Đang tải... (xem toàn văn)
Xác định hệ số truyền nhiệt của chất lỏng chảy trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống và kiểm định hệ số truyền nhiệt giữa thực tế và lý thuyết. Mặt khác, thông qua bài thí nghiệm ta hiểu thêm về quá trình và thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống. Trong quá trình truyền nhiệt giữa lưu chất nóng sang lưu chất lạnh được thực hiện trong các loại thiết bị truyền nhiệt. Dựa vào đặc tính, tính chất hay loại thiết bị, quá trình trao đổi nhiệt được phân loại theo chiều chuyển động của lưu chất hay theo dạng thiết bị trao đổi nhiệt: Chiều chuyển động của lưu chất và dạng thiết bị trao đổi nhiệt.
Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm Nguyễn Trường An MSSV: CM1208N020 BÀI XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT TRONG ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Xác định hệ số truyền nhiệt chất lỏng chảy thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống kiểm định hệ số truyền nhiệt thực tế lý thuyết Mặt khác, thông qua thí nghiệm ta hiểu thêm trình thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống II TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM: Thí nghiệm tiến hành trao đổi nhiệt lưu chất hệ thống trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống hình sau: Tl1 Tn1 Tn2 Tl2 Hình: Thiết bị hệ thống trao đổi nhiệt thực tế Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm Nguyễn Trường An MSSV: CM1208N020 Thí nghiệm tiến hành trình trao đổi nhiệt hai lưu chất hệ thống trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống Các kích thước hệ thống trính bày bảng 1.1 Bảng Thông số hệ thống trao đổi nhiệt ống lồng ống thí nghiệm: Đặc điểm Đường kính ống Đường kính ống Chiều dày ống Chiều dài ống Hệ số dẫn nhiệt ống (thép không rỉ) Đường kính ống (d1) Đường kính ống (d2) Đường kính tương đương (dtd) Thông số 34.5 mm 18.1 mm mm 1000 mm 20W/m.K 32,5mm = 32,5 x 10-3m 16,1mm = 16,15 x 10-3m 14,4mm = 14,4 x 10-3m Tác nhân lạnh (chất giải nhiệt) nước cấp Tác nhân nóng nước Đun nóng tác nhân nóng ( nước đến nhiệt độ 65 0C) trước đưa vào hệ thống trao đổi nhiệt Tác nhân nóng đưa vào hệ thống bơm, điều chỉnh lưu lượng van tiết lưu Đồng thời, mở van điều chỉnh lưu lượng nước lạnh Chú ý điều chỉnh lưu lượng dòng chảy phù hợp để có hệ số Re >104 (chảy rối) Quan sát thay đổi nhiệt độ hai lưu chất đến đạt giá trị ổn định Ghi lại giá trị nhiệt độ vào và lưu lương dòng Ghi nhận kết thí nghiệm: Thông số Nhiệt độ tác nhân nóng vào Tn1 , o C Nhiệt độ tác nhân nóng Tn , o C Nhiệt độ tác nhân lạnh vào Tl1 , o C Nhiệt độ tác nhân lạnh Tl , o C Lưu lượng tác nhân nóng, lít/phút Lưu lượng tác nhân lạnh, lít/ phút Lần 71,6 56,4 24,7 32,9 Lần 72 59 24,7 33,6 Tính toán thảo luận kết quả: 1/ Chuẩn số Reynolds tính theo kết đo lần 1: * Theo tác nhân nóng: α1 = 0.023 λ 0,8 0,4 Re Pr d W Ta có: λ = 20 m.K Nhiệt độ trung bình lưu chất nóng: Ttbn = 71,6 + 56.4 = 64 o C 2 Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm Tra sổ tay ta có: Nguyễn Trường An MSSV: CM1208N020 ρ = 980.6 kg3 m µ = 0,441.10 −3 Pa.s Pr = 2,82 Đường kính ống trong: d1 = 18,1.10 −3 m Đường kính ống trong: d = 16,1.10−3 m m3 s m d.V.ρ ⇒ F = 2,04.10− m ⇒ V = 0,34 ⇒ Re = = 12039,540 >10.000 s µ Lưu lượng tác nhân nóng: Q n = 33.10 -5 =>chảy rối * Theo tác nhân lạnh: α1 = 0.023 Ta λ d Re0,8 Pr0, W có: λ = 20 m.K Nhiệt độ trung bình lưu chất lạnh: Ttbl = Tra sổ tay ta có: 24,7 + 32,9 = 28,8 o C ρ = 995,98 kg3 μ = 0,820.10 −3 m Pa.s Pr = 5,75 Đường kính ống trong: d1 = 18,1.10−3 m Đường kính ống ngoài: d = 32,5.10−3 m Lưu lượng tác nhân lạnh: Q l = 117.10 −5 m3 s Diện tích bề mặt thấm ướt: (32,5.10 −3 ) (18,1.10−3 ) −π = 5,723.10 − m S=S(ngoài)-S(trong)= π 4 −3 Chu vi thấm ướt: C w =C(ngoài)+(trong)= π 32,5.10 + π 18,1.10−3 = 0,159m ⇒F= π d td = π (4rtl ) S ) Cw m d V.ρ = 1,628.10 −4 m ⇒ V = 0,473 ⇒ Re = td = 9471,01 s µ π (4 không phải chảy rối 2/ Chuẩn số Reynolds tính theo kết đo lần 2: * Theo tác nhân nóng: α1 = 0.023 λ d Re0 ,8 Pr0, W Ta có: λ = 20 m.K Nhiệt độ trung bình lưu chất nóng: Ttbn = 72,0 + 59,0 = 65,5 o C Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm Nguyễn Trường An MSSV: CM1208N020 kg m3 μ = 0,431.10 −3 Pa.s Tra sổ tay ta có: ρ = 979,8 Pr = 2,75 Đường kính ống trong: d1 = 18,1.10 −3 m Đường kính ống trong: d = 16,1.10−3 m Lưu lượng tác nhân nóng: Q n = 5.10 − ⇒ F = 2,04.10− ⇒ V = 0,44 * Theo tác nhân lạnh: α1 = 0.023 Ta có: λ = 20 λ d m3 s m d.V.ρ ⇒ Re = = 15749.5996 >10.000 => chảy rối s µ Re0,8 Pr0, W m.K Nhiệt độ trung bình lưu chất lạnh: Ttbl = Tra sổ tay ta có: 24.7 + 33.6 = 29,15 o C ρ = 995,96 kg3 m µ = 0,813.10 −3 Pa.s Pr = 4,43 Đường kính ống trong: d1 = 18,1.10−3 m Đường kính ống ngoài: d = 32,5.10−3 m Lưu lượng tác nhân lạnh: Q n = 117.10 −5 m3 s Diện tích bề mặt thấm ướt: S=S(ngoài)-S(trong)= π (32,5.10 −3 ) (18,1.10−3 ) −π = 5,723.10 − m 4 Chu vi thấm ướt: C w =C(ngoài)+(trong)= π 32,5.10−3 + π 18,1.10−3 = 0,159m S π (4 ) 2 π d td Cw m d V.ρ ⇒F= = = 1,628.10 −4 ⇒ V = 0,66 ⇒ Re = td = 13222,67171 4 s µ >10.000 => chảy rối Ở nhiệt độ 64 o C, hệ số dẫn nhiệt K=662.10 C p = 4186 Pr= C p µ K −3 W ; mK J kg.C =2,82 Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm Nguyễn Trường An MSSV: CM1208N020 Hệ số cấp nhiệt từ nước nóng qua thành ống trong: α1 = 0.023 λ d Re0,8 Pr0, =117669,1372(V W ới: λ = 20 m.K ) * Hệ số cấp nhiệt từ tường đến tường ống: α = W m2 K λ = 20.000 δ * Hệ số cấp nhiệt từ tường nước lạnh cấp nhiệt ống hình vành khăn chảy rối cưỡng hoàn toàn: λ D 0,45 0,8 0,4 α3 = 0,023 ( ) Re Pr =164216,0176 d D−d W Ta có: λ = 20 m.K d =18,1.10 −3 m (đường kính ống trong) D = 32,5.10 m (đường kính ống ngoài) Pr = 5,75 (trong trường hợp lạnh) −3 * Hệ số truyền nhiệt K lưu chất trao đổi nhiệt thiết bị: K = 1 1 = 15482,76538 W + + m đô α1 α2 α3 - Xác định hệ số truyền nhiệt theo thực tế: Hiệu số nhiệt trung bình lưu chất nóng lưu chất nguội, o C ΔT1 = Tn1 − Tl2 = 71,6 − 32,9 = 38,7 o C ΔT2 = Tn2 − Tl1 = 56,4 − 24,7 = 31,7 o C ΔT = ΔT2 − ΔT1 31,7 − 38,7 = = 35,1 o 31,7 ΔT2 C ln( ) ln 38 , ΔT1 - Xác định hệ số truyền nhiệt theo thực tế: Q = K.F ∆ T= mCp ∆ t + Ứng với Ttb lưu chất lạnh = 28,8 C Tra bảng nội suy → Cp = 4174 J/Kg.0C ρ = 994,416 kg/m3 + Lưu lượng khối lượng lưu chất lạnh chảy ống : m = 1,27.10 -4 m3/s = 1,27.10-4.994,416 = 0,126 kg/s + ∆t: Chênh lệch nhiệt độ vào nhiệt độ , ∆t = 32,9 - 24,7 = 8,2 0C + F= π.d.L = π 18,1.10-3.1 = 56,86.10-3 m2 + ∆T:Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit lưu chất nóng ΔT1 = Tn1 − Tl2 = 71,6 − 32,9 = 38,7 o C Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm Nguyễn Trường An MSSV: CM1208N020 ΔT2 = Tn2 − Tl1 = 56,4 − 24,7 = 31,7 o C ΔT = → K TT = ΔT2 − ΔT1 31,7 − 38,7 = = 35,1 o 31,7 ΔT2 C ln( ) ln 38 , ΔT1 mC p ∆t F ∆T = 0,126.4174.8,2 = 2160,84 W/m2.0C −3 56,86.10 35,1 Ở nhiệt độ 65,5 o C, hệ số dẫn nhiệt K=662,78.10 W ; mK J C p = 4186 Pr= −3 kg.C C p µ =2,75 K Hệ số cấp nhiệt từ nước nóng qua thành ống trong: α1 = 0.023 λ d Re0 ,8 Pr0, =97989,13441 W (V ới: λ = 20 m.K ) Hệ số cấp nhiệt từ tường đến tường ống: α = W m2 K λ = 20.000 δ Hệ số cấp nhiệt từ tường nước lạnh cấp nhiệt ống hình vành khăn chảy rối cưỡng hoàn toàn: λ D 0,45 0,8 0,4 α3 = 0,023 ( ) Re Pr =138295,173 d D−d W Ta có: λ = 20 m.K d = 18,1.10 −3 m (đường kính ống trong) D = 32,5.10−3 m (đường kính ống ngoài) Pr = (trong trường hợp lạnh) Hệ số truyền nhiệt K lưu chất trao đổi nhiệt thiết bị: K = 1 1 = 14828,84763 W + + m đô α1 α2 α3 - Xác định hệ số truyền nhiệt theo thực tế: Hiệu số nhiệt trung bình lưu chất nóng lưu chất nguội, o C ΔT1 = Tn1 − Tl2 = 72,0 − 33,6 = 38,4 o C ΔT2 = Tn2 − Tl1 = 59,0 − 24,7 = 34,3o C Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm ΔT = Nguyễn Trường An MSSV: CM1208N020 ΔT2 − ΔT1 34,3 − 38,4 = = 36,3 o 34,3 ΔT2 C ln( ) ln 38,4 ΔT1 - Xác định hệ số truyền nhiệt theo thực tế: Q = K.F ∆ T= mCp ∆ t + Ứng với Ttb lưu chất lạnh = 29,150 C Tra bảng nội suy → Cp = 4174 J/Kg.0C ρ = 994,385 kg/m3 + Lưu lượng khối lượng lưu chất lạnh chảy ống : m = 1,07.10 -4 m3/s = 1,07.10-4.994,385 = 0,1064 kg/s + ∆t: Chênh lệch nhiệt độ vào nhiệt độ , ∆t = 33,6 - 24,7 = 8,90C + F= π.d.L = π 18,1.10-3.1 = 56,86.10-3 m2 + ∆T:Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit lưu chất nóng ΔT1 = Tn1 − Tl2 = 72,0 − 33,6 = 38,4 o C ΔT2 = Tn2 − Tl1 = 59,0 − 24,7 = 34,3o C ΔT = → K TT = ΔT2 − ΔT1 34,3 − 38,4 = = 36,3 o 34,3 ΔT2 C ln( ) ln 38 , ΔT1 mC p ∆t F ∆T = 0,1064.4174.8,9 = 1915,01 W/m2.0C −3 56,86.10 36,3 15482,76538 + 14828,84763 = 15155,80637 2160,84 + 1915,01 = = 2037,925 KTTTB KLTTB = Nhận xét: - Trong trình truyền nhiệt lưu chất nóng sang lưu chất lạnh thực loại thiết bị truyền nhiệt Dựa vào đặc tính, tính chất hay loại thiết bị, trình trao đổi nhiệt phân loại theo chiều chuyển động lưu chất hay theo dạng thiết bị trao đổi nhiệt: Chiều chuyển động lưu chất dạng thiết bị trao đổi nhiệt - Hệ số truyền nhiệt thực tế lý thuyết có chênh lệch lớn Hệ số truyền nhiệt lý thuyết lớn nhiều lần so với thực tế ( ≈ 6,7 lần.) Có thể số nguyên nhân sau: F Do sai số trình tính toán ,trong trình tra sổ tay, sai số đo lưu lượng, đồng hồ đo nhiệt (Đồng hồ đo nhiệt độ T l2 sai lớn.) không xác đường kính ống có sai lệch thời gian sử dụng F Do chất lỏng chảy tầng, hệ số truyền nhiệt K nhỏ so với chảy rối F Quá trình truyền nhiệt thực tế diễn không hoàn toàn giống mô tả phương trình lý thuyết ... ΔT2 C ln( ) ln 38 , ΔT1 mC p ∆t F ∆T = 0 ,10 64. 417 4.8,9 = 19 15, 01 W/m2.0C −3 56,86 .10 36,3 15 482,76538 + 14 828,84763 = 15 155,80637 216 0,84 + 19 15, 01 = = 2037,925 KTTTB KLTTB = Nhận... (32,5 .10 −3 ) (18 ,1. 10−3 ) −π = 5,723 .10 − m 4 Chu vi thấm ướt: C w =C(ngoài)+(trong)= π 32,5 .10 −3 + π 18 ,1. 10−3 = 0 ,15 9m S π (4 ) 2 π d td Cw m d V.ρ ⇒F= = = 1, 628 .10 −4 ⇒ V = 0,66 ⇒ Re = td = 13 222,6 717 1... (d2) Đường kính tương đương (dtd) Thông số 34.5 mm 18 .1 mm mm 10 00 mm 20W/m.K 32,5mm = 32,5 x 10 -3m 16 ,1mm = 16 ,15 x 10 -3m 14 ,4mm = 14 ,4 x 10 -3m Tác nhân lạnh (chất giải nhiệt) nước cấp Tác nhân