Đang tải... (xem toàn văn)
báo cáo thực hành các quá trình và thiết bị truyền nhiệt
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT GVHD: Lê Nhất Thống SVTH: Ngô Mạnh Linh MSSV: 08097421 Tổ: 2 Lớp HP: Sáng chủ nhật Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010 Bài 1: Thực hành truyền nhiệt ống lồng ống Đồng Ngày thực hành: 17-10-2010 Sinh Viên: Ngô Mạnh Linh Mã số: 08097421 Lớp thực hành: Sáng Chủ nhật Tổ thực hành: 2 Điểm: Lời phê của thầy: 1. Mục đích thí nghiệm: 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 (bài thực hành này chủ yếu khảo sát quá trình làm nguội). 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. Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN của thiết bị, từ đó so sánh với kết quả tính toán lý thuyết K LT . 2. Số liệu thực hành: 2.1. Trường hợp xuôi chiều: Thí nghiệm V N (l/ph) V L (l/ph) T 1 ( o C) Nồi đun T 2 ( o C) Nóng ra T 3 ( o C) Nóng vào T 4 ( o C) Lạnh ra T 5 ( o C) Lạnh vào 1 2 2 71 65 70 35 30 2 4 71 64 70 33 30 3 6 71 64 71 32 30 4 8 71 63 71 32 30 5 4 2 72 68 71 36 30 6 4 72 68 71 33 30 7 6 72 67 71 33 30 8 8 71 67 71 33 30 9 6 2 71 69 71 37 30 10 4 71 68 71 35 30 11 6 71 68 71 34 30 12 8 71 67 71 33 30 13 8 2 71 69 71 38 30 14 4 71 69 71 35 30 15 6 71 68 71 34 30 16 8 71 68 71 33 30 2.2. Trường hợp ngược chiều: Thí nghiệm V N (l/ph) V L (l/ph) T 1 ( o C) Nồi đun T 2 ( o C) Nóng ra T 3 ( o C) Nóng vào T 4 ( o C) Lạnh vào T 5 ( o C) Lạnh ra 1 2 2 71 66 70 30 35 2 4 71 65 70 30 34 3 6 71 65 71 30 33 4 8 71 65 71 30 32 5 4 2 72 69 71 30 36 6 4 72 68 71 30 35 7 6 71 67 71 30 33 8 8 71 67 71 30 33 9 6 2 72 69 71 30 37 10 4 71 69 71 30 33 11 6 71 68 71 30 34 12 8 71 68 71 30 33 13 8 2 71 69 71 30 38 14 4 71 69 71 30 36 15 6 71 69 71 30 34 16 8 71 68 71 30 34 3. Xử lý số liệu: 3.1. Tính toán hiệu suất nhiệt độ: -Hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt: .100% N N V R N N L V V T T T T .100% L L R V N N L V V T T T T 2 N L hi Ta có: _ _ N nong vao nong ra T T T _ _ L lanh ra lanh vao T T T 3.2. Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: -Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng: 3 10 . . 60 N N nuoc G V 3 10 . . 60 L L nuoc G V Với nuoc phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức thực nghiệm: 3 2 0,000015324364. 0,00584994855. 0,016286058 705. 1000,04105055224 nuoc T T T (Tính N G thì 2 3 2 T T T ; tính L G thì 4 5 2 T T T ) -Tính nhiệt lượng dòng nóng, dòng lạnh, nhiệt tổn thất: 3 . . 4,19.10 . . N N N N N N Q C G T G T (C p = 4,19.10 3 J/kg ở 71 0 C) 3 . . 4,18.10 . . L L L L L L Q C G T G T (C p = 4,18.10 3 J/kg ở 71 0 C) f N L Q Q Q -Tính hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: .100% L N Q Q 3.3. Tính toán hệ số truyền nhiệt: 3.3.1. Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm: -Trường hợp xuôi chiều: ax _ _ m nong vao lanh vao t t t min _ _ nong ra lanh ra t t t -Trường hợp ngược chiều: Ta xét: 1 _ _ nong vao lanh ra t t t 2 _ _ nong ra lanh vao t t t Cái nào lớn hơn thì là ax m t . Cái nào bé hơn thì là min t . -Tính ax min log ax min ln( ) m m t t t t t -Tính diện tích truyền nhiệt: . . td F d L . Với 2 i o td d d d , L=0.5 (m) -Theo công thức: log . . Q K F t log . N TN Q K F t 3.3.2. Hệ số truyền nhiệt lý thuyết: Được tính theo công thức: 1 2 1 1 1 LT K (Chuyển tường ống qua tường phẳng do 2 1 2 r r ) Có 0 2 i d d (m), _ 93 dong thau (W/m.K). Chỉ việc tính 1 và 2 . * Tính hệ số cấp nhiệt 1 (dòng nóng): -Chuẩn số Reynolds: w. Re i d Trong đó: w là vận tốc của dòng nóng: 2 w . 4 N i G d v là độ nhớt của dòng nóng, có thể tra bảng hoặc tính theo công thức thực nghiệm sau: ( 6) 5 4 3 2 (10 )*(( 0.00000000064*( )) (0.000000182875* ( )) (0.000021590001*( )) (0.001417871822*( )) (0.060504453881*( )) 1.790265284068) v T T T T T (m 2 /s) -Chuẩn số Prandtl: _ . . Pr N nuoc dong nong C _ dong nong có 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): 3 2 . . . g l Gr t v Với g=9.81 (m/s 2 ), l là đường kính tương đương ở đây l=d i , là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu, t là chênh lệch nhiệt độ _ tuong nong vao t t t . -Hệ số hiệu chỉnh k : phụ thuộc vào giá trị Reynolds và i L d (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 xoáy: 0,8 0,43 0,021. .Re .Pr k Nu (để đơn giản ta cho Pr 1 Pr T ) Nếu dòng nóng chảy quá độ: 0,8 0,43 0,008. .Re .Pr k Nu Nếu dòng nóng chảy dòng: 0,33 0,43 0,1 0,158. .Re .Pr . k Nu Gr * Tính hệ số cấp nhiệt 2 (dòng lạnh): như dòng nóng chỉ thay đổi các tham số đặc trưng của dòng lạnh. -Chuẩn số Reynolds: w. Re L td d Trong đó: w là vận tốc của dòng lạnh: 2 w .( ) 4 N L td G d Với 2 2 0 0 .( ) 4 4. 4. .( ) i L uot td uot i D D F d C D D -Chuẩn số Prandtl: _ . . Pr L nuoc dong lanh C _ dong lanh có 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): 3 2 . . . g l Gr t v Với g=9.81 (m/s 2 ), l là đường kính tương đương ở đây L td l d , là hệ số giãn nở thể tích được tra trong bảng tra cứu, t là chênh lệch nhiệt độ _ tuong lanh vao t t t . -Hệ số hiệu chỉnh k : phụ thuộc vào giá trị Reynolds và L td L d (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 lạnh chảy xoáy: 0,8 0,43 0,021. .Re .Pr k Nu (để đơn giản ta cho Pr 1 Pr T ) Nếu dòng lạnh chảy quá độ: 0,8 0,43 0,008. .Re .Pr k Nu Nếu dòng lạnh chảy dòng: 0,33 0,43 0,1 0,158. .Re .Pr . k Nu Gr 4. Kết quả tính toán: 4.1. Trường hợp xuôi chiều: Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí nghiệm N T ( 0 C) N T ( 0 C) N (%) L (%) hi (%) 1 5 5 12.5 12.5 12.5 2 6 3 15.0 7.5 11.3 3 7 2 17.1 4.9 11.0 4 8 2 19.5 4.9 12.2 5 3 6 7.3 14.6 11.0 6 3 3 7.3 7.3 7.3 7 4 3 9.8 7.3 8.5 8 4 3 9.8 7.3 8.5 9 2 7 4.9 17.1 11.0 10 3 5 7.3 12.2 9.8 11 3 4 7.3 9.8 8.5 12 4 3 9.8 7.3 8.5 13 2 8 4.9 19.5 12.2 14 2 5 4.9 12.2 8.5 15 3 4 7.3 9.8 8.5 16 3 3 7.3 7.3 7.3 Bảng kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt Thí nghiệm G N (kg/s) G L (kg/s) Q N (W) Q L (W) Q f (W) (%) 1 0.03264 0.033164 683.8 693.1 -9.3 101.4 2 0.032649 0.066349 820.8 832.0 -11.2 101.4 3 0.03264 0.099538 957.3 832.1 125.2 86.9 4 0.032649 0.132717 1094.4 1109.5 -15.1 101.4 5 0.065204 0.033159 819.6 831.6 -12.0 101.5 6 0.065204 0.066349 819.6 832.0 -12.4 101.5 7 0.065223 0.099523 1093.1 1248.0 -154.9 114.2 8 0.065223 0.132697 1093.1 1664.0 -570.9 152.2 9 0.097777 0.033153 819.4 970.1 -150.7 118.4 10 0.097806 0.066328 1229.4 1386.3 -156.8 112.8 11 0.097806 0.099507 1229.4 1663.8 -434.3 135.3 12 0.097835 0.132697 1639.7 1664.0 -24.3 101.5 13 0.13037 0.033148 1092.5 1108.5 -16.0 101.5 14 0.13037 0.066328 1092.5 1386.3 -293.8 126.9 15 0.130408 0.099507 1639.2 1663.8 -24.5 101.5 16 0.130408 0.132697 1639.2 1664.0 -24.8 101.5 Bảng kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt: Thí nghiệm Q N (W) t max ( 0 C) t min ( o C) t log ( o C) K LT (W/m 2 .K) K TN (W/m 2 .K) 1 683.8 40 30 34.8 359.7 659.1 2 820.8 40 31 35.3 469.1 778.9 3 957.3 41 32 36.3 481.4 883.3 4 1094.4 41 31 35.8 486.9 1025.2 5 819.6 41 32 36.3 770.8 756.2 6 819.6 41 35 37.9 1544.3 724.2 7 1093.1 41 34 37.4 1674.0 979.6 8 1093.1 41 34 37.4 1754.4 979.6 9 819.4 41 32 36.3 849.1 756.0 10 1229.4 41 33 36.9 1886.9 1117.7 11 1229.4 41 34 37.4 2084.8 1101.7 12 1639.7 41 34 37.4 2206.0 1469.4 13 1092.5 41 31 35.8 896.7 1023.4 14 1092.5 41 34 37.4 2130.8 979.0 15 1639.2 41 34 37.4 2383.8 1468.9 16 1639.2 41 35 37.9 2547.5 1448.4 4.2. Trường hợp ngược chiều: Bảng kết quả tính toán hiệu suất nhiệt độ Thí nghiệm N T ( 0 C) N T ( 0 C) N (%) L (%) hi (%) 1 4 5 10.0 12.5 11.3 2 5 4 12.5 10.0 11.3 3 6 3 14.6 7.3 11.0 4 6 2 14.6 4.9 9.8 5 2 6 4.9 14.6 9.8 6 3 5 7.3 12.2 9.8 7 4 3 9.8 7.3 8.5 8 4 3 9.8 7.3 8.5 9 2 7 4.9 17.1 11.0 10 2 3 4.9 7.3 6.1 11 3 4 7.3 9.8 8.5 12 3 3 7.3 7.3 7.3 13 2 8 4.9 19.5 12.2 14 2 6 4.9 14.6 9.8 15 2 4 4.9 9.8 7.3 16 3 4 7.3 9.8 8.5 Bảng kết quả tính toán hiệu suất truyền nhiệt Thí nghiệm G N (kg/s) G L (kg/s) Q N (W) Q L (W) Q f (W) (%) 1 0.032631 0.033164 546.9 693.1 - 146.2 126.7 2 0.032640 0.066338 683.8 1109.2 - 425.4 162.2 3 0.032631 0.099523 820.3 1248.0 - 427.7 152.1 4 0.032631 0.132717 820.3 1109.5 - 289.2 135.3 5 0.065185 0.033159 546.2 831.6 - 285.4 152.2 6 0.065204 0.066328 819.6 1386.3 - 566.6 169.1 7 0.065223 0.099523 1093.1 1248.0 - 154.9 114.2 8 0.065223 0.132697 1093.1 1664.0 - 570.9 152.2 9 0.0 97777 0.033153 819.4 970.1 - 150.7 118.4 10 0.097777 0.066349 819.4 832.0 - 12.6 101.5 11 0.097806 0.099507 1229.4 1663.8 -434.3 135.3 12 0.097806 0.132697 1229.4 1664.0 -434.6 135.3 13 0.130370 0.033148 1092.5 1108.5 -16.0 101.5 14 0.130370 0.066317 1092.5 1663.2 -570.7 152.2 15 0.130370 0.099507 1092.5 1663.8 -571.3 152.3 16 0.130408 0.132677 1639.2 2218.4 -579.1 135.3 Bảng kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt: Thí nghiệm Q N (W) t max ( 0 C) t min ( o C) t log ( o C) K LT (W/m 2 .K) K TN (W/m 2 .K) 1 546.9 36 35 35.5 363.0 516.2 2 683.8 35 36 35.5 474.9 645.4 3 820.3 35 38 36.5 487.4 753.5 4 820.3 35 39 37.0 494.0 743.6 5 546.2 39 35 37.0 784.3 495.2 6 819.6 38 36 37.0 1600.2 742.4 7 1093.1 37 38 37.5 1736.5 976.8 8 1093.1 37 38 37.5 1823.2 976.8 9 819.4 39 34 36.4 864.9 753.3 10 819.4 39 38 38.5 1964.8 713.1 11 1229.4 38 37 37.5 2182.7 1098.6 12 1229.4 38 38 38.0 2319.1 1084.0 13 1092.5 39 33 35.9 914.3 1019.2 14 1092.5 39 35 37.0 2235.9 990.3 15 1092.5 39 37 38.0 2515.7 963.5 16 1639.2 38 37 37.5 2697.5 1464.7 5. Đồ thị: 5.1. Trường hợp xuôi chiều: Hệ số truyền nhiệt thực nghiệm [...]... hóa chất Quá trình này đòi hỏi khắt khe trong việc vận hành Do đó, mục đích của bài thí nghiệm: -Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quá trình và thiết bị cô đặc -Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng để xác định các thông số cần thiết -Giúp sinh viên vận hành chính xác thiết bị, đo đạc các thông số của quá trình và thiết bị -Xác định năng suất và hiệu suất của quá trình -Đánh giá quá trình hoạt... rằng truyền nhiệt trong ống xoắn thì ổn định hơn so với truyền nhiệt ống lồng ống Đồng và ống chùm (nhìn đồ thị) 6.4 Một vài nhận xét về thiết bị: -Thiết bị truyền nhiệt loại đường ống sử dụng trong bài thí nghiệm này có thể sử dụng được cho 4 bài: ống lồng ống Đồng, ống lồng ống Inox, ống xoắn, ống chùm Khảo sát quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp chảy xuôi chiều và chảy ngược chiều -Thiết bị. .. 9500.5 6.4 Một vài nhận xét về thiết bị: -Thiết bị truyền nhiệt loại đường ống sử dụng trong bài thí nghiệm này có thể sử dụng được cho 4 bài: ống lồng ống Đồng, ống lồng ống Inox, ống xoắn, ống chùm Khảo sát quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp chảy xuôi chiều và chảy ngược chiều -Thiết bị dễ tháo lắp dễ dàng khi thay bộ phận, nhưng một vài chỗ còn khiếm khuyết như không có bộ phận cách nhiệt giữa... gian và công sức Bài 2: Thực hành truyền nhiệt ống xoắn Ngày thực hành: 24-10-2010 Sinh Viên: Ngô Mạnh Linh Mã số: 08097421 Lớp thực hành: Sáng Chủ nhật Tổ thực hành: 2 Điểm: Lời phê của thầy: 1 Mục đích thí nghiệm: 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 (bài thực hành này chủ yếu khảo sát quá trình làm nguội) Tính toán hiệu... có sự khác nhau như vậy là vì trong quá trình tính toán KTN chỉ có tính đến QN và tlog mà 2 yếu tố này lại phụ thuộc vào nhiệt độ do các đầu dò báo về KTN QN F tlog Việc đầu dò báo sai chúng ta có thể hiệu chỉnh được Nhưng Qf mà âm thì theo em nghĩ là do quá trình truyền nhiệt từ dòng nóng sang dòng lạnh, nhiệt lượng đã bị mất mát hao tổn ra bên ngoài Lượng nhiệt tổn thất này không thể đo chính... 4186.(1 %dd) (trang 152-tập 4 1-Sổ tay các quá trình và thiết bị) -Nhiệt lượng nước lạnh giải nhiệt nhận được (Quá trình hoàn lưu và Quá trình kết thúc) Q3 Cnuoc _1 Gnuoc (tlanh _ ra _1 t lanh _ vao _ 1 ).(10.60) Cnuoc _ 2 Gnuoc (tlanh _ ra _ 2 tlanh _ ra _ 2 ).(65.60) 4 828 021.9 (J) Ta có Gnuoc V 10 3 995 (kg/s) Cho Cnuoc _1 Cnuoc _ 2 cho quá trình tính toán đơn giản 60 hơn -Như vậy... 2 3 4 5 2 3 4 5 3 Xử lý số liệu: 3.1 Tính toán hiệu suất nhiệt độ: -Hiệu số nhiệt độ của các dòng và hiệu suất nhiệt độ trong các quá trình truyền nhiệt: N N TRL TVL 100% TVN TVL hi Ta có: TVN TRN 100% TVN TVL N L 2 TN Tnong _ vao Tnong _ ra TL Tlanh _ ra Tlanh _ vao 3.2 Xác định hiệu suất của quá trình truyền nhiệt: -Đổi lưu lượng thể tích sang lưu lượng khối lượng:... hợp truyền nhiệt ống xoắn thì chiều chuyển động theo trường hợp xuôi chiều sẽ có lợi hơn về hệ số truyền nhiệt 6.3 So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm với hệ số truyền nhiệt lý thuyết: Trong cả hai trường hợp ngược chiều và xuôi chiều, ta đều thấy KTN lớn hơn KLT rất nhiều -Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là vì trong quá trình tính toán KTN chỉ có tính đến QN và tlog mà 2 yếu tố này lại phụ thuộc vào... dòng lạnh bằng nhau (VL=const) và qua các mức tăng lưu lượng dòng nóng (VN=2, 4, 6, 8 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt cũng sẽ tăng lên 6.2 Đánh giá sự ảnh hưởng của chiều chuyển động các dòng đến quá trình truyền nhiệt: -Đối với hệ số truyền nhiệt tính từ thực nghiệm ta nhận thấy KTN khi xuôi chiều thì lớn hơn chút xíu so với trường hợp ngược chiều -Đối với hệ số truyền nhiệt tính theo lý thuyết thì ta... lệch nhiệt độ giữa hai lưu thể là một độ Hệ số truyền nhiệt càng lớn thì lượng nhiệt mà lưu thể lạnh nhận được từ lưu thể nóng càng tăng Nghĩa là quá trình truyền nhiệt càng đạt hiệu quả (hiệu suất cao vì QL QN ) 6.1 Ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến quá trình truyền nhiệt: -Trong cùng một lưu lượng nóng bằng nhau (VN=const), khi tăng lưu lượng dòng lạnh (VL=2, 4, 6, 8 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt . CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT GVHD:. chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp: ngược chiều và xuôi chiều. Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm K TN của thiết bị, từ đó so
