Hướng dẫn bài thí nghiệm xác định hệ số truyền nhiệt

Mục đích thí nghiệm: Làm quen với hệ thống thiết bị thí nghiệm trao đổi nhiệt ống lòng ống. Tính hệ số truyền nhiệt trong trường hợp hai lưu thể chuyển động xuôi chiều và ngược chiều. So sánh và chọn chiều lưu thể.

HƯỚNG DẪN BÀI THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT

I. MỞ ĐẦU

Trong những tính toán về các quá trình truyền nhiệt, chuyển khối, việc xác định hệ số truyền nhiệt và chọn chiều chuyển động của lưu thể ảnh hưởng rất lớn đền hiệu quả làm việc của thiết bị.

Bằng thí nghiệm người ta đã xây dựng được các công thức thực nghiệm tính hệ số cấp nhiệt của các chất khác nhau trong những trường hợp cụ thể. Giá trị của hệ số cấp nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào chế độ chuyển động của lưu thể, thường chúng tăng theo hàm mũ của Reynolds ở chế độ chuyển động rối.

II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

            1. Làm quen với hệ thống thiết bị thí nghiệm trao đổi nhiệt ống lòng ống.

            2. Tính hệ số truyền nhiệt trong trường hợp hai lưu thể chuyển động xuôi chiều và ngược chiều.

            3. Nhận xét, so sánh và chọn chiều lưu thể.

III. SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM

(Xem sơ đồ hình 1).

Nguyên tắc làm việc:

Nước trong thùng gia nhiệt 1 được đun nóng tới nhiệt độ nhất định sau đó được bơm vào ống truyền nhiệt (ống trong 4), một phần hồi lưu lại thùng gia nhiệt để lưu lượng dòng có thể thay đổi được. Nước nguội theo đường ống qua van V1 hoặc V4 để vào ống lồng ngoài 3. Tại đó xảy ra quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt dòng nóng truyền cho dòng nguội qua thành ống. Nhiệt độ của dòng nóng và dòng lạnh trước và sau truyền nhiệt được đo bằng các nhiệt kế T1, T2, T3, T4. Lưu lượng mỗi dòng được đo bằng lưu lượng kế 6, 7.

Điều chỉnh nhiệt độ của nước nóng trong thùng 1 bằng rơle nhiệt với 2 chế độ: tự động và điều khiển bằng tay. Điều chỉnh chiều của dòng nguội bằng van V1, V2, V3, V4. Điều chỉnh lưu lượng của dòng nóng bằng các van V5, V6, V7. Điều chỉnh lưu lượng dòng nguội bằng van V8

IV. THỨ TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Trong bài này sinh viên lần lượt phải làm thí nghiệm để xác định hệ số truyền nhiệt khi hai lưu thể chuyển động cùng chiều và ngược chiều.

Trình tự thí nghiệm tiến hành như sau:

  1. Quan sát, tìm hiểu và kiểm tra sơ đồ hệ thống thiết bị.
  2. Kiểm tra lượng nước trong thùng gia nhiệt (nếu thùng gia nhiệt chưa có nước hoặc mực nước thấp thì phải cấp nước cho nước ngập khoảng một nửa can nhiệt). Lắp ống cấp nước của phòng thí nghiệm vào đầu nước vào của hệ thống.
  3. Mở tủ điện, đóng Atomát điện sau đó kiểm tra các đèn báo ngoài cửa tủ. Nếu các đèn đỏ không sáng hết phải báo cho cán bộ hướng dẫn thí nghiệm để kiểm tra lại hệ thống điện điều khiển.
  4. Đóng cửa tủ điện, điều chỉnh đồng hồ rơle nhiệt cho kim chỉ nhiệt độ 60¸80°C (tuỳ yêu cầu làm thí nghiệm). Gạt công tắc chuyển mạch sang chế độ Tự động sau đó nhấn nút Bật gia nhiệt để đun nóng nước trong thùng. (Trong trường hợp không cần khống chế nhiệt độ trong thùng, gạt công tắc chuyển mạch sang chế độ điều khiển Bằng tay, sử dụng hai nút Bật, Tắt để điều khiển gia nhiệt.)
  5. Khoá van V2, V4, V8, mở hoàn toàn van V1, V3. Mở van cấp nước của PTN sau đó mở từ từ van V8 để điều chỉnh lưu lượng kế 7 tới chỉ số (lít/phút) của lưu lượng dòng nguội cần thí nghiệm. (Khi thí nghiệm cho hai lưu thể chuyển động ngược chiều chỉ việc thay đổi khoá van V2, V4 và mở hoàn toàn V1, V3 bằng cách khoá van V1, V3 và mở hoàn toàn V2, V4.).
  6. Khi nhiệt độ báo trên rơle nhiệt cân bằng với nhiệt độ đặt trước thì chuẩn bị vận hành bơm. Khoá van V6, V7, mở hoàn toàn van V5 sau đó nhấn nút Bật bơm để chạy bơm. Mở hoàn toàn V6 sau đó từ từ mở van V7 đồng thời đóng bớt van V5 để điều chỉnh lưu lượng dòng nóng trên lưu lượng kế 6 tới chỉ số (lít/phút) cần thí nghiệm.
  7. Đợi cho nhiệt độ tại các nhiệt kế T4 và T2 ổn định (đối với ngược dòng  cần chú T1 ổn định). Đọc các chỉ số trên nhiệt kế T1, T2, T3, T4 và lưu lượng kế 6,7 ghi vào bảng số liệu.
  8. Điều chỉnh thay đổi lưu lượng các dòng theo lưu lượng kế 7, 8 rồi ghi lại số liệu cho thí nghiệm lần thứ hai khi chỉ số các nhiệt kế đã ổn định. Làm thí nghiệm 3 lần sau đó làm tiếp 3 lần đối với hai lưu thể chuyển động ngược chiều.
  9. Kết thúc thí nghiệm gạt công tắc chuyển mạch sang chế độ Bằng tay rồi nhấn nút Tắt gia nhiệt sau đó Tắt bơm, cuối cùng ngắt Atomát trong tủ điện. Ngắt van cấp nước nguội của PTN, báo cáo bảng số liệu kết quả thí nghiệm với cán bộ hướng dẫn. Dọn dẹp, lau chùi khô ráo nơi thí nghiệm trước khi ra về.

V. CÂU HỎI KIỂM TRA

  1. Thế nào là dẫn nhiệt, cấp nhiệt (đối lưu nhiệt) và bức xạ nhiệt?
  2. Phân loại các kiểu chuyển động của hai lưu thể?
  3. Định nghĩa hệ số truyền nhiệt, hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể?
  4. Nêu cách xác định nhiệt độ trung bình của tường và của chất tải nhiệt?
  5. Thế nào là bán kính thuỷ lực và đường kính tương đương?

VI. TÍNH TOÁN

1.Vận tốc nước chảy trong khoảng không gian giữa hai ống xác định theo công thức:

                      

Vận tốc nước chảy trong ống nhỏ:

                      

Ở đây : V1, V2 -lưu lượng nước đo được ở dòng nóng và dòng nguội, m3/s

            Dtr-đường kính trong của ống dẫn lớn,  Dtr=0,028 m

              dn-đường kính ngoài của ống dẫn nhỏ,  dn=0,022 m

              dtr-đường kính trong của ống dẫn nhỏ,  dtr=0,019 m

2. Tính đường kính tương đương của ống dẫn, chuẩn số Reynolds:

dòng nguội          

dòng nóng            

Các đại lượng độ nhớt m (Ns/m2) và khối lượng riêng r (kg/m3) lấy theo nhiệt độ trung bình của mỗi dòng.

3. Tính lưu lượng Q truyền giữa hai lưu thể.

,   J/s

Trong đó: G – lưu lượng dòng nóng, kg/s

                 C – nhiệt dung riêng của dòng nóng, J/kgđộ

                 t1, t2 – nhiệt độ đầu và cuối của dòng nóng, °C

4. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể.

hoặc

Trong đó - hiệu số nhiệt độ của hai lưu thể tại đầu và cuối.

5. Tính hệ số truyền nhiệt của thiết bị.

,  W/m2độ

Trong đó: F – bề mặt truyền nhiệt của thiết bị, F=0,1 m2.

 

Chiều

 lưu

 thể

Số lần đo

Lưu lượng lưu thể nguội V1

(l/ph)

Lưu lượng lưu thể nóng V2

(l/ph)

Nhiệt độ

đầu của nước nóng, °C

Nhiệt độ cuối của nước nóng, °C

Nhiệt độ

đầu của nước nguội,

°C

Nhiệt độ cuối của nước nguội,

°C

Chuẩn số Rey-nolds

dòng nguội

Chuẩn số Rey-nolds

dòng nóng

Hệ số truyền nhiệt, W/m2độ

Cùng chiều

 

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ngược chiều

 

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Website công ty: http://thapoxyhoacaotai.com  hoặc http://thietbihoachat68.com

EMAIL: chemicjsc@gmail.com