Thí nghiệm môn Quá trình thiết bị - Truyền nhiệt đối lưu
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
Contents
I. TRÍCH YEÁU...................................................................................................................2
1. Muïc ñích thí nghieäm:..................................................................................................2
2. Phöông phaùp thí nghieäm:............................................................................................2
3. Keát quaû thí nghieäm:....................................................................................................2
LYÙ THUYEÁT THÍ NGHIEÄM :....................................................................................2
IV. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM :.........................................................................................8
BAØN LUAÄN :............................................................................................................13
VI. PHUÏ LUÏC : ...............................................................................................................21
VII. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO.........................................................................................23
Trang 1
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
I. TRÍCH YEÁU
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.
2. Phöông phaùp thí nghieäm:
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.
3. Keát quaû thí nghieäm:
Baûng 1:
STT
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
Caùc ñaïi löôïng ño
0
½
¾
1
1½
27
75
36
1
2
3
t1 (oC)
t2 (oC)
29
82
60
28
89
56
28
86
43
29
65
35
t3 (oC)
4
t4 (oC)
95
96
93
69
92
5
6
7
8
Nhieät ñoä theo T3 (oF)
Nhieät ñoä theo T2 (oF)
Aùp suaát theo P3 (PSI)
Aùp suaát theo P2 (PSI)
Löôïng nöôùc ngöng (ml)
Thôøi gian ño löôïng nöôùc ngöng (s)
Nhieät ñoä nöôùc ngöng t’C (oC)
Löôïng nöôùc chaûy trong oáng (ml)
Thôøi gian ño nöôùc chaûy trong oáng (s)
210
241
12
12.7
9.5
90
65
220
30
210
240
12
12.5
9
55
69
540
40
210
242
12
12.6
9
60
63
410
30
210
241
12.5
13.6
18
90
49
470
30
210
241
12
12.4
15
90
58
640
30
9
10
11
12
13
II. 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 löu chaát khoâng coù bieán ñoåi pha (doøng nöôùc laïnh
chaûy trong oáng). Boû qua nhieät trôû thaønh oáng.
Trang 2
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
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
Fng
Ftr
böùc.
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.
C ng
N tr
tS
Ftr, Fng : dieän tích beà maët beân trong vaø beân ngoaøi
oáng ñöùng coù chieàu cao H, m2.
tVtr
tVng
ts : nhieät ñoä hôi nöôùc baõo hoøa, oC.
tN
tN: nhieät ñoä trung bình cuûa nöôùc trong oáng, oC.
tVtr, tVng:nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch trong vaø vaùch
ngoaøi oáng, oC.
dtr
V C
C = ng:heä soá caáp nhieät phía hôi nöôùc ngöng tuï
(phía löu chaát beân ngoaøi), W/m2.K
dng
N = tr:heä soá caáp nhieät phía nöôùc laïnh (phía löu
chaát trong oáng), W/m2.K
Hình 1: Sô ñoà cô cheá
truyeàn nhieät ñoái löu
q: maät ñoä doøng nhieät truyeàn qua vaùch, W/m2.
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
tS t'C
tC
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
CPN
cuûa nöôùc, J/kg.K
t1 t3
: nhieät dung rieâng cuûa nöôùc chaûy trong oáng, xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình
tN
, oC
(5)
2
Trang 3
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
CPC
r
: 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
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
, W/m2.K
Q'1
tr
(6)
(7)
(tVtr tN )Ftr
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/mK 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
Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt:
Q
Ftr tlog
K
, W/m2.K
(9)
Q : nhieät löôïng tính theo coâng thöùc (1)
(tS t3 ) (tS t1 )
t log
, K
(10)
(tS t3 )
ln
(tS t1 )
Heä soá trao ñoåi nhieät ñoái löu (heä soá caáp nhieät) phía doøng nöôùc laïnh chaûy trong oáng (N
hay tr)
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
Trang 4
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
wdtr
4GN
dtr
ÔÛ ñaây: Re
(11)
Vôùi:
w : vaän toác doøng, m/s
: ñoä nhôùt ñoäng hoïc cuûa löu chaát, m2/s
: khoái löôïng rieâng cuûa löu chaát, kg/m3
Tröôøng hôïp ñoái löu 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
dtr
H
Gr.Pr
32
H
1
Nu
1 exp 16
(12)
dtr Gr.Pr
Trong ñoù:
Nu
N dtr N dtr
gdt3r t
2
Gr
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
Tröôøng hôïp ñoái löu 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 :
(14)
Nu = 0,023Re0,8Pr1/3
Neáu boû qua aûnh höôûng cuûa löïc naâng vôùi doøng chaûy ta coù theå aùp duïng coâng thöùc cuûa
Mikhaev ñeå tính Nu*:
Trang 5
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
Nu*
M
f(Re)
0,14
Pr
0,43
Pr
PrVtr
Giaù trò thöïc nghieäm cuûa M ñöôïc cho trong baûng 1.
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
Heä soá caáp nhieät phía hôi nöôùc ngöng tuï:
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
o
Caùc thoâng soá vaät lyù ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình tm
, C. Rieâng rS
2
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:
rS
K =
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. Rieâng
t2 t4
PrVng xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch ngoaøi tVng
, oC.
2
Trang 6
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
III. DUÏNG CUÏ – THIEÁT BÒ & PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM :
Duïng cuï – thieát bò: xem sô ñoà heä thoáng thí nghieäm ñoái löu nhieät
Phöông phaùp thí nghieäm:
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 tuï chaûy ra.
-
Kieåm tra nguoàn ñieän, nguoàn nöôùc vaø caùc duïng cuï ño treân thieát bò thí nghieäm.
Chuaån bò caáp nöôùc 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.
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).
Tieán haønh thí nghieäm:
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.
-
-
-
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).
Trang 7
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
-
-
Aùp suaát hôi ño baèng ñoàng hoà ño aùp suaát P3.
Nhieät ñoä hôi ñi vaøo buoàng ngöng tuï ño baèng ñoàng hoà ño nhieät ñoä T3.
Trong khi ño thöôøng xuyeân quan saùt möùc nöôùc trong bình chaûy traøn vaø möùc nöôùc trong
noài hôi.
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.
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.
IV. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM :
Baûng 3:
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
Caùc ñaïi löôïng ño
0
29
82
60
95
65
0,981
99,1
½
28
¾
28
1
29
1½
27
75
36
92
58
0,981
99,1
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
t4 (oC)
t’C (oC)
PS (bar)
tS (oC)
t1 t3
89
86
65
56
43
35
96
93
69
69
63
49
0,981
99,1
0,981
99,1
0,981
99,1
tN
, oC
, oC
44.5
42
35.5
32
31.5
2
t2 t4
tVng
88,5
88,5
93.8
92.5
92.5
95.8
89.5
89.5
94.3
67
67
83.5
83.5
91.3
2
tVtr tVng , oC
tS tVng
tm
, oC
83.05
2
tS t'C
tC
, oC
82.05
44
84.05
50,5
81.05
54
74.05
35
78.55
52
2
t tVtr tN , K
Trang 8
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
GN.103 (kg/s)
GC.103 (kg/s)
7.261
0.102
13.381
0.157
13.585
0.145
15.586
0.194
21.223
0.161
Baûng 4:
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
Caùc thoâng soá vaät lyù
0
½
¾
1
1½
4178
62.15
994.85
0.764
3.405
0.762
5.16
0.343
4268
68
965.3
0.326
0.315
4220
68.2
CPN (J/kg.K)
4178
4178
63.75
991.15
0.631
4.035
0.626
4.12
0.306
4216
68.1
961.8
0.309
0.297
4220
68.2
4178
62.6
994
0.723
3.6
4178
62.15
994.85
0.764
3.405
0.762
5.16
0.417
4199
67.65
970.2
0.357
0.343
4220
68.2
.102 (W/mK)
64.1
990.1
0.602
4.2
0.598
3.93
0.315
4242
68.05
963.55
0.318
0.306
4220
68.2
(kg/m3)
Nöôùc
.106 (m2/s)
chaûy
.104 (1/K)
trong oáng
.103 (Ns/m2)
0.722
4.9
Pr
Vtr.103 (Ns/m2)
CPC (J/kg.K)
C.102(W/mK)
C (kg/m3)
0.315
4242
68.05
963.55
0.318
0.306
4220
68.2
C.107 (m2/s)
C.104 (Ns/m2)
CPS (J/kg.K)
S.102 (W/mK)
S (kg/m3)
PrS
Nöôùc
ngöng tuï
958.4
1.75
958.4
1.75
958.4
1.75
958.4
1.75
958.4
1.75
PrVng
2.02
1.9
1.95
2.67
2.15
Hôi nöôùc
baõo hoøa
rS.10-3 (J/kg)
2260
2260
2260
2260
2260
Baûng 5:
Nhieät löôïng,
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
toån thaát nhieät
0
½
¾
1
1½
Q1 (W)
Q2 (W)
Q (W)
Q (%)
940.40
237.22
-703.18
-74.77
1565.31
365.68
-1199.63
-76.64
851.35
337.71
-513.64
-60.33
390.71
458.94
68.23
798.04
377.71
-420.34
-52.67
17.46
Trang 9
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
Baûng 6:
Caùc ñaïi löôïng
Pr
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
Coâng
thöùc
Tra
0
½
¾
1
1½
3.93
4.12
4.9
5.16
5.16
baûng
Tra
baûng
PrVtr
2.02
1.9
1.95
2.67
2.15
Trao
ñoåi
1123.91
9
1744.0 1891.96571 2576.29
Re
Gr
(11)
1973.94
3
1
4
nhieät
phía
nöôùc
chaûy
trong
oáng
(12b) 1314665 1319418 958795
526386
782059
(12),
(13)
4.93974
4
NuN
5.00303
4.823
4.204
4.643
(N)TT hay
(tr)TT,
(12),
(13)
229.447 231.1183 218.80
189.352
209.11
5
7
4
W/m2.K
(N)TN hay
(tr)TN,
808.161 1172.056 596.14
(6)
422.110
580.315
4
1
9
W/m2.K
(C) TT,
Trao
ñoåi
12688.9 14386.36 13007.
(16)
(7)
9339.1
11441.3
915.525
W/m2.K
3
9
1
nhieät
phía
nöôùc
ngöng
tuï
(C) TN
,
846.211 2095.049 1330.1
540.619
W/m2.K
6
6
8
(NuC) TT.10-5
(17)
7.8
6.9
7.6
10.5
8.66
851.35
1
63.304
215.18
5
508.53
1
163.57
4
Q = Q1, W
(1)
940.396 1565.307
390.709
67.055
798.045
67.500
Tlog, K
KTT,
(10)
(19)
53.100
55.937
Truyeàn
nhieät
toång
225.372
227.464
185.590
205.358
W/m2.K
KTN,
(9)
669.659 1058.136
220.324
447.058
W/m2.K
K’TT,
quaùt
(20)
(21)
169.394
0.752
170.574
0.750
145.889
0.786
157.833
0.769
W/m2.K
K’TT/ KTT
0.760
Trang 10
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
Ñoà thò 1: ÑOÀ THÒ BIEÅU DIEÃN MOÁI QUAN HEÄ CUÛA NuN THEO Re
Ñoà thò 2: ÑOÀ THÒ BIEÅU DIEÃN MOÁI QUAN HEÄ CUÛA Ktt THEO Re
Trang 11
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
Ñoà thò 3: ÑOÀ THÒ BIEÅU DIEÃN MOÁI TÖÔNG QUAN SO SAÙNH GIÖÕA (N)TN VAØ
(N)TT
Trang 12
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
Ñoà thò 4: ÑOÀ THÒ BIEÅU DIEÃN MOÁI TÖÔNG QUAN SO SAÙNH GIÖÕA (C)TN VAØ
(C)TT
Ñoà thò 5: ÑOÀ THÒ BIEÅU DIEÃN MOÁI TÖÔNG QUAN SO SAÙNH GIÖÕA KTN VAØ KTT
Trang 13
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
V. BAØN LUAÄN :
Caâu 1: Giaûi thích taïi sao khi thí nghieäm vôùi taám chaûy traøn ôû möùc “0” maø nöôùc trong oáng
vaãn chaûy ra.
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 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 leân khi ñi vaøo
buoàng thí nghieäm coù söï ñoái löu nhieät töï nhieân. Ñoù chính laø hieän töôïng chuyeån ñoäng cuûa
löu chaát khi coù söï cheânh leäch veà maät ñoä (khoái löôïng rieâng) giöõa caùc vuøng coù nhieät ñoä khaùc
nhau.
Caâu 2: Nhaän xeùt veà möùc ñoä toån thaát nhieät.
Möùc ñoä toån thaát nhieät trong baøi thí nghieäm naøy laø:
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
Möùc ñoä toån thaát nhieät
0
½
¾
1
1½
-52.67
Q (%)
-74.748
-76.638
-60.3325
17.4638
Trang 14
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
Ñoà thò: ÑOÀ THÒ BIEÅU DIEÃN SÖÏ AÛNH HÖÔÛNG CUÛA VÒ TRÍ TAÁM CHAÛY TRAØN
ÑEÁN MÖÙC ÑOÄ TOÅN THAÁT NHIEÄT
Ta nhaän thaáy ôû vò trí taám chaûy traøn möùc “0”, “1/2”, “3/4”, “1 ½” laø giaù trò khoâng hôïp lyù,
toån thaát nhieät töông öùng laø (%) -74.748, -76.638, -60.3325, -52.67. Ñaây laø moät giaù trò
khoâng hôïp lyù vì nhieät löôïng toûa ra khi hôi nöôùc ngöng tuï khoâng theå nhoû hôn nhieät löôïng
doøng laïnh nhaän ñöôïc. Nguyeân nhaân cuûa söï khoâng hôïp lyù naøy laø do sai soá trong quaù trình
thí nghieäm.
Tuy nhieân ôû vò trí taám chaûy traøn möùc 1 ta nhaän thaáy toån thaát nhieät laø 17.4638, nhìn chung
giaù trò naøy hôïp lyù vì löôïng nhieät toûa ra cuûa hôi nöôùc ngöng tuï lôùn hôn löôïng nhieät doøng
laïnh nhaän ñöôïc vaø giaù trò sai soá cheânh leäch laø nhoû nhaát, nghóa laø toån thaát nhieät nhoû nhaát.
Caâu 3: Nhaän xeùt vaø giaûi thích veà aûnh höôûng cuûa vò trí taám chaûy traøn leân caùc heä soá tr, ng
vaø K.
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
Heä soá
0
½
¾
1
1½
(N)TT, W/m2.K
(N)TN, W/m2.K
(C)TT, W/m2.K
(C)TN, W/m2.K
KTT, W/m2.K
229.448 231.118 218.805 189.353 209.111
808.161 1172.056 596.149 422.110 580.315
7135.51 8090.05 7314.483 5251.765 9433.949
846.212 2095.05 1330.188 540.6193 915.5259
222.2993 224.6991 212.4494 182.763 202.5287
669.6586 1058.136 508.5306 220.3237 447.0576
KTN, W/m2.K
Trang 15
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
Ñoà thò : ÑOÀ THÒ BIEÅU DIEÃN SÖÏ AÛNH HÖÔÛNG
CUÛA VÒ TRÍ TAÁM CHAÛY TRAØN ÑEÁN N
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.
Nu caøng taêng (coâng thöùc (13)) (N)TT caøng taêng.
Theo tính toaùn cuûa nhoùm: do sai soá thao taùc khi thí nghieäm, soá lieäu thu ñöôïc khoâng hôïp lyù
laøm cho giaù trò (N)TT khoâng theo quy luaät taêng giaûm vaø (N)TT ôû vò trí taám chaûy traøn ½ laø
cao nhaát.
Theo lyù thuyeát:
Khi vò trí taám chaûy traøn caøng cao thì (N)TN nhìn chung caøng giaûm 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 thay ñoåi khoâng ñaùng keå, coøn t tVtr tN thì
caøng taêng (do hieäu quaû truyeàn nhieät giaûm) neân theo coâng thöùc (6) tr caøng giaûm.
Theo tính toaùn cuûa nhoùm: do sai soá thao taùc khi thí nghieäm, soá lieäu thu ñöôïc khoâng hôïp lyù
laøm cho giaù trò (N)TN khoâng theo quy luaät taêng giaûm vaø (N)TN ôû vò trí taám chaûy traøn ½ laø
cao nhaát.
Trang 16
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
Ñoà thò: ÑOÀ THÒ BIEÅU DIEÃN SÖÏ AÛNH HÖÔÛNG
CUÛA VÒ TRÍ TAÁM CHAÛY TRAØN ÑEÁN C
Theo lyù thuyeát:
Khi vò trí taám chaûy traøn caøng cao thì C caøng taêng. Do nhieät löôïng maø doøng noùng toûa ra
caøng taêng vaø tVng cuõng taêng neân theo coâng thöùc (7) ng taêng.
Q'2
ng
, W/m2.K
(tS tVng )Fng
Do sai soá thao taùc khi thí nghieäm, laøm cho caùc giaù trò taêng giaûm khoâng theo quy luaät treân.
Trang 17
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
Ñoà thò: ÑOÀ THÒ BIEÅU DIEÃN SÖÏ AÛNH HÖÔÛNG
CUÛA VÒ TRÍ TAÁM CHAÛY TRAØN ÑEÁN K
Giaûi thích aûnh höôûng vò trí taám chaûy traøn vôùi KTT
Theo lyù thuyeát:
Khi vò trí taám chaûy traøn caøng cao thì KTT caøng taêng. Do (N)TT vaø (C)TT cuõng taêng.
(N )TT (C )TT
(N )TT (C )TT
1
KTT
, W/m2.K
1
1
(N )TT (C )TT
Giaûi thích aûnh höôûng vò trí taám chaûy traøn vôùi KTN
Q
Ftr tlog
K
, W/m2.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.
Trang 18
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
Caâu 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 ngöng tuï ngoaøi oáng vaø heä soá truyeàn
nhieät toång quaùt.
* Heä soá caáp nhieät phía doøng nöôùc laïnh chaûy trong oáng:
Döïa vaøo ñoà thò 3 taát caû caùc giaù trò thöïc nghieäm ñeàu lôùn hôn tính toaùn.
* Heä soá caáp nhieät phía nöôùc ngöng tuï ngoaøi oáng:
Döïa vaøo ñoà thò 4 taát caû caùc vò trí cuûa taám chaûy traøn thì (C)TN < (C)TT.
* Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt:
Döïa vaøo ñoà thò 5 taát caû caùc giaù trò thöïc nghieäm ñeàu lôùn hôn tính toaùn.
Giaûi thích:
Theo lyù thuyeát, caùc giaù trò thöïc nghieäm phaûi baèng caùc giaù trò tính toaùn. Nhöng trong baøi
naøy thì thöïc nghieäm coù theå lôùn hôn hoaëc nhoû hôn tính toaùn.
Bôûi vì: caùc giaù trò thöïc nghieäm laø caùc giaù trò ñöôïc tính döïa treân giaû thieát laø khoâng xaûy ra söï
maát maùt nhieät. Vaø nhieät löôïng Q trong caùc coâng thöùc tính giaù trò thöïc nghieäm laø nhieät
löôïng maø doøng nöôùc laïnh nhaän ñöôïc. Nhöng trong thöïc teá thì luoân xaûy ra söï maát maùt
nhieät, nghóa laø nhieät löôïng toûa ra khi hôi nöôùc ngöng tuï luoân lôùn hôn nhieät löôïng doøng
nöôùc laïnh nhaän ñöôïc. Cho neân caùc giaù trò tính toaùn cuûa heä soá caáp nhieät vaø truyeàn nhieät
luoân lôùn hôn caùc giaù trò thöïc nghieäm.
Coù caùc giaù trò thöïc nghieäm lôùn hôn giaù trò tính toaùn, ñoù laø do coù sai soá trong quaù trình thí
nghieäm.
V
V
Caâu 5: Nhaän xeùt veà söï aûnh höôûng cuûa nhieät trôû thaønh oáng
Vò trí taám chaûy traøn (inch)
Heä soá
0
½
¾
1
1½
KTT, W/m2.K
K’TT, W/m2.K
K’TT/ KTT
225.372 227.464 215.185 185.590 205.358
169.394 170.574 163.574 145.889 157.833
0.752
0.750
0.760
0.786
0.769
Ta nhaän thaáy raèng: tæ soá naøy xaáp xæ 0.8, chöùng toû aûnh höôûng cuûa nhieät trôû cuûa thaønh
oáng laø ñaùng keå. Do ñoù, ta khoâng theå boû qua aûnh höôûng cuûa nhieät trôû thaønh oáng.
Caâu 6: Nhaän xeùt veà ñoä tin caäy cuûa keát quaû thí nghieäm, öôùc löôïng sai soá vaø nhöõng nguyeân
nhaân daãn ñeán sai soá.
* Ñoä tin caäy cuûa keát quaû thí nghieäm:
Ñoä tin caäy cuûa keát quaû thí nghieäm chæ ôû möùc thaáp. Nguyeân nhaân chính laø do yeâu caàu
cuûa baøi thí nghieäm, chæ tieán haønh ño khi quaù trình truyeàn nhieät ñaït cheá ñoä oån ñònh. Nhöng
trong thöïc teá thì ta chæ coù theå nhaän bieát cheá ñoä oån ñònh naøy moät caùch töông ñoái, döïa vaøo
löôïng nöôùc ngöng tuï chaûy ra moät caùch ñeàu ñaën, cho neân khoâng theå coù ñoä chính xaùc cao
ñöôïc. Vieäc choïn sai thôøi ñieåm ño seõ aûnh höôûng ñeán toaøn boä keát quaû thí nghieäm.
* Öôùc löôïng sai soá:
Ñoà thò 1:
xk (Re)
1123.919 1973.942 1744.031 1891.966 2576.294
x =1862
Trang 19
Truyeàn nhieät ñoái löu
Nguyeãn Syõ Xuaân AÂn
yk (NuN)
y = 4.72
4.94
x2 x2
5
4.82
4.2
4.64
n
5
1
1
2x
x2 x2 = 216670.7 x = 465.5
n
5
k
k
k1
k1
n
5
1
1
2y
11
y2 y2
y2 y2 = 0.08272 y = 0.288
n
5
k
k
k1
k1
n
5
1
1
x y xy
x y xy = -42.8256
n
5
k
k
k
k
k1
k1
11
xy
Heä soá töông quan tuyeán tính:
= -0.32
Quan heä NuN = f(Re) laø quan heä tuyeán tính: y = ax + b
Aùp duïng phöông phaùp bình phöông cöïc tieåu:
5
5
5b a x
y
k
4
k
5b 11886a 23.6
a 4.3810
k1
k1
5
5
5
11886b 18418a 43728
b 3.678
x a x2
x y
k k
b
k
k
k1
k1
k1
Neân: y = 4.38.10-4 x + 3.678
Khi ñoù ta coù ñoà thò sau:
xk
yk
1123.919 1973.942 1744.031 1891.966 2576.294
4.94
4.17
0.77
5
4.54
0.46
4.82
4.442
0.4
4.2
4.51
-0.31
4.64
4.81
-0.17
*
yk
yk = yk - yk
yk
*
100%
18.47
10.13
9
-6.87
-3.53
y*k
Trang 20
Tải về để xem bản đầy đủ
24 trang
19100
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Thí nghiệm môn Quá trình thiết bị - Truyền nhiệt đối lưu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- thi_nghiem_mon_qua_trinh_thiet_bi_truyen_nhiet_doi_luu.doc
bang so lieu.xls- ĐẠI HỌC QUỐC GIA THAØNH PHỐ HỒ CHÍ MINH.doc
