho dòng nóng

Q2: tính cho dòng lạnh

Sau khi có Q1,Q2: ta xác định tổn thất nhiệt:

62

4191.8242

3267.3107

61

4192.0335

3074.7718

17

4192.829

3910.2036

19

4192.5359

2922.9472

19

4192.5778

2758.1528

87

4191.9916

2814.089

86

4192.0754

2367.8098

85

4204.7614

2443.5514

Cho dòng lạnh:

2 Tính t log và tính hệ số dài thực nghiệm :

Để tính tlog ta có công thức:

nho lon

nho lon

t t

t t t

tlon = t1V – t2V, tnho = t1R – t2R

K1 được tính theo công thức:

L t

Q K

log

1 1





L: chiều dài ống = 1.020m

3 Tính hệ số cấp nhiệt 1 , 2

Để xác định 1, 2 ta tính theo thứ tự sau:

a) Xác định chế độ chảy của lưu chất bằng chuẩn số Re

Q



 Với Q: lưu lượng dòng nóng hay lạnh, m3/s

lạnh d2 = 30mm

m: với dòng nóng thì l1 = 17mm, dòng lạnh thì l2 = 30mm

b) Xác định chuẩn số Nu:

Để xác định Nu trước hết ta tính chuẩn số Pr và Prt, sau đó dựa vào Re để chọncông thức tính Nu

Với:   trong đó µ, : tra sổ tay tập 1 theo nhiệt độ trung bình của lưu chất vànhiệt độ trung bình của thành ống.

4203.081188

4204.547154

4203.196514

4201.765570

4203.658988

4202.027727

4200.602644

Cho oáng B1:

1.106(m2/s) 2.106(m2/s) 1.10

6 (m2/s)

Dựa vào Re ta chọn được công thức tính Nu cho các ống như sau:

Cho ống A:

25 0 38

0 6 0

Pr

Pr Pr Re 25

Cho ống B1 và B2:

Tính cho dòng lạnh ta có công thức sau:

1

25 0 43

.

Pr

Pr Pr

Nu

Tính cho dòng nóng ta có công thức sau:

25 0 43

0 8 0

Pr

Pr Pr

Re 021

Bảng kết quả tính.

18.049

55.3006

: tra theo nhiệt độ trung bình của lưu chất theo dòng nóng và dòng lạnh.

l: kích thước hình học, với dòng nóng lấy l = 17mm, dòng lạnh l = 30mm

Bảng kết quả tính:

4 Tính hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết và Kiểm tra t 1 , t 2 theo công thức:

ng tr

ng

d d

K

.

1 ln

2

1

1

2 1

* 1

.



t K

t  



2

log 2

.



t K

5 Lập bảng tính K 1 * và K 1 theo chế độ chảy:

Đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc giữa

Re 1 và

K 1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Re K1

Đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc giữa

Re 1 và

K *

Đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc giữa

Đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc giữa Re 2 và K *

Re 1 và K 1

0 20

Đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc giữa Re 2 và K 1

Đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc giữa Re 1 và K *

Đồ

thị biểu hiện sự phụ thuộc giữa

16233.196 113.142479 0.660424382 3803.5917 0.660424382 113.142478816175.627 94.8431144 0.660426956 4749.6914 0.660426956 94.8431143616230.584 91.3427971 0.660431459 5693.8836 0.660431459 91.34279705

13430.825 87.0428658 0.660431287 5716.9389 0.660431287 87.04286578Đồ thị:

0.6604235

0.6604240.6604245

0.6604250.6604255

0.6604260.6604265

0.6604270.6604275

0.6604280.6604285

K*

Đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc giữa

Re 1

và K 1

Đồ thị biểu hiện sự phụ

thuộc giữa Re 1 và K *

Đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc giữa Re 2 và K 1

Đồ thị

biểu hiện sự phụ thuộc giữa Re 2 và K *

III Nhận Xét Kết Quả Và Bàn Luận.

1 Tổn thất nhiệt là đáng kể : thể hiện ở việc nhiệt lượng mất đi của dòng nóng lớn hơn nhiều so với nhiệt nhận vào của dòng lạnh, nguyên nhân là do :

+ Nhiệt làm cho hệ thống ống nóng lên

+ Nhiệt lượng truyền qua ống qua môi trường

+ Ngoài ra còn do sai số thao tác do khi đọc đồng hồ nhiệt độ

+ Do hệ thống ống không có lớp bảo ôn, quá trình xét thí nghiệm chỉ trongkhoảng hẹp trong khi đó lưu chất nóng được vận chuyển trên đường ống quádài

+ Nhiệt độ lưu chất nóng chưa đủ lớn

2 Mức sai số là quá lớn

Nguyên nhân gây ra sai số khi thí nghiệm :

_ Đọc nhiệt độ không cùng thời điểm

_ Bơm lưu chất hoạt động không ổn định ( do ổn định về điện)

_ Các ống này nối lại thành một hệ thống bởi đó sẽ có sự truyền nhiệtlẫn nhau trong toàn hệ thống

- Lưu chất dòng lạnh không ổn định do không có bơm hoạt động thành ra kiểmsoát không được lưu chất

- Hệ thống đường ống bị rĩ sét mà ta không xet đến do đó khi tính toán sẽ dẫnđến sai số lớn, mặt khác thì trong quá trình truyền nhiệt sẽ làm mất mát nhiệttăng lên nhiều

Aûnh hưởng của sai số đến quá trình tính toán :

Từ nhiệt độ đọc ta suy ra tlog nếu có sai số dẫn đến K*

L sai, từ G tính được

L nếu G sai dẫn đến Q sai số dẫn đến sai số ở K*

L Sự dẫn nhiệt của ống dẫn đến tổn thất Q lớn hơn nhiều trong lý thuyết

Ngoài ra khi ta tính nhiệt độ bề mặt của ống theo công thức cuả tài liệu thì thực tế

tb (nhiệt độ chất bẩn ) này càng nhỏ hơn do đó có sự truyền nhiệt ra môi trừơng , sai sốnày sẽ ảnh hưởng đến giá trị Nu ,  , KL do đó sai số

Biện pháp khắc phục sai số :

_ Ta cần thao tác thí nghiệm chính xác

_ Lúc đồng hồ đã ổn định mới đọc được

_ Lưu chất cần nên sạch

_ Cần có bảo ôn cho đường ống để tránh mất mát nhiệt trên đường ống

3 Sự khác nhau của K L và K *

L

Ở bài này KL nhỏ hơn K*

L nhận xét :_ Nhiệt lượng tổn thất vẫn chưa bù nổi với sai số trong quá trình làm thí nghiệm._ Sự khác nhau đó có thể do :

Như trên nhiệt độ trung bình bề mật mà ta tính có sai số so với thực tế suy ra Prt

mà ta tính đã có sai số

Ở đây là quá trình truyền nhiệt phức tạp nên khi ta tính toán chỉ kể đến nhữngảnh hưởng chính ( dạng truyền nhiệt chính) mà có thể dẫn đến sai số

Chẳng hạn trong kiểu B (truyền nhiệt ngang) ta đã bỏ qua ảnh hưởng chủ yếu gây

ra sai số đó là đối lưu tự nhiên trong dòng chảy màng Chính ảnh hưởng này làm thayđổi cơ chế của sự truyền nhiệt có khi dẫn đến sai số rất cao Nó làm tăng cường sựtruyền nhiệt khi dòng chảy xuất hiện xoáy rối

Ở đây còn một nguyên nhân nửa gây ra sự khác nhau giữa KL và K*

L là ống làmbằng thép không nói rõ là thép gì, do đó dẫn đến  sẽ quyết định khá lớn nếu ta chọn lớn suy ra KL > K*

L , nếu  nhỏ suy ra KL < K*

L ._ Đồ thị Re-KL và Re-K*

L ở kiểu B có cắt nhau và dạng đồ thị có phần khácnhau là do những sai số trên gây ra

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Bin, Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất thực phẩm _ tập 2 , NXB

Khoa học và Kỹ thuật

2 Pham Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, Quá trình và thiết bị truyền nhiệt _ tập 5, NXB Đại

học Quốc gia, 1992