Truyền nhiệt ống chùm I. TRÍCH YẾU: 1.1. Mục đích thí nghiệm: -Khảo sát quá trình truyền nhiệt ống chùm với số chặng khác nhau. -Kết luận hệ thống hoạt động tốt hay không. -Tính tổn thất nhiệt và lượng nhiệt trao đổi. 1.2. Kết quả thí nghiệm: Lưu lượng dòng nóng G n = 8 lít/phút Bảng 1: trao đổi nhiệt 4 chặng t 1 t 2 t 3 t 4 8 lít/phút 52 30 44 39 12 lít/phút 44 30 38 34 16 lít/phút 42 30 37 33 20 lít/phút 39 30 35 32 Bảng 2 :trao đổi nhiệt 2 chặng t 1 t 2 t 3 t 4 8 lít/phút 48 31 36 44 12 lít/phút 43 30 33 40 16 lít/phút 42 30 32 41 20 lít/phút 42 30 32 40 II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 2.1 Các quá trình cơ bản dẫn truyền nhiệt năng: Trong công nghiệp (đặc biệt là trong công nghiệp hóa học và thực phẩm), nhiều quá trình cần được tiến hành ở những điều kiện nhiệt độ xác định để đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm. Để giữ được nhiệt độ quá trình theo yêu cầu, người ta thường tiến hành các quá trình đun nóng, làm nguội, ngưng tụ Đó là các quá trình nhiệt. Quá trình truyền nhiệt gồm: - Truyền nhiệt ổn định: nhiệt độ chỉ thay đổi theo không gian, không thay đổi theo thời gian. Chỉ xảy ra trong thiết bị làm việc liên tục. - Truyền nhiệt không ổn định: nhiệt độ thay đổi cả theo không gian và thời gian. Xảy ra trong các thiết bị làm việc gián đoạn hay trong giai đoạn đầu và cuối của quá trình liên tục. Nhiệt được truyền từ vật này sang vật khác theo 3 phương thức: Dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt. Trong thực tế, quá trình truyền nhiệt thường xảy ra đồng thời theo cả 2, 3 phương thức. Tùy từng trường hợp cụ thể mà ảnh hưởng của một hiện tượng nào đó không đáng kể so với toàn bộ quá trình thì có thể bỏ qua. Ngưng tụ là quá trình chuyển hơi nước hay khí sang trạng thái lỏng bằng 2 cách: - Làm nguội hơi (hoặc khí) - Nén và làm nguội hơi (khí) đồng thời GVHD: Thầy Nguyễn Sỹ Xuân Ân Page 1 Truyền nhiệt ống chùm Dùng nước để lấy nhiệt cho hơi ngưng tụ có thể tiến hành theo 2 cách: - Ngưng tụ gián tiếp: có tường ngăn cách giữa hơi và nước - Ngưng tụ trực tiếp: hơi và nước tiếp xúc với nhau a)Dẫn nhiệt: Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt trong nội bộ vật thể hoặc thông qua tiếp xúc trực tiếp trên bề mặt. b)Đối lưu nhiệt: • Đối lưu nhiệt là sự truyền nhiệt sinh ra bởi sự chuyển động của dòng chất khí (chất lỏng). • Khí nóng luôn di chuyển trên và khí lạnh chìm xuống. Quy trình này được gọi là đối lưu tự nhiên. • Đối lưu nhiệt cũng có thể bị tác động cưỡng bức bởi gió hoặc dùng quạt. Một số ví dụ thông thường về đối lưu nhiệt: Khí nóng đi ra từ cửa quạt hút (cưỡng bức) Khí nóng thoát lên qua hệ thống tản nhiệt (Sau khi tiếp xúc & nóng lên qua sự tiếp xúc với bề mặt tản nhiệt) c)Bức xạ nhiệt : • Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt (năng lượng nhiệt) dưới dạng sóng điện từ (tia hồng ngoại - Infra Red) xuyên qua khoảng không. • Mọi bề mặt đều phát xạ. Dàn nóng máy lạnh, bếp, mái sàn, tuờng và ngay cả các vật liệu cách nhiệt thông thường, đều phát xạ ở các cấp độ khác nhau. Nhiệt bức xạ không nhìn thấy được và không có nhiệt độ, thức chất là một dạng truyền năng lượng. • Chỉ khi tia bức xạ đập vào một bề mặt, năng lượng bức xạ mới sinh ra nhiệt làm cho bề mặt này nóng lên. GVHD: Thầy Nguyễn Sỹ Xuân Ân Page 2 Truyền nhiệt ống chùm Khái niệm này có thể hình dung rõ hơn qua ví dụ sau: vào ngày nắng, nhiệt bức xạ từ mặt trời chiếu vào chiếc xe, đi xuyên qua lớp kính làm cho kính nóng lên. Ngoài ra, mặt trời cũng làm cho phần vỏ xe nóng lên và bức xạ tiếp vào bên trong xe. Hệ quả là khi ta bước vào xe, mọi thứ đều nóng hực (nóng “hầm hập”) Bức xạ nhiệt từ mặt trời, đập vào vách và mái nhà. Các vật liệu này sẽ hấp thụ nhiệt lượng đó và nóng lên. Nhiệt này truyền vào mặt trong của vách & mái nhà thông qua quá trình dẫn nhiệt và tiếp theo đó là bức xạ tiếp tục vào không gian bên trong. Các bề mặt này tiếp tục phát xạ, và tiếp đến, làn da con người hứng chịu bức xạ nhiệt xuyên qua không khí. Chính bức xạ thứ cấp này là nguyên nhân gây ra sự “nóng hầm” trong nhà và đem lại sự nóng bức khó chịu cho con người. Bức xạ nhiệt có hai chỉ số đặc trưng: Độ phát xạ E (Emittance/Emissivity): là đại lượng đặc trưng cho khả năng hấp thụ nhiệt và toả nhiệt (dạng bức xạ) của một bề mặt. Tất cả các vật liệu đều có độ phát xạ trong khoảng 0 đến 1 (0% đến 100%). Chỉ số phát xạ càng thấp, bức xạ nhiệt mà bề mặt đó nhận vào và phát ra càng thấp. Màng nhôm có chỉ số phát xạ rất thấp (3%), và người ta áp dụng đặc trưng đó của màng nhôm để chế tạo các vật liệu cách nhiệt phản xạ. Độ phản xạ R (Reflectance/Reflectivity): đặc trưng cho khả năng chống lại sự thâm nhập của các tia bức xạ. Đây chính là tỉ lệ năng lượng phản xạ ngược lại sau khi chạm vào một bề mặt. Màng nhôm có độ phản xạ là 97%. Độ phản xạ và độ phát xạ là phần bù của nhau và có tổng bằng một. Nghĩa là một bề mặt có độ phát xạ càng thấp thì có độ phản xạ càng cao. GVHD: Thầy Nguyễn Sỹ Xuân Ân Page 3 Truyền nhiệt ống chùm 2.2 Cấu tạo thiết bị truyền nhiệt ống chùm GVHD: Thầy Nguyễn Sỹ Xuân Ân Page 4 Truyền nhiệt ống chùm III.THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: Dụng cụ - Thân trụ ống chùm. - Đầu hướng dòng 2 chặng. - Đầu hướng dòng 4 chặng. - Các thiết bi gia nhiệt, đầu đo nhiệt độ và đồng hồ hiển thị nhiệt độ của dòng nước nóng vào, ra và dòng lạnh vào ra. IV. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Lần lượt thí nghiệm với các đầu hướng dòng 4 chặng và 2 chặng. Dòng nước lạnh cho vào thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm phía ngoài ống. Dòng nước nóng được gia nhiệt tới 60 o C, được cho qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm phía trong ống. Nhờ các đầu dò nhiệt độ bố trí ở các đầu vào và ra của dòng nóng, lạnh, ta dễ dàng ghi nhận nhiệt độ của dòng nóng, lạnh vào và ra. GVHD: Thầy Nguyễn Sỹ Xuân Ân Page 5 Truyền nhiệt ống chùm V. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 1. Bảng xử lý kết quả Bảng 1: Xử lý kết quả thí nghiệm với trao đổi nhiệt 4 chặng G l (lít/phút) t tb ( o C) ρ (Kg/m 3 ) G (Kg/phút) C p (KJ/Kg/K) Q (KJ/phút) G n G l t tbn t tbl ρ n ρ l G n G l C pn C pl Q n Q l 8 8 48 34.5 988 994 7.904 7.952 4.18 4.18 264.31 299.1542 12 41 32 991 995 7.928 11.94 4.18 4.18 198.83 4 199.6368 16 39.5 31.5 992 996 7.936 15.936 4.18 4.18 165.86 2 199.8374 20 37 31 993 996 7.944 19.92 4.18 4.18 132.824 166.5312 Bảng 2: Xử lý kết quả thí nghiệm với trao đổi nhiệt 2 chặng G l (lít/phút) t tb ( o C) ρ (Kg/m 3 ) G (Kg/phút) C p (KJ/Kg/K) Q (KJ/phút) G n G l t tbn t tbl ρ n ρ l G n G l C pn C pl Q n Q l 8 8 42 37.5 991 993 7.928 7.944 4.18 4.18 397.668 5 431.677 12 38 35 993 994 7.944 11.928 4.18 4.18 332.0592 498.5904 16 37 35.5 993 994 7.944 15.904 4.18 4.18 332.0592 731.2659 20 37 35 993 994 7.944 19.88 4.18 4.18 332.0592 830.984 2. Đồ thị Đồ thị 1: đồ thị thể hiện sự tương quan lượng nhiệt cấp và nhận đối với quá trình trao đổi nhiệt 4 chặng. GVHD: Thầy Nguyễn Sỹ Xuân Ân Page 6 Truyền nhiệt ống chùm Đồ thị 2: đồ thị thể hiện sự tương quan lượng nhiệt cấp và nhận đối với quá trình trao đổi nhiệt 2 chặng Đồ thị 3: đồ thị thể hiện sự tương quan lượng nhiệt cấp trong cả 2 quá trình trao đổi nhiệt 4 chặng và 2 chặng GVHD: Thầy Nguyễn Sỹ Xuân Ân Page 7 Truyền nhiệt ống chùm Đồ thị 4: đồ thị thể hiện sự tương quan lượng nhiệt nhận trong cả 2 quá trình trao đổi nhiệt 4 chặng và 2 chặng Đồ thị 5: đồ thị thể hiện sự tương quan hiệu nhiệt độ dòng nóng và hiệu nhiệt độ dòng lạnh ở các chế độ lưu lượng khác nhau – 4 chặng GVHD: Thầy Nguyễn Sỹ Xuân Ân Page 8 Truyền nhiệt ống chùm Đồ thị 6: đồ thị thể hiện độ sự tương quan hiệu nhiệt độ dòng nóng và hiệu nhiệt độ dòng lạnh – 2 chặng VI. NHẬN XÉT VÀ BÀN LUẬN - Căn cứ vào đồ thị 1 đặc biệt là đồ thị 2, ta dễ dàng nhận thấy có một sự không hợp lý ở đây. Lượng nhiệt cấp lẽ ra phải lớn hơn lượng nhiệt nhận, nhưng ở đây ngược lại. Do đó, ta không thể tính được tổn thất nhiệt của quá trình. - Một số nguyên nhân có thể, dẫn đến hiện tượng này: Quá trình truyền nhiệt ở đây là không ổn định, thể hiện ở đồng hồ đo nhiệt độ, không hiển thị một giá trị xác định khi ta tăng thời gian cho quá trình truyền nhiệt. Hệ thống không kín. Các đầu dò nhiệt độ có thể có vấn đề. - Theo đồ thị 3 và 4, ta nhận thấy lượng nhiệt trao đổi ở quá trình trao đổi nhiệt 4 chặng cao hơn so với 2 chặng, điều này hợp lý, do thời gian tiếp xúc giữa 2 dòng tăng lên. GVHD: Thầy Nguyễn Sỹ Xuân Ân Page 9 . Ân Page 3 Truyền nhiệt ống chùm 2.2 Cấu tạo thiết bị truyền nhiệt ống chùm GVHD: Thầy Nguyễn Sỹ Xuân Ân Page 4 Truyền nhiệt ống chùm III.THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: Dụng cụ - Thân trụ ống chùm. - Đầu. Truyền nhiệt ống chùm I. TRÍCH YẾU: 1.1. Mục đích thí nghiệm: -Khảo sát quá trình truyền nhiệt ống chùm với số chặng khác nhau. -Kết luận hệ thống hoạt động tốt hay không. -Tính tổn thất nhiệt. vào thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm phía ngoài ống. Dòng nước nóng được gia nhiệt tới 60 o C, được cho qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm phía trong ống. Nhờ các đầu dò nhiệt độ bố trí ở các