ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TRUYỀN NHIỆT
LỚP L14 - NHÓM 03 - HK 222

GVHD: NGUYỄN VĂN HẠP

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Trọng Huy
Bùi Quốc Đại
Huỳnh Ngọc Phiên
Phan Ngọc Hiếu
Lê Nguyễn Vi Đan
Nguyễn Đăng Trung Kiên
Chu Kỳ Văn Khoa
Lâm Hoàng Huy
Trần Quốc Vinh

Mã số sinh viên
2113524
2011045
2010508
2013157
2110987
2013543
2011410

2010282
2012432

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023


BẢNG PHÂN CÔNG
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Mã số sinh viên
2113524
2010282
2010508
2013157
2110987
2013543
2011410
2011045
2012432

Họ và tên

Nguyễn Trọng Huy
Lâm Hoàng Huy
Huỳnh Ngọc Phiên
Phan Ngọc Hiếu
Lê Nguyễn Vi Đan
Nguyễn Đăng Trung Kiên
Chu Kỳ Văn Khoa
Bùi Quốc Đại
Trần Quốc Vinh

Nhiệm vụ được phân công
Tổng hợp báo cáo
Bài 1
Bài 1
Bài 2
Bài 2
Bài 3
Bài 3
Bài 3
Bài 3

1


MỤC LỤC
BÀI 1: XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI KHƠNG KHÍ ẨM VÀ TÍNH TỐN CÂN
BẰNG NHIỆT ỐNG KHÍ....................................................................................... 3
BÀI 2: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỬ DỤNG NHIỆT COP (𝛆) CHO CHU TRÌNH
MÁY LẠNH VỚI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ GIẢI NHIỆT BẰNG KHƠNG
KHÍ VÀ THIẾT BỊ BAY HƠI LÀM LẠNH KHƠNG KHÍ ............................. 11

BÀI 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ....................................... 19

2


BÀI 1: XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI KHƠNG KHÍ ẨM
VÀ TÍNH TỐN CÂN BẰNG NHIỆT ỐNG KHÍ
1.1. MỤC ĐÍCH VÀ U CẦU CỦA BÀI THÍ NGHIỆM:
1.1.1. Mục đích thí nghiệm:
- Biết cách đo nhiệt độ (khơ, ướt), lưu lượng gió, áp suất, thể tích.
- Hiểu q trình làm lạnh có tách ẩm của khơng khí ẩm.
- Hiểu ngun lý làm việc và các thiết bị cơ bản của chu trình làm lạnh đơn
giản.
- Tính tốn cân bằng nhiệt trong ống khí.
1.1.2. Yêu cầu chuẩn bị:
Sinh viên tìm hiểu các phần lý thuyết trước khi tiến hành thí nghiệm:
- Chất thuần khiết.
- Khơng khí ẩm.
- Chu trình máy lạnh.
1.2. MƠ TẢ THÍ NGHIỆM:
1.2.1. Thiết bị và vật tư thí nghiệm:
- Ống khí
- Hệ thống lạnh sử dụng máy nén hơi
- Nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt
- Thiết bị đo tốc độ gió
- Thiết bị đo thể tích
- Thước kẹp
1.2.2. Mơ tả thí nghiệm:
- Khơng khí được quạt thổi qua dàn lạnh của máy lạnh. Trước và sau dàn lạnh
có đặt các bầu nhiệt kế khô ướt để xác định trạng thái của khơng khí ẩm.

- Tại đầu ra của ống khí động có sử dụng 1 thiết bị đo tốc độ gió để xác định
tốc độ và nhiệt độ của khơng khí.
3


- Tác nhân lạnh sử dụng trong hệ thống lạnh là R22.

Hình 1: Mơ hình ống khí động

1.3. NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM
- Sinh viên điền tên gọi của các chi tiết trong hệ thống tương ứng với các số
vào bảng dưới đây:
Bảng 1
1: Quạt gió

5: Nhiệt kế ướt

9: Bình đong

13: Máy nén

2: Ống khí động 6: Đồng hồ đo vận tốc, nhiệt gió 10: Van
3: Nhiệt kế khơ

7: Áp kế đo bay hơi (po)

11: Quạt

4: Dàn lạnh


8: Áp kế đo ngưng tụ (ph)

12: Dàn nóng

- Sử dụng các bầu nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt để xác định trạng thái của khơng
khí tại các vị trí trước dàn lạnh (cũng chính là trạng thái khơng khí của mơi
trường xung quanh) và sau dàn lạnh.
- Sử dụng thiết bị đo tốc độ gió xác định vận tốc gió và nhiệt độ gió ra khỏi ống
khí động, từ đó xác định lưu lượng khơng khí qua ống khí động.
- Xác định áp suất bay hơi và áp suất ngưng tụ của máy lạnh.
- Từ các số liệu trên, sinh viên xác định:
+ Biểu điễn quá trình thay đổi trạng thái của khơng khí trên đồ thị t-d (hoặc
I-d).
+ Nhiệt lượng khơng khí nhả ra khi qua dàn lạnh.
+ Lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh theo tính tốn và giá trị thực tế nhận xét.
4


+ Biểu diễn các trạng thái của tác nhân lạnh trên đồ thị T-s (ứng với chu trình
lạnh lý thuyết, bỏ qua độ quá nhiệt quá lạnh).
1.4. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM
- Khi hệ thống hoạt động ổn định, bắt đầu xuất hiện nước ngưng tại dàn lạnh,
sinh viên tiến hành làm thí nghiệm với yêu cầu sau:
- Sinh viên tiến hành thí nghiệm 2 đợt (ghi chú: sau mỗi lần lấy số liệu xong,
sinh viên thay đổi lưu lượng gió qua dàn lạnh):
+ Thí nghiệm đợt 1: thời gian 15 phút, số lần lấy số liệu là 3 lần.
+ Thí nghiệm đợt 2: thời gian 10 phút, số lần lấy số liệu là 3 lần.
Bảng 2 & 3: các thông số trạng thái của khơng khí ẩm:
Thí nghiệm đợt 1
Khơng khí trước dàn lạnh


Khơng khí sau dàn lạnh

tk(oC)

tư(oC)

d(g/kg)

I(kJ/kg) tk(oC) tư(oC)

Lần 1

33.5

28

24.64

101.82

20

Lần 2

34

28.5

25.37


99.09

Lần 3

34

28.5

25.37

99.09

d(g/kg)

I(kJ/kg)

18

13.24

53.61

19

18

13.24

52.59


18

17.5

12.83

50.52

Thí nghiệm đợt 2
Khơng khí trước dàn lạnh

Khơng khí sau dàn lạnh

tk(oC)

tư(oC)

d(g/kg)

I(kJ/kg) tk(oC) tư(oC)

Lần 1

34

28.5

25.37


99.09

8

Lần 2

33.5

28.5

25.37

98.57

Lần 3

34

29

26.09

Lần 4

33.5

29

26.09


d(g/kg)

I(kJ/kg)

7

10.14

33.51

5.5

5

8.72

27.39

100.94

7.5

7

10.14

32.99

102.49


5.5

5

8.72

27.39

5


Bảng 4 và 5: Các thông số khác liên quan đến khơng khí ẩm
Thí nghiệm đợt 1
Vận tốc gió ra

Nhiệt độ gió ra

khỏi ống v(m/s)

khỏi ống(oC)

Lần 1

4.41

22

218

Lần 2


4.32

23

230

Lần 3

4.38

22

250

Lượng ẩm tách ra (ml)

Thí nghiệm đợt 2
Vận tốc gió ra

Nhiệt độ gió ra

khỏi ống v(m/s)

khỏi ống(oC)

Lần 1

2.45


16

160

Lần 2

1.54

17

132

Lần 3

2.4

16

250

Lần 4

1.77

15

186

Lượng ẩm tách ra (ml)


Bảng 6 & 7: Các số liệu liên quan đến chu trình lạnh
Thí nghiệm đợt 1
Áp suất bay hơi
đọc trên áp kế
(kgf/cm2)

Nhiệt độ sôi
tương ứng (oC)

Áp suất ngưng tụ

Nhiệt độ ngưng

đọc trên áp kế

tụ tương ứng

(kgf/cm2)

(oC)

Lần 1

5.7

155.97

18

207.1


Lần 2

6

158.84

18.5

208.44

Lần 3

6

158.84

18.5

208.44

Thí nghiệm đợt 2
Áp suất bay hơi

Nhiệt độ sơi

Áp suất ngưng tụ

Nhiệt độ ngưng tụ


đọc trên áp kế

tương ứng

đọc trên áp kế

tương ứng

(kgf/cm2)

(oC)

(kgf/cm2)

(oC)

Lần 1

5.5

154.57

18

207.10

Lần 2

5


151.84

17.5

205.70
6


Lần 3

5.5

154.57

18

207.10

Lần 4

5.5

154.57

17.5

205.70

1.5. Tính tốn số liệu thí nghiệm
1.5.1. Lần 1

- Lượng ẩm tách ra theo tính tốn:
Gkk = V × F × ρ = 2.45 × 0.0114 × 1.2218 = 0.0341[kg/s]
• V: vận tốc trung bình của gió ra khỏi ống [m/s]
• F: là diện tích của miệng ống (m2) (F = 0.1078 ì 0.1062 =
0.0114 [m2 ])
ã : khối lượng riêng của khơng khí (tra bảng)
- Gn = Gkk × d = 0.0341 × (25.37 – 10.14) = 0.5193[g/s]
- Lượng nước tách ra: Vlt = Gn × t = 0.5193 × 10 × 60 = 311.58[ml]
- Sai số =

Vlt −Vtt
Vlt

× 100=

311.58−160
311.58

× 100 = 48.65%

- Nhiệt lượng khơng khí nhả ra khi qua dàn lạnh:
Q = Gkk × (I1 – I2 ) = 0.0341 × (99.09 – 33.51) = 2.236[kW]
1.5.2. Lần 2
- Lượng ẩm tách ra theo tính tốn:
Gkk = V × F × ρ = 1.54 × 0.0114 × 1.2176 = 0.0214[kg/s]
• V: vận tốc trung bình của gió ra khỏi ống [m/s]
• F: là diện tích của miệng ống (m2) (F = 0.1078 × 0.1062 =
0.0114 [m2 ])
• ρ: khối lượng riêng của khơng khí (tra bảng)
- Gn = Gkk × d = 0.0214 × (25.37 – 8.72) = 0.3563[g/s]

7


- Lượng nước tách ra: Vlt = Gn × t = 0.3563 × 10 × 60 = 213.78[ml]
- Sai số=

Vlt −Vtt
Vlt

× 100 =

213.78−132
213.78

× 100 = 38.25%

- Nhiệt lượng khơng khí nhả ra khi qua dàn lạnh:
Q = Gkk × (I1 – I2 ) = 0.0214 × (98.57 – 27.39) = 1.523[kW]
1.5.3. Lần 3
- Lượng ẩm tách ra theo tính tốn:
Gkk = V × F × ρ = 2.4 × 0.0114 × 1.2218 = 0.0334[kg/s]
• V: vận tốc trung bình của gió ra khỏi ống [m/s]
• F: là diện tích của miệng ống (m2) (F = 0.1078 × 0.1062 =
0.0114 [m2 ])
• ρ: khối lượng riêng của khơng khí (tra bảng)
- Gn = Gkk × d = 0.0334 × (26.09 – 10.14) = 0.5327[g/s]
- Lượng nước tách ra: Vlt = Gn × t = 0.5327 × 10 × 60 = 319.64 [ml]
- Sai số =

Vlt −Vtt

Vlt

× 100 =

319.64−250
319.64

× 100 = 21.79%

- Nhiệt lượng khơng khí nhả ra khi qua dàn lạnh:
Q = Gkk × (I1 – I2 ) = 0.0334 × (100.94 – 32.99) = 2.2695[kW]
1.5.4. Lần 4
- Lượng ẩm tách ra theo tính tốn:
Gkk = V × F × ρ = 1.77 ì 0.0114 ì 1.226 = 0.0247[kg/s]
ã V: vn tốc trung bình của gió ra khỏi ống [m/s]
• F: là diện tích của miệng ống (m2) (F = 0.1078 × 0.1062 =
0.0114 [m2 ])
• ρ: khối lượng riêng của khơng khí (tra bảng)
8


- Gn = Gkk × d = 0.0247 × (26.09 – 8.72) = 0.429[g/s]
- Lượng nước tách ra: Vlt = Gn × t = 0.429 × 10 × 60 = 257.42 [ml]
- Sai số=

Vlt −Vtt
Vlt

× 100 =


257.42−186
257.42

× 100 = 27.74%

- Nhiệt lượng khơng khí nhả ra khi qua dàn lạnh:
Q = Gkk × (I1 – I2 ) = 0.0247 × (102.49 – 27.39) = 1.85497[kW]
1.6. Nhận xét kết quả
a) Biểu diễn q trình thay đổi trạng thái của khơng khí trên đồ thị T-d (hoặc I-d).
+ Thí nghiệm 1: Dùng giá trị trung bình của 4 lần thí nghiệm để vẽ đồ thị

b) Lượng ẩm tách ra khỏi dàn lạnh theo tính tốn và giá trị thực tế nhận xét.
- Lượng nước tách ra khỏi khơng khí lệch nhiều so với lý thuyết (40-70%).
- Nguyên nhân:
• Máy sử dụng lâu năm, sai sót trong lúc lấy nước ra, sai số dụng cụ đo.
• Khơng gian khơng ổn định làm ảnh hướng tới q trình thí nghiệm (
đơng người tập trung) nên làm ảnh hướng tới kết quả.
9


c) Biểu diễn các trạng thái của tác nhân lạnh trên đồ thị T-s (ứng với chu trình lạnh
lý thuyết, bỏ qua độ q nhiệt q lạnh. Do khơng có sự thay đổi nhiều về chu trình
lạnh giữa 2 đợt thí nghiệm ( dùng cùng 1 hệ thống thí nghiệm) nên ta vẽ chung đồ
thị cho cả 2 đợt thí nghiệm lấy số liệu trung bình để vẽ.

10


BÀI 2: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỬ DỤNG NHIỆT COP
(𝛆) CHO CHU TRÌNH MÁY LẠNH VỚI THIẾT BỊ

NGƯNG TỤ GIẢI NHIỆT BẰNG KHƠNG KHÍ VÀ
THIẾT BỊ BAY HƠI LÀM LẠNH KHƠNG KHÍ
2.1. MỤC ĐÍCH VÀ U CẦU CỦA BÀI THÍ NGHIỆM:
2.1.1. Mục đích thí nghiệm:
- Giúp sinh viên có khả năng kết hợp các kiến thức giữa lý thuyết và thực hành
- Nắm được chu trình hoạt động cơ bản của thiết bị làm lạnh khơng khí có kết
hợp một số thiết bị phụ trong sơ đồ hoạt động.
- Giúp sinh viên có thể đo đạc thơng số nhiệt độ, áp suất để tính nhiệt lượng, hệ
số làm lạnh thực tế của thiết bị.
2.1.2. Yêu cầu chuẩn bị:
- Sinh viên phải nắm được chu trình lạnh.
- Biết ứng dụng các cơng thức trong sơ đồ lạnh.
2.2. MƠ TẢ THÍ NGHIỆM:
Để làm lạnh khơng khí trong buồng lạnh, bàn thí nghiệm này sử dụng một hệ
thống lạnh với tác nhân lạnh là R12 có sơ đồ ngun lý như được mơ tả ở hình
2.1. Máy nén (A) nén hơi R12 từ áp suất sôi p0 đến áp suất ngưng tụ pk. Hơi
R12 sau khi ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng khơng khí (B)
được đi vào bình chứa cao áp (C). Sau đó lỏng R12 từ (C) đi qua van tiết lưu
(I) để giảm áp suất từ pk đến p0 và đi vào thiết bị bay hơi làm lạnh khơng khí
(J). Hơi R12 ra khỏi (J) ở áp suất p0 được hút vào (A) và các quá trình của chu
trình được lặp lại.

11


Hình 2.1
Chu trình máy lạnh được biểu diễn trên đồ thị logp-i và T – s gồm các quá trình
như sau:

Hình 2.2

- 1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt hơi trong máy nén.
- 2-3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp.
- 3-4: Quá trình tiết lưu trong van tiết lưu
- 4-1: Quá trình bay hơi đẳng nhiệt và đẳng áp trong thiết bị bay hơi.

12


Các vị trí đo nhiệt độ và áp suất trong chu trình máy lạnh
- Các áp kế p1 và p2 dùng để đo áp suất hút và đẩy sau van tiết lưu và sau đầu
đẩy của máy nén (A).
- Nhiệt độ của tác nhân lạnh R12 đi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ (B) được
đo bằng các sensor T1 và T2.
- Nhiệt độ của khơng khí giải nhiệt đi vào và đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ (B)
được đo bằng các sensor T3 và T4.
- Nhiệt độ của tác nhân lạnh R12 đi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi (J) được đo
bằng các sensor T5 và T9.
- Nhiệt độ khơng khí trong buồng lạnh được đo bằng T6.
2.3. NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM:
Trong bài thí nghiệm này sinh viên có nhiệm vụ phải thu thập các số liệu về
áp suất hút, đẩy; nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng
tụ, nhiệt độ của tác nhân lạnh khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi, nhiệt độ của
khơng khí giải nhiệt khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ và nhiệt độ của khơng
khí khi vào và ra khỏi thiết bị bay hơi. Sau đó kết hợp với kết quả tính tốn để
xác định:
- Các thơng số trạng thái trong chu trình thực của máy lạnh.
- Hệ số sử dụng nhiệt COP (ε) của chu trình lý thuyết và chu trình thực.
- Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk
-


Lượng khơng khí cần thiết để giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ Gkk

13


2.4. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM:
Bảng 2.1- Các số liệu đo của các loại vật liệu
Loại vật liệu

Độ dày(mm)

Mica

3.8

Xốp cách nhiệt

11

Phíp

4.6

Bảng 2.2: Thơng số của buồng lạnh
Kích thước

Độ dài (m)

Chiều dài


0,8

Chiều rộng

0,4

Chiều cao

0,4

Bảng 2.3: Thông số của các vách
Vách

Cấu tạo của vách

Vách trước

Mica

Vách sau

Phíp + xốp

Vách trên

Phíp

Vách dưới

Phíp + xốp


Vách trái

Phíp

Vách phải

Phíp

14


Bảng 2.4: Các thông số nhiệt độ và áp suất
Số lần đo 3 lần, mỗi lần cách nhau 10 phút.
Áp suất tại đầu hút của máy
nén

Áp suất tại đầu đẩy của máy nén (Pk)
MPa

(P0)
MPa
Lần 1

0.9

0.014

Lần 2


0.9

0.011

Lần 3

0.9

0.011

Trung bình

0.9

0.012

Áp suất tuyệt đối P0 (bar) = 0.12+1= 1.12 (bar)
Áp suất tuyệt đối Pk (bar) = 9+1= 10 (bar)

NHIỆT ĐỘ TẠI CÁC VỊ TRÍ
Nhiệt độ mơi trường (Ta)

Nhiệt độ khơng khí sau dàn
ngưng tụ (T4)

Nhiệt độ trong buồng lạnh
(T6)

33


36.8

15

33

35

6

33

35

4

𝑻̄𝟑 = 𝟑𝟑

𝑻̄𝟒 = 𝟑𝟓. 𝟔

𝑻̄𝟔 =8.33

PHẦN TÍNH TỐN
a) Xác định các thơng số trạng thái của tác nhân lạnh
Từ các thông số áp suất trong bảng 2, dựa vào các bảng tra “Các tính chất
nhiệt động của R12 ở trạng thái bão hòa” và “Các tính chất nhiệt động của
R12 ở trạng thái quá nhiệt” sinh viên xác định các thông số entanpy (i) của
R12 tại các điểm trong chu trình máy lạnh.
15



Bảng 2.5- Các thơng số của R12 trong chu trình máy lạnh

Thông số

1

2

3

4

Áp suất p
(bar)

1.12

10

10

1.12

Nhiệt độ t (C)

71.6 76.4 78.8
TB=75.6

Entalpi

(kJ/kg)
Entropy s
(kJ/kgk)

38

36.3 36
TB=36.8

33 33 33 4.9 2.9 2.3
TB=33
TB=3.4

267.25

300.43

141.2

141.2

2.39

2.39

1.79

1.81

b) Tính phụ tải của buồng lạnh:

Phụ tải của buồng lạnh trong trường hợp này chính là lượng nhiệt từ mơi
trường bên ngồi truyền vào qua các vách buồng lạnh do sự chênh lệch nhiệt
độ.
Tính mật độ dịng nhiệt q (W/m2) truyền qua mỗi vách theo cơng thức:
𝑞=

T3−T6
𝛿𝑖 1
1
+∑𝑛
𝑖−1𝜆 +𝛼2
𝛼1
𝑖

(2.1)

Trong đó:
𝛿ⅈ - Bề dày của lớp thứ i, m
𝜆ⅈ - Hệ số dẫn nhiệt của lớp vách thứ i (tra theo bảng 5), W/mK
𝛼1 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khơng khí bên ngoài buồng lạnh, W/m2K
Chọn 𝛼1 = 6 W/m2K
𝛼2 - Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khơng khí bên trong buồng lạnh, W/m2K
Chọn 𝛼2 = 12 W/m2K
Lượng nhiệt truyền qua mỗi vách (W)
Q = F.q(2.2)
Với F là diện tích vách phẳng,m2

Phụ tải nhiệt của buồng lạnh (W)
16



𝑄0 = 𝛴𝑄

(2.3)

(Bỏ qua nhiệt lượng làm mát khối không khí)
Bảng 2.6- Hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu

qtrước =

qsau =

Loại vật liệu

Hệ số dẫn nhiệt (𝝀), W/mK

Mica

0,58

Xốp cách nhiệt

0,04

Phíp

0,15

𝑇3 −𝑇6
1 𝛿𝑚𝑖𝑐𝑎

1
𝛼1 + 𝜆𝑚𝑖𝑐𝑎 +𝛼2

𝑇3 −𝑇6
1 𝛿𝑝ℎí𝑝 𝛿𝑥ố𝑝
𝛼1 + 𝜆𝑝ℎí𝑝 + 𝜆𝑥ố𝑝

qtrái =qphải =

=1
6

1
+𝛼2

33−8.33
+

𝑇3 −𝑇6
1 𝛿𝑝ℎí𝑝
1
𝛼1 + 𝜆𝑝ℎí𝑝 +𝛼2

qdưới =

𝑇3 −𝑇6
1 𝛿𝑝ℎí𝑝 𝛿𝑥ố𝑝
𝛼1 + 𝜆𝑝ℎí𝑝 + 𝜆𝑥ố𝑝

=1


0,0046 0,011 1
+
+
+
6 0,15
0,04 12

=1

33−8.33

0,0046 1
+
6 0,15 12

+

33−8.33

0,0046 1
+
+
6 0,15 12

1
+𝛼2

= 96.16 W/m2


33−8.33

=1

𝑇3 −𝑇6
1 𝛿𝑝ℎí𝑝
1
𝛼1 + 𝜆𝑝ℎí𝑝 +𝛼2

qtrên =

0,0038 1
+
0,58 12

=1

= 44.40 W/m2

= 87.90W/m2

= 87.90 W/m2
33−8.33

0,0046 0,011 1
+
+
+
6 0,15
0,04 12


= 44.40 W/m2

Diện tích các vách
Ftrước = Fsau = Ftrên = Fdưới = 0,8 × 0,4 = 0,32 m2
Ftrái = Fphải = 0,4×0,4 = 0,16 m2
Nhiệt lượng truyền qua mỗi vách:
Qtrước = Ftrước. qtrước = 0.32 × 96.16 = 30.8 W
Qsau = Fsau. qsau = 0.32 × 44.4 = 14.2 W
Qtrái = Ftrái. qtrái = 0.16 × 87.90 = 14.1 W
Qphải = Fphải. qphải = 0.16 × 87.9 = 14.1 W
Qtrên = Ftrên. qtrên = 0,32 × 87.9 = 28.1 W
17


Qdưới = Fdưới. qdưới = 0,32 × 44.4= 14.2 W
Phụ tải nhiệt của buồng lạnh:
Q0 = ∑ Q => Q0 = 0.1155 kW
c) Xác định lưu lượng R12 (kg/s) làm việc trong chu trình máy lạnh (bỏ qua
tổn thất lạnh qua môi trường xung quanh) theo công thức:
GR12 =

𝑄0
𝑖1 −𝑖4

(2.4)

Trong đó:
− Q0 Phụ tải của buồng lạnh, kW
− i1, i4


- Entanpy của R12 tại điểm 1 và 4 trong bảng 4, kJ/kg
GR12 =

𝑄0
𝑖1 −𝑖4

=

0.1155
267.25−141.2

= 0.00092 Kg/s

d) Xác định phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk (kW)
qk = i2-i3 = 300.43-141.2=159.23kJ/kg
Qk = GR12.qk = 159.23 × 0.00092 = 0.1465 kW
e) Xác định lưu lượng khơng khí Gkk qua thiết bị ngưng tụ Qk (kg/s)
GR12 =

Q𝑘
−Cp3 .T3 + Cp4 .T4

=

132,77
−0,7078(33+273)+0,7207(35.6+273)

= 22.81 (kg/s)


f) Xác định công nén đoạn nhiệt của máy nén W (kW).
W = N = GR12 (i2 − i1 ) = 0.00092 × (300.43 − 267.25) = 0.0305 kW.
g) Xác định hệ số làm lạnh (COP) của chu trình.
ε =

ⅈ1 −ⅈ4
ⅈ2 −ⅈ1

=

267.25−141.2
300.43 − 267.25

= 3.8

18


BÀI 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
3.1. MỤC ĐÍCH VÀ U CẦU CỦA BÀI THÍ NGHIỆM:
3.1.1. Mục đích thí nghiệm:
- Quan sát q trình trao đổi nhiệt của ống xoắn và vỏ bọc chùm ống
- Tính hiệu suất trao đổi nhiệt của thiết bị và hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình trao đổi nhiệt
3.1.2. Yêu cầu chuẩn bị:
Sinh viên tìm hiểu các phần lý thuyết trước khi tiến hành thí nghiệm:
- Các dạng truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ
- Cơng thức tính nhiệt lượng do quá trình nhận nhiệt và nhả nhiệt của nước
- Cơng thức tính hệ số truyền nhiệt và hệ số Reynold
3.2. MƠ TẢ THÍ NGHIỆM:

3.2.1. Thiết bị và vật tư thí nghiệm:
Thiết bị gồm 2 bộ trao đổi nhiệt (ống xoắn và vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt
cùng chiều hoặc ngược chiều.

19


Có 4 cảm biến nhiệt độ cùng đo nhiệt độ vào và ra của nước nóng và nước
lạnh đi qua bộ trao đổi nhiệt. Nhiệt độ được hiển thị trên màn hình.

20


Các đặc điểm kỹ thuật:
- Bộ coil exchanger với bề mặt trao đổi nhiệt khoảng 0,1m2 , kí hiệu E2.
- Coil làm từ thép khơng gỉ AISI 316, đường kính ngoài ống 12mm, bề dày
1mm, chiều dài 3500mm.
- Ống bọc ngồi làm từ thủy tinh borosilicate, đường kính trong 100 mm.
- Bộ shell-and-tube exchanger, bề mặt trao đổi nhiệt khoảng 0,1m2 , kí hiệu E1.
- Có 5 ống làm từ thép AISI 316, đường kính ngồi ống 10mm, bề dày 1mm và
chiều dài 900mm.
- Ống bọc ngoài làm từ thủy tỉnh borosilicate, đường kính trong 50mm.
- Có 13 khoảng chia với kích thước khoảng 75% đường kính.
3.2.2. Mơ tả thí nghiệm:
Bắt đầu:
- Kiểm tra các đường nước vào, nước ra được gắn chặt vào đường ống.
- Kiểm tra nguồn điện.
- Kiểm tra bình cấp nước nóng.
- Đóng các van xả.
- Bật công tắc bằng hiện thị nhiệt độ.

21


- Bật bơm chạy các đường nước nóng và lạnh.
- Nước nóng và nước lạnh chạy qua hai bộ trao đổi nhiệt và nhiệt độ được hiển
thị trên màn hình.
3.3. NHIỆM VỤ THÍ NGHIỆM:
Lần lượt tiến hành các bài thi nghiệm sau và lấy số liệu:
- Chạy bộ E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt cùng chiều:
Mở các van VI, V6, V7, V8 và V10.
Đóng các van V2, V3, V4, V5, V9 và V11.
- Sử dụng bộ E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt ngược chiều:
Mở các van VI, V6, V7, V9 và V11.
Đóng các van V2, V3, V4, V5, V8 và V10.
- Sử dụng bộ E2 (ống xoắn) trao đổi nhiệt cùng chiều:
Mở các van V3, V4. V5, V8 và V10.
Đóng các vạn VI, V2 V6, V7, V9 và V11.
- Sử dụng bộ E2 (ống xoắn) trao đổi nhiệt ngược chiều:
Mở các van V3, V4. V5, V9 và VII.
Đóng các van VI, V2, V6, V7, V8 và V10.
- Điều chỉnh lưu lượng nước nóng và lưu lượng nước lạnh bằng các van. Mỗi
lần điều chỉnh đợi khoảng 2-3 phút cho nhiệt độ các cảm biến ổn định thi tiến
hành ghi số liệu.
3.4. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM:
BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
1) PHÉP TÍNH TỐN MẪU
Dùng số liệu Thí nghiệm E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt cùng chiều lần test 1
Test

1


FI1

FI2

TI1

TI2

TI3

TI4

(l/h)

(l/h)

(0C)

(0C)

(0C)

(0C)

480

540

57


50,9

31,8

37,4

22


ΔT nóng = TI1-TI2 = 57-50,9 = 6,1 0C
ΔT lạnh = TI4-TI3 = 37,4-31,8 = 5,6 0C
a) Tính nhiệt trao đổi trong hệ thống và hiệu suất tổng tại các mức
lưu lượng thể tích khác nhau:
- Ttb = (TI1+TI2)/2 = (57+50,9)/2 = 53,95
- Tra bảng ta được ρ = 986 kg/m3 ; cp = 4,176 kJ/kg.oK
- Q nóng = FI1. ρ nóng. (cp)nóng. ΔT nóng
480.10−3
=
× 986 × 4,176 × 6,1 = 3,35 kJ/s
3600
- Tương tự như vậy với Q lạnh ta được Q lạnh = 3,48 kJ/s
- Hiệu suất tổng 𝜂 = (

𝑄 𝑙ạ𝑛ℎ
𝑄 𝑛ó𝑛𝑔

).100% = (

3,48

3,35

).100% = 103,88%

b) Tính hệ số truyền nhiệt ở trao đổi nhiệt cùng chiều và ngược chiều.

- ∆T vào = TI1 − TI3 = 57 − 31,8 = 25,2 °C
- ∆T ra = TI2 − TI4 = 50,9 − 37,4 = 13,5 °C
- ∆Tln =

(∆T vào−∆T ra)
∆T vào
ln(
)
∆T ra

=

(25,2−13,5)
25,2
)
13,5

ln(

= 18,75 °C

- Chiều dài ống: 𝐿 = 5 × 900 = 4500 𝑚𝑚
- Đường kính trung bình: dm =
- Diện


tích

bề

(dngoai +dtrong )
2

=

(10+8)
2

= 9 mm

A = π × dm × L = π × 4500 × 9 × 10 − 6 =

mặt:

0,1272 m2
- Hệ số truyền nhiệt: K =

Q nóng
(A.∆Tln )

=

3,35
(0,1272.18,75)


= 1,405

kW
m2 .°K

c) Xác định hệ số Re.

- Tiết diện ống 𝑆 =

2
𝜋.𝑑𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔

4

=

𝜋.82
4

- Tốc độ trung bình dịng chảy  =

= 50,27 𝑚𝑚2
Ftb
𝑆

= (

480+540).10−3
)
3600


(

(50,27.10−6)

= 2,82

- Hệ số nhớt động học trung bình (tra bảng): v = 0,6178.10-6 m2/s
 .dtrong
0,1015.8×10−3
- Hệ số Re dành cho ống trịn Re =
=
= 36516
v

(0,6178.10−6)

23


2) KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt cùng chiều:
ΔT

Q nóng Q lạnh

η

(l/h) (l/h) (0C) (0C) (0C) (0C) nóng lạnh


(kJ/s) (kJ/s)

(%)

Test FI1 FI2 TI1 TI2 TI3 TI4

ΔT

ΔT ln

K



Re

(0C) (kW/m2.
0

(0C) (0C)

K)

1

480 540 57 50,9 31,8 37,4 6,1

5,6

3,35


3,48 103.88 18,7

1,405

2,82 36516

2

490 550 65,8 57,7 33,1 40,6 8,1

7,5

4,53

4,75 104.84 24,1

1,478

2.87 41295

3

460 600 67,5 58,7 33,7 41

8,8

7,3

4,61


5,04

24,9

1,456

2,93 42158

4

500 600 68 59,6 31,4 38,8 8,4

7,4

4,78

5,05 105,65 26,1

1,44

3,04 43741

5

550 650 67,6 59,6 35,1 42,4

7,3

5,01


5,46 109.09

1,641

3,32 47770

8

109.4

24

E1 (vỏ bọc chùm ống) trao đổi nhiệt ngược chiều:
ΔT

Q nóng Q lạnh

η

(l/h) (l/h) (0C) (0C) (0C) (0C) nóng lạnh

(kJ/s) (kJ/s)

(%)

Test FI1 FI2 TI1 TI2 TI3 TI4

ΔT


ΔT ln

K



Re

(0C) (kW/m2.
0

(0C) (0C)

K)

1 550 650 67,3 59,1 36 43,4 8,2

7,4

5,14

5,53 107.73 22,6

1,878

3.32 47770

2 500 600 66,9 58,9 36,6 43,8

7,2


4,56

4,97 109.02 21,8

1,644

3,04 43741

3 480 630 66,3 58,4 37,1 43,9 7,9

6,8

4,32

4,93 114.08

1,617

3,07 44173

4 460 650 66 58,1 37,9 44,6 7,9

6,7

4,14

4,92 118,84 16,7

1,949


3,07 44173

5 520 530 65,6 58,8 38,5 45,3 6,8

6,8

4,03

4,14 102.72 19,5

1,625

2,9 41727

8

21

24