Báo cáo thí nghiệm môn học động lực học truyền nhiệt

NHẬN XÉT: - Qua bài thí nghiệm giúp chúng em hiểu rõ hơn về quá trình làm lạnh trong thực tế. Quá trình luôn diễn ra có kèm theo quá trính quá nhiệt và quá lạnh. - Các sensor đo nhiệt độ cho kết quả khá hợp lí. Tuy nhiên vẫn có sai số do các khoảng thời gian đọc các số liệu khác nhau trong bài thí nghiêm.

1.2.1.1.1.1 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

2018 – 2019

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

MÔN HỌC: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC & TRUYỀN NHIỆT LỚP LÝ THUYẾT: L03-A LỚP THÍ NGHIỆM: L07 (Tiết 2-4 Thứ 5)

Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN VĂN HẠNH

Bình Dương ngày 25 tháng 05 năm 2019



BÀI 1: XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI KHÔNG ẨM VÀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT TRONG ỐNG KHÍ KHÍ

1.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA THÍ NGHIỆM

1.1.1 Mục đích thí nghiệm

- Biết cách đo nhiệt độ (khô, ướt), lưu lượng gió, áp suất, thể tích

- Hiểu quá trình làm lạnh có tách ẩm của không khí ẩm

- Hiểu nguyên lý làm việc và các thiết bị cơ bản của chu trình lạnh đơn giản

- Tính toán cân bằng nhiệt trong ống khí

1.2.21.1.2 Yêu cầu chuẩn bị

Sinh viên đọc kỹ phần lý thuyết các phần sau trước khi vào tiến hành thí nghiệm:

- Nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt

- Thiết bị đo tốc độ gió

- Thiết bị đo thể tích

- Thước kẹp

1.2.2 Mô tả thí nghiệm

Không khí được quạt thổi qua dàn lạnh của máy lạnh Trước và sau dàn

lạnh có đặt các bầu nhiệt kế khô ướt để xác định trạng thái của không khí ẩm

Tại đầu ra của ống khí động có sử dụng 1 thiết bị đo tốc độ gió để xácđịnh tốc độ và nhiệt độ của không khí.

Hình 1: Mô hình ống khí động

1.3 NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM :

Bảng 1

2: Ống gió 6: Thiết bị đo tốc độ gió 10: Tiết lưu

3: Nhiệt kế khô 7: Áp kế đo bay hơi 11: Quạt

4: Dàn bay hơi 8: Áp kế đo ngưng tụ 12: Dàn ngưng tụ

- Sử dụng các bầu nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt để xác định trạng của

không khí tại các vị trí trước dàn lạnh (cũng chính là trạng thái khôngkhí của môi trường xung quanh) và sau dàn lạnh

- Sử dụng thiết bị đo tốc độ gió xác định vận tốc gió và nhiệt độ gió ra

khỏi ống khí động, từ đó xác định lưu lượng không khí qua ống khí

động

- Xác định áp suất bay hơi và áp suất ngưng tụ của máy lạnh

- Từ các số liệu trên, xác định:

-Biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí trên đồ thị t-d (hoặc I-d) Nhiệt lượng không khí nhả ra khi qua dàn lạnh.

-Lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh theo tính toán và giá trị thực tế nhận xét

- Biểu diễn các trạng thái của tác nhân lạnh trên đồ thị T-s (ứng với chu

trình lạnh lý thuyết, bỏ qua độ quá nhiệt quá lạnh)

1.4 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Khi hệ thống đã hoạt động ổn định, bắt đầu xuất hiện nước ngưng tại

dàn lạnh, tiến hành làm thí nghiệm với yêu cầu sau:

Tiến hành thí nghiệm 2 đợt

Thí nghiệm đợt 1: thời gian 15 phút, số lần lấy số liệu là 4 lần

Thí nghiệm đợt 2: thời gian 10 phút, số lần lấy số liệu là 4

Từ bảng nước và hơi nước bão hòa (theo nhiệt độ):

Thí nghiệm đợt 2 Vận tốc gió ra

khỏi ống v(m/s)

Nhiệt độ gió ra khỏi ống( o C)

Lượng ẩm tách ra (ml)

áp kế (kgf/cm 2 )

Nhiệt độ sôi tương ứng ( o C)

Áp suất ngưng

tụ đọc trên áp

kế (kgf/cm 2 )

Nhiệt độ ngưng tụ tương ứng ( o C)

áp kế

Nhiệt độ sôi tương ứng ( o C)

Áp suất ngưng

tụ đọc trên áp

kế (kgf/cm 2 )

Nhiệt độ ngưng tụ tương ứng

Thí nghiệm đợt 1 Vận tốc gió ra

khỏi ống v(m/s)

Nhiệt độ gió ra khỏi ống( o C)

Lượng ẩm tách ra (ml)

Từ bảng các tính chất nhiệt động của R22 ở trạng thái bão hòa

- Áp suất bay hơi trên áp kế:

f: tiết diện ngang của ống: f = 0,104.0,105 = 0,01092 m2

⍵: tốc độ của dòng hơi (m/s)

ρ: khối lượng riêng của hơi (kg/m3)

Bảng 7 và 8: Kết quả lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh và nhiệt lượng nhả ra khi

qua dàn lạnh

Thí nghiệm đợt 1 Khối lượng riêng

Lưu lượng không khí:

Gkk = 0,01092.5,48.1,182 = 0,071 (m3/s)

Gkk = 0,011024.5,37.1,184 = 0,069 (m3/s)

Tương tự ta tính được các giá trị còn lại:

Nhiệt lượng không khí nhả qua dàn lạnh

Q=G kk(I1−I2)=¿ 0,071.(100,4 – 58,77) = 2,9557 (kJ/s)

Q=G kk(I1−I2)=¿ 0,056.(100,4 – 61,53) = 2,1767 (kJ/s)

Tương tự ta tính được các giá trị còn lại:

- Nhận xét: Từ bảng 9 và 10 ta thấy nhìn chung giá trị thực tế của lượng ẩm tách

ra tính toán lớn hơn so với giá trị thực tế

- Nguyên nhân gây sai lệch:

Biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí trên đồ thị T-d

Ta chọn số liệu lần 1, đợt 1 để biểu diễn:

Không khí trước dàn lạnh: tk = 340, tư = 290

Không khí sau dàn lạnh: tk = 210, tư = 200

Biểu diễn các trạng thái của tác nhân lạnh trên đồ thị T-s

Ta chọn số liệu lần 1, đợt 1 để biểu diễn: P0 = 5,5 kgf/cm2 ;Pk = 17 kgf/cm2

P=5,5 bar

Hình 2: Đồ thị T-s biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của R22 lần 1 đợt 1

BÀI 2:XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỬ DỤNG NHIỆT COP CHO CHU TRÌNH MÁY LẠNH VỚI THIỆT BỊ NGƯNG TỤ GIẢI NHIỆT BẰNG KHÔNG KHÍ VÀ THIẾT BỊ BAY

HƠI LÀM LẠNH KHÔNG KHÍ

I.MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU THÍ NGHIỆM:

1) Mục đích thí nghiệm:

P=17bar

- Giúp sinh viên có khả năng kết hợp các kiến thức giữa lý thuyết và thực hành.

- Nắm được chu trình hoạt động cơ bản của thiết bị làm lạnh không khí có kết hợp một số thiết bị phụ trong sơ đồ hoạt động

- Giúp sinh viên có thể đo đạc thông số nhiệt độ, áp suất để tính nhiệt lượng,

hệ số làm lạnh thực tế của thiết bị

2) Yêu cầu thí nghiệm:

- Sinh viên phải nắm được chu trình lạnh

- Biết ứng dụng các công thức trong sơ đồ lạnh

Để làm lạnh không khí trong buồng lạnh, bàn thí nghiệm này sử dụng

một hệ thống lạnh với tác nhân lạnh là R12 có sơ đồ nguyên lý như được mô

tả ở hình 2 Máy nén (A) nén hơi R12 từ áp suất sôi p0 đến áp suất ngưng tụ

pk Hơi R12 sau khi ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng không khí (B) được đi vào bình chứa cao áp (C) Sau đó lỏng R12 từ (C) đi qua vantiết lưu (I) để giảm áp suất từ pk đến p0 và đi vào thiết bị bay hơi làm lạnh không khí (J) Hơi R12 ra khỏi (J) ở áp suất p0 được hút vào (A) và các quá trình của chu trình được lặp lại

Chu trình máy lạnh được biểu diễn trên đồ thị logp-I và T – S gồm các quá trình như sau:

1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt hơi trong máy nén

2-3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp

3-4: Quá trình tiết lưu trong van tiết lưu

4-1: Quá trình bay hơi đẳng nhiệt và đẳng áp trong thiết bị bay hơi

Các vị trí đo nhiệt độ và áp suất trong chu trình máy lạnh.

Các áp kế p1 và p2 dùng để đo áp suất hút và đẩy sau van tiết lưu và sauđầu đẩy của máy nén (A)

Nhiệt độ của tác nhân lạnh R12 đi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ (B) được đo bằng các sensor T1 và T2.

Nhiệt độ của không khí giải nhiệt đi vào và đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ (B) được đo bằng các sensor T3 và T4

Nhiệt độ của tác nhân lạnh R12 đi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi (J) được đo bằng các sensor T5 và T9

Nhiệt độ không khí trong buồng lạnh được đo bằng T6

Trong bài thí nghiệm này sinh viên có nhiệm vụ phải thu thập các số liệu về áp suất hút, đẩy; nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết

bị ngưng tụ, nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi, nhiệt độ của không khí giải nhiệt khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ và nhiệt độ của không khí khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi Sau đó kết hợp với kết quả tính toán để xác định:

- Các thông số trạng thái trong chu trình thực của máy lạnh

- Hệ số sử dụng nhiệt COP () của chu trình lý thuyết và chu trình thực

- Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk

Bảng 1- Các số liệu đo của tác nhân lạnh trong chu trình

Áp suất làm việc của hệ thống

Lưu ý: Nhiệt độ không khí đi vào thiết bị ngưng tụ T3 chính là nhiệt độ của

Bảng 3- Các thông số của R12 trong chu trình máy lạnh

a) Xác định các thông số trạng thái của tác nhân lạnh: Kết quả tra bảng

được ghi vào bảng 3

b) Tính phụ tải của nguồn lạnh: trong trường hợp này chính là lượng nhiệt từ

môi trường bên ngoài truyền vào qua các vách buồng lạnh do sự chênh lệch

nhiệt độ

STT Tên mặt Vật liệu thước(mmKích 2) Độ dày các lớp

vật liệu:mmMica:4.8mmPhíp:3.92mmXốp cách nhiệt:8.6mm

i: Bề dày của lớp thứ i,m.

i: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vách thứ i (tra theo bảng 5), W/m2K

1: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí bên ngoài buồng lạnh,

W/m2K Chọn  1 6 W/m2K

2: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí bên trong nguồn lạnh,

W/m2K Chọn  2 12 W/m2K

Suy ra:

n i

( Bỏ qua nhiệt lượng làm mát khối không khí )

Bảng 4- Hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu

3 0

12

1 4

110.89 10

0.681 10 ( / )279.25 116.49

 i1, i4: Entanpy của R12 tại điểm 1 và điểm 4 trong bảng 3, kJ/kg

d) Xác định phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Q k (kW).

K KK

2 110.89 10

5.54450.02

- Tính hiệu suất trao đổi nhiệt của thiết bị và hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt

3.2 MÔ TẢ THÍ NGHIỆM:

3.2.1 Thiết bị và vật tư thí nghiệm

- Thiết bị gồm 2 bộ trao đổi nhiệt (ống xoắn và vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt cùng chiều hoặc ngược chiều

Hình 3.1: Bộtraođổinhiệtdạngốngxoắn

Hình 3.2: Vỏbọcchùmống

Hình 3.3: Bộ đo lưu lượng của nước nóng và nước lạnh lần lượt là FI2 và FI2

qua bộ trao đổi nhiệt Nhiệt độ được hiển thị trên màn hình

Hình 3.4: Mànhìnhhiểnthị

Các đặc điểm kỹ thuật:

- Bộ coil exchanger với bề mặt trao đổi nhiệt khoảng 0.1 m2, kí hiệu E2

- Coil làm từ thép không gỉ AISI 316, đường kính ngoài ống 12 mm, bề dày 1mm, chiều dài 3500 mm

- Ống bọc ngoài làm từ thủy tinh borosilicate, đường kính trong 100 mm

- Có 5 ống làm từ thép AISI 316, đường kính ngoài ống 10 mm, bề dày 1mm và chiều dài 900mm

- Ống bọc ngoài làm từ thủy tinh borosilicate, đường kính trong 50mm

- Có 13 khoảng chia với kích thước khoảng 75% đường kính

3.2.2 Mô tả thí nghiệm

- Đóng các van xả

- Bật công tắc bảng hiện thị nhiệt độ

- Bật bơm chạy các đường nước nóng và lạnh

- Nước nóng và nước lạnh chạy qua hai bộ trao đổi nhiệt và nhiệt độ được hiển thị trênmàn hình

3.3 Nhiệm vụ thí nghiệm:

Lần lượt tiến hành các bài thí nghiệm sau và lấy số liệu:

a Chạy bộ E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt cùng chiều:

Mở các van V1, V6, V7, V8 và V10

Đóng các van V2, V3, V4, V5, V9 và V11

b Sử dụng bộ E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt ngược chiều:

3.4 Số liệu thí nghiệm:

E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt cùng chiều:

E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt ngược chiều:

E2 (ống xoắn) trao đổi nhiệt cùng chiều:

E2 (ống xoắn) trao đổi nhiệt ngược chiều:

E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt cùng chiều:

E1 (vỏbọcchùmống) trao đổi nhiệt ngược chiều:

E2 (ốngxoắn) trao đổi nhiệt cùng chiều:

1 39074064,555,939,544,2 8,6 4,7 3,83 3,99 104,5 17,52 1806,66 2,62 19213621

2 40069064,356,239,844,3 8,1 4,5 3,69 3,57 96,53 17,45 1752,02 2,44 17915404

3 420740 64 56,139,644,2 7,9 4,6 3,79 3,91 103,3 17,41 1798,48 2,62 19173425

4 40077064,256,539,644,3 7,7 4,7 3,51 4,16 118,4 17,68 1643,47 2,72 20034553

5 40085063,955,439,7 44 8,5 4,3 3,88 4,2 108,3 17 1887,1 3,01 21886168

E2 (ốngxoắn) trao đổi nhiệt ngược chiều:

nóng

∆ T

lạnh

Q nóng

Q lạnh η ∆ Tln k ω Re

hơn ở trường hợp cùng chiều

- Đối với dạng ống xoắn hệ số k ở trường hợp trao đổi nhiệt cùng chiều gần như bằngnhau ở trường hợp ngược chiều

-Sai số các dữ liệu không nhiều nguyên nhân do :

- Hệ số Reynold là thông số đặc trưng cho đối lưu cững bức, thể hiện mối tương quangiữa lực quán tính và tính nhớt, biểu thị sự đồng dạng của dòng chất lỏng hoặc trườngtốc độ Đối với vỏ bọc chùm ống theo bảng số liệu và tính toán nhận được thì hệ số

Reynold khi lưu động ngược chiều có giá trị lớn hơn khi lưu động cùng chiều, Đối vớiống xoắn thì hệ số Reynold ở lưu động cùng chiều và ngược chiều có giá trị khôngchênh lệch quá nhiều.

BÀI 4:

XÁC ĐỊNH CÂN BĂNG NHIỆT TẠI THIẾT BỊ NGƯNG TỰ

VÀ BAY HƠI TRONG CHU TRÌNH MÁY LẠNH LÀM LẠNH

NƯỚC

4.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA THÍ NGHIỆM

4.1.1 Mục đích thí nghiệm

- Giúp sinh viên có khả năng kết hợp các kiến thức giữa lý thuyết và thực hành.

- Nắm được chu trình hoạt động cơ bản của thiết bị làm lạnh nước có kết hợp

một số thiết bị phụ trong sơ đồ hoạt động

- Giúp sinh viên có thể đo đạc thông số nhiệt độ, áp suất để tính nhiệt lượng, hệ

số làm lạnh thực tế của thiết bị

4.1.2 Yêu cầu thí nghiệm

- Sinh viên phải nắm được chu trình lạnh.

- Biết ứng dụng các công thức trong sơ đồ lạnh.

- Biết cách sử dụng dụng cụ thí nghiệm.

- Biết đọc số liệu trên các thiết bị thí nghiệm.

4.2 MÔ TẢ THÍ NGHIỆM

4.2.1 Thiết bị và vật tư thí nghiệm

- Mô hình làm lạnh nước và không khí.

- Các cảm biến nhiệt độ lắp trực tiếp trên thiết bị.

4.2.2 Mô tả thí nghiêm

Để làm lạnh nước trong buồng lạnh, bài thí nghiệm này sử dụng một hệ thống lạnh với tác nhân lạnh là R22 có sơ đồ nguyên lý như được mô tả ở hình 2

sau khi ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng không khí (B) được đi vào

đến p0 và đi vào thiết bị bay hơi làm lạnh nước dạng ống xoắn (K) và dàn lạnh (J) HơiR22 ra khỏi (K) và (J) ở áp suât p0 được hút vào (A) và các quá trình của chu trình được lặp lại.

Chu trình máy lạnh được biểu diễn trên đồ thị log(p)-I và T-S gồm các quá trình như sau:

1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt hơi trong máy nén.

2-3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp

3-4: Quá trình tiết lưu trong van tiết lưu

4-1: Quá trình bay hơi đẳng nhiệt và đẳng áp trong thiết bị bay hơi

4.3 NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM

-Trong bài thí nghiệm này sinh viên có nhiệm vụ phải thu thập các số liệu về áp

suất pk, p0, nhiệt độ của tác nhân lạnh vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ của tácnhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi, nhiệt độ của không khí giải nhiệt vào và

ra khỏi thiết bị ngưng tụ và nhiệt độ của nước khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi Sau

đó kết hợp với kết quả tính toán để xác đinh:

- Lượng không khí cần thiết để giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ Gkk

- Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk

4.4 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

- Đo thời gian bắt đầu khởi động hệ thống làm lạnh nước cho đến khi kết thúc thí

nghiệm

Sau khi thiết bị đã hoạt động ổn định, sinh viên thực hiện việc ghi chép các số

liệu của không khí và tác nhân lạnh vào bảng 1 và 2

Bảng 1- Nhiệt độ của không khí ( o C)

T 8

Nhiệt độ không khí bên ngoài buồng lạnh

T a = T 3

Bảng 2- Các số liệu đo của tác nhân lạnh trong chu trình

Áp suất làm việc của hệ thống Tại đầu đẩy của máy nén

P k (bar)

Tại đầu hút của máy nén

P 0 (bar)

4.5 PHẦN TÍNH TOÁN

a Xác định các thông số trạng thái của tác nhân lạnh

-Từ các thông số áp suất trong bảng 2, dựa vào các bảng tra “ Các tính chất nhiệt động của R22 ở trạng thái bão hoà” và “ Các tính chất nhiệt động của R22 ở trạng tháiquá nhiệt” sinh viên xác định các thông số của R22 tại các điểm trong chu trình máy lạnh và viết vào bảng 3

b Tính phụ tải của buồng lạnh:

-Phụ tải của buồng lạnh trong trường hợp này chính là lượng nhiệt từ môi trường bên ngoài truyền vào qua các vách buồng lạnh do sự chênh lệch nhiệt độ

b.1 Tính mật độ dòng nhiệt q(W/m2) truyền qua mỗi vách theo công thức:

λ i - Hệ số dẫn nhiệt của lớp vách thứ i ( tra theo bảng 4), W/mK

Chọn α1 = 6 W/m2K

α2 - Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nước bên trong buồng lạnh, W/m2KChọn α2 = 1000 W/m2K

6+

0,004220,58 +

1

1000 = 166,91 (W/m2)+ Sau: gồm phíp, xốp

Ftrước = Fsau = Ftrái = Fphải = 0,0735 (m2)

Qtrước = Ftrước.qtrước = 0,0735.166,91 = 12,27 (W)

Qsau = Fsau.qsau = 0,0735.65,91 = 4,84 (W)

Qtrái = Ftrái.qtrái = 0,0735.151,3 = 11,12 (W)

Qphải = Fphải.qphải = 0,0735.65,91 = 4,84 (W)

Qdưới = Fdưới.qdưới = 0,09.151,3 = 13,617 (W)

b.3 Tổn thất nhiệt qua các vách (W)

Qtth= ∑Q = 46,687 (W)

b.4 Nhiệt lượng làm lạnh nước

Q0’ = Vρcpn(T8’ – T8)= 0,002.1000.4,18.103.(27,9-3,4)= 2048200(W)Trong đó:

Với thể tích nước V = 20 (lít)= 0,002 (m3)

ρ – Khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m3

T8 – Nhiệt độ nước sau khi được làm lạnh, oC

T8’ – Nhiệt độ nước trước khi làm lạnh, oC

b.5 Phụ tải nhiệt buồng lạnh (W)

Q0 = Qtth + Q0’ = 2048246,687 (W)

Bảng 4- Hệ số dẫn nhiệt của của một số vật liệu

i1, i4 – Entanpy của R22 tại điểm 1 và 4 trong bảng 3, kJ/kg

d Xác định phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Q k (kW)