Baøi 10 NHIEÄT ÑOÄNG LÖÏC HOÏC

1. MUÏC ÑÍCH Muïc ñích baøi thí nghieäm laø giuùp sinh vieân tìm hieåu baèng thöïc teá moät soá vaán ñeà cô baûn veà lyù thuyeát ñaõ hoïc trong moân hoïc Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät. Töø ñoù giuùp sinh vieân coù moät khaùi nieäm chung veà moân hoïc, hieåu ñöôïc vai troø vaø söï aùp duïng cuûa noù trong coâng nghieäp vaø ñôøi soáng.

2. THIEÁT BÒ THÍ NGHIEÄM

2.1. Moâ hình thí nghieäm Sô ñoà nguyeân lyù cuûa moâ hình thí nghieäm ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1. Noù laø moät oáng khí ñoäng, trong ñoù, khoâng khí ñöôïc thoåi qua töø ñaàu naøy ñeán ñaàu kia cuûa oáng vaø laàn löôït ñöôïc laøm laïnh baèng daøn boác hôi cuûa maùy laïnh, saáy noùng baèng ñieän trôû vaø laøm aåm baèng caùch phun hôi nöôùc töø moät bình taïo hôi.

2.2. Moâ taû sô ñoà Khoâng khí nhôø quaït gioù (coù cöûa ñieàu chænh löu löôïng) 1 thoåi qua oáng khí ñoäng 2, laàn löôït ñöôïc laøm laïnh trong giaøn laïnh 4, sau ñoù ñöôïc saáy noùng baèng ñieän trôû trong thieát bò saáy 5, sau ñoù ñöôïc laøm aåm bôûi voøi phun hôi 6 vaø ñöôïc thoåi ra ngoaøi. ÔÛ caùc vò trí tröôùc vaø sau moãi thieát bò naèm trong oáng khí ñoäng ñeàu coù ñaët caùc nhieät keá baàu khoâ 7 vaø caùc nhieät keá baàu öôùt 8 ñeå ño nhieät ñoä vaø ñoä aåm cuûa khoâng khí. Taïi ñaàu ra cuûa oáng khí ñoäng coù ñaët ñoàng hoà ño vaän toác gioù 9 ñeå xaùc ñònh löu löôïng gioù thoåi qua oáng. Phía döôùi daøn laïnh 4 coù ñaët duïng cuï ño theå tích nhaèm xaùc ñònh löu löôïng nöôùc ngöng tuï töø khoâng khí bò laøm laïnh.

1

Hình 1: Sô ñoà heä thoáng thí nghieäm nhieät ñoäng löïc hoïc

1. Quaït gioù 2. OÁng khí ñoäng

3. Maùy laïnh 4. Daøn laïnh

5. Thieát bò saáy noùng khoâng khí baèng ñieän trôû 6. Voøi phun hôi

7 Nhieät keá baàu khoâ 8. Nhieät keá baàu öôùt

9. Ñoàng hoà ño vaän toác gioù

3. PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM Trong baøi thí nghieäm naøy, sinh vieân phaøi thöïc hieän caùc coâng vieäc nhö sau:

1) Xaùc ñònh traïng thaùi khoâng khí bao goàm: nhieät ñoä, ñoä aåm cuûa khoâng khí taïi caùc vò trí tröôùc daøn laïnh 4 (cuõng chính laø traïng thaùi cuûa khoâng khí ôû moâi tröôøng xung quanh), tröôùc thieát bò saáy noùng khoâng khí 5 (sau daøn laïnh 4), tröôùc voøi phun hôi 6 vaø sau daøn phun hôi (thaûi ra ngoaøi trôøi). Töø caùc soá lieäu ño ñöôïc, sinh vieân phaûi veõ caùc quaù trình thay ñoåi traïng thaùi cuûa khoâng khí treân giaûn ñoà i-d vaø treân cô sôû ñoù sinh vieân phaûi xaùc ñònh enthalpy vaø ñoä chöùa hôi cuûa khoâng khí taïi caùc vò trí noùi treân.

2) Tính toaùn caân baèng nhieät cuûa oáng khí ñoäng bao goàm coâng vieäc nhö: xaùc ñònh löu löông gioù thoåi qua oáng, xaùc ñònh naêng suaát laïnh cuûa daønh laïnh vaø phuï taûi nhieät cuûa thieát bò saáy.

2

3.1. Quy trình vaän haønh 1) Baät nuùt coâng taéc toång,kieåm tra ñeøn baùo ñuû ba pha treân tuû ñieän.

2) Baät quaït thoåi khí, ñieàu chænh löu löôïng khoâng khí baèng caùch ñoùng/môû cöûa gioù.

3) Baät coâng taét maùy laïnh.

4) Baät coâng taéc ñieän trôû gia nhieät (söû duïng 1 ñieän trôû hoaëc caû hai ñieän trôû ).

5) Baät nuùt ñieàu khieån bình hôi (on) cho hôi baõo hoøa. Theo doõi nhieät ñoä vaø aùp suaát taïi bình hôi. Neáu aùp suaát ñaït 2kg/cm2 thì baét ñaàu môû van phun hôi.

6) Sau khi môû van phun hôi, ñeå heä thoáng chaïy khoaûng 2 phuùt nhaèm ñaït ñoä oån ñònh. Laàn löôït ño nhieät ñoä baàu khoâ, nhieät ñoä baàu öôùt laàn löôït taïi caùc vò trí. Duøng oáng ñong vaø thì keá ño löu löôïng nöôùc ngöng phía sau daøn laïnh.

7) Baät nuùt ñieàu khieån bình hôi (on) cho hôi quaù nhieät. Ñeå heä thoáng tieáp tuïc chaïy khoaûng 2 phuùt nhaèm ñaït oån ñònh vaø cuõng tieán haønh ño nhö treân.

8) Thay ñoåi cheá ñoä hoaït ñoäng khaùc baèng caùch thay ñoåi vò trí cöûa gioù, taêng hoaëc giaûm ñieän trôû, taêng hoaëc giaûm löôïng hôi phun vaøo.

Chuù yù:

Möïc nöôùc trong bình hôi ñöôïc kieåm tra sau moãi thí nghieäm (taét ñieän trôû) baèng caùch ñoùng môû van thoâng giöõa bình hôi vaø bình chöùa nöôùc ñeå caáp theâm nöôùc cho bình hôi. Möïc nöôùc caáp ngang vôùi nhieät keá hôi baõo hoøa.

4. PHUÙC TRÌNH

4.1. Keát quaû Sau khi thieát bò thí nghieäm ñaõ hoaït ñoäng bình thöôøng vaø oån ñònh thì sinh vieân baét ñaàu ghi caùc soá lieäu ño vaøo baûng 1 vaø 2 cho caùc laàn phun hôi nöôùc baõo hoøa vaø hôi nöôùc quaù nhieät Baûng 1: Nhieät ñoä khoâng khí

Ñieåm 1 Ñieåm 2 Ñieåm 3 Ñieåm 4

Tröôùc daøn laïnh (moâi tröôøng)

Tröôùc thieát bò saáy (Sau daøn laïnh )

Tröôùc voøi phun hôi (Sau thieát bò saáy)

Sau voøi phun hôi (thaûi ra ngoaøi )

Nhieät keá baàu khoâ

Nhieät keá baàu öôùt

Nhieät keá baàu khoâ

Nhieät keá baàu öôùt

Nhieät keá baàu khoâ

Nhieät keá baàu öôùt

Nhieät keá baàu khoâ

Nhieät keá baàu öôùt

3

Baûng 2: Caùc soá lieäu khaùc

Vaän toác gioù taïi ñaàu ra oáng khí ñoäng v (m/s)

Maãu ño löôïng nöôùc taùch ra töø daøn laïnh V1 (ml)

Thôøi gian laáy maãu ño löôïng nöôùc noùi treân t1 (giaây)

4.2. Tính toaùn

4.2.1. Xaùc ñònh caùc thoâng soá cuûa khoâng khí:

Theo giaûn ñoà i-d (phuï luïc 1), caên cöù vaøo nhieät ñoä nhieät keá khoâ vaø nhieät keá öôùt, sinh veân xaùc ñònh ñoä aåm töông ñoái ϕ(%), enthalpy I(kj/kg) vaø ñoä chöùa hôi d (kg/kg) cuûa khoâng khí taïi caùc ñieåm vaø vieát vaøo baûng 3. Sau ñoù sinh vieân phaûi veõ quaù trình bieán ñoåi cuûa traïng thaùi khoâng khí treân giaûn ñoà i-d

4.2.2. Xaùc ñònh löu löôïng khoâng khí chuyeån ñoäng trong oáng khí ñoäng

Löu löôïng troïng löôïng Gkk (kg/s) cuûa khoâng khí chuyeån ñoäng trong oáng khí ñoäng coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc sau ñaây:

Gkk = v.F.ρ (1) Trong ñoù :

v: vaän toác gioù ño taïi ñaàu ra cuûa oáng khí ñoäng (Baûng 2), m/s .

F = 0,0144 m2: dieän tích mieäng ra cuûa oáng khí ñoäng .

ρ: khoái löôïng rieâng cuûa khoâng khí (xaùc ñònh theo baûng 4), kg/m3.

Trong tröôøng hôïp naøy, ρ ñöôïc xaùc ñònh theo nhieät ñoä t(oC) cuûa nhieät keá khoâ taïi ñaàu vaøo cuûa oáng khí ñoäng.

Baûng 3: Caùc thoâng soá cuûa khoâng khí aåm

Ñieåm 1 Ñieåm 2 Ñieåm 3 Ñieåm 4 Thoâng soá

Tröôùc daøn laïnh (moâi tröôøng)

Tröôùc thieát bò saáy (sau daøn laïnh)

Tröôùc voøi phun hôi (sau thieát bò saáy)

Sau voøi phun hôi (thaûi ra ngoaøi)

Nhieät ñoä t (oC)

Ñoä aåm töông ñoái ϕ (%)

4

Enthalpy i (kj/kg)

Ñoä chöùa hôi d (kg/kg)

Baûng 4: Khoái löôïng rieâng cuûa khoâng khí ρ(kg/m3) phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä t(oC) cuûa noù

T 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

ρ 1,165 1,161 1,157 1,154 1,150 1,146 1,142 1,139 1,135 1,131

T 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

ρ 1,128 1,124 1,121 1,117 1,114 1,110 1,107 1,103 1,100 1,096

T 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59

ρ 1,093 1,089 1,086 1,083 1,079 1,076 1,073 1,070 1,066 1,063

T 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

ρ 1,060 1,057 1,054 1,051 1,047 1,044 1,041 1,039 1,035 1,032

T 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79

ρ 1,029 1,026 1,023 1,020 1,017 1,014 1,011 1,009 1,006 1,003

4.2.3. Tính toaùn daøn laïnh

a) Naêng suaát laïnh cuûa daøn laïnh Qo

Qo = Gkk (i1 – i2) (2)

Trong ño:

Gkk:löu löôïng troïng löôïng cuûa khoâng khí chuyeån ñoäng trong oáng khí ñoäng, ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc (1), kg/s

i1 vaø i2: enthalpy cuûa khoâng khí vaøo vaø ra khoûi daøn laïnh (baûng 3), kj/kg.

b) Löôïng nöôùc taùch ra töø daøn laïnh theo tíhnh toaùn lyù thuyeát Gnöôùc

Gnöôùc = 3600.Gkk.(d2 – d1) , kg/giôø (3)

Trong ñoù:

d1 vaø d2: ñoä chöùa hôi cuûa khoâng khí vaøo vaø ra khoûi daøn laïnh (baûng 3), kg/kg.

c) Löôïng nöôùc thöïc teá taùch ra töø daøn laïnh G’nöôùc

5

1

1060τ

VG nöôùc

.,' = , kg/giôø (4)

Trong ñoù:

V1 : maãu ño löôïng nöôùc taùch ra töø daøn laïnh (baûng 2), ml

τ1: thôøi gian laáy maãu ño löôïng nöôùc noùi treân (baûng 2), phuùt.

4.2.4. Tính toaùn thieát bò saáy khoâng khí

a) Phuï taûi nhieät cuûa thieát bò saáy khoâng khí Q

Q = G’kk(i3 – i2) , kW (5)

Trong ño :

i2 , i3: enthalpy cuûa khoâng khí vaøo vaø ra khoûi thieát bò saáy khoâng khí (baûng 3), kj/kg.

b) Löôïng nhieät do doøng ñieän cung caáp qua ñieän trôû

Q’ = 1kW (moät ñieän trôû)

Q’ = 2kW (hai ñieän trôû )

5. BAØN LUAÄN 1) Giaûi thích söï thay ñoåi traïng thaùi cuûa khoâng khí khi ñi qua oáng khí ñoäng döïa

treân söï thay ñoåi ñoä aåm cuûa khoâng khí

2) Giaûi thích taïi sao coù theå xaùc ñònh ñöôïc ñoä aåm cuûa khoâng khí thoâng qua nhieät ñoä baàu khoâ vaø nhieät ñoä baàu öôùt

3) So saùch giöõa caùc quaù trình laøm laïnh, saáy noùng vaø phun hôi nöôùc vaøo khoâng khí aåm treân ñoà thò i-d cuûa lyù thuyeát vaø thöïc teá. Giaûi thích söï sai bieät ñoù

6. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1] Hoaøng Ñình Tín, Leâ Chí Hieäp, “Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät”, ÑHBK Tp. HCM, 1996.

[2] Voõ Vaên Bang, Vuõ Baù Minh, “Quaù trình vaø Thieát bò – Taäp 3 – Truyeàn khoái”, ÑHBK Tp. HCM,1997.

6. CAÂU HOÛI CHUAÅN BÒ 1) Haõy neâu vaø ñònh nghóa caùc loaïi khoâng khí aåm?

2) Neâu phöông phaùp chuyeån ñoåi giöõa caùc loaïi khoâng khí aåm.

6

3) Haõy moâ taû ñoà thò khoâng khí aåm i-d.

4) Haõy neâu caùc öùng duïng cuûa lónh vöïc khoâng khí aåm trong coâng nghieäp vaø trong ñôøi soáng haèng ngaøy

5) Theá naøo laø nhieät ñoä baàu khoâ vaø nhieät ñoä baàu öôùt.

6) Neâu nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa nhieät keá baàu öôùt.

7) Neâu caùch xaùc ñònh ñoä aåm töông ñoái cuûa khoâng khí khi xaùc ñònh ñöôïc nhieät keá baàu khoâ vaø nhieät keá baàu öôùt.

8) Ñeå nhieät keá baàu öôùt hoaït ñoäng chính xaùc caàn phaûi coù ñieàu kieän gì?

9) Bieåu dieãn treân ñoà thò i-d caùc quaù trình : laøm laïnh khoâng khí, saáy noùng khoâng khí, vaø phun hôi aåm vaøo khoâng khí.

10) Löu löôïng khoái löôïng vaø löu löôïng theå tích cuûa khoâng khí aåm thay ñoåi nhö theá naøo khi ñi qua daøn laïnh, daøn saáy noùng vaø qua voøi phun hôi nöôùc trong oáng khí ñoäng?

11) Hôi nöôùc baõo hoøa vaø hôi nöôùc quaù nhieät laø gì? Cho ví duï.

12) Trong coâng nghieäp, khi söû duïng hôi nöôùc töø loø hôi thì ngöôøi ta söû duïng hôi nöôùc baõo hoøa hay hôi quaù nhieät, taïi sao?

13) Coâng thöùc (2), (5) söû duïng trong baøi thí nghieäm döïa vaøo nguyeân taéc naøo ? Haõy giaûi thích.

14) Neâu caùch naïp nöôùc vaøo noài hôi trong baøi thí nghieäm khò heä thoáng chöa vaän haønh vaø khi heä thoáng ñang hoïat ñoäng.

7