Thí nghiệm Quá trình thiết bị - Đối lưu nhiệt
I. TRÍCH YEÁU :
1. Muïc ñích thí nghieäm:
- Giuùp sinh vieân cuûng coá kieán thöùc veà söï truyeàn nhieät ñoái löu.
- 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.
- 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.
- So saùnh heä soá caáp nhieät vaø heä soá truyeàn nhieät lyù thuyeát vôùi heä soá caáp nhieät vaø
truyeàn nhieät thöïc nghieäm.
- 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. Ket qua thí nghiem
Vị trí tấm chảy tràn (inch)
STT
Các đại lượng đo
0
1/2
42
3/4
41
1
11/2
1
2
3
4
5
6
7
8
t1 (0C)
t2 (0C)
40
40
40
107
78
112
72
113
74
110
68
108
50
t3 (0C)
t4 (0C)
102
210
226
11
109
210
204
11
102
210
232
11
108
210
234
11
95
Nhiệt độ theo T3 (0F)
Nhiệt độ theo T2 (0F)
Áp suất theo P3 (PSI)
Áp suất theo P2 (PSI)
210
234
11
10
9.5
10
10.5
9.5
9
Lượng nước ngưng (ml)
60
62
85
63
34
10
Thời gian đo lượng nước ngưng(s)
190
180
182
120
129
11
Nhiệt độ nước ngưng t'C (0C)
60
62
65
62
60
12
13
Lượng nước chảy trong ống (ml)
Thời gian đo nước chảy trong ống (s)
820
150
1130
93
810
114
820
55
810
40
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.
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.
C ng
N tr
V, C : beà daøy thaønh oáng vaø beà daøy maøng nöôùc
ngöng tuï, m.
tS
tVtr
tVng
dtr, dng : ñöôøng kính trong vaø ngoaøi oáng, m.
tN
Ftr, Fng : dieän tích beà maët beân trong vaø beân ngoaøi
oáng ñöùng coù chieàu cao H, m2.
dtr
V C
ts : nhieät ñoä hôi nöôùc baõo hoøa, oC.
dng
tN: nhieät ñoä trung bình cuûa nöôùc trong oáng, oC.
Hình 1: Sô ñoà cô cheá
truyeàn nhieät ñoái löu
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.
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
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
: 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
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
(tVtr tN )Ftr
tr
(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 nghieâm 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
2. 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 )
3. 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 soá
Gr
:
Re2,5
Gr
Gr
Gr
10-3
10-3 <
10-2
10-2
Re2,5
Re2,5
Re2,5
Gr
10-3
10-2
Re2,5
Doøng löu chaát ñoái
löu töï nhieân
Vuøng hoãn hôïp 2
doøng ñoái löu
Doøng löu chaát ñoái
löu cöôõng böùc
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
a. 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:
d tr
d tr
N
N
Nu
3
gd t
tr
Gr
2
t t Vtr t N
a
Pr
(tra baûng )
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 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
Caùc thoâng soá vaät lyù ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình tN
, oC. Rieâng Vtr ñöôïc
2
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)
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
4. 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
Caùc thoâng soá vaät lyù ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình tm
, oC. Rieâng rS ñöôïc
2
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 PrVng
t2 t4
xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch ngoaøi tVng
, oC.
2
III. DUÏNG CUÏ – THIEÁT BÒ-PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM:
1. Duïng cuï – thieát bò
Heä thoáng thí nghieäm: bình chaûy traøn, oáng ñoàng, noài hôi,bình chöùa nöôùc, ñoàng
hoà ño nhieät vaø aùp suaát.
2. Phöông phaùp thí nghieäm:
Chuaån bò:
a) Chuaån bò duïng cuï vaø ñieàu kieän thí nghieäm :
1) Chuaån bò oáng nghieäm ño nöôùc ngöng tuï.
2) Chuaån bò oáng nghieäm ño löôïng nöôùc chaûy trong oáng.
3) Chuaån bò nhieät keá ño nhieät ñoä nöôùc ngöng tuï chaûy ra.
4) Chuaån bò moät ñoàng hoà baám giaây ñeå ño thôøi gian nöôùc chaûy trong oáng vaø thôøi gian
nöôùc ngöng tuï chaûy ra.
5) Kieåm tra nguoàn ñieän, nguoàn nöôùc vaø caùc duïng cuï ño treân thieát bò thí nghieäm.
b) Chuaån bò caáp nöôùc laïnh :
1) Khoùa caùc van V1, V4, S1 vaø môû caùc van V2 vaø V5.
2) Ñieàu chænh taám chaûy traøn ôû vò trí mong muoán theo yeâu caàu cuûa baøi thí nghieäm.
3) Môû van V1 vaø ñieàu chænh ñeå giöõ möïc nöôùc oån ñònh ôû bình chaûy traøn.
c) Chuaån bò caáp hôi nöôùc :
1) Khoùa caùc van: S1, S3, S5, V3, V6, V8.
2) Môû van S4 xaû heát nöôùc ngöng dö roài khoùa laïi.
3) Môû van V7.
4) 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.
5) Ñoùng van V7.
6) Caáp ñieän cho boä ñieän trôû ñun nöôùc R1 cho ñeán khi aùp suaát trong noài ñun ñaït khoaûng
15PSI.
7) 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 15PSI, môû hoaøn toaøn van V7 vaø môû töø töø van V6 vaø ñieàu
chænh ñeå aùp suaát hôi ñi vaøo buoàng thí nghieäm khoaûng 10PSI. 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).
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 cbo 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. TÍNH TOAÙN KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM
1. Xö ly sô bo ket qua ño
Töø keát quaû thí nghieäm muïc I.3.,thöïc hieän chuyeån ñoåi ñôn vò nhieät ñoä,aùp suaát, ño löu
löôïng nöôùc
Bang 3
Vị trí tấm chảy tràn (inch)
Các đại lượng đo
0
1/2
3/4
41
1
11/2
t1 (0C)
t2 (0C)
t3 (0C)
40
42
112
72
40
40
107
78
113
74
110
68
108
50
t4 (0C)
102
60
109
62
102
65
108
62
95
t'C (0C)
PS (bar)
tS (0C)
60
0.76
98.89
0.76
98.89
0.76
98.89
0.76
98.89
0.76
98.89
59
57
57.5
54
45
104.5
110.5
107.5
109
101.5
104.5
110.5
107.5
109
101.5
푡푠 + 푡푉푛푔
tm =
101.69
104.69
103.19
103.94
100.19
2
79.44
45.5
80.44
53.5
81.94
80.44
79.44
56.5
50
55
GN (kg/s)
GC (kg/s)
0.00538
0.01196
0.00699
0.01470
0.02005
4.464.10- 5.015.10-
3.022.10-4
3.288.10-4
2.525.10-4
4
4
2. Xac ñònh cac thong so phuc vu tính toan
Bang 4
Vị trí tấm chảy tràn (inch)
Các thông số vật lý
0
1/2
3/4
1
11/2
CPN (J/kgK)
4180
4180
4180
4180
4180
λ (W/mK)
0.6579
983.5
4.858
5.048
4.779
0.6557
984.5
5.014
4.924
4.937
0.6563
984.3
4.975
4.955
4.898
0.6524
986
0.641
990
Nước
ρ (kg/m3)
ν .107 (m2/s)
β.104 (1/K)
chảy
trong
ống
5.248
4.738
5.174
6.08
4.180
6.030
μ.104 (NS/m2)
μtr .104(NS/m2)
2.703
2.549
2.625
2.586
2.781
λC (W/mK)
ρC (kg/m3)
μC .104(NS/m2)
νC.107 (m2/s)
CPC ( J/kgK)
λS (W/mK)
PrS
0.6833
956.81
2.8
0.6839
954.71
2.714
2.82
0.6824
955.76
2.757
2.86
0.68379
955.24
2.736
2.84
0.683
957.86
2.844
2.94
Nước
ngưng
tụ
2.9
4230
0.6827
1.772
1.674
4230
4230
4230
4230
0.6827
1.772
1.573
0.6827
1.772
1.623
0.6827
1.772
1.597
0.6827
1.772
1.725
PrVng
ρS (kg/m3)
958.78
4226
958.78
4226
958.78
4226
958.78
4226
958.78
4226
CPS ( J/kgK)
Hơi
nước
Rs( J/kg)
2262886
2262886
2262886
2262886
2262886
bão hòa
3. Tính toan nhiet löông, xac ñònh ton that nhiet
Bang 5
Vị trí tấm chảy tràn (inch)
0
1/2
3/4
1
11/2
Q1 (W)
Q2 (W)
854
1500
965
1721
838
709
770
1042
77
1174
-547
592
∆ Q
(W)
∆ Q
(%)
-145
-730
-246
-17
-49
8
-32
-29
4. Tính toan xac ñònh he so cap nhiet phía nöôc chay trong ong
Bang 6
Vị trí tấm chảy tràn (inch)
Các đại lượng
0
1/2
3/4
1
11/2
Pr
3.036
3.148
1.573
3.12
3.316
3.925
Trao
PrVtr
1.674
1.623
1.597
1.725
đổi
Re
Gr
1039
2509123
2237
2701528
1318
2580678
2622
2439363
3074
1647115
nhiệt
phía
nước
chảy
trong
ống
NuN
53.62
11.06
9.2
18.63
22.38
(αN)tt hay
(αtr)tt
2556.38
525.55
437.42
880.78
1039.61
(W/m2 .K)
(αN)tn hay
(αtr)tn
710.08
1060.76
729.94
1183.48
23601.9
561.11
(W/m2.K)
(αC)tt
Trao
đổi
20256.83
24477.23
22599.86
16670.07
(W/m2.K)
nhiệt
phía
nước
ngưng
tụ
(αC)tn
4777.54
18083.8
2508.2
4578.3
4392.57
8578.18
(W/m2.K)
(NuC)tt
21832.3
20202.1
21054.95
14888.35
Q=Q1 ,W
∆Tlog, K
Ktt ,W/m2.K
Ktn , W/m2.K
K'tt, W/m2.K
K'tt/Ktt
854
36.66
1500
40.03
965
1721
43.39
838
39.09
53.73
978.58
590
Truyền
nhiệt
tổng
2269.92
881.2
514.5
429.12
933.56
273.46
0.9997
849.09
1500.02
504.77
0.9993
1417.6
351.34
0.9996
quát
555.48
0.9982
364.32
0.9992
5. Đồ thị
Hình 1. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ NuN=f(Re)
Hình 2. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ktt= f(Re)
Hình 3. Đồ thị biểu diễn mối tương quan (α)và (α)
Hình 4. Đồ thị biểu diễn mối tương quan (αC)tn và (αC)tt
Hình 5. Đồ thị biểu diễn mối tương quan Ktn và Ktt
V. BAN LUAN
1. Giaûi thích taïi sao khi thí nghieäm vôùi taám chaûy traøn ôû möùc “0” maø nöôùc trong oáng
vaãn chaûy ra.
Möùc “0, ½, ¾, 1,1 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 ( khoâng coù cheânh leäch 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.
2. Nhaän xeùt veà möùc ñoä toån thaát nhieät
Vị trí tấm chảy tràn (inch)
0
-17
1/2
-49
3/4
8
1
-32
11/2
-29
∆ Q (%)
Ta nhận thấy giá trị ∆ Q < 0 điều đó có nghĩa là Q1 ngoài nhiệt lượng lấy từ ngưng tụ và
làm nguội nước ngưng còn quá trình làm nguội hơi quá nhiệt về nhiệt độ ngưng tụ.Ở đây ta chỉ
tính cho 2 quá trình sau nên về cân bằng nhiệt là không đúng do vậy khó nhận xét về mức độ tổn
thất nhiệt.Nếu bỏ giá trị tại vị trí ” ¾” thì tại vị trí “0” có giá trị tổn thất nhiệt thấp nhất.
3.Nhaän xeùt vaø giaûi thích veà aûnh höôûng cuûa vò trí taám chaûy traøn leân caùc heä soá tr, ng
vaø K.
- Đối với (tr)tt:ngoại trừ giá trị tại vị trí tấm chảy tràn “0” khi tăng vị trí tấm chảy tràn
thì (tr)tt tăng giảm theo Re do Re có ảnh hưởng tới Nu.
- Đối với (tr)tn : giaù trò taêng giaûm khoâng oån ñònh nhöng xeùt theo töøng khoaûng thay ñoåi
cuûa Re , vò trí “1/2, 3/4” vaø “1, 11/2” coù Re< 2300 vaø 1300<Re<10000 thì (tr)tn giaûm, do söï
cheânh leäch t tVtr tN khoâng oån ñònh do quaù trình truyeàn nhieät ôû ñaây laø hôi quaù nhieät.
- Töông töï cho (C)tn vaø (C)tt : giaù trò taêng giaûm khoâng oån ñònh.
- Giaù trò Ktt vaøKtn taêng giaûm khoâng oån ñònh do Ktt phuï thuoäc vaøo (C)tt, (tr)tt
Nguyeân nhaân do qua trình xaøy ra ôû ñaây laø quaù trình laøm nguoäi hôi quaù nhieät ñeán nhieät
ñoä ngöng tuï (tVtr > ts).
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 baûng 6 => coù 3 giaù trò (N)tn < (N)tt, ø coù 2 giaù trò (N)tn > (N)tt khi taám chaûy traøn
ôû vò trí “1/2” vaø “11/2”.
* Heä soá caáp nhieät phía nöôùc ngöng tuï ngoaøi oáng:
Döïa baûng 6 ôû 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 coù 3 giaù trò Ktn > KTT, coù 2 giaù trò Ktn < Kttø khi taám chaûy traøn ôû vò trí
“0” vaø “11/2”.
Giaù trò tính toaùn (lyù thuyeát) thöôøng lôùn hôn giaù trò thöïc nghieäm do coù söï maát nhieät.
V
V
5. Nhaän xeùt veà söï aûnh höôûng cuûa nhieät trôû thaønh oáng
Vị trí tấm chảy tràn (inch)
0
1/2
3/4
1
11/2
Ktt ,W/m2.K
K'tt, W/m2.K
K'tt/Ktt
2269.92
514.50
351.34
0.9996
429.12
273.46
0.9997
849.09
978.58
555.48
0.9982
504.77
0.9993
364.32
0.9992
Ta nhaän thaáy raèng: nhieät trôû thaønh oáng seõ laøm giaûm heä soá truyeàn nhieät toång quaùt (K’tt <
Ktt), coù nghóa laø laøm giaûm hieäu quaû truyeàn nhieät. Nhöng söï giaûm naøy laø khoâng ñaùng keå, ñöôïc
theå hieän qua tæ soá K’tt/ Ktt luoân xaáp xæ baèng 1. Cho neân trong tính toaùn ngöôøi ta thöôøng boû qua
söï aûnh höôûng naøy.
6. Nhaän xeùt veà ñoä tin caäy cuûa keát quaû thí nghieäm, öôùc löôïng sai soá vaø nhöõng nguyeân
nhaân daãn ñeán sai soá.
Keát quaû baøi thí nghieäm coù ñoä tin caäy thaáp do caùc nguyeân nhaân sau:
- Keát quaû thí nghieäm coù
> ts sai ñieàu kieän trao ñoåi nhieät hôi baõo hoøa ngöng tuï thaønh
푡푉푛푔
maøng hôi ñi vaøo laø hôi quaù nhieät ñöôïc laøm nguoäi tôùi nhieät ñoä ngöng tuï do vaãn coù nöôùc
ngöng tuï chaûy ra.
- Nguyeân nhaân laøm cho quaù trình trao ñoåi nhieät khoâng phaûi hôi baõo hoøa: ñieàu chænh van V6
hôi ñi vaøo quaù nhanh neân aùp suaát trong buoàng trao ñoåi chöa ñaït aùp suaát khí quyeån.
- Cheá ñoä thí nghieäm khoâng oån ñònh neân luùc ngöng tuï sau chaûy ra khoâng ñöôïc lieân tuïc.
- Söû duïng coâng thöùc tính cuûa ngöng tuï maøng cho ngöng tuï hôi quaù nhieät neân khoâng chính
xaùc.
VI. PHUÏ LUÏC :
1. Xöû lyù sô boä keát quaû ño:
Töø keát quaû ño ghi trong baûng 1, thöïc hieän vieäc chuyeån ñoåi ñôn vò ño nhieät ñoä, aùp suaát, tính
löu löôïng nöôùc vaø ñöa vaøo baûng 3.
5
9
toC = (toF 32)
[1]
1PSI = 0,069bar
1at = 0,981bar
AÙp suaát trong buoàng thí nghieäm xaáp xæ baèng vôùi P3 PS ≈ P3
tS = T3
V
t
Löu löôïng theå tích : GV
V: theå tích nöôùc ño ñöôïc (m3)
t: thôøi gian ño (s)
V
t
Löu löôïng khoái löôïng: G = GV. = .
2. Xaùc ñònh caùc thoâng soá phuïc vuï tính toaùn:
Caùc thoâng soá vaät lyù tham gia trong quaù trình tính toaùn goàm coù:
Caùc thoâng soá vaät lyù cuûa nöôùc chaûy trong oáng: CPN, , , , , Pr, , Vtr
Caùc thoâng soá naøy ñöôc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình cuûa nöôùc chaûy trong oáng
t1 t3
tN
(baûng 3). Rieâng Vtr ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä tVtr tVng .
2
Tra ôû baûng 39, p35, [1].
Caùc thoâng soá cuûa nöôùc ngöng tuï ôû aùp suaát thí nghieäm: CPC, C, C, C, C, CPS, S, S, PrS,
Prvtr
tS tVng
Caùc thoâng soá coù chæ soá “c” xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình tm
(baûng 3).
2
Caùc thoâng soá coù chæ soá “s” xaùc ñònh ôû nhieät ñoä tS.
Caùc thoâng soá coù chæ soá “vng” xaùc ñònh ôû nhieät ñoä tVng
.
Tra ôû baûng 39, p35, [1].
Caùc thoâng soá vaät lyù cuûa hôi nöôùc baõo hoøa ôû aùp suaát thí nghieäm:
rS ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä tS ñoái vôùi hôi nöôùc baõo hoøa.
Tra ôû baûng 56, p45, [1].
Keát quaû xaùc ñònh caùc thoâng soá vaät lyù ñöôïc ñöa vaøo baûng 4.
3. Tính toaùn nhieät löôïng, xaùc ñònh toån thaát nhieät:
Nhieät löôïng Q1 tính theo coâng thöùc (1)
Nhieät löôïng Q2 tính theo coâng thöùc (2)
Toån thaát nhieät tính theo: Q = Q2 - Q1
Q
Tyû leä toån thaát nhieät: Q(%) =
100%
Q1
Keát quaû tính toaùn ñöa vaøo baûng 5.
4. Tính toaùn xaùc ñònh heä soá caáp nhieät phía nöôùc chaûy trong oáng:
ÔÛ tröôøng hôïp ñoái löu töï nhieân (öùng vôùi thí nghieäm ôû vò trí “0” cuûa taám chaûy traøn), NuN vaø
N (tr) tính toaùn theo coâng thöùc (12).
Tröôøng hôïp ñoái löu cöôõng böùc (öùng vôùi thí nghieäm ôû vò trí “½, ¾, 1, 1 ½” cuûa taám chaûy
traøn) Nu vaø N tính toaùn theo coâng thöùc (13) hoaëc (14) tuøy theo cheá ñoä chaûy cuï theå.
Caùc giaù trò N (tr) tính toaùn trong 2 tröôøng hôïp treân ñöôïc goïi laø heä soá caáp nhieät tính toaùn
(N)TT hay (tr)TT. Giaù trò cuûa N (tr) xaùc ñònh töø coâng thöùc (6) goïi laø heä soá caáp nhieät thöïc
nghieäm (N)TN hay (tr)TN.
Keát quaû tính toaùn ñöôïc ñöa vaøo baûng 6.
5. Tính toaùn xaùc ñònh heä soá caáp nhieät phía nöôùc ngöng tuï:
Tröôøng hôïp nöôùc ngöng tuï chaûy maøng, heä soá caáp nhieät C tính theo coâng thöùc (16).NuC
tính theo coâng thöùcø (17) giaù trò tính toaùn (C)TT, (Nu)TT.
Heä soá caáp nhieät thöïc nghieäm (C)TN phía hôi nöôùc ngöng tuï ñöôïc tính theo coâng thöùc (7).
Chuù yù: do
> t neân hieäu soá( t -
) ta laáy giaù trò tuyeät ñoái ( töùc chæ laáy ñoä cheânh leäch
푡푉푛푔
푡푉푛푔
s
s
nhieät ñoä cuûa hôi baõo hoøa vaø vaùch)
Keát quaû tính toaùn ñöôïc ñöa vaøo baûng 6.
Tải về để xem bản đầy đủ
21 trang
17720
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "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:
- thi_nghiem_qua_trinh_thiet_bi_doi_luu_nhiet.docx
- bia bao cao dln.docx
solieu.xlsx
