Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định các hệ số trong phương trình tiêu chuẩn tỏa nhiệt cưỡng bức trong ống

Bài viết Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định các hệ số trong phương trình tiêu chuẩn tỏa nhiệt cưỡng bức trong ống nêu lên cách xây dựng và chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định hệ số tỏa nhiệt cho mô hình đối lưu cưỡng bức ổn định, chất lưu chảy trong ống, cách thức tiến hành và xử lý kết quả thực nghiệm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định các hệ số trong phương trình tiêu chuẩn tỏa nhiệt cưỡng bức trong ống ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(108).2016, Quyển 1 37 THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC HỆ SỐ TRONG PHƯƠNG TRÌNH TIÊU CHUẨN TỎA NHIỆT CƯỠNG BỨC TRONG ỐNG MANUFACTURING EXPERIMENTAL EQUIPMENT TO DETERMINE COEFFICIENTS IN STANDARD EQUATIONS OF STABLE FORCED CONVECTION IN TUBES Thái Ngọc Sơn, Bùi Thị Hương Lan Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; thaingocson@gmail.com; bthlan1509@gmail.com Tóm tắt - Phương trình tiêu chuẩn mô tả mối quan hệ giữa các Abstract - Standard equations describe the relationship between tiêu chuẩn đồng dạng đặc trưng cho một hiện tượng trao đổi nhiệt similar criteria, which is characteristic of convective heat transfer đối lưu, dùng để xác định hệ số tỏa nhiệt α. Trong chương trình used to determine α as a heat radiation coefficient. In the học tập của sinh viên ngành Kỹ thuật nhiệt, phần tỏa nhiệt đối curriculum of Thermal Engineering, the contents of convective heat lưu chủ yếu giới thiệu về các tiêu chuẩn đồng dạng và một số transfer mainly focus on similar criteria and common standard phương trình tiêu chuẩn thường gặp. Thời lượng dành cho việc equations. Little is reserved for intensive training in similar criteria học tập sâu về các tiêu chuẩn đồng dạng, cách xây dựng các and ways to build up standard equations for heat radiation. phương trình tiêu chuẩn tỏa nhiệt rất ít, do vậy sinh viên không Consequently, students fail to grasp the core as well as hiểu về bản chất cũng như cách thức thực nghiệm để xây dựng experimental ways to establish standard equations. This article phương trình tiêu chuẩn. Bài báo nêu lên cách xây dựng và chế presents ways of manufacturing experimental equipment to tạo thiết bị thí nghiệm xác định hệ số tỏa nhiệt cho mô hình đối determine heat radiation coefficients for a model of stable forced lưu cưỡng bức ổn định, chất lưu chảy trong ống, cách thức tiến convection and in-tube flows, as well as ways to conduct and hành và xử lý kết quả thực nghiệm. process experimental results. Từ khóa - phương trình tiêu chuẩn; tiêu chuẩn đồng dạng; thiết Key words - standard equation; similar criteria; experimental bị thí nghiệm; hệ số trao đổi nhiệt đối lưu; đối lưu cưỡng bức; kỹ equipment; coefficient of convective heat transfer; forced thuật nhiệt. convection; thermal engineering. 1. Đặt vấn đề Trong trao đổi nhiệt đối lưu, sinh viên được hướng dẫn học tập một số tiêu chuẩn đồng dạng và phương trình tiêu chuẩn, đủ để người kỹ sư tương lai có thể xác định được hệ số tỏa nhiệt trong những trường hợp thường gặp nhất trong kỹ thuật. Để giúp sinh viên hiểu sâu hơn về các phương trình tiêu chuẩn cũng như phương pháp thực nghiệm để xây dựng nên các phương trình tiêu chuẩn đó, chúng tôi đã thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm, tiến hành đo đạc các thông số cần thiết, từ đó xác định được hệ số trong phương trình tiêu chuẩn tỏa nhiệt. 2. Kết quả nghiên cứu và khảo sát 2.1. Mô hình thí nghiệm Ta có thể thiết lập mô hình thí nghiệm đối với tất cả các Hình 1. Mô hình thí nghiệm kiểu ống lống ống dạng trao đổi nhiệt đối lưu, tuy nhiên, quá trình trao đổi Thiết bị thí nghiệm được chế tạo có kích thước cơ bản nhiệt đối lưu tự nhiên thường diễn ra khá chậm, khó điều như sau: ống trong là ống đồng, có đường kính chỉnh để hệ thống ổn định. Trong các dạng trao đổi nhiệt d2/d1 = 6,4/5,8 mm, đường kính trong của ống đồng bên đối lưu cưỡng bức thường gặp, mô hình “chất lưu chảy ngoài D = 12 mm; chiều dài bề mặt trao đổi nhiệt L = 1,5 trong ống” là mô hình đơn giản, dễ dàng thay đổi các thông m. Tất cả các đoạn ống, cũng như bình chứa nước nóng số cần đo đạc, thời gian thí nghiệm nhanh, do vậy tác giả được bọc cách nhiệt rất tốt (Hình 2). chọn mô hình này để xây dựng thiết bị thí nghiệm xác định Đun nóng nước trong bình chứa 3 bằng thanh điện các hệ số trong phương trình tiêu chuẩn tỏa nhiệt phục vụ trở 4 có công suất 1kW đến nhiệt độ yêu cầu của nước giảng dạy. nóng đầu vào. Relay nhiệt 5 khống chế nhiệt độ nước Sử dụng nước trong thí nghiệm do nước không độc hại; trong bình với vi sai 2oC. Bật bơm nước nóng 1 và bơm việc đo đạc và điều chỉnh nhiệt độ cũng như lưu lượng của nước lạnh 6. Điều chỉnh van 2 đến vị trí phù hợp với lưu nước khá thuận tiện. Ta cho nước có nhiệt độ cao chảy lượng yêu cầu G1. Điều chỉnh lưu lượng nước lạnh G2 trong ống. Để dễ dàng thay đổi lượng nhiệt của nước chảy bằng van 7 đến khi nhiệt độ nước nóng ở đầu ra ổn định trong ống truyền cho môi trường, ta sử dụng mô hình ống và đạt yêu cầu tính toán. Trong thời gian ổn định nhiệt, lồng ống có bọc cách nhiệt, cho nước làm mát chảy trong đo nhiệt độ trung bình của nước nóng đầu vào t1’ bằng khe hẹp, chuyển động ngược chiều với nước nóng trong cặp nhiệt 8, đầu ra t1” bằng cặp nhiệt 9; của nước lạnh đoạn nước nóng đã ổn định dòng chảy. Khi đó bề mặt trao đầu vào t2’ bằng cặp nhiệt 10, đầu ra t2” bằng cặp nhiệt đổi nhiệt là bề mặt ống nhỏ, đoạn có chiều dài L. 11 trong mỗi thí nghiệm. 38 Thái Ngọc Sơn, Bùi Thị Hương Lan = (5) ...