Báo cáo thí nghiệm: Truyền nhiệt trong thực phẩm và đối lưu môn Truyền nhiệt | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ
KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT
HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN NAM QUANG HUY MSSV: 20214706
LỚP THÍ NGHIỆM: 735357 HỌC KỲ: 2023.1
GV HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN THỊ THU HẰNG
Hà Nội, tháng 11 năm 2023
Bài 1: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA MỘT SỐ LOẠI CỦ,
QUẢ THỰC PHẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGUỒN ĐƯỜNG
I. Mục đích thí nghiệm:
- Xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu bằng thí nghiệm minh họa quá trình dẫn
nhiệt không ổn đinh khi sử dụng nguồn đường.
II. Thiết bị thí nghiệm:
- Thiết bị thí nghiệm đo hệ số dẫn nhiệt TLS100 của hãng ThermTest. Dải đo
của thiết bị từ 0.02 – 5 W/mK, áp dụng các loại vật liệu cách nhiệt dạng xốp,
vật liệu mềm như bùn, đất; vật liệu xây dựng như cát, xi măng; các loại củ quả,
thực phẩm,… Đối với các vật liệu cứng phải khoan lỗ trước khi tiến hành thí nghiệm.
Thiết bị thí nghiệm Thermtest TLS100 xác định hệ số dẫn nhiệt theo
phương pháp nguồn đường III. Trình tự thí nghiệm:
1. Nghiên cứu lý thuyết về dẫn nhiệt không ổn định khi có nguồn nhiệt
dạngđường, tính toán hệ số dẫn nhiệt của các loại thực phẩm.
2. Theo dõi cán bộ hướng dẫn giới thiệu, phân tích cơ sở lý thuyết, phân
tíchcác thành phần cấu tạo của thiết bị thí nghiệm.
3. Kết nối que thăm vào thiết bị sau đó nhấn nút màu đỏ để khởi động thiết bị.
4. Thiết đặt thời gian đo, tùy theo từng loại vật liệu.
5. Cắm que thăm vào mẫu cần đo, nhập ID cho mẫu và chờ thời gian nhiệt độ
của que thăm đồng đều với nhiệt độ của mẫu.
6. Nhất nút xanh để tiến hành quá trình đo.
7. Kết thúc quá trình đo, rút que thăm ra khỏi mẫu, chờ que thăm ổn định
nhiệt độ rồi tiếp tục thí nghiệm với mẫu khác.
8. Vẽ lại sơ đồ, ghi chép các thông tin cần thiết để hoàn thành báo cáo thí nghiệm.
IV.Nguyên lý hoạt động:
- Sử dụng nguồn đường là một que thăm đưa vào vật cần đo, khi đó quá trình là
dẫn nhiệt không ổn định 1 chiều. Khảo sát sự biến thiên về nhiệt độ theo thời
gian từ đó xác định được hệ số dẫn nhiệt.
- Kết hợp phương pháp phân tích thành phần hóa học của vật liệu, sử dụng mô
hình song song và mô hình vuông góc để tính hệ số dẫn nhiệt của vật liệu
thông qua hệ số dẫn nhiệt của từng thành phần tạo nên vật liệu. V.Xử lý kết quả thí nghiệm:
Nguồn nhiệt đường 𝑞𝑙 = 10 W/m Bảng Kết Quả
Từ bảng kết quả, ta xây dựng được các đồ thị sau:
t = 2,86 14 ln ( ) + 308,94 0 1 2 3 4 5 6
t = 0,97 85 ln ( ) +
3 03 , 79 0 1 2 3 4 5 6
Bảng thông số cấu tạo các thực phẩm, phục vụ tính hệ số dẫn nhiệt của vật liệu
thí nghiệm bằng mô hình song song và mô hình vuông góc.
Xác định hệ số góc của phương trình phụ thuộc 𝑡 = 𝐶1𝑙𝑛(𝜏) + 𝐶2 Dựa vào đồ thị ta có:
- Vật trụ có 𝐶1 = 2,8614
- Cà rốt có 𝐶1 = 0,9785 𝑞𝑙
• Xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu: 𝜆 = 4𝛱𝑐1
--Vật trụ có Cà rốt có 𝜆𝜆𝑡𝑟ụ =44𝛱×102,861 == 0.2781 0.81326( 𝑚 𝑘1(. 𝑊W )) 10 𝑐 𝑟 𝑡ố = à 4𝛱×0,97 m.k 85
• Xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu từ các thông số cấu tạo theo mô hình vuông góc và song song.
- Cà rốt: Từ bảng thông số cấu tạo của Cà rốt, ta có bảng sau:
Các thành phần Moisture Protein Fat Cabohydrate Fiber Ash Phần trăm ( % ) 87,79 1,03 0,19 10,14 3,00 0,87
Hệ số dẫn nhiệt 0,57109 0,17881 0,18071 0,20141 0,18331 0,32962 (𝜆)
Bằng mô hình vuông góc ta tính được:
- 𝜆𝑐à ố𝑟𝑡 = 𝛴 𝑥( 𝑣𝑖1/𝜆𝑖) = 0,435m.k( W )
- Bằng mô hình song song ta tính được:
- 𝜆 = 𝛴𝑥𝑣𝑖𝜆𝑖 = 0,5323( W ) 𝑐à ố𝑟𝑡 m.k Nhận xét:
- Bằng tính toán lý thuyết sử dụng mô hình song song và mô hình
vuông góc ta xác định được hệ số dẫn nhiệt của Cà rốt nằm trong
khoảng 𝟎, 𝟒𝟑𝟓( 𝐖 ) ≤ 𝒄à ố𝒓𝒕 ≤ ,𝟎 𝟓𝟑𝟐𝟑 𝐦 𝐤(𝐖. ) 𝝀 𝐦 𝐤.
- Xác định hệ số dẫn nhiệt của Cà rốt qua thực nghiệm và tính toán lý
thuyết cho ra kết quả khác nhau, 𝝀𝒄à ố𝒓 𝒕 thực nghiệm là 0.81326 không
nằm trong khoảng tính toán.
- Lý do dẫn đến sai số: 𝜆 là đại lượng phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt
độ, áp suất, độ ẩm, vật liệu, … Mà điều kiện thực nghiệm khác với điều
kiện lý thuyết nên dẫn đến sai số trong quá trình đo. Sai số của 𝜆 cũng 1
phần do làm tròn trong biểu thức xây dựng hàm tuyến tính qua đồ thị,
cũng như sai số thiết bị trong quá trình đo.
Bài 2: TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU TRONG KÊNH DẪN
I. Mục đích thí nghiệm:
- Bằng thí nghiệm minh họa quá trình trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức trong
kênh dẫn, đánh giá sự ảnh hưởng của các loại bề mặt trao đổi nhiệt, dòng nhiệt,
vận tốc đến quá trình trao đổi nhiệt đối lưu II. Thiết bị thí nghiệm:
- Thiết bị thí nghiệm trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức trong kênh dẫn. Thiết bị
chứa các cảm biến nhiệt độ, vận tốc và hiển thị các thông số đó trên màn hình.
Trong quá trình thí nghiệm sinh viên tiến hành thay đổi công suất, vận tốc khí
trong kênh và các bộ trao đổi nhiệt khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của từng
yếu tố đến quá trình trao đổi nhiệt đối lưu.
Thiết bị thí nghiệm xác định mật độ dòng nhiệt truyền qua vách phẳng III.
Trình tự thí nghiệm:
1. Nghiên cứu lý thuyết về trao đổi nhiệt đối lưu.
2. Theo dõi cán bộ hướng dẫn giới thiệu, phân tích cơ sở lý thuyết, phân
tíchcác thành phần cấu tạo của thiết bị thí nghiệm.
3. Lắp bộ trao đổi nhiệt vào kênh dẫn.
4. Kết nối cảm biển nhiệt độ, vận tốc, sau đó gạt công tắc để khởi động thiếtbị.
5. Khởi động quạt, nhấn nút đề cấp điện cho bộ gia nhiệt.
6. Điều khiển các mức công suất và mức quạt ứng với từng chế độ.
7. Quan sát nhiệt độ trên màn hình thiết bị, chờ thời gian nhiệt độ ổn định ở
bề mặt vách sau đó ghi kết quả vào bảng số liệu 1.
8. Tiếp tục thực hiện tương tự với công suất nhiệt và vận tốc khác nhau khácnhau.
9. Ghi chép các thông tin cần thiết để hoàn thành báo cáo thí nghiệm.
IV.Nguyên lý hoạt động:
- Nguồn nhiệt được cấp vào bề mặt trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng đặt trong một
đường ống, khảo sát sự biến thiên về nhiệt độ của tấm phẳng dưới tác động của
quạt (trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức), so sánh với nhiệt độ ban đầu của môi
trường từ đó đánh giá hệ số trao đổi nhiệt. V.Xử lý kết quả thí nghiệm:
Bảng 1: Kết quả thí nghiệm cho bộ trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng Nhiệt độ
môi trường 𝑡𝑓 = 25,8 [℃] STT 𝜔 [ ]𝑉 𝑄 [ ]𝑊 𝑡𝑤[℃]
𝛥𝑡 = 𝑡𝑤 − 𝑡𝑓[℃] 𝑘𝛴[𝑊 𝐾/ ] 1 3 20 47 21,2 0,9434 2 4 20 40 14,2 1,40845 3 5 30 35,5 9,7 2,06186
𝜔 [ ]𝑉 : vận tốc quạt. 𝑄 [ ]𝑊 : dòng nhiệt.
𝑡𝑤[℃]: nhiệt độ bề mặt trao đổi nhiệt.
𝛥𝑡 = 𝑡𝑤 − 𝑡𝑓[℃]: độ chênh nhiệt độ.
𝑘𝛴[𝑊 𝐾/ ]: cường độ trao đổi nhiệt. _ 2 5 2 1 5 1 0 5 0 0 1 2 3 4 5 6 Nhận xét:
- Khi cung cấp cùng một dòng nhiệt cho bề mặt trao đổi nhiệt, cường
độ trao đổi nhiệt năng lên khi tốc độ quạt (vận tốc dòng không khí
tiếp xúc với bề mặt trao đổi nhiệt) theo đồ thị tuyến tính.
Bài 3: TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU KHI SÔI
I. Mục đích thí nghiệm:
- Bằng thí nghiệm minh họa quá trình trao đổi nhiệt khi sôi trong không gian rộng
tìm hiểu các cơ chế sôi bọt, sôi màng và đánh giá sự ảnh hưởng của độ quá nhiệt
đến quá trình trao đổi nhiệt đối lưu.
II. Thiết bị thí nghiệm: Thiết bị thí nghiệm : Dùng môi chất R141b.
Có 05 đầu cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ:
+ t1: nhiệt độ môi chất lỏng R141b
+ t2: nhiệt độ hơi môi chất R141b
+ t3: nhiệt độ nước lạnh vào
+ t4: nhiệt độ nước lạnh ra
+ t5: nhiệt độ bề mặt đốt nóng
01 đầu đo áp suất đo áp suất tuyệt đối trong bình
Sơ đồ nguyên lý và hình ảnh thiết bị thí nghiệm
III. Trình tự thí nghiệm:
1. Điều chỉnh điện năng tiêu thụ khoảng W và điều chỉnh lưu lượng nướccho tới
khi đạt tới áp suất mong muốn là 1,….. bar (tuyệt đối).
2. Ghi giá trị nguồn đốt nóng, áp suất hơi, nhiệt độ lỏng và nhiệt độ bề mặtđốt nóng.
3. Tăng lượng nhiệt lên các mức khác nhau với độ tăng 10 W/lần đo.
Điềukhiển lưu lượng nước để áp suất duy trì ở mức mong muốn. Ghi giá
trị nguồn đốt nóng, áp suất hơi, nhiệt độ lỏng và nhiệt độ bề mặt đốt nóng
khi hệ thống ổn định.
4. Kết thúc quá trình thí nghiệm
Giảng viên hướng dẫn tạo chế độ sôi màng, sinh viên theo dõi và xác
định điều kiện nhiệt độ tới hạn.
5. Ghi chép các thông tin cần thiết để hoàn thành báo cáo thí nghiệm.
IV. Nguyên lý hoạt động:
- Thiết bị thí nghiệm chính gồm 1 buồng sôi chứa môi chất R141b, 1 đường cấp
nước vào ống giải nhiệt trong buồng sôi, một thanh điện trở chịu trách nhiệm cấp
nhiệt cho môi chất, các cặp nhiệt để đo nhiệt độ bề mặt trao đổi nhiệt, nhiệt độ
nước vào và ra khỏi buồng sôi, nhiệt độ của môi chất trong buồng sôi.
- Khảo sát sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt vách và môi chất trong bình để vẽ
đồ thị mối liên hệ giữa độ chênh nhiệt độ và dòng nhiệt, từ đó liên hệ với hệ số
trao đổi nhiệt đối lưu. Khi cấp nhiệt Quá trình sôi bọt diễn ra làm tăng hệ số trao
đổi nhiệt đối lưu đến cực đại và giảm dần, lúc này chuyển qua quá trình sôi màng
cho các bọt khí lớn dần và cản trở quá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt và môi
trường làm hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giảm. Khi các màng sôi đã hình thành
hoàn thiện trên toàn bộ mề mặt trao đổi nhiệt lúc này hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
bắt đầu tăng trở lại.
V. Xử lý kết quả thí nghiệm: Bảng kết quả đo: Q[W]: dòng nhiệt.
𝑡𝑤[℃]: nhiệt độ bề mặt vách.
𝑝𝑠[𝑏𝑎𝑟]: áp suất tuyệt đối trong bình.
𝑡𝑠[℃]: nhiệt độ bão hòa của môi chất.
𝑡𝑓[℃]: nhiệt độ môi chất trong bình.
𝑘𝛴[𝑊 𝐾/ ]: cường độ trao đổi nhiệt của bề mặt. 0 0 2 4 6 8 Nhận xét: [℃]
- Nhiệt độ bão hòa của môi chất R141b tra theo bảng so với nhiệt độ
bề mặt tại thời điểm sôi có sự chênh lệch, nhưng sự chênh lệch này
không lớn do sai số cặp nhiệt và điều kiện thí nghiệm.
- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dòng nhiệt vào độ chênh nhiệt độ
giữa môi chất và bề mặt trao đổi nhiệt thể hiện môi chất khảo sát
đang trong quá trình sôi bọt do dòng nhiệt tăng khi độ chênh nhiệt độ tăng.