BÁO CÁO BÀI 5: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM 1. Mục đích thí nghiệm Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về thiết bị truyền nhiệt ống chùm. Giúp sinh viên vận hành chính xác thiết bị, đo đạc các thông số của quá trình và thiết bị. Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách. Tính toán hiệu suất toàn phần dựa trên cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng khác nhau. Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp: ngược chiều và xuôi chiều. Đánh giá quá trình hoạt động xuôi chiều và ngược chiều.
Trang 1VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM
BÁO CÁO THỰC HÀNH:
KỸ THUẬT THỰC PHẨM
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thắng
Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Trường
Trang 2BÁO CÁO BÀI 5: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM
1 Mục đích thí nghiệm
- Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về thiết bị truyền nhiệt ống chùm
- Giúp sinh viên vận hành chính xác thiết bị, đo đạc các thông số của quá trình
và thiết bị
- Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách
- Tính toán hiệu suất toàn phần dựa trên cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng khác nhau
- Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp: ngược chiều và xuôi chiều
- Đánh giá quá trình hoạt động xuôi chiều và ngược chiều
2 Cơ sở lý thuyết
Các công thức tra và công thức sử dụng
Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:
Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:
Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:
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):
Hiệu số nhiệt độ của các dòng – hiệu suất nhiệt độ quá trình truyền nhiệt:
Trang 3Ta có:
Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:
-Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng:
Với phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức thực nghiệm:
(Tính GN thì T ; tính GL thì )
Tính toán hệ số truyền nhiệt:
Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:
-Trường hợp xuôi chiều:
Trường hợp ngược chiều:
Ta xét:
Giá trị nào lớn hơn thì là Giá trị nào bé hơn thì là
Tính:
Trang 4Xác định hệ số truyền nhiệt K TN :
Đối với thiết bị ống chùm :
với Trong đó :
Hệ số truyền nhiệt lý thuyết
Được tính theo công thức:
tra bảng 39 trong bảng tra cứu quá trình cơ học truyền nhiệt - truyền khối
* Tính hệ số cấp nhiệt (dòng nóng):
Chuẩn số Reynolds:
Trong đó: w là vận tốc của dòng nóng:
v là độ nhớt của dòng nóng, có thể tra bảng hoặc tính theo công thức thực nghiệm sau:
Chuẩn số Prandtl:
Trang 5có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo phương pháp nội suy (trong chức năng thống kê của máy tính Casio)
T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào
Chuẩn số Grashoff:(dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính)
Với g = 9,81(m/s2), l là đường kính tương đương ở đây l=di , là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu, t là chênh lệch nhiệt đột = ttường - tnóng vào
Hệ số hiệu chỉnh :phụ thuộc vào giá trị Reynolds và (tra trong bảng 1.1 trang
33-sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009)
Tính chuẩn số Nusselt:
Nếu dòng nóng chảy dòng: :
* Tính hệ số cấp nhiệt (dòng lạnh): như dòng nóng chỉ thay đổi các tham số đặc
trưng của dòng lạnh
Chuẩn số Reynolds:
Trong đó: w là vận tốc của dòng lạnh:
Với
Chuẩn số Prandtl:
Trang 6có thể được tính bằng cách tra bảng hay tính theo pp nội suy (trong chức năng thống kê của máy tính Casio)
T lấy theo nhiệt độ trung bình đầu ra và đầu vào
Chuẩn số Grashoff:(dựa vào giá trị của Re rồi sau đó mới đi tính)
Với g = 9,81(m/s2), l là đường kính tương đương ở đây l= , là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu, t là chênh lệch nhiệt đột = ttường – tlạnh vào
Hệ số hiệu chỉnh :phụ thuộc vào giá trị Reynolds và (tra trong bảng 1.1 trang 33-sách QT & TB truyền nhiệt của TT máy và thiết bị-năm 2009)
Tính chuẩn số Nusselt:
Nếu dòng nóng chảy dòng: :
3 Tiến hành thí nghiệm
- Bật công tắc tổng
- Mở nắp 2 thùng chứa nước nóng TN và nước lạnh TL kiểm tra mực nước có trong thùng Mực nước chiếm 2/3 thùng
- Cài đặt nhiệt độ ban đầu là 800C
- Bật công tắc điện trở
- Khi nhiệt độ trong thùng chứa nước nóng TN đạt giá trị cài đặt ban đầu thì bắt đầu tiến hành thí nghiệm
Thiết bị truyền nhiệt ống chùm TB1
Trường hợp xuôi chiều
Điều chỉnh dòng nóng
- Khi nước trong thùng nước nóng TN đạt nhiệt độ cài đặt ban đầu, tiến hành thí nghiệm
- Mở van VN1, VN2, VN3, VN6, VN
Trang 7- Đóng van VN4, VN5
- Bật bơm nóng BN
- Dùng van VN để điều chỉnh lưu lượng dòng nóng theo yêu cầu thí nghiệm Chú
ý trong trường hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ từ van VN1
cho đạt giá trị thí nghiệm
- Khi lưu lượng đạt giá trị cần thí nghiệm thì mở van VN4, đóng van VN2 và VN3 Chú ý lúc này dòng nóng không qua lưu lượng kế nhưng vẫn đạt giá trị cần thí nghiệm
Điều chỉnh dòng lạnh
- Mở van VL1, VL, VL3, VL4, VL7, VL8
- Đóng van VL2, VL5, VL6, VL9
- Bật bơm lạnh BL
- Dùng van VL để điều chỉnh lưu lượng dòng lạnh theo yêu cầu thí nghiệm Chú
ý trong trường hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ từ van VL1
cho đạt giá trị thí nghiệm
Ghi kết quả thí nghiệm
- Khi điều chỉnh lưu lượng của 2 dòng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1 phút thì ghi nhiệt độ của 2 dòng:
+ Nhiệt độ dòng nóng vào là T2, nóng ra là T3
+ Nhiệt độ dòng lạnh vào là T5, lạnh ra là T4
Hoàn tất bài thí nghiệm:
- Tắc công tắc điện trở
- Điều chỉnh nhiệt độ cài đặt về mức 0
- Tắt bơm nóng
- Đóng dòng van lạnh
- Tiến hành xả nước thùng lạnh
- Tắt công tắt tổng
- Tiến hành làm vệ sinh thiết bị và kết thúc bài thí nghiệm
4. Số li u th c nghi mệu thực nghiệm ực nghiệm ệu thực nghiệm
TN VN (lít/phút) VL (lít/phút) T1 (0C)
NV
T2 (0C)
Nr
T3 (0C)
Lv
T4 (0C)
Lr
Trang 84 14 66 52 28 33
5 Kết quả
5.1 Bảng hiệu suất nhiệt độ
5.2 Bảng hiệu suất truyền nhiệt
Trang 91 7802.67 2786.67 5016 35.71
5 9056.67 2229.33 6827.34 24.62
10 10868 3483.33 7384.67 32.05
14 10728.67 2786.67 7942 25.397
5.3 Bảng hệ số truyền nhiệt
TN T max T min T log Q N (W) K TN (W/m 2 0 C)
1 38 19 27.41 7802.67 14982.37
4 38 19 27.41 7802.67 14982.37
5 39 22 29.69 9056.67 16054.79
6 37 21 28.25 9056.67 16873.16
13 35 21 27.41 7802.67 14982.37
14 34 19 25.78 10728.67 21903.29
15 33 18 24.75 9753.33 20740.73
Bàn luận
Quá trình truyền nhiệt phụ thuộc lưu lượng dòng nóng lạnh khác nhau thì hiệu suất truyền nhiệt và hệ số truyền nhiệt khác nhau
Xuôi chiều không ảnh hưởng đến nhiệt độ, vì vậy hệ số truyền nhiệt tương đối ổn
Trang 10Dựa vào bảng kết quả ta thấy hiệu suất truyền nhiệt thấp, nguyên nhân do nhiệt lượng thất thoát ra ngoài nhiều hoặc do sai số trong quá trình, độ nhạy thiết bị thấp đẫn đến sai số các thông số nhiệt độ
Dựa trên bảng số liệu ta thấy dòng nước lạnh vào có hiện tương tăng nhiệt độ là do hệ thống thiết bị sử dụng nước lạnh ra đổ lại vào thùng chứa nước lạnh vì thay nước không kịp nên có hiện tượng dòng nước lạnh vào tăng nhiệt độ
6 Phụ lục
Xét trường hợp: GN=8lit/phút , GL=8lít/phút,
T1 = 66 0C, T2 = 52 0C, T3 = 28 0C, T4= 330C
Nhiệt độ chênh lệch giữa dòng nóng vào và dòng nóng ra:
TN =T1-T2= 66-52=14 0C
Nhiệt độ chênh lệch giữa dòng lạnh ra và dòng lạnh vào:
TL=T4-T3=33-28=5 0C
*Hiệu suất nhiệt độ dòng nóng:
= x100=36.84 %
*Hiệu suất nhiệt độ dòng lạnh:
= x100=13.15 %
*Hiệu suất nhiệt độ quá trình truyền nhiệt:
= =24.995 %
CH2O = 4180 J/kg oC
Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:
QN=GN.CN.TN = = 7802.67 (W)
Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:
QL=GL.CL.TL= =2786.67 (W)
Nhiệt lượng tổn thất:
Qf=QN-QL = 7802.67-2786.67=5016 (W)
Hiệu suất quá trình truyền nhiệt:
Trang 11= =35.71 %
Đối với dòng chảy xuôi chiều, có:
(oC) ; (oC) Thay số vào, ta được:
Tmax= TN-V – TL-V = 66-28= 38 ( 0C)
tmin=TN-R – TL-R = 52-33=19 ( 0C)
tlog= = = 27.41
Thiết bị 2 có: L2= 500mm, d2t= 11mm, d2n= 13mm
F=.dtb.L=x x500x10-3 =0.019 (m2)
Hệ số truyền nhiệt :
=> = = 14982.37 (W/m2 .0C) Tính toán tương tự đối với các trường hợp khác