Upload
sakda-mapraditkul
View
62
Download
2
Tags:
Embed Size (px)
Citation preview
ปฏบตการท 7 เครองแลกเปลยนความรอน (Heat Exchanger)
วตถประสงค 1.เพอศกษาหลกการทำางานของเครองแลกเปลยนความ
รอนแบบทอ 2 ชน เมอเปนการไหลแบบทางเดยวกน (co-current flow) และไหลสวนทางกน (countercurrent flow)
2.เพอศกษาผลของอตราการไหลของของไหลรอนตอการทำางานของเครองแลกเปลยนความรอน
ทฤษฎเครองแลกเปลยนความรอนแบบทอ 2 ชน มทอแลก
เปลยนความรอนเปนรปตว U ผวดานนอกเปนฉนวนกนความรอน ทอดานในเปนทอของของไหลรอน ทอดานนอกเปนทอสำาหรบของไหลเยน ม control valve เปนตวกำาหนด
ทศทางการไหลของของไหล flow meter สำาหรบวดอตราการไหลและเทอรโมมเตอรสำาหรบวดอณหภมทงของไหลรอนและของไหลเยน มลกษณะการถายเทความรอนเปนดงรป 1
45
Cold fluid in
Cold fluid out
Hot fluid inHot fluid out
A: ลกษณะการไหลของของเหลว
B : ทศทางการถายเทความรอนของของเหลว
รปท 1 ทศทางการไหลของของไหลและลกษณะการกระจายความรอนภายในเครองแลกเปลยน ความรอน
รปท 1A เปนรปทแสดงการไหลของของเหลวรอนและของเหลวเยน โดยของเหลวรอนจะไหลภายในทอเลกขางใน สวนของเหลวเยนจะไหลภายในทอภายนอกของซงเหลวทงสองจะมทศทางการไหลทสวนทางกนทงนเพอใหอตราการถายเทความรอนสมำาเสมอ
สำาหรบรปท 1B เปนรปทแสดงทศทางการถายเทความรอนของของเหลวรอน จากรปความรอนจะถายเทจากภายในผานผนงทอดานในโดยวธการนำาความรอน และถายเทตอใหของเหลวเยนโดยวธการพาความรอน จากนนกถายเทโดยวธการนำาไปยงผนงทอภายนอกและฉนวนตามลำาดบ
46
wall
Insulation
Cold fluid
Hot fluid
สำาหรบนำารอนทใชในการทดลองจะมถงเกบอยทางดานหลงของตวเครอง ประกอบดวยตวถงเกบ heater และเครองควบคมอณหภม ซงสามารถควบคมอณหภมใหคงท 1°C การหมนเวยนนำาจากถงเกบไปยงเครองแลกเปลยนใชปม นำารอนทผานระบบมาแลวจะหมนเวยนมาสถงเกบเพอใหความรอนอกครง สวนนำาเยนใชนำาเยนจากแหลงนำาเยนของหองปฏบตการ ลกษณะและสวนประกอบของเครองแสดงดงรปท 2 และ 3
47
รปท 2 สวนประกอบของเครองแลกเปลยนความรอน (ดาน
หลง)
48
รปท 3 สวนประกอบของเครองแลกเปลยนความรอน (ดานหนา)
เครองแลกเปลยนความรอนเปนของบรษท Armfield รน HT4 รายละเอยดสวนประกอบของเครองม ดงน
(1) ถงเกบนำา (สำาหรบนำารอน)(2) heater(3) แผนกนในถงเกบนำา(4) sensor ของอณหภมนำารอน(5) ทางออกจากถงนำารอน(6) ปมนำา(7) ฝาปดถงเกบนำา(8) -(9) ตวควบคมอณหภม (10) เทอรโมมเตอร แสดงอณหภมนำารอนทจด
กงกลางของวงจร(11) air bleed valve ม 2 อนสำาหรบนำารอนและ
นำาเยน(12) เทอรโมมเตอร แสดงอณหภมนำาเยนทจด
กงกลางของวงจร(13) ทอ 2 ชนสำาหรบแลกเปลยนความรอน
49
(14) เทอรโมมเตอรสำาหรบแสดงอณหภมนำาเยน(ม 2 อน)
(15) เทอรโมมเตอร แสดงอณหภมนำารอนเขาเครองแลกเปลยนความรอน
(16) selector valve สำาหรบปรบทศทางการไหลใหเปนการไหลแบบทางเดยวกน หรอสวนทางกน
(17) เทอรโมมเตอร แสดงอณหภมนำารอนออกจากเครองแลกเปลยนความรอน
(18) control valve ของนำารอน(19) flow meter ของนำารอน(20) control valve ของนำาเยน(21) ทางเขาของนำาเยน (22) ทางออกของนำาเยน(23) flow meter ของนำาเยน(24) drain valve ของถงเกบนำา(25) drain tap ททางออกของปม(26) drain tap ใต control valve ของนำาเยน(27) main isolator(28) RCCD(29) และ (30) beaker
วสดอปกรณ
50
เครองแลกเปลยนความรอนแบบทอ 2 ชน (concentric tube heat exchanger,HT4)การคำานวณ
Heat transfer rate , q• = UA∆Tm
(1)Heat power emitted = QHρ HCPH( THin - THout
) (2)Heat power absorbed = QCρ CCPC( TCin - TCout
) (3)Heat power lost = heat power emitted
- heat power absorbed (4)Efficiency , η = emitted powerheat
absorbed powerheat × 100(5)
Log mean temperature difference ∆ Tm = T TTT
∆ − ∆∆∆
1 21
2ln
(6)Overall heat transfer coefficient U =
T∆ m
heat power absorbedheat transmission area x (7)เมอ q
• คอ อตราการถายเทความรอน (W) A คอ พนทผวของทอทความรอนถายเท (m2)
U คอ สมประสทธการถายเทความรอน (W/m2 oC)QH คอ อตราการไหลของของเหลวรอน (m3/s)
51
ρ H คอ ความหนาแนนของของเหลวรอน (kg/m3)CpH คอ ความจความรอนจำาเพาะของของเหลวรอน
(J/kgoC)THin คอ อณหภมของเหลวรอนขาเขา (oC)THout คอ อณหภมของเหลวรอนขาออก (oC)QC คอ อตราการไหลของของเหลวเยน (m3/s)ρ C คอ ความหนาแนนของของเหลวเยน (kg/m3)CPC คอ ความจความรอนจำาเพาะของของเหลวเยน
(J/kgoC)TCin คอ อณหภมของเหลวเยนขาเขา (oC) TCout คอ อณหภมของเหลวเยนขาออก (oC) ∆ Tm คอ Log mean temperature difference(oC)∆ T1 คอ อณหภมของเหลวรอนขาเขา-อณหภม
ของเหลวเยนขาเขา (oC)∆ T2 คอ อณหภมของเหลวรอนขาออก-อณหภม
ของเหลวเยนขาออก (oC)
วธทดลอง1. การตดตงระบบทำางานของเครองแลกเปลยนความรอน
1. ตอทอนำาเยนเขากบแหลงนำาเยน และตอทอนำา(นำาเยนออก)ทง
52
2. ตรวจสอบวา Service valve ของปมนำาเปดอย (slot ขนานกบทอ)
3. ปด drain valve (24) drain tap(25) และ drain tap (26)
4. ปด air bleed valve (11)5. เปดฝา (7) เตมนำาสะอาดลงในถงเกบนำา6. ปด control valve (18) ของระบบนำารอน7. ตรวจสอบวา selector switch ทมอเตอรของปมนำา (6)
อยท " maximum"8. ตรวจระบบไฟ เปดสวตซ RCCD (28) ทดานหลงเครอง
กดปม TEST เพอทดสอบวา RCCD ทำางานตามปกตหรอไม ถาไม ใหเรยกชางไฟฟามาตรวจเสยกอน ถาทำางานปกต เปดสวตซ RCCD
9. เปดสวตซ main isolator(27) และ beaker (29) และ (30) ตรวจสอบวาปมสบนำาและตวควบคมอณหภมทำางานหรอไม
10. กด set point membrane key และ LOWER key เพอตงคาอณหภมใหสงกวาอณหภมหอง(เพอให heater ทำางาน)
11. เปด control valve (18) และ vent valve(11) ของระบบนำารอน ( air bleed valve ตวบนสด) เปด-ปด
53
control valve (18) จนนำาเขาระบบ ปด vent valve (11) ทนททนำาออก
12. ถาปมนำาไมสบนำา ใหตอสายยางเขากบ drain tap (25) ททางออกของปม ปลายขางหนงของสายยางใหจมในนำาในถงนำา(1) ขณะทปมทำางาน เปด drain valve จนปมสบนำา แลวจงปด drain valve และเอาทอออก
13. ตรวจดวานำาในถง (1) เพยงพอ ปดฝา (7)
2. การทดลอง ตอนท 1 ศกษาการทำางานของเครอง เมอเปลยนทศทางการไหล
1.) การไหลแบบทางเดยวกน1. ปรบ control valve ของนำารอน ใหอตราการไหลท
flow meter (19) เทากบ 2000 cc/min 2. ตง selector valve (16) ใหเปนการไหลแบบทาง
เดยวกน เปดใหนำาไหลเขาเครองแลกเปลยนความรอนจนการไหลอยในสภาวะคงท
54
3. ปรบ control valve (20) ของนำาเยน ใหอตราการไหลท flow meter (23) เทากบ 1000 cc/min
4. ตง set point ของ temperature controller ใหอยท อณหภม 60 °C โดยกด set point membrane key และ RAISE key
5. บนทกอณหภมของนำารอนและนำาเยนททางเขา จดกงกลาง และทางออกของเครองแลกเปลยนความรอน
6. คำานวณคา power emitted(W) , power absorbed (W) , power loss (W) ,%Efficiency, ∆ Tm (°C) และคา U(W/m2°C) และเขยนกราฟแสดง temperature profile
2.) การไหลแบบสวนทางกน1. ปรบ control valve ของนำารอน ใหอตราการไหลท
flow meter (19) เทากบ 2000 cc/min 2. ตง selector valve (16) ใหเปนการไหลแบบสวนทางกน
เปดใหนำาไหลเขาเครองแลกเปลยนความรอนจนการไหลอยในสภาวะคงท
3. ปรบ control valve (20) ของนำาเยน ใหอตราการไหลท flow meter (23) เทากบ 1000 cc/min
4. ตง set point ของ temperature controller ใหอยท อณหภม 60 °C โดยกด set point membrane key และ RAISE key
55
5. บนทกอณหภมของนำารอนและนำาเยนททางเขา จดกงกลาง และทางออกของเครองแลกเปลยนความรอน
6. คำานวณคา power emitted(W) , power absorbed (W) , power loss (W) ,%Efficiency, ∆ Tm (°C) และคา U(W/m2 °C) และเขยนกราฟแสดง temperature profile
ตอนท 2 ศกษาการทำางานของเครอง เมอเปลยนแปลงอตราการไหล
1. ปรบ control valve ของนำารอน ใหอตราการไหลท flow meter (19) เทากบ 1000 cc/min
2. ตง selector valve (16) ใหเปนการไหลแบบทางเดยวกน เปดใหนำาไหลเขาเครองแลกเปลยน ความรอนจนการไหลอยในสภาวะคงท
3. ปรบ control valve (20) ของนำาเยน ใหอตราการไหลท flow meter (23) เทากบ 1000 cc/min
4. ตง set point ของ temperature controller ใหอยท อณหภม 60 °C โดยกด set point membrane key และ RAISE key
56
5. บนทกอณหภมของนำารอนและนำาเยนททางเขา จดกงกลาง และทางออกของเครองแลกเปลยนความรอน
6. ทำาซำาขอ 1-5 แตเปลยนอตราการไหลท flow meter (19) เปน 2000 ,3000 ,4000 cc/min ตามลำาดบ
7. คำานวณคา power emitted(W) , power absorbed (W) , power loss (W) ,%Efficiency, Tm(°C) และคา U(W/m2°C) และเขยนกราฟแสดง temperature profile
8. ตง selector valve (16) ใหเปนการไหลแบบสวนทางกน ทำาซำาจากขอ 1-7 อกครง
ผลการทดลองตอนท 1 ศกษาการทำางานของเครอง เมอเปลยนแปลงทศทางการไหล
1.1 ตารางแสดงอณหภมทจดตางๆของเครองแลกเปลยนความรอน เมอเปนการไหลแบบทางเดยวกนและแบบสวนทางกน
TH in
(°C)TH mid
(°C)TH out
(°C)TC in (
°C)T Cmid
(°C)TC out
(°C)การไหลแบบทางเดยวกน
57
การไหลแบบสวนทางกน
1.2 ตารางแสดงผลการคำานวณPower emitte
dW
Power absorbedW
Power lost W
Efficiency%
∆ Tm
° CU
W /m2
°C
ไหลแบบทางเดยวกนไหลแบบสวนทางกน
58
ตอนท 2 ศกษาการทำางานของเครอง เมอเปลยนแปลงอตราการไหล
2.1 ตารางแสดงอณหภมทจดตางๆ ของเครองแลกเปลยนความรอน เมอทำาการเปลยนแปลงอตราการไหล
2.1.2 การไหลแบบทางเดยวกน
อตราการไหล
(cc/min)
TH in
(°C)TH mid
(°C)TH out
(°C)TC in (
°C)T Cmid
(°C)TC out
(°C)
1000200030004000
2.1.2 การไหลแบบสวนทางกนอตราการ
ไหล(cc/min)
TH in
(°C)TH mid
(°C)TH out
(°C)TC in (
°C)T Cmid
(°C)TC out
(°C)
1000
59
200030004000
2.2 ตารางแสดงผลการคำานวณอตราการ
ไหลPower emitte
dW
Power absorbedW
Power
lost W
Efficiency%
∆ Tm
° C
UW /m2 °C
การไหลแบบทางเดยวกน
1000200030004000
การไหล
100020003000
60
แบบสวนทางกน
4000
คำาถาม1.ใหเขยนไดอะแกรมระหวางอณหภมกบระยะทางทของเหลวเคลอนทภายในเครองแลกเปลยนความรอนแบบทงสองชน ทงแบบไหลทางเดยวกน และไหลสวนทางกน2.ใหวจารณผลวาทศทางการไหลมผลตออตราการถายเทความรอนอยางไร3.อตราการไหลมผลตอสมประสทธการถายเทความรอนหรอไม4.ปจจยททำาใหคา Heat power emitted และ Heat power absorbed ตางกน
เอกสารอางองและแหลงวทยาการArmfield, 1995, Instruction Manual : Concentric Tube
Heat Exchanger(HT4), November 1995, issue 10
61
62