Báo cáo Thí nghiệm Quá trình thiết bị - Đối lưu nhiệt
Mục lục
1. TRÍCH YEÁU........................................................................................................................................2
1.1. Muïc ñích thí nghieäm...................................................................................................................2
1.2. Phöông phaùp thí nghieäm ............................................................................................................2
1.3. Keát quaû thí nghieäm.....................................................................................................................2
1.4. Nhaän xeùt keát quaû thí nghieäm: ...................................................................................................3
2. LYÙ THUYEÁT THÍ NGHIEÄM.............................................................................................................3
2.1. Phöông trình caân baèng nhieät.....................................................................................................4
2.2. Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt. ...................................................................................................5
2.3. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu ( heä soá caáp nhieät) phía doøng nöôùc laïnh chaûy trong oáng (N
hay T)......................................................................................................................................................6
2.4. Heä soá caáp nhieät phía hôi nöôùc ngöng tuï...................................................................................7
3. DUÏNG CUÏ, THIEÁT BÒ VAØ PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM........................................................8
3.1. Duïng cuï vaø thieát bò thí nghieäm..................................................................................................8
3.2. Phöông phaùp thí nghieäm ..........................................................................................................11
4. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM ...............................................................................................................13
4.1. Xöû lyù sô boä keát quaû ño..............................................................................................................13
4.2. Xaùc ñònh caùc thoâng soá phuïc vuï tính toaùn...............................................................................14
4.3. Tính toaùn nhieät löôïng, xaùc ñònh toån thaát nhieät.....................................................................14
4.4. Tính toaùn xaùc ñònh heä soá caáp nhieät phía nöôùc chaûy trong oáng vaø phía nöôùc ngöng tuï....14
4.5. Ñoà thò..........................................................................................................................................16
5. BAØN LUAÄN........................................................................................................................................18
6. PHUÏ LUÏC...........................................................................................................................................24
7. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO................................................................................................................25
1
1. TRÍCH YEÁU
1.1. Muïc ñích thí nghieäm.
1) Giuùp sinh vieân cuûng coá kieán thöùc veà söï truyeàn nhieät ñoái löu.
2) Giuùp sinh vieân laøm quen vôùi caáu taïo, nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa thieát bò vaø phöông
phaùp thí nghieäm veà söï trao ñoåi nhieät ñoái löu.
3) Khaûo saùt thöïc nghieäm heä soá caáp nhieät ôû doøng löu chaát khoâng coù bieán ñoåi pha vaø
doøng löu chaát coù bieán ñoåi pha vôùi cheá ñoä ngöng tuï chaûy maøng trong hai tröôøng hôïp:
ñoái löu töï nhieân vaø ñoái löu cöôõng böùc.
4) So saùnh heä soá caáp nhieät vaø heä soá truyeàn nhieät lyù thuyeát vôùi heä soá caáp nhieät vaø truyeàn
nhieät thöïc nghieäm.
5) Thieát laäp caân baèng nhieät löôïng trong quaù trình trao ñoåi nhieät ñoái löu.
1.2. Phöông phaùp thí nghieäm
Thöïc hieän thí nghieäm theo trình töï sau:
-
-
-
-
Chuaån bò duïng cuï vaø ñieàu kieän thí nghieäm
Chuaån bò caáp nöôùc laïnh
Chuaån bò caáp hôi nöôùc
Khi quaù trình truyeàn nhieät ñaït cheá ñoä oån ñònh thì tieán haønh ño ñoàng loaït caùc ñaïi
löôïng
-
-
Ngöøng thí nghieäm ñeå chuyeån sang thí nghieäm khaùc (tieán haønh 5 thí nghieäm öùng vôùi
5 vò trí taám chaûy traøn)
Keát thuùc thí nghieäm.
1.3. Keát quaû thí nghieäm.
Baûng 1:
Caùc ñaïi löôïng ño
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
0
½
¾
41
1
1½
41
102
54
99
238
7
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
t4 (oC)
Nhieät ñoä theo T2 (oF)
Aùp suaát theo P2 (PSI)
Nhieät ñoä theo T3 (oF)
Aùp suaát theo P3 (PSI)
42
41
41
104
82
106
73
110
63
111
64
98
102
238
12.5
210
11.5
106
234
11.5
210
11
107
232
8
240
14.5
208
14
210
6
210
6
2
Löôïng nöôùc ngöng (ml)
Thôøi gian ño löôïng nöôùc ngöng (s)
Nhieät ñoä nöôùc ngöng t’C (oC)
88
384
47
90
243
61
54
109
59
60
110
65
65
138
62
Löôïng nöôùc chaûy trong oáng (ml)
Thôøi gian ño nöôùc chaûy trong oáng
(s)
805
810
820
800
805
177
86
61
52
43
1.4. Nhaän xeùt keát quaû thí nghieäm:
Khi thay ñoåi vò trí taám chaûy traøn laàn löôït: “0”, “½”, “¾”, “1 ½” thì caùc nhieät ñoä t2, , t4 tăng
dần nhöng khi taám chaûy traøn laø 1½ (inch) thì caùc nhieät ñoä treân laïi giảm.Đối với nhiệt đñộ t3
thì nhiệt đñộ giảm dần .
Ngoaïi tröø tröôøng hôïp taám chaûy traøn ôû vò trí “0”, thì tröôøng hôïp taám chaûy traøn ôû vò trí “¾”
coù löôïng nöôùc ngöng thấp nhất vaø löôïng nöôùc chaûy trong oáng cao nhaát so vôùi caùc tröôøng
hôïp coøn laïi
Caùc nhieät ñoä T2, T3 khoâng thay ñoåi nhieàu vaø caùc aùp suaát P2, P3 thay ñoåi nhieàu giöõa caùc cheá
ñoä thí nghieäm.
2. LYÙ THUYEÁT THÍ NGHIEÄM.
Söï truyeàn nhieät giöõa hôi nöôùc baõo hoøa ngöng tuï treân beà maët ngoaøi oáng ñöùng vôùi doøng
nöôùc laïnh chaûy trong oáng laø moät daïng truyeàn nhieät ñöôïc ñaëc tröng bôûi 2 quaù trình: trao
ñoåi nhieät ñoái löu trong tröôøng hôïp coù bieán ñoåi pha (hôi nöôùc baõo hoøa ngöng tuï treân beà
maët oáng ñöùng) vaø trao ñoåi nhieät ñoái löu ôû doøng
Fng
Ftr
löu chaát khoâng coù bieán ñoåi pha (doøng nöôùc laïnh
chaûy trong oáng). Boû qua nhieät trôû thaønh oáng.
Söï ngöng tuï hôi nöôùc ôû thieát bò thí nghieäm ñöôïc
xem nhö söï ngöng tuï vôùi maøng chaûy xeáp lôùp
(chaûy maøng).
Doøng nöôùc laïnh chaûy trong oáng ñöùng (goïi taét laø
doøng laïnh) ñöôïc thöïc hieän vôùi 2 cheá ñoä chaûy:
chuyeån ñoäng töï nhieân vaø chuyeån ñoäng cöôõng
böùc.
C ng
N tr
tS
tVtr
tVng
tN
dtr
V C
dng
3
Hình 1: Sô ñoà cô cheá
truyeàn nhieät ñoái löu
Sô ñoà cô cheá truyeàn nhieät ñoái löu ñöôïc bieåu dieãn ôû hình 1.
V, C : beà daøy thaønh oáng vaø beà daøy maøng nöôùc ngöng tuï, m.
dtr, dng : ñöôøng kính trong vaø ngoaøi oáng, m.
Ftr, Fng : dieän tích beà maët beân trong vaø beân ngoaøi oáng ñöùng coù chieàu cao H, m2.
ts : nhieät ñoä hôi nöôùc baõo hoøa, oC.
tN: nhieät ñoä trung bình cuûa nöôùc trong oáng, oC.
tVtr, tVng:nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch trong vaø vaùch ngoaøi oáng, oC.
C = ng:heä soá caáp nhieät phía hôi nöôùc ngöng tuï (phía löu chaát beân ngoaøi), W/m2.K
N = tr:heä soá caáp nhieät phía nöôùc laïnh (phía löu chaát trong oáng), W/m2.K
q: maät ñoä doøng nhieät truyeàn qua vaùch, W/m2.
2.1. Phöông trình caân baèng nhieät.
Nhieät löôïng doøng nöôùc laïnh nhaän ñöôïc:
Q1 = GNCPN(t3 – t1), W
(1)
(2)
Nhieät löôïng toûa ra khi hôi nöôùc ngöng tuï:
Q2 = GC[r + CPC(tS - tC )], W
Trong tröôøng hôïp truyeàn nhieät oån ñònh vaø khoâng coù toån thaát nhieät, ta coù phöông trình
caân baèng nhieät sau:
Q = Q1 = Q2 = GNCPN(t3 – t1) = GC[r + CPC(tS - tC )]
(3)
Trong ñoù:
•
•
•
•
GN, GC : löu löôïng khoái cuûa doøng nöôùc trong oáng vaø doøng nöôùc ngöng tuï, kg/s
t1, t3: nhieät ñoä ñaàu vaø cuoái cuûa doøng nöôùc chaûy trong oáng, oC
tS : nhieät ñoä hôi nöôùc baõo hoøa ngöng tuï ôû aùp suaát thí nghieäm, oC
: nhieät ñoä trung bình cuûa nöôùc ngöng tuï, oC
tC
tS t'C
tC
, oC
(4)
2
•
t’C:nhieät ñoä nöôùc ngöng tuï chaûy ra (trong thöïc teá t’C laø nhieät ñoä quaù laïnh cuûa
nöôùc ngöng tuï), oC
4
•
CPN: nhieät dung rieâng cuûa nöôùc chaûy trong oáng, xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình
cuûa nöôùc, J/(kg.K)
t1 t3
tN
, oC
(5)
2
•
•
CPC : nhieät dung rieâng cuûa nöôùc sau khi ngöng tuï ôû nhieät ñoä tC , J/(kg.K)
: aån nhieät ngöng tuï cuûa hôi nöôùc baõo hoøa ôû nhieät ñoä tS, J/kg
r
Söï caân baèng nhieät cuõng coù theå ñöôïc thöïc hieän baèng phöông trình truyeàn nhieät ñoái löu ôû
cheá ñoä oån ñònh vaø khoâng coù toån thaát nhieät:
Q = Q’1 = Q’2
Trong ñoù:
Q’1 = qtrFtr = tr(tVtr
-
tN )Ftr, W
Q'1
(tVtr tN )Ftr
tr
, (W/m2.K)
(6)
(7)
Q’2 = qngFng = ng(tS - tVng)Fng, W
Q'2
ng
, W/(m2.K)
(tS tVng )Fng
Theo lyù thuyeát:
Q’1 = Q’2 = Q1 = Q2 = Q
Töø 2 coâng thöùc (6) vaø (7) coù theå xaùc ñònh heä soá caáp nhieät thöïc nghiệm phía doøng laïnh
trong oáng (tr) vaø heä soá caáp nhieät phía hôi nöôùc baõo hoøa ngöng tuï treân beà maët ngoaøi
oáng (ng).
Trong tröôøng hôïp nhieät trôû cuûa vaùch truyeàn nhieät khoâng ñaùng keå (oáng ñoàng coù heä soá
daãn nhieät lôùn: V = 1272 W/(m.K) vaø thaønh oáng moûng), ta coù:
t2 t4
tVtr tVng
, oC
(8)
2
•
•
tVtr ,tVng : nhieät ñoä trung bình taïi vaùch trong vaø vaùch ngoaøi oáng truyeàn nhieät, oC
t2, t4 : nhieät ñoä taïi thaønh ngoaøi ôû ñaàu vaøo (ñaàu döôùi) vaø ñaàu ra (ñaàu treân) cuûa
oáng, oC
2.2. Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt.
Q
Ftr tlog
, W/(m2.K)
(9)
K
Q : nhieät löôïng tính theo coâng thöùc (1)
5
(tS t3 ) (tS t1 )
t log
, K
(10)
(tS t3 )
ln
(tS t1 )
2.3. Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu ( heä soá caáp nhieät) phía doøng nöôùc laïnh chaûy trong
oáng (N hay T).
Heä soá caáp nhieät N (hay tr) ñöôïc xaùc ñònh tuøy thuoäc vaøo daïng trao ñoåi nhieät (ñoái löu
töï nhieân hay ñoái löu cöôõng böùc) vaø cheá ñoä chaûy cuûa doøng löu chaát: chaûy xeáp lôùp (chaûy
maøng), chaûy roái hay cheá ñoä chuyeån tieáp.
Doøng löu chaát ñoái löu töï nhieân hay cöôõng böùc coù theå phaân bieät döïa theo giaù trò cuûa tyû
Gr
soá
:
Re2,5
Gr
Dòng lưu chất chuyển động cưỡng bức
Vùng quá độ
103
Re0.25
Gr
103
102
Re0.25
Gr
Dòng lưu chất chuyển động tư nhiện
102
Re0.25
dtr
4GN
ÔÛ ñaây: Re
(11)
dtr
Vôùi:
: vaän toác doøng, m/s
: ñoä nhôùt ñoäng hoïc cuûa löu chaát, m2/s
: khoái löôïng rieâng cuûa löu chaát, kg/m3
a) Tröôøng hôïp ñoái löu nhieät töï nhieân.
Heä soá caáp nhieät N (hay tr) ôû tröôøng hôïp ñoái löu töï nhieân ñöôïc xaùc ñònh töø chuaån soá
Nusselt (Nu):
0,75
H
1
16
dtr
H
Gr.Pr
dtr Gr.Pr
Nu
.
1 e
(12)
32
Trong ñoù:
6
N dtr N dtr
Nu
Gr
gdt3r t
2
t tVtr tN
a
Pr
t1 t3
Caùc thoâng soá vaät lyù cuûa nöôùc ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình: tN
, oC
2
b)
Tröôøng hôïp ñoái löu nhieät cöôõng böùc.
dtr
H
ÔÛ cheá ñoä chaûy maøng (Re < 2300) vôùi Re.Pr.
>10 :
1/3
0,14
dtr
H
Vtr
Nu 1,86 Re.Pr.
.
(13)
t1 t3
o
Caùc thoâng soá vaät lyù ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình tN
, C. Rieâng Vtr
2
ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch trong tVtr.
dtr
H
ÔÛ cheá ñoä chuyeån tieáp (2300 < Re < 10000) vôùi 0,7 < Pr < 120 vaø
< 50 :
Nu = 0,023Re0,8Pr1/3
(14)
Neáu boû qua aûnh höôûng cuûa löïc naâng vôùi doøng chaûy ta coù theå aùp duïng coâng thöùc cuûa
Mikhaev ñeå tính Nu*:
Nu*
M
f(Re)
(15)
0,14
Pr
0,43
Pr
PrVtr
Giaù trò thöïc nghieäm cuûa M ñöôïc cho trong baûng 2.
Baûng 2:
Re.10-3 2,2 2,3 2,5
3
3,5
4
5
6
7
8
9
10
M
2,2 3,6 4,9 7,5 10 12,2 16,5 20 24 27 30 33
2.4. Heä soá caáp nhieät phía hôi nöôùc ngöng tuï.
7
Heä soá caáp nhieät trong tröôøng hôïp ngöng tuï hôi tinh khieát baõo hoøa ñöôïc xaùc ñònh tuøy
thuoäc vaøo cheá ñoä chaûy cuûa doøng loûng ngöng tuï.
Caùc tröôøng hôïp chaát ngöng tuï chaûy maøng, heä soá caáp nhieät khi ngöng tuï hôi tinh khieát
treân beà maët oáng ñöùng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc lyù thuyeát cuûa Nusselt (xaùc laäp
baèng phöông phaùp giaûi tích):
0,25
2
3
grSCC
CHt
C 0,943
(16)
m
t2 t4
ÔÛ ñaây: t tS tVng t
, K
S
2
tS tVng
, oC.
tm
Caùc thoâng soá vaät lyù ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình
2
Rieâng rS ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä tS ñoái vôùi hôi nöôùc baõo hoøa.
Coâng thöùc (16) coù theå bieán ñoåi veà phöông trình tieâu chuaån ñoàng daïng sau:
0,25
gH3
CH
C
C
C
CCPC
rS
NuC
0,943
.
.
2
CPC (tS tVng
)
C
m
= 0,943(GaC .PrC .K)0m,25 0,943(Ko )0m,25
(17)
ÔÛ ñaây:
K
r
S
laø chuaån soá ñoàng daïng cuûa Kutalelagze.
CPC (tS tVng
)
Tröôøng hôïp nöôùc ngöng tuï chaûy maøng khoâng phuï thuoäc vaøo vaän toác (töùc khoâng phuï
thuoäc vaøo Re), heä soá caáp nhieät phía hôi nöôùc ngöng tuï chaûy maøng coù theå xaùc ñònh töø
chuaån soá Nu theo coâng thöùc thöïc nghieäm sau ñaây:
0,25
0,25
S
Vng
S
Vng
0,28
Nu*C 0,42(Ga.Pr.K)S
0,28
0,42(Ko )S
(18)
Khaùc vôùi coâng thöùc (16) ôû ñaây caùc thoâng soá vaät lyù ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä tS.
t2 t4
Rieâng PrVng xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch ngoaøi tVng
, oC.
2
3. DUÏNG CUÏ, THIEÁT BÒ VAØ PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM
3.1. Duïng cuï vaø thieát bò thí nghieäm.
Heä thoáng thí nghieäm ñoái löu nhieät goàm coù:
-
OÁng truyeàn nhieät.
8
-
-
-
-
-
-
-
Bình chöùa nöôùc.
Noài hôi.
Bình chaûy traøn.
Heä thoáng van vaø oáng noái
Heä thoáng duïng cuï ño nhieät ñoä, aùp suaát.
Heä thoáng caáp nöôùc
Nuùt ñieàu khieån ñieän troû, nuùm ñieàu chænh nhieät ñoä vaø boä phaän ñieàu chænh vò trí
taám chaûy traøn.
OÁng truyeàn nhieät ñaët ñöùng coù kích thöôùc sau:
-
-
-
-
-
Chieàu cao
: H = 60,96 cm
: dng = 15,8 mm
: dtr = 13,8 mm
: 1mm
Ñöôøng kính ngoaøi
Ñöôøng kính trong
Beà daøy thaønh oáng
Heä soá daãn nhieät cuûa oáng ñoàng
:λv = 1272 W/(m.K)
9
Bình
chaûy
traøn
P
1
Ñoàng hoà ño
nhieät ñoä
Bình
chöùa
nöôùc
Khí neùn
0C
Taám
chaûy
traøn
V
9
S3
t3
Noài hôi
t4
Nuùmñieàu
chænh ño
nhieät ñoä
T
2
Cô caáu ñieàu
chænh taám
chaûy traøn
Vò trí taám
chaûy traøn
R2
P
2
2
3
T
1
Bình ño
nöôùc
ngöng tuï
1
4
t2
t1
GHI CHUÙ
V
8
Van moät chieàu
Van khoùa nöôùc
Van xaû nöôùc
V
V
S
0
T
3
P
3
t
C
220V
V
1
R
1
V
6
Van khoùa hôi nöôùc
V
S
V
7
V
V
4
5
V
2
V
3
Van xaû hôi nöôùc hoaëc
xaû loûng ngöng tuï
Bình ño
nöôùc chaûy
trong oáng
Ñoàng hoà ño nhieät ñoä
Ñoàng hoà ño aùp suaát
Ñieän trôû ñun nöôùc
Ñieän trôû gia nhieät hôi
T
3
S4
S5
P
2
S2
S1
R
1
R2
Hình 2: SÔÑOÀ HEÄ THOÁNGÑOÁI LÖUNHIEÄT
10
3.2. Phöông phaùp thí nghieäm
a) Chuaån bò
a) Chuaån bò duïng cuï vaø ñieàu kieän thí nghieäm
-
-
-
-
Chuaån bò oáng nghieäm ño nöôùc ngöng tuï
Chuaån bò oáng nghieäm ño löôïng nöôùc chaûy trong oáng
Chuaån bò nhieät keá ño nhieät ñoä nöôùc ngöng tuï chaûy ra
Chuaån bò moät ñoàng hoà baám giaây ñeå ño thôøi gian nöôùc chaûy trong oáng vaø thôøi
gian nöôùc ngöng
-
Kieåm tra nguoàn ñieän, nguoàn nöôùc vaø duïng cuï ño treân thieát bò thí nghieäm
b) Chuaån bò nöôùc caáp laïnh
-
-
-
Khoùa caùc van V1, V4, S1 vaø môû caùc van V2 vaø V5.
Ñieàu chænh taám chaûy traøn ôû vò trí mong muoán theo yeâu caàu cuûa baøi thí nghieäm.
Môû van V1 vaø ñieàu chænh ñeå giöõ möïc nöôùc oån ñònh ôû bình chaûy traøn.
c) Chuaån bò caáp hôi nöôùc.
-
-
-
-
Khoùa caùc van: S1, S3, S5, V3, V6, V8.
Môû van S4 xaû heát nöôùc ngöng dö roài khoùa laïi.
Môû van V7.
Cho nöôùc vaøo bình chöùa ñeán ¾ chieàu cao bình vaø môû naép bình. Môû van V8 caáp
nöôùc cho noài ñun vaø khoùa van V8 khi möïc nöôùc trong noài ñun ñaït 2/3 chieàu cao
oáng chæ möùc.
-
-
Ñoùng van V7.
Caáp ñieän cho boä ñieän trôû ñun nöôùc R1 cho ñeán khi aùp suaát trong noài ñun ñaït
khoaûng 15 PSI.
-
Caáp ñieän cho boä ñieän trôû R2 ñeå gia nhieät cho hôi nöôùc (neáu coù R2).
b) Tieán haønh thí nhieäm
1) Ñieàu chænh doøng nöôùc laïnh chaûy trong oáng theo yeâu caàu cuûa baøi thí nghieäm.
2) Khi aùp suaát trong noài ñun ñaït 15 PSI, môû hoaøn toaøn van V7 vaø môû töø töø van V6
vaø ñieàu chænh ñeå aùp suaát hôi ñi vaøo buoàng thí nghieäm khoaûng 12 PSI. Van V6
phaûi môû ñeå ñuû hôi ngöng tuï treân beà maët oáng truyeàn nhieät vaø aùp suaát trong
buoàng thí nghieäm xaáp xæ baèng vôùi aùp suaát khí quyeån.
3) Khi quaù trình truyeàn nhieät ñaït cheá ñoä oån ñònh, tieán haønh ño ñoàng loaït caùc ñaïi
löôïng:
-
Löôïng nöôùc ngöng tuï trong moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh vaø nhieät ñoä cuûa
nöôùc ngöng tuï.
-
Löôïng nöôùc chaûy trong oáng trong oáng trong oáng trong moät khoaûng thôøi gian
nhaát ñònh.
11
-
-
-
Nhieät ñoä t1, t2, t3, t4 (ñoàng hoà hieän soá).
Aùp suaát trong noài hôi (aùp keá P2).
Nhieät ñoä cuûa hôi trong noài hôi (ñoàng hoà ño nhieät ñoä T2).
- Nhieät ñoä theo T3 (oF)
- AÙp suaát theo P3 (PSI)
Trong khi ño thöôøng xuyeân quan saùt möùc nöôùc trong bình chaûy traøn vaø möùc nöôùc
trong noài hôi.
c) Ngöøng thí nghieäm ñeå chuyeån sang thí nghieäm khaùc
1) Sau khi ño xong, ngaét ñieän caáp cho noài hôi, ñoùng caùc van V6, V7, môû van xaû hôi
S5. Naïp nöôùc vaøo bình chöùa. Môû van V8 caáp nöôùc cho noài hôi roài khoùa van V8
laïi, khoùa van xaû hôi S5.
2) Khoùa van V1, môû voøi xaû S4 ñeå xaû heát nöôùc noùng roài khoùa voøi S4 laïi.
3) Chuyeån vò trí taám chaûy traøn theo yeâu caàu cuûa baøi thí nghieäm tieáp theo vaø laëp
laïi quy trình thao taùc nhö ôû thí nghieäm tröôùc.
4) Caùc thí nghieäm ñöôïc tieán haønh vôùi caùc vò trí oáng chaûy traøn nhö sau:
-
Vò trí “0”: ñoái löu töï nhieân.
-
Vò trí “½, ¾,1, 1 ½”: ñoái löu cöôõng böùc.
d) Keát thuùc thí nghieäm
Trình töï thao taùc khi keát thuùc thí nghieäm:
1) Ngaét caàu dao ñieän cho noài hôi.
2) Ngaét ñieän cho ñoàng hoà ño nhieät ñoä hieän soá.
3) Khoùa van nguoàn nöôùc.
4) Khoùa vaø môû caùc van ñuùng nhö hieän traïng tröôùc khi laøm thí nghieäm.
12
4. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM
4.1. Xöû lyù sô boä keát quaû ño.
STT
Caùc ñaïi löôïng ño
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
0
½
¾
1
1½
1
2
3
4
5
6
7
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
t4 (oC)
42.000
41.000
41.000
41.000
41.000
104.000 106.000 110.000 111.000 102.000
82.000 73.000 63.000 64.000 54.000
98.000 102.000 106.000 107.000 99.000
Nhieät ñoä nöôùc ngöng t’C (oC)
47.000
1.013
61.000
1.013
59.000
1.013
65.000
1.013
62.000
1.013
PS (bar)
tS (oC)
100.000 100.000 100.000 100.000 100.000
t1 t3
8
9
62.000
57.000
52.000
52.500
47.500
tN
2
t 2 t 4
101.000 104.000 108.000 109.000 100.500
t Vng
2
10
11
101.000 104.000 108.000 109.000 100.500
100.500 102.000 104.000 104.500 100.250
t Vtr t Vng
tS tVng
tm
2
t S t'C
2
12
13
73.500
39.000
80.500
47.000
79.500
56.000
82.500
56.500
81.000
53.000
t C
t tVtr tN
GN.103 (kg/s) (Lưu lượng nước trong
14
15
4.467
0.220
9.274
0.354
13.269
0.473
15.183
0.521
18.550
0.451
ống)
GC.103 (kg/s) (Lưu lượng nước ngưng
tụ)
13
4.2. Xaùc ñònh caùc thoâng soá phuïc vuï tính toaùn
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
Caùc thoâng soá vaät lyù
CPN (kJ/kg.K)
.102 (W/m.K)
(kg/m3)
0
½
¾
1
1½
4.181
66.080
982.120
0.465
5.228
4.178
65.570
984.670
0.501
4.924
4.175
65.020
987.120
0.540
4.614
4.175
65.075
986.875
0.537
4.645
4.174
64.475
990.875
0.582
Nöôùc
chaûy
trong
oáng
.106 (m2/s)
.104 (1/K)
.106 (N.s/m2)
4.335
456.740
2.894
493.400
3.540
533.400
4.120
529.400
3.925
575.375
2.980
Pr
Vtr.106 (N.s/m2)
CPC (kJ/kg.K)
C.102(W/m.K)
C (kg/m3)
C.106 (m2/s)
C.103 (N.s/m2)
CPS (kJ/kg.K)
S.102 (W/m.K)
S (kg/m3)
280.150
4.221
273.100
4.223
263.700
4.225
261.350
4.226
260.175
4.220
68.310
958.030
0.294
68.340
956.920
0.290
68.380
955.440
0.286
68.390
955.070
0.285
68.305
958.215
0.294
Nöôùc
ngöng
tuï
281.325
4.220
277.800
4.220
273.100
4.220
271.925
4.220
281.913
4.220
68.300
958.400
1.750
68.300
958.400
1.750
68.300
958.400
1.750
68.300
958.400
1.750
68.300
958.400
1.750
PrS
PrVng
1.735
1.690
1.630
1.615
1.743
Hôi
nöôùc
baõo
rS (kJ/kg)
2256.800 2256.800 2256.800 2256.800 2256.800
hoøa
4.3. Tính toaùn nhieät löôïng, xaùc ñònh toån thaát nhieät.
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
Nhieät löôïng, toån thaát nhieät
0
½
¾
1
1½
Q1 (W)
Q2 (W)
Q (W)
Q (%)
746.940
520.033
-226.907
30.378
1239.777
829.026
-410.751
33.131
1218.802 1458.005 1006.566
1109.226 1214.199 1054.759
-109.576 -243.806
8.990 16.722
48.194
4.788
4.4. Tính toaùn xaùc ñònh heä soá caáp nhieät phía nöôùc chaûy trong oáng vaø phía nöôùc
ngöng tuï
14
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
Coâng
thöùc
Caùc ñaïi löôïng
0
½
¾
1
1½
Tra
baûng
Tra
baûng
11
Pr
2.894
3.540
4.120
3.925
2.980
PrVtr
1.735
902.1
1.690
1.630
1.615
1.743
Re
1734.0
2296.3
2647.1
2970.6
Trao
ñoåi
Gr
(12b) 2426910.1 2373304.8 2281083.6
(12),
(13)
2350720.4
1750243.4
nhieät
phía
nöôùc
chaûy
trong
oáng
NuN
8.814
422.1
10.464
497.2
12.279
578.5
12.671
597.5
12.161
568.2
(N)TT
hay
(12),
(13)
(tr)TT,
W/m2.K
(N)TN
hay
(6)'
724.6
997.9
823.4
976.3
718.5
(tr)TN,
W/m2.K
Trao
ñoåi
(C) TT
,
(16)'
(7)'
2337.3
1657.5
6848.4
1399.3
4581.6
1360.1
4457.9
2778.2
W/m2.K
nhieät
phía
nöôùc
ngöng
tuï
(C) TN
,
17183.6
69705.5
W/m2.K
(NuC) TT (17)'
2087.2
746.9
34.2
1479.5
1239.8
40.9
1248.3
1218.8
47.1
1213.1
1458.0
46.6
2481.1
1006.6
52.2
Q = Q1,
(1)'
W
Tlog, K (10)'
KTT,
(19)'
357.5
826.6
382.5
409.3
978.0
415.1
471.7
729.1
W/m2.K
Truyeàn
nhieät
toång
KTN,
(9)'
1145.8
1184.8
W/m2.K
quaùt
K’TT,
(20)'
357.4
1.000
382.3
1.000
409.2
1.000
415.0
1.000
471.5
1.000
W/m2.K
K’TT/
(21)'
KTT
15
4.5. Ñoà thò.
a) Ñoà thò bieåu dieãn caùc moái quan heä: NuN= f(Re), Ktt = f(Re).
Ñoà thò 1: ÑOÀ THÒ BIEÅU DIEÃN MOÁI QUAN HEÄ GIÖÕA NuNVAØ Re
Nu_N=f(Re)
14.000
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0.000
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
3000.0
3500.0
Re
Re
Ñoä thò 2 : ÑOÄ THÒ BIEÅU DIEÃN MOÁI QUAN HEÄ GIÖÕA Ktt VAØ Re
KTT=f(Re)
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
3000.0
3500.0
Re
b)
Ñoà thò bieåu dieãn moái töông quan so saùnh giöõa caùc ñaïi löôïng tính toaùn vaø
thöïc nghieäm.
16
Ñoà thò 3 : MOÁI TÖÔNG QUAN SO SAÙNH GIÖÕA (αN)tt VAØ (αN)TN
(αN)TT và (αN)TN
1200.000
1000.000
800.000
600.000
400.000
200.000
0.000
(αN)tt
(αN)tn
0
1
2
3
4
5
6
Ñoà thò 4 : MOÁI TÖÔNG QUAN SO SAÙNH (αC)tt VAØ (αC)TN
(αC)TT và (αC)TN
80000.000
70000.000
60000.000
50000.000
40000.000
30000.000
20000.000
10000.000
0.000
(αC)tt
(αC)tn
0
1
2
3
4
5
6
17
Ñoà thò 5 : MOÁI TÖÔNG QUAN SO SAÙNH Ktt VAØ KTN
KTT và KTN
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Ktt
Ktn
0
1
2
3
4
5
6
chế độ làm việc
5. BAØN LUAÄN
5.1. Giaûi thích taïi sao khi thí nghieäm vôùi vò trí taám chaûy traøn ôû möùc “0” maø nöôùc
trong oáng vaãn chaûy.
Möùc “0, ¼, ½, ¾, 1, 1 ¼,1 ½” laø khoaûng caùch tính theo inch cuûa möïc nöôùc trong
bình chaûy traøn so vôùi vò trí cao nhaát trong oáng daãn nöôùc laïnh trong bình trao ñoåi nhieät.
Tröôùc khi thí nghieäm, neáu taám chaûy traøn ñeå ôû vò trí “0” vaø caáp ñuû nöôùc cho bình
chaûy traøn thì nöôùc khoâng chaûy trong oáng ñöùng vaø thoaùt ra ngoaøi vì luùc ñoù möïc nöôùc
trong bình chaûy traøn baèng vôùi vò trí cao nhaát trong oáng =>Δ P = 0 => nöôùc khoâng theå
chaûy do khoâng coù söï cheânh leäch veà aùp suaát.
Khi tieán haønh thí nghieâm vôùi taám chaûy traøn ôû vò trí “0” thì nöôùc trong oáng ñöùng coù
chaûy ra vì khi ñoù ta duøng hôi nöôùc ñeå caáp nhieät laøm cho doøng laïnh bò noùng lean, xuất
hiện sự di ñoäng cuûa löu chaát khi coù söï cheânh leäch veà maät ñoä (khoái löôïng rieâng) giöõa
caùc vuøng coù nhieät ñoä khaùc nhau.
5.2. Nhaän xeùt veà möùc ñoä toån thaát nhieät.
Vị trí tấm chảy traøn(inch)
0
½
¾
1
1½
16.722
4.788
30.378
33.131
8.990
ΔQ (%)
Q (W)
-243.806
48.194
-226.907
-410.751
-109.576
18
Khi taám chaûy traøn ôû caùc vò trí “0”, “1/2”, “¾”,”1” toån thaát nhieät töông öùng ΔQ <0
.Ñieàu naøy voâ lyù vì trong baøi thí nghieäm khoâng söû duïng ñieän trôû ñeå gia nhieät cho hôi
taïo hôi quaù nhieät vaäy maø nhieät löôïng toûa ra khi hôi nöôùc ngöng tuï laïi nhoû hôn nhieät
löôïng doøng nöôùc laïnh nhaän ñöôïc.Nguyeân nhaân sai soá coù theå laø do:
-
Tieán haønh ño caùc ñaïi löôïng nhö aùp suaát, nhieät ñoä, löu löôïng khi heä thoáng chöa oån
ñònh
-
Khi ño caùc ñaïi löôïng khoâng ñoàng loaït vaø thôøi gian ño löu löôïng khaù daøi trong
khoaûng thôøi gian ñoù caùc giaù trò nhieät ñoä vaø aùp suaát coù söï thay ñoåi. Ta choïn thôøi
ñieåm ño khoâng chính xaùc neân daãn tôùi söï sai leäch.
-
-
Löôïng nöôùc ngöng tuï khoâng lieân tuïc, neân vieâc ño löu löôïng coù sai soá.
Sai soá do heä thoáng thí nghieäm, do caùc duïng cuï đo aùp suaát, nhieät ñoä…
5.3. Nhaän xeùt vaø giaûi thích veà aûnh höôûng cuûa vò trí taám chaûy traøn leân caùc heä soá αtr,
αng vaø K.
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
Caùc ñaïi löôïng
0
½
¾
1
1½
(aN)TT hay (atr)TT,
W/m2.K
422.1
497.2
578.5
597.5
568.2
(aN)TN hay (atr)TN,
W/m2.K
724.6
2337.3
17183.6
826.6
997.9
1657.5
6848.4
1145.8
382.3
823.4
1399.3
4581.6
978.0
976.3
1360.1
4457.9
1184.8
415.0
718.5
2778.2
69705.5
729.1
(aC) TT, W/m2.K
(aC) TN, W/m2.K
KTT, W/m2K
KTN, W/m2K
357.4
409.2
471.5
a) Theo lyù thuyeát:
Khi vò trí taám chaûy traøn caøng cao thì (N)TT caøng taêng vì:
-
Taám chaûy traøn caøng cao thì cheânh leäch veà coät aùp caøng lôùn löu löôïng doøng
laïnh caøng taêng vaän toác doøng laïnh caøng taêng Re caøng taêng.
Taám chaûy traøn caøng cao thì hieäu quaû truyeàn nhieät caøng thaáp nhieät ñoä trung
bình cuûa doøng laïnh caøng giaûm Pr vaø caøng taêng.
-
19
Nu caøng taêng (coâng thöùc (13)) (N)TT caøng taêng.
Keát quaû thí nghieäm khaù phuø hôïp vôùi lyù thuyeát.Tuy nhieân coù ñieåm sai leäch ôû cheá ñoä
1½ nguyeân nhaân do sai soá ñaõ keå ôû treân.
Khi vò trí taám chaûy traøn caøng cao thì (N)TN nhìn chung caøng taêng vì: ngoaïi tröø vò trí
taám chaûy traøn ñaàu tieân (ñoái löu töï nhieân) thì ôû caùc vò trí taám chaûy traøn cao hôn (ñoái löu
cöôõng böùc), nhieät löôïng maø doøng laïnh nhaän ñöôïc taêng, coøn t tVtr tN thì caøng taêng
(do hieäu quaû truyeàn nhieät giaûm) neân theo coâng thöùc (6) Söï thay ñoåi cuûa tr tuøy thuoäc
vaøo ñoä taêng cuûa Q vaø t tVtr tN . Trong keát quaû thí nghieäm thì (N )TNbieán ñoåi
khoâng coù qui luaät cuï theå : taêng,giaûm roài laïi taêng,giaûm.Do hoaït ñoäng heä thoáng cuøng vôùi
thao taùc thí nghieäm, ñaëc bieät laø hôi duøng ñeå caáp nhieät laø hôi baõo hoøa neân seõ coù xaûy ra
söï ngöng tuï moät phaàn aûnh höôûng ñeán keát quaû tính toaùn.
b) Söï bieán thieân cuûa (C)TNphuï thuoäc vaøo Q2 vaø (ts - tvng ) theo phöông trình :
Q'2
ng
, W/m2.K
(tS tVng )Fng
Theo keát quaû thí nghieäm (αC)TNtaêng giaûm khoâng theo qui luaät.Ñieàu naøy coù theå
hieåu thoâng qua söï bieán thieân cuûa 2 ñaïi löôïng treân.Cuøng caùc sai soá thí nghieäm nhö ñaõ
nhaéc ôû treân.
c) Theo lyù thuyeát khi vò trí taám chaûy traøn caøng cao thì Ktt caøng taêng. Do heä quaû
taêng giaûm cuûa (N)tt vaø (C)tt , theå hieän qua phöông trình
(N )tt (C )tt
(N )tt (C )tt
1
Ktt
, W/m2.K
1
1
(N )tt (C )tt
Ñoái vôùi KTN
:
Q
Ftr tlog
, W/m2.K
K
Noùi chung khoù coù theå nhaän xeùt vaø giaûi thích moät caùch chính xaùc veà aûnh höôûng cuûa
vò trí cuûa taám chaûy traøn vì aùp suaát hôi ñi vaøo buoàng thí nghieäm P3 ôû moãi vò trí taám chaûy
traøn laø khaùc nhau vaø ñoä môû cuûa van V6 ñeå cho doøng hôi vaøo buoàng thí nghieäm cuõng
khaùc nhau, cho neân seõ aûnh höôûng ñeán tính chính xaùc cuûa vieäc so saùnh. Beân caïnh ñoù,
coøn coù nhöõng sai soá trong quaù trình thí nghieäm.
5.4. So saùnh vaø giaûi thích moái töông quan giöõa giaù trò tính toaùn vaø giaù trò thöïc
nghieäm cuûa heä soá caáp nhieät phía nöôùc trong oáng, phía nöôùc ngoaøi oáng vaø heä soá
truyeàn nhieät toång quaùt.
-
Heä soá caáp nhieät phía nöôùc trong oáng:
20
Tải về để xem bản đầy đủ
25 trang
15000
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Thí nghiệm Quá trình thiết bị - Đối lưu nhiệt", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bao_cao_thi_nghiem_qua_trinh_thiet_bi_doi_luu_nhiet.docx
Đối lưu nhiệt.xlsx
