Bài 6: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM1.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Sinh viên biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van để điều chỉnh lưu lượng và hướng dòng chảy, biết nhữ
Trang 1Bài 6: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM
1.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
Sinh viên biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van để điều chỉnh lưu lượng và hướng dòng chảy, biết những sự cố có thể xảy ra và cách xử lý tình huống.
Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng qua một bề mặt ngăn cách là ống lồng ống, ống chùm, ống xoắn…
Tính toán hiệu suất toàn phần dựa vào 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 xuôi chiều và ngược chiều.
Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị từ đó so sánh với kết quả tính toán theo
lý thuyết KLT.
2.Các công thức tính toán:
Cân bằng năng lượng khi 2 dòng lỏng trao đổi nhiệt gián tiếp:
Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:
Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:
Nhiệt lượng tổn thất:
Cân bằng nhiệt lượng:
Mặt khác nhiệt lượng trao đổi nhiệt cũng có thể tính theo công thức:
Nhiệt lượng trao đổi trong trường hợp này phụ thuộc vào cách bố trí dòng chảy.
Trang 2* Trường hợp chảy ngược chiều
Xét trường hợp hai lưu thể chảy ngược chiều dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt , nhiệt độ của lưu thể nóng giảm, nhiệt độ của lưu thể nguội tăng.
* Trường hợp chảy xuôi chiều:
Nếu trong quá trình truyền nhiệt mà nhiệt độ của lưu thể ít biến đổi, tức là khi tỷ số
thì hiệu số nhiệt độ trung bình có thể được tính gần đúng theo trung bình số học
( khi thì chỉ công thức này đúng)
Xác định và so sánh hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiếu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt:
Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:
Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:
Trang 3Xác định hệ số truyền nhiệt theo lý thuyết:
Xác định chuẩn số Re:
Chuẩn số Prandtl:
Chuẩn số Grashoff:
Trang 4Chuẩn số Nusselt:
Trong đó:
: Hệ số tỏa nhiệt, W/m2.K
: Hệ số dẫn nhiệt, W/m.K
: Trọng lượng riêng, N/m3
Cp: Nhiệt lượng riêng ở áp suất không đổi , J/kg.K : Khối lượng riêng, kg.s2/m4(1kg.s2/m4 = 9.81 kg/m3) : Độ nhớt động lực, kg.s/m2 (1 kg.s/m2=9.81 N.s/m2) v: Độ nhớt động học, m2/s
a: Hệ số dẫn nhiệt độ, m2/s
: Độ chênh lệch nhiệt độ, oC
g: Gia tộc trọng trường , 9.81m/s2
: Hệ số giản nở thể tích vì nhiệt, K-1
Trang 53.Số liệu thu được qua thí nghiệm và xử lý số liệu:
Thí nghiệm 1: Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết bị
Lưu lượng dòng nóng VN
(l/ph)
Lưu lượng dòng lạnh VL
(l/ph)
Nhiệt
độ vào dòng nóng T1
(oC)
Nhiệt
độ vào dòng lạnh T4
(oC)
Nhiệt
độ ra dòng nóng T3
(oC)
Nhiệt
độ ra dòng lạnh T2
(oC)
7
10
13
16
Tiến hành xử lí số liệu:
Lưu lượng khối lượng của dòng nóng là:
Lưu lượng khối lượng của dòng lạnh là:
Hiệu số nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra của dòng nóng:
12 (oC) Hiệu số nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra của dòng lạnh:
(oC) Nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra:
Trang 6Nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào:
Nhiệt lượng tổn thất:
Hiệu số nhiệt độ của các dòng:
(oC) (oC)
oC) Hiệu suất nhiệt độ:
Hiệu suất của quá trình truyền nhiệt:
Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm:
Ta có
(m2) (W/m2.oC)
Với cách xử lí số liệu tương tự ta được:
STT
Lưu lượng thể tích dòng nóng VN
(l/p)
Lưu lượng thể tích dòng lạnh VL
(l/p)
Lưu lượng khối lượng
GN
(kg/s)
Lưu lượng khối lượng
GL
(kg/s)
Nhiệt lượng của dòng nóng
QN(W)
Nhiệt lượng của dòng lạnh QL
(W)
Nhiệt lượng tổn thất Qf
(W)
Trang 72 10 0,115 0,164 5294,48 4802,93 492
5
10
7 0,164 0,115 7563,55 5763,52 1800
9
13
7 0,214 0,115 9832,61 6243,81 3589
13
16
7 0,263 0,115 7701,07 6243,81 1457
lượng
thể tích
dòng
nóng VN
(l/p)
Lưu lượng thể tích dòng lạnh VL
(l/p)
Hiệu suất nhiệt độ dòng nóng (%)
Hiệu suất nhiệt độ dòng lạnh (%)
Hiệu suất nhiệt độ hữu ích (%)
Hiệu suất nhiệt độ truyền nhiệt (%)
Trang 83 13 54,167 20,000 37,08 85,53
lượng thể tích dòng nóng VN
(l/p)
Lưu lượng thể tích dòng lạnh VL
(l/p)
Hiệu số nhiệt độ của các dòng (oC)
Diện tích trao đổi nhiệt (m2)
Hệ số truyền nhiệt (K)
57,972 0,3 359,7772
61,145 0,3 341,1066
5 10 7 55,041 0,3 458,052
Trang 960,324 0,3 417,9372
64,846 0,3 424,1415
9 13 7 50,321 0,3 651,321
54,194 0,3 659,7639
59,719 0,3 498,9317
53,673 0,3 478,2707
52,611 0,3 627,3272
63,142 0,3 580,7816
53,410 0,3 686,6021
Thí nghiệm 2: Khảo sát trường hợp xuôi chiều thiết bị
STT
Lưu lượng dòng nóng GN
(l/ph)
Lưu lượng dòng lạnh GL
(l/ph)
Nhiệt
độ vào dòng nóng T1
(oC)
Nhiệt
độ vào dòng lạnh T2
(oC)
Nhiệt
độ ra dòng nóng T3
(oC)
Nhiệt
độ ra dòng lạnh T4
(oC)
1
7
Trang 106 10 67 33 58 38
7
13
13
16
Xử lí số liệu tương tự như trường hợp chảy ngược chiều ngoại trừ:
(oC) (oC)
oC)
Từ đó ta có bảng số liệu như sau:
lượng dòng nóng GN
(l/ph)
Lưu lượng dòng lạnh GL
(l/ph)
Hiệu suất nhiệt độ dòng nóng
Hiệu suất nhiệt độ dòng lạnh
Hiệu suất nhiệt độ hữu ích
Hiệu suất nhiệt độ truyền nhiệt
Trang 1112 16 43,478 17,857 30,67 61,41
lượng dòng nóng GN
(l/ph)
Lưu lượng dòng lạnh GL
(l/ph)
Hiệu số nhiệt độ của các dòng
Diện tích trao đổi nhiệt (m2)
Hệ số truyền nhiệt (K)
28,044 0,3 572,1019
25,969 0,3 741,3852
21,093 0,3 1064,893
19,550 0,3 984,7806
27,829 0,3 741,2229
26,384 0,3 781,8375
22,271 0,3 926,2037
30,033 0,3 595,2706
Trang 1222,271 0,3 1204,065
19,550 0,3 1524,065
13 16 7 26,601 0,3 1102,879
25,359 0,3 1012,266
22,679 0,3 1293,581
21,023 0,3 1046,641
4 Đồ thị