IUH | BÀI BÁO CÁO THỰC HÀNH | BÀI 4 : THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG

- Quá trình trao đổi nhiệt giữa 2 dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách rất thường gặp trong lĩnh vực công nghiệp hóa chất , thực phẩm , hóa dầu ,... trong đó nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra sẽ được dòng lạnh thu vào . Mục đích của qua trình nhằm thực hiện một giai đoạn nào đó trong quy trình công nghệ , có thể là đun nóng , làm nguội , ngưng tụ hay bốc hơi , ...Tùy thuộc vào bản chất quá trình mà ta sẽ bố trí sự phân bố của các dòng sao cho giảm tổn thất , tăng hiệu suất quá trình. - Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc vào cách 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 nhiệt lượng khi 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp: Nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra: QN = GN.CN.rTN Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào: QL = GL.CL.rTL Nhiệt lượng tổn thất: Qf = QN - QL Cân bằng nhiệt lượng: QN = QL + Qf Mặt khác nhiệt lượng trao đổi cũng có thể tính theo công thức: Q = K.F.rTlog Từ công thức Q = K.F.rTlog cho ta thấy nhiệt lượng trao đổi sẽ phụ thuộc vào kích thước thiết bị F , cách bố trí các dòng rTlog . Do thiết bị là phần cứng ta rất khó thay đổi neen có thể xem nhiệt lượng trao đổi trong trường hợp này phụ thuộc cách bố trí dòng chảy. Ta có các cách bố trí sau : - Chảy xuôi chiều : lưu thể 1 và 2 chảy song song cùng chiều nhau . - Chảy ngược chiều : lưu thể 1 và 2 chảy song song nhưng ngược chiều nhau . - Chảy chéo dòng : lưu thể 1 và lưu thể 2 chảy theo phương vuông góc . - Chảy hỗn hợp : lưu thể 1 chảy theo hướng nào đó còn lưu thể 2 thì có đoạn chảy cùng chiều , có đoạn chảy ngược chiều , có đoạn chảy chéo dòng . - Tùy vào cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit tlog khác nhau 〖"∆t" 〗_"log" = (〖"∆t" 〗_"max" "-" 〖"∆t" 〗_"min" )/("ln" 〖"∆t" 〗_"max" /〖"∆t" 〗_"min" ) - Trường hợp chảy ngược chiều: rt1 = TNv - TLr rt2 = TNr - TLv Nếu rt1 > rt2  rtmax = rt1 , rtmin = rt2 rt1 < rt2  rtmax = rt2 , rtmin = rt1 - Trường hợp chảy xuôi chiều: rtmax = rt1 = TNv - TLv rtmin = rt2 = TNr - TLr - Nếu trong quá trình truyền nhiệt khi tỉ số 〖"∆t" 〗_"max" /〖"∆t" 〗_"min" " " < 2 thì hiệu số trung bình rtlog có thể được tính gần đúng theo công thức sau: 〖"∆t" 〗_"log" = (〖"∆t" 〗_"max " "+" 〖" ∆t" 〗_"min" )/"2" - Hiệu suất nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt của dòng nóng và dòng lạnh: "H" _"N" = ("T" _"Nv- " "T" _"Nr" )/("T" _"Nv- " "T" _"Lr" ) . 100%; "H" _"N" = ("T" _"Nv- " "T" _"Nr" )/("T" _"Nv- " "T" _"Lr" ) . 100% - Hiệu suất nhiệt độ hữu ích của quá trình truyền nhiệt: "H" _"hi" = ("T" _"Nv- " "T" _"Nr" )/"2" - Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: H = Q_L/Q_N . 100% - Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: H_N = Q/(F.〖∆t〗_log ) . 100% Trong đó: Với F = .dtb.L (d_tb= (d_i+ d_o)/2) là đường kính trung bình của ống truyền nhiệt, m. - Hệ số truyền nhiệt lý thuyết: KLT = 1/(1/α_1 + δ/λ + 1/α_2 )

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÀI BÁO CÁO THỰC HÀNH BÀI 4 : THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG

Họ và tên : Mai Nguyễn Tấn Tài

Lớp : DHHO18A MSSV: 22639001

Tổ : 3 Nhóm : 2 GVHD : ThS Trương Văn Minh

Thành phố Hồ Chí Minh ,ngày 08 tháng 9 năm 2025

- Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc vào cách ta bố trí thiết

bị, điều kiện hoạt động, Trong đó, chiều chuyển động của các dòng có ý nghĩa rấtquan trọng

+ Cân bằng nhiệt lượng khi 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp:

Nhiệt lượng dòng nóng tỏa ra:

Ta có các cách bố trí sau :

- Chảy xuôi chiều : lưu thể 1 và 2 chảy song song cùng chiều nhau

- Chảy ngược chiều : lưu thể 1 và 2 chảy song song nhưng ngược chiều nhau

- Chảy chéo dòng : lưu thể 1 và lưu thể 2 chảy theo phương vuông góc

- Chảy hỗn hợp : lưu thể 1 chảy theo hướng nào đó còn lưu thể 2 thì có đoạn chảy cùng chiều , có đoạn chảy ngược chiều , có đoạn chảy chéo dòng

- Tùy vào cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit

- Nếu trong quá trình truyền nhiệt khi tỉ số ∆tmax

∆tmin < 2 thì hiệu số trung bình rtlog cóthể được tính gần đúng theo công thức sau:

∆tlog = ∆tmax + ∆tmin

α1+δ

λ+ 1

α2

2 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG/

Hình 1: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm truyền nhiệt loại ống xoắn

Hình 2 : Sơ đồ tủ điện

Hê thống tủ điện gồm :

- Đèn báo sáng khi có điện vào tủ điều khiển

- Công tắc tổng ( có đèn báo sáng khi mở )

- Nút nhấn mở ( màu xanh ) nút nhấn tắt ( màu đỏ ) của bơm nóng , bơm lạnh

2 KHẢO SÁT TRƯỜNG HỢP NGƯỢC CHIỀU THIẾT BỊ/

HÌNH 2

IV KẾT QUẢ/

THÍ NGHIỆM 1 : KHẢO SÁT TRƯỜNG HỢP XUÔI CHIỀU THIẾT BỊ

Thí nghiệm 1a: Truyền nhiệt xuôi chiều ống xoắn vỏ thủy tinh

V nóng

(LPM)

V lạnh (LPM) T NV ( O C) T LV ( O C) T NR ( O C) T LR ( O C)

THÍ NGHIỆM 1 : KHẢO SÁT TRƯỜNG HỢP XUÔI CHIỀU THIẾT BỊ

Thí nghiệm 1a: Truyền nhiệt xuôi chiều ống xoắn vỏ thủy tinh

a) Xác định nhiệt lượng dòng nóng, dòng lạnh và nhiệt lượng tổn thất

Khối lượng riêng dòng nóng TN = 65.75℃ -> 𝜌N = 979.12 (m 3 ) Kg

Khối lượng riêng dòng lạnh TL = 37.8℃ -> 𝜌L = 992.526(m 3 ) Kg

Nhiệt dung riêng dòng nóng

Nhiệt dung riêng dòng lạnh

4195.6 025

4193.6 46

0.1 0

0.0 99

702 5

55 77

4195.4 87

4193.7 475

0.1 0

0.1 32

690 8

91 52

22 44 13 2

4195.3 68

4193.5 06

0.1 0

0.1 66

732 6

66 64

4195.2 35

4193.4 36

0.1 0

0.1 99

774 5

61 67

4195.1 58

4193.3 555

0.1 3

0.0 99

967 4

22 09

4195.1 3

4193.2 68

0.1 3

0.1 33

989 6

26 69

4195.0 81

4193.2 015

0.1 3

0.1 66

102 29

20 16

4194.9 9

4193.1 525

0.1 3

0.1 99

990 6

12 52

4195.7 6

4193.7 02

0.1 6

0.0 99

109 41

54 93

4196.0 155

4193.6 39

0.1 6

0.1 32

525 4

62 16

96 2

-11 8

4196.1 24

4193.5 83

0.1 6

0.1 65

913 4

68 01

4196.0 085

4193.5 375

0.1 6

0.1 99

101 67

70 80

4195.7 6

4193.4 325

0.2 0

0.0 99

820 5

27 08

4195.6 62

4193.3 975

0.2 0

0.1 33

886 9

36 12

4195.6 2

4193.3 45

0.2 0

0.1 66

903 6

34 74

4195.5 01

4193.2 925

0.2 0

0.1 99

103 61

29 19

74

42 28

b) Xác định hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ

T NV ( O C)

T LV ( O C)

T NR ( O C)

T LR ( O C)

η N η L η hi ΔTN ΔTL

T LV ( O C) T2

T NR ( O C) T3

T LR ( O C) T4

ΔT max

ΔT min

Wn Re Pr Nu Alpha

Alpha lạnh

K lý thuyế t

0.497 18506.389 3.93 98.10 3979.15 0.0023453 827.48 32.12 5.34 86.1

6

80.4 6

0.497 18506.389 3.93 98.10 3979.15 0.0031271 1103.30 35.32 5.34 94.7

4

80.4 6

0.497 18506.389 3.93 98.10 3979.15 0.0039088 1379.13 38.02 5.34 101.

97

80.4 6

0.497 18506.389 3.93 98.10 3979.15 0.0046906 1654.95 40.37 5.34 108.

30

80.4 6

0.663 24675.185 3.93 123.49 5008.89 0.0023453 827.48 32.12 5.34 86.1

6

80.7 9

0.663 24675.185 3.93 123.49 5008.89 0.0031271 1103.30 35.32 5.34 94.7

4

80.7 9

0.663 24675.185 3.93 123.49 5008.89 0.0039088 1379.13 38.02 5.34 101.

97

80.7 9

0.663 24675.185 3.93 123.49 5008.89 0.0046906 1654.95 40.37 5.34 108.

30

80.7 9

0.829 30843.981 3.93 147.62 5987.83 0.0023453 827.48 32.12 5.34 86.1

6

81.0 1

0.829 30843.981 3.93 147.62 5987.83 0.0031271 1103.30 35.32 5.34 94.7

4

81.0 1

0.829 30843.981 3.93 147.62 5987.83 0.0039088 1379.13 38.02 5.34 101.

97

81.0 1

0.829 30843.981 3.93 147.62 5987.83 0.0046906 1654.95 40.37 5.34 108.

30

81.0 1

0.995 37012.777 3.93 170.80 6928.10 0.0023453 827.48 32.12 5.34 86.1

6

81.1 6 0.995 37012.777 3.93 170.80 6928.10 0.0031271 1103.30 35.32 5.34 94.7 81.1

4 6

0.995 37012.777 3.93 170.80 6928.10 0.0039088 1379.13 38.02 5.34 101.

97

81.1 6

0.995 37012.777 3.93 170.80 6928.10 0.0046906 1654.95 40.37 5.34 108.

30

81.1 6

Truyền nhiệt ngược chiều ống xoắn vỏ thủy tinh

a) Xác định nhiệt lượng dòng nóng, dòng lạnh và nhiệt lượng tổn thất

Khối lượng riêng dòng nóng TN = 69.35℃ -> 𝜌N = 979.12 (m 3 Kg)

Khối lượng riêng dòng lạnh TL = 38.75℃ -> 𝜌L =992.2 (m 3 ) Kg

Nhiệt dung riêng dòng nóng

Nhiệt dung riêng dòng lạnh

Δ TL

99 2.2

7031 85

841 61

-11 3.6

99 2.3

8877 97

268 6.64

-14 3.4

99 2.6

1012 9.01

335 9.32

-14 9.6

99 2.8

1115 8.19

323 1.97

-14 0.8

99 3.0

5038 82

394 1.24

56 1

99 2.7

7771 04

120 4.03

-11 8.3

99 2.9

9160 03

165 7.33

-12 2.1

99 2.9

1082 5.88

266 1.40

-13 2.6

99 3.1

4872 59

423 7.11

53 5

99 2.9

7106 47

534 58

-10 8.1

99 3.0

8813 84

134 8.00

-11 8.1

99 3.0

1049 3.52

185 7.26

-12 1.5

99 2.9

5329 66

13.7 6

99 7

99 3.0

6718 43

145 5.88

-12 7.7

99 3.1

8120 98

261 0.38

-14 7.4

99 3.1

9911 41

250 2.81

-13 3.8

b Xác định hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ

T NV ( O C)

T LV ( O C)

T NR ( O C)

T LR ( O C)

η N η L η hi ΔTN ΔTL

T LV ( O C) T2

T NR ( O C) T3

T LR ( O C) T4

ΔT max

ΔT min

4.(0.252

− 0.0172)

π (0.25+0.017) =0 ,233(m)

0.5 20804.57 2.55 461.16 19830 0.00235 808.3650 5.34 25.17 67.63 65

Trường hợp xuôi chiều:

Nhiệt độ trung bình dòng nóng khoảng 65–70 °C, dòng lạnh khoảng 31–38 °C Chênh lệch nhiệt độ giảm dần khi tăng lưu lượng, chứng tỏ quá trình trao đổi nhiệt diễn ra đúng quy luật

Hiệu suất truyền nhiệt trung bình đạt khoảng 50–60%, một số điểm cao hơn (trên

70%) khi lưu lượng giữa hai dòng cân bằng, chứng tỏ sự trao đổi nhiệt diễn ra tương đối hiệu quả

Trường hợp ngược chiều:

Về lý thuyết, ngược chiều phải cho hiệu suất cao hơn xuôi chiều vì duy trì chênh lệch nhiệt độ lớn dọc theo chiều dài ống Tuy nhiên, trong thí nghiệm, một số trường hợp

cho hiệu suất >100% hoặc âm Đây là dấu hiệu của sai số đo và tính toán.

Nguyên nhân có thể do:

- Sự dao động của nhiệt độ đo được (đặc biệt ở đầu ra dòng lạnh)

- Dòng lạnh bị ảnh hưởng bởi nhiệt môi trường hoặc chưa ổn định

- Sai lệch khi xác định nhiệt dung và khối lượng riêng theo nhiệt độ trung bình

Ảnh hưởng của lưu lượng:

Khi tăng lưu lượng, sự chênh lệch nhiệt độ giữa vào – ra của hai dòng giảm, dẫn đến

hệ số truyền nhiệt có xu hướng thay đổi

Thực tế cho thấy ở một số điểm, lưu lượng lớn làm hiệu suất giảm do thời gian tiếp xúc giữa hai dòng ngắn lại