BÀI 1 THỰC HÀNH TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN

BÀI 1 THỰC HÀNH TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN

BÀI 1: THỰC HÀNH TRUYỀN NHIỆT ỐNG XOẮN

1.1.Mục Đích Thí Nghiệm:

Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của tháp đệm bằng

cách xác định:

- Ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên độ giảm áp suất của dòng khí qua cột

- Sự biến đổi của hệ số ma sát fck trong cột theo chuẩn số Reynolds của dòng khí và

suy ra các hệ thức thực nghiệm

- Sự biến đổi của thừa số σ liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí khi cột khô và khi

cột ướt với vận tốc dòng lỏng

1.2.Cơ sở lý thuyết

Các quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách rất thường gặp trong các lĩnh vực công nghiệp hóa chất, thực phẩm, hóa dầu…Trong đó nhiệt lượng do dòng nóng sẽ tỏa ra sẽ được dòng lạnh thu vào

Mục đích của quá trình nhằm thực hiện một giai đoạn nào đó trong qui trình công nghệ, đó có thể là đun nóng, làm nguội, ngưng tụ hay bốc hơi… Tùy thuộc vào bản chất của quá trình mà ta bố trí sự phân bố các dòng sao cho giảm tổn thất, tăng hiệu suất của quá trình

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

bị, điều kiện hoạt động… Trong đó chiều chuyển động có ý nghĩa rất quan trọng: Cân bằng nhiệt lượng khí 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp:

Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra.

QN = GN.CN.ΔTTN

Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào

QL = GL.CL.ΔTTL

Nhiệt lượng tổn thất (phần nhiệt lượng mà dòng nóng tỏa ra nhưng dòng lạnh không thu vào được do trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh)

Qf = QN - QL

Cân bằng nhiệt lượng

QN = QL – Qf

Mặt khác nhiệt lượng trao đổi còn có thể tính theo công thức:

Q = K.F.ΔTtlog

Từ công thức (5) ta thấy nhiệt lượng trao đổi sẽ phụ thuộc vào kích thước thiết bị

F, cách bố trí các dòng ΔTtlog Do thiết bị là phần cứng ta rất khó thay đổi nên có thể xem nhiệt lượng trao đổi trong trường hợp này phụ thuộc vào cách bố trí dòng chảy Tuy nhiên trong thiết bị truyền nhiệt ống xoắn này ta không xét tất cả các trường hợp bố trí dòng trên, chúng ta chỉ xét trường hợp dòng xuôi chiều và ngược chiều Chảy xuôi chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song, cùng chiều với nhau

1

2

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

1

Tùy thuộc vào cách bố trí mà ta có phương pháp xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích logarit ΔTtlog khác nhau

Trường hợp chảy xuôi chiều

Nhiệt độ lưu thể nóng giảm dần, lưu thể nguội tăng dần

Đặc trưng thay đổi nhiệt độ khi xuôi chiều

ΔTtmax = ΔTt1 = T1đ – T2đ

ΔTtmin = ΔTt2 = T1c – T2c

Trường hợp chảy ngược chiều

Đặc trưng thay đổi nhiệt độ khi ngược chiều

Nếu (t1đ – t2c) > (t1c – t2đ)

ΔTtmax = t1đ-t2c , ΔTtmin = t1c-t2đ

Nếu (t1đ – t2c) < (t1c – t2đ)

ΔTtmax = t1c-t2đ , ΔTtmin = t1đ-t2c

Nếu trong quá trình biến đổi nhiệt mà nhiệt độ của lưu thể ít biến đổi, tức tỷ số

Δtmaxtmax

Δtmaxtmin<2 thì hiệu số nhiệt độ trung bình ΔTtlog có thể được tính gần đúng theo trong bình số học

ΔTtlog = 0.5 ( ΔTtmax + ΔTtmin)

1.3.Bảng số liệu thô

Khảo sát quá trình truyền nhiệt trên TB2

Trường hợp xuôi chiều

Tiến hành thí nghiệm trên thiết bị TB2 ở chế độ xuôi chiều với các giá trị

lưu lượng của các dòng theo bảng 3

Bảng 3: Bảng bố trí thí nghiệm trên thiết bị TB2 khi xuôi chiều

(lít/phút)

VL

(lít/phút)

T5

(0C)

T6

(0C)

T7

(0C)

T8

(0C) 1

4

6

7

11

10

16

13

21

16

TN GN

kg/s

GL

kg/s

Dòng nóng Dòng lạnh

Tv(0C) Tr(0C) Tv(0C) Tr(0C) 1

0.066

6

0.115

11

0.165

16

0.215

21

0.265

Trường hợp ngược chiều

Tiến hành thí nghiệm trên thiết bị TB2 ở chế độ ngược chiều với các giá trị lưu

lượng của các dòng theo bảng 4

Bảng 4: Bảng bố trí thí nghiệm trên thiết bị TB2 khi ngược chiều

(lít/phút)

VL

(lít/phút)

T5

(0C)

T6

(0C)

T7

(0C)

T8

(0C) 1

4

6

7

11

10

16

13

21

16

TN kg/sGN kg/sGL dòng nóng dòng lạnh

Tv (0C) Tr(0C) Tv(0C) Tr(0C)

0.066

6

0.115

11

0.165

16

0.215

1.5 Kết quả tính toán

Trường hợp xuôi chiều

Hiệu suất nhiệt độ

TN

ΔTTN

(0C)

ΔTTl

(0C)

ŋn

(0C)

ŋl

(0C)

ŋhi

(0C)

1 19 12 52.78 33.33 43.06

Hiệu suất truyền nhiệt

TN

GN

kg/s

GL

kg/s

QN

(W)

QL

(W)

Qf

(W)

ŋ (%) 1

0.066

0.066

5238.2 8

3327.5 3

1910.7

2 0.116 5238.28 4854.14 384.14 92.67

8 8 728.00

4 0.216 5238.28 5412.09 173.80- 103.32

5 0.266 5238.28 5551.64 313.36- 105.98 6

0.115

0.066

4836.8 8

2773.7 9

2063.0

7 0.116 5320.57 4369.38 951.19 82.12

8 0.166 5804.26 5549.25 255.01 95.61

9 0.216 6287.95 5412.09 875.86 86.07

10 0.266 5804.26 5551.64 252.62 95.65 11

0.165

0.066

4846.0 2

2496.7 9

2349.2

12 0.116 4846.02 3399.41 1446.60 70.15

13 0.166 4846.02 4163.14 682.87 85.91

14 0.216 5538.30 3609.07 1929.23 65.17

15 0.266 5538.30 3331.91 2206.40 60.16 16

0.215

0.066

4506.8 1

1942.5 2

2564.2

17 0.116 6309.53 2914.20 3395.33 46.19

18 0.166 5408.17 3469.78 1938.39 64.16

19 0.216 5408.17 3609.07 1799.10 66.73

20 0.266 5408.17 3331.91 2076.26 61.61

21 0.265 0.066 3330.50 1665.26 1665.25 50.00

22 0.116 4440.67 2428.84 2011.83 54.70

4

2776.2 1

2774.6 3

50.01

24 0.216 5550.84 2707.17 2843.67 48.77

25 0.266 5550.84 2221.57 3329.27 40.02

Hệ số truyền nhiệt

(W)

Δttmax ( 0 C)

Δttmin ( 0 C)

Δttlog ( 0 C)

KTN (W/

m 2 K)

αN (W/

m 2 K)

αL (W/

m 2 K)

KLT (W/

m 2 K)

15.70

16.44

13.74

13.95

12.33

13.63

12.42

11.16

10.86

10.25

10.48

16 4506.8

1377.36

1066.70

1116.93

1173.28

1204.24

1269.73

1129.82

Trường hợp ngược chiều

Hiệu suất nhiệt độ

TN ΔTT(0C)N (ΔTT0C)l (0ŋC)n (0ŋC)l (ŋ0C)hi

12 7 8 30.43 34.78 32.61

Hiệu suất truyền nhiệt

1

0.066

0.066

4954.0 8

4433.8

2

0.116

5229.3 1

5338.7

4 -109.43

102.0 9 3

0.166

5229.3 1

5549.2

5 -319.94

106.1 2 4

0.216

5504.5 4

5412.0

5

0.266

5229.3 1

5551.6

4 -322.33

106.1 6 6

0.115

0.066

4346.3 5

3327.5 3

1018.8

7

0.116

5312.2 0

4854.1

8

0.166

5312.2 0

5549.2

5 -237.05

104.4 6

0 9 8 10

0.266

5795.1 3

5551.6

11

0.165

0.066

4145.9 0

2496.7 9

1649.1

12

0.116

4836.8 8

3884.4

13

0.166

5527.8 7

4163.1 4

1364.7

14

0.216

6218.8 5

5412.0

15

0.266

5527.8 7

4441.9 3

1085.9

16

0.215

0.066

3599.1 7

1942.5 2

1656.6

17

0.116

4498.9 6

2914.2 0

1584.7

18

0.166

5398.7 6

3469.7 8

1928.9

19

0.216

5398.7 6

3609.0 7

1789.6

20

0.266

5398.7 6

3331.9 1

2066.8

21

0.265

0.066

3325.6 0

1665.2 6

1660.3

22

0.116

4434.1 3

2428.8 4

2005.2

23

0.166

5542.6 6

2776.2 1

2766.4

24

0.216

5542.6 6

2707.1 7

2835.4

25

0.266

5542.6 6

3331.9 1

2210.7

Hệ số truyền nhiệt

m 2 K)

(W/

m 2 K)

(W/

m 2 K)

(W/

m 2 K)

1 4954.0

21.98 5

317.381

219.99 2

22.76 6

323.515

258.17 2

21.02 3

350.349

283.72 2

19.15 5

404.748

304.01 7

18.10 7

406.765

320.87 8

18.45 9

331.626

214.61 6

18.49 5

404.529

254.31 9

17.45

280.75 7

17.38 0

430.485

301.88 2

16.24 9

502.302

319.64 1

16.45 4

354.876

210.55 5

15.49 5

439.669

249.19 8

15.97 9

487.243

277.16 3

14.44 8

606.233

299.14 2

13.90 4

559.953

316.77 0

13.44 4

377.057

205.61 7

13.49 4

469.590

244.50 8

13.49 4

563.508

272.59 5

11.97 2

635.129

291.88 9

11.43 4

664.995

308.70 3

11.43 4

409.632

202.18 9

22 4434.1

11.49 3

543.408

240.53 5

11.49 3

679.260

268.24 7

10.97 0

711.652

288.57 7

783.274

305.66 3