Nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở

Qs- Giới hạn sôi công suất nhiệt của ống nhiệt; W n- Khối lượng riêng chất lỏng ngưng; kg/m3 h- Khối lượng riêng hơi; kg/m3 Fis- Diện tích mặt trong phần ngưng ống nhiệt; m2 - Sức căn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG

TRƯỜNG TRÊN MÁY SẤY ĐIỆN TRỞ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG

TRƯỜNG TRÊN MÁY SẤY ĐIỆN TRỞ

Mã số: T2020-03GVT

Thành viên đề tài: Không

TP HCM, 08/2021

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG

TRÊN MÁY SẤY ĐIỆN TRỞ

Mã số: T2020-03GVT

Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối hợp chính

1 Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Thành Luân

2 Thành viên nghiên cứu Không

i

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1

II Tính cấp thiết 2

III Mục tiêu 3

IV Cách tiếp cận 3

V Phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

VI Nội dung nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

1.1 Tổng quan về máy sấy điện trở 5

1.2 Tổng quan về ống nhiệt 6

1.3 Cơ sở lý luận sự kết hợp máy sấy điện trở và ống nhiệt 13

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỦ SẤY ĐIỆN TRỞ VÀ BỘ ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG MÔI CHẤT R134a 17

2.1 Tính toán thiết kế máy sấy đối lưu (điện trở) 17

2.1.1 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 17

2.1.2 Tính toán quá trình sấy thực tế 18

2.2 Tính toán thiết kế ống nhiệt 23

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM , KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

3.1 Mô hình thực nghiệm 27

3.2 Nội dung thực nghiệm và các tiêu chí đánh giá 28

3.3 Kết quả và thảo luận 30

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39

Kết luận 39

Kiến nghị 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

PHỤ LỤC 43

ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thông số làm việc một số loại ống nhiệt 8

Bảng 2.1 Thông số đầu vào cho thiết kế máy sấy đối lưu 17

Bảng 2.2 Thông số các điểm nút quá trình sấy lý thuyết 18

Bảng 2.3 Thông số các điểm nút quá trình sấy thực tế 22

Bảng 2.4 Thông số đầu vào cho thiết kế máy sấy đối lưu 23

Bảng 3.1 Thông số bộ ống nhiệt 27

Bảng 3.2 Bố trí thí nghiệm theo phương pháp trực giao 2 nhân tố 29

Bảng 3.3 Hiệu quả sử dụng năng lượng tủ sấy 37

iii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Nguyên lý cấu tạo máy sấy đối lưu (điện trở) và đồ thị I-d 5

Hình 1.2 Nguyên lý cấu tạo ống nhiệt (heat pipe) 6

Hình 1.3 Cấu tạo bên trong ống nhiệt mao dẫn 7

Hình 1.4 Nguyên lý cấu tạo ống nhiệt ly tâm 7

Hình 1.5 Sơ đồ nhiệt trở quá trình truyền nhiệt qua ống nhiệt 11

Hình 1.6 Tiềm năng thu hồi nhiệt thải máy sấy đối lưu 14

Hình 1.7 Sơ đồ thu hồi nhiệt không khí sau buồng sấy 15

Hình 1.8 Sơ đồ bố trí ống nhiệt trọng trường trong máy sấy điện trở và đồ thị I-d 15 Hình 2.1 Đồ thị I-d quá trình sấy lý thuyết 18

Hình 2.2 Bố trí khay trong buồng sấy 18

Hình 2.3 Sơ đồ cân bằng nhiệt tại thiết bị sấy 19

Hình 2.4 Thông số các lớp của vách buồng sấy 20

Hình 2.5 Sơ đồ trao đổi nhiệt 24

Hình 2.6 Giản đồ giải hệ phương trình bằng phương pháp lặp 26

Hình 3.1 Bố trí ống nhiệt thu hồi nhiệt thải buồng sấy 27

Hình 3.2 Chênh lệnh nhiệt độ không khí vào, ra phần ngưng-phần sôi ống nhiệt 31

Hình 3.3 Nhiệt trao đổi ở phần ngưng, phần sôi ống nhiệt và tỉ số truyền nhiệt 31

Hình 3.4 Công suất nhiệt ống nhiệt theo thực nghiệm, lý thuyết và sai lệch 32

Hình 3.5 Nhiệt trao đổi tại phần sôi và phần ngưng ống nhiệt ở chế độ thực nghiệm và lý thuyết 32

Hình 3.6 Chênh lệch nhiệt độ không khí qua phần sôi và phần ngưng ống nhiệt 34

Hình 3.7 Lượng nhiệt thu hồi ứng với nhiệt độ không khí vào phần sôi ống nhiệt 35

Hình 3.8 Hiệu suất trao đổi nhiệt bộ ống nhiệt 36

Hình 3.9 Mức tăng về hiệu quả sử dụng năng lượng của tủ sấy khi kết hợp ống nhiệt so với trường hợp không có ống nhiệt 38

iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Qa- Giới hạn âm thanh công suất nhiệt của ống nhiệt; W

Ah- Tiết diện hơi trong ống nhiệt; m2

r- Nhiệt ẩn hóa hơi; J/kg

R- Hằng số chất khí; J/kmol.K

Th- Nhiệt độ tuyệt đối của hơi; K

k- Hệ số mũ đoạn nhiệt của hơi

Qs- Giới hạn sôi công suất nhiệt của ống nhiệt; W

n- Khối lượng riêng chất lỏng ngưng; kg/m3

h- Khối lượng riêng hơi; kg/m3

Fis- Diện tích mặt trong phần ngưng ống nhiệt; m2

- Sức căng bề mặt môi chất; N/m

g- Gia tốc trọng trường; m/s2

Qc- Giới hạn lôi cuốn công suất nhiệt của ống nhiệt; W

t z - Nhiệt độ trung bình dòng không khí đi qua phần sôi ống nhiệt; K

t w - Nhiệt độ trung bình dòng không khí đi qua phần ngưng ống nhiệt; K

F es - Diện tích mặt ngoài ống nhiệt phần sôi; m2

F en - Diện tích mặt ngoài ống nhiệt phần ngưng; m2

F is - Diện tích mặt trong ống nhiệt phần sôi; m2

F in - Diện tích mặt trong ống nhiệt phần ngưng; m2

d es - Đường kính ngoài của ống nhiệt phần sôi; m

d is - Đường kính trong của ống nhiệt phần sôi; m

d en - Đường kính ngoài của ống nhiệt phần ngưng; m

d in - Đường kính trong của ống nhiệt phần ngưng; m

v - Hệ số dẫn nhiệt của vách ống nhiệt; W/m.K

s - Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng của môi chất trong ống nhiệt; W/m2.K

s - Hệ số tỏa nhiệt khi sôi của môi chất trong ống nhiệt; W/m2.K

z - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu không khí bên ngoài phần sôi ống nhiệt; W/m2.K

w - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu không khí bên ngoài phần ngưng ống nhiệt; W/m2.K

z - Hệ số dẫn nhiệt của không khí đi ở phần sôi ống nhiệt; W/m.K

V max - Tốc độ không khí lớn nhất khi qua khe hẹp bộ trao đổi nhiệt; m/s

V - Tốc độ không khí trong kênh; m/s

d - Đường kính ống; m

s 1 - Bước ống ngang; m

p s - Áp suất hơi môi chất trong phần sôi; N/m2

p n - Áp suất hơi môi chất trong phần ngưng ống nhiệt; N/m2

T h - Nhiệt độ trung bình hơi trong ống; K

Q i - Công suất nhiệt bên trong của ống nhiệt; W

 - Hệ số nạp

r - Hệ số dẫn nhiệt của lỏng môi chất nạp; W/m.K

P bh - Áp suất hơi bão hòa; bar

d- Dung ẩm; kg/kgkk

I- Entanpy không khí; kJ/kg

- Độ ẩm tương đối; %

t- Nhiệt độ không khí; 0C

P kq - Áp suất khí quyển; P kq =1 (bar)

- Nhiệt tổn thất khi làm bay hơi 1 kg ẩm; kJ/kga

h fg - Nhiệt hóa hơi của ẩm theo nhiệt độ sấy; J/kg

BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH

DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ

1 Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở

2 Mã số đề tài: T2020-03GVT

3 Họ và tên, học vị, chức danh khoa học của chủ nhiệm: ThS Nguyễn Thành Luân

4 Đơn vị công tác: Khoa Cơ Khí Động Lực

5 Giải trình chỉnh sửa báo cáo tổng kết đề tài:

1 Tính toán giới hạn ống nhiệt

Ống nhiệt trọng trường có 3 giới hạn bao gồm: Giới hạn âm thanh, giới hạn sôi, giới hạn lôi cuốn Vì vậy khi thiết kế vận hành cần đảm bảo công suất nhiệt nhỏ hơn các công suất giới hạn trên, đảm bảo an toàn và không làm hỏng ống nhiệt

Qua các tính toán và thực nghiệm người ta thấy rằng giới hạn lôi cuốn

là nhỏ nhất Vì vậy khi thiết kế và vận hành chỉ quan tâm đến giới hạn lôi cuốn (phần lý thuyết ống nhiệt trang 8-10)

Sau khi xác định công suất một ống nhiệt Tác giả đã tính giới hạn lôi cuốn để kiểm tra công suất ống

nhiệt thiết kế (Trang 26) Qua tính

toán công suất nhiệt thiết kế thỏa mãn điều kiện nhỏ hơn công suất nhiệt lôi cuốn

2 Vẽ lại hình 2.4 Tác giả đã vẽ lại hình 2.4 đúng tên các lớp của vách buồng sấy (Trang

20)

3 Phạm vi sử dụng của phương trình mật độ dòng

nhiệt trang 20

Phương trình mật độ dòng nhiệt được áp dụng cho trường hợp dòng tác nhân sấy là không khí và chảy rối Tác giả đã bổ sung phạm vi sử

dụng phương trình (Trang 20)

ở biên và ở tâm Phương pháp cho phép khảo sát toàn bộ vùng với số lượng thực nghiệm ít nhất Tác giả

đã bổ sung ý nghĩa của phương pháp

bố trí thí nghiệm (Trang 28)

5

Vẽ lại đồ thị I-d vì điểm 2

cao hơn trục tung, độ ẩm

tương đối tại điểm 3.Do

công suất máy sấy có 0.5 kg

quá nhỏ nên nhiệt độ không

khí ra khỏi buồng sấy 60oC

còn cao nên tổn thất năng

Tác giả đã bổ sung vấn đề này vào

phần hạn chế của đề tài (Trang 39)

6 Bổ sung lại tính toán phương trình cân bằng nhiệt công

thức(2.4)

Tác giả đã bổ sung các công thức tính các nhiệt thành phần trong phương trình cân bằng nhiệt ở công

thức 2.4 (Trang 19)

7 Bổ sung hạn chế của đề tài

Tác giả đã bổ sung một số hạn chế của đề tài như: độ hoàn thiện trong chế tạo mô hình máy sấy, độ hoàn thiện trong chế tạo bộ ống nhiệt, cũng như giới hạn phạm vi khảo sát

(2): Liệt kê tóm tắt các ý kiến đóng góp của Hội đồng

(3): Ghi rõ các nội dung chỉnh sửa và ghi rõ trang đã được chỉnh sửa

(4): Giải trình các nội dung không chỉnh sửa và các ý kiến khác với ý kiến của Hội đồng (nếu có).

Tp HCM, ngày 25 tháng 10 năm 2021

Chủ nhiệm đề tài

(Ký và họ tên)

Nguyễn Thành Luân

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở

- Mã số: T2020-03GVT

- Chủ nhiệm: Th.S Nguyễn Thành Luân

- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

- Thời gian thực hiện: 04/2020 đến 04/2021

2 Mục tiêu:

+ Đánh giá hiệu suất trao đổi nhiệt (phần nhiệt hiện) của bộ ống nhiệt trọng trường môi chất R134a khi kết hợp vào máy sấy điện trở để thu hồi nhiệt thải ở điều kiện khí hậu Việt Nam

+ Đánh giá hiệu quả năng lượng máy sấy điện trở khi kết hợp ống nhiệt trọng trường môi chất R134a ở điều kiện khí hậu Việt Nam

3 Tính mới và sáng tạo:

Ứng dụng ống nhiệt trọng trường môi chất R134a để thu hồi nhiệt thải máy sấy điện trở

ở điều kiện khí hậu Việt Nam

4 Kết quả nghiên cứu:

Trong phạm vi khảo sát với nhiệt độ tác nhân sấy sau buồng sấy t = 40  60oC, tốc độ tác nhân sấy qua phần sôi, phần ngưng ống nhiệt v= 0,4  1,2 m/s và vật liêu sấy là rau

má, kết quả nghiên cứu cho thấy:

+ Với nhiệt độ tác nhân sấy sau buồng sấy t=60oC thì hiệu suất trao đổi nhiệt của bộ ống nhiệt (phần nhiệt hiện ) đạt 13,1  18,2% Ứng với trường hợp t= 50C thì hiệu suất trao đổi nhiệt đạt 8,7  12,2% Ứng với nhiệt độ t=40C ống nhiệt gần như không làm việc

ix

+ Hiệu quả sử dụng năng lượng của máy sấy kết hợp ống nhiệt tăng 10,6714,5% ứng

với t = 60C và 6,59,7% ứng với t = 50C khi so với trường hợp không có ống nhiệt

+ Ở điều kiện khí hậu Việt Nam với máy sấy có nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi

buồng sấy 5060C thì có thể kết hợp bộ ống nhiệt trọng trường môi chất R134a để thu

hồi nhiệt thải

5 Sản phẩm:

+ 01 Bài báo khoa học: NT Luân, NM Hạ, LH Nam “Nghiên cứu đánh giá hiệu quả

năng lượng tủ sấy kết hợp ống nhiệt trọng trường môi chất R134a” Tạp chí khoa học

giáo dục kỹ thuật, số 64, 2021

+01 Cuốn báo cáo tổng kết theo định dạng quy định của trường

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

+ Với máy sấy nóng đối lưu, nếu nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi buồng sấy lớn (t >

50C) thì có thể thực hiện thu hồi nhiệt thải bằng cách sử dụng bộ ống nhiệt trọng trường

môi chất R134a để giảm tiêu hao năng lượng khi vận hành

Coordinator: MS Nguyen Thanh Luan

Implementing institution: HCMC University of Technology and Education

Duration: from April 2020 to April 2021

2 Objective(s):

+ Evaluation of the sensible effectiveness of gravity heat pipes R134a when combined

on resistance dryers to recovering waste heat under climatic conditions in VietNam + Evaluation of energy efficiency of the dryer when combined with the gravity heat pipes R134a unit under climatic conditions in VietNam

3 Creativeness and innovativeness:

+ Application of gravity heat pipe R134a to recovering the waste heat of resistance dryers under climate conditions in Viet Nam

4 Research results:

In the scoping survey: the drying agent temperature out of cabinet dryer t = 40oC60oC, drying agent velocity through the condenser and evaporation part of the heat pipe v = 0,41,2 m/s, and Centella Asiatica is material Results indicated that:

+ With the drying agent temperature after the drying chamber t=60oC, the sensible effectiveness of the heat pipe reaches 13.1  18.2% For the case t= 50C, the sensible effectiveness of 8.7  12.2% Corresponding to the temperature t=40C the heat pipe almost does not work

+ The energy efficiency of the dryer combined with the heat pipe increases by 10.6714.5%, and 6.59.7% respectively, corresponding t=60C, and t=50C

xi

+ In Vietnam's climate, The Dryer has air temperature leaving the drying chamber 5060C possible to combine a unit of the gravity heat pipes to recovering waste heat

5 Products:

+ 01 Article: NT Luân, NM Hạ, LH Nam “Research the efficiency of gravity heat pipe

with R134a refrigerant on cabinet dryer” Journal of Technology Education Science, Vol

64, 2021

+01 Summary report according to regulations of Ho Chi Minh City University of Technology and Education

6 Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:

+ With the convection dryer, if the air temperature out of the drying chamber is large (t

> 50C) The set of the gravity heat pipe R134a can be used to recovering waste heat to reduce energy consumption during operating

1

MỞ ĐẦU

I Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Từ những năm của thập niên 70 thì ống nhiệt đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất Đơn cử như: Kim và cộng sự (cs) [1] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để làm mát CPU của máy tính Wu và cs [2] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để kiểm soát độ ẩm trong hệ thống điều hòa không khí Naphon [3] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để làm mát không khí trước khi vào dàn ngưng nhằm nâng cao hiệu suất hệ thống điều hòa không khí Yau [4] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để thu hồi nhiệt nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng của hệ thống điều hòa không khí Wang và cs [5] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để nâng cao hiệu quả năng lượng trong máy lạnh hấp thụ Các nghiên cứu khác liên quan đến ứng dụng ống nhiệt trong hệ thống điều hòa không khí có thể tìm thấy trong nghiên cứu của Chougule và cs [6] Để sản xuất nước nóng từ năng lượng mặt trời có nhiều nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt trong lĩnh vực này [7-10] Nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để thu hồi nhiệt khói thải lò hơi, lò công nghiệp

và động cơ nhiệt có thể tìm thấy trong nghiên cứu [11-13]

Trong lĩnh vực sấy, trên các máy sấy đối lưu, dòng tác nhân sấy sau buồng sấy có lưu lượng ổn định và nhiệt độ còn khá cao so với môi trường; do đó, nguồn nhiệt này có tiềm năng để thu hồi và tái sử dụng Nhiều nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng ống nhiệt để thu hồi nhiệt thải trên máy sấy như: nghiên cứu nâng cao hiệu quả tủ sấy quần

áo bằng cách kết hợp bộ thu hồi nhiệt kiểu ống nhiệt của Jian và Lizhong [14]; nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để nâng cao hiệu quả tủ sấy đối lưu của Meyer và Dobson [15]; đánh giá hiệu quả máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt [16-19]

Trong nước, cũng có nhiều nghiên cứu về ứng dụng bộ trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt Tác giả Trần Văn Vang [20] nghiên cứu sử dụng ống nhiệt để nâng cao hiệu quả năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí Tác giả Hoàng An Quốc và cs [21] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt trọng trường trong hệ thống máy lạnh hấp thụ Tác giả Nguyễn Thành Luân và Nguyễn Thế Bảo, nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để nâng cao hiệu quả máy sấy bơm nhiệt [22] Tác giả Trần Văn Vang [23] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để sản xuất nước nóng bằng năng lượng mặt trời Qua thực tế nghiên cứu trong và ngoài nước nhận thấy có nhiều nghiên cứu và ứng dụng ống nhiệt trong thực tế

2

Các nghiên cứu về ống nhiệt chỉ ra rằng nhiệt độ của dòng lưu chất đi qua phần sôi

và phần ngưng ống nhiệt ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của ống nhiệt Chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì khả năng làm việc và công suất của ống nhiệt tăng lên và ngược lại [24-26]

Trong nghiên cứu của Meyer và Dobson [15] phân tích khả năng thu hồi nhiệt thải của ống nhiệt đã được thực hiện với nhiệt độ môi trường (nhiệt độ không khí vào phần ngưng ống nhiệt) là 22C, nhiệt độ không khí vào phần sôi ống nhiệt 4060C Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả của tủ sấy cải thiện đáng kể có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất

Ở điều kiện khí hậu Việt Nam với nhiệt độ môi trường cao, điều này ảnh hưởng đáng

kể đến khả năng làm việc của ống nhiệt khi ứng dụng để thu hồi nhiệt trên máy sấy đối lưu với nhiệt độ dòng không khí ra khỏi buồng sấy không quá lớn Do đó, với mục tiêu đánh giá khả năng ứng dụng ống nhiệt trọng trường và máy sấy đối lưu điện trở ở điều kiện khí hậu Việt Nam Nghiên cứu này sẽ mở rộng phạm vi khảo sát nhiệt độ không khí vào phần ngưng ống nhiệt 3033C, nhiệt độ không khí vào phần sôi ống nhiệt 4060C

để xem xét đánh giá

Do đó tác giả chọn đề tài:”Nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên

máy sấy điện trở”

II Tính cấp thiết

Hiện nay, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao Do đó việc sử dụng hiệu quả năng lượng là yêu cầu cấp thiết cho mọi lĩnh vực Máy sấy điện trở với đặc điểm cấu tạo đơn giản, ứng dụng khá rộng rãi trong đời sống và sản xuất Tuy nhiên, nhược điểm

cơ bản là tiêu hao năng lượng lớn Do đó với mục đích tìm kiếm cơ hội, giảm tiêu hao điện năng trên máy sấy điện trở nhưng vẫn đảm bảo tính đơn giản trong vận hành, bảo trì, bảo dưỡng Nên đề tài tiếp cận, nghiên cứu việc kết hợp ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở ở điều kiện khí hậu Việt Nam nhằm đánh giá hiệu quả năng lượng Nếu hiệu quả của nghiên cứu tốt thì có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất

3

III Mục tiêu

+ Đánh giá hiệu suất trao đổi nhiệt (phần nhiệt hiện) của bộ ống nhiệt trọng trường môi chất R134a khi kết hợp vào máy sấy điện trở để thu hồi nhiệt thải ở điều kiện khí hậu Việt Nam

+ Đánh giá hiệu quả năng lượng máy sấy điện trở khi kết hợp ống nhiệt trọng trường môi chất R134a ở điều kiện khí hậu Việt Nam

IV Cách tiếp cận

Đề tài được thực hiện qua các bước: Tìm kiếm thông tin, phân tích tài liệu có liên quan, chế tạo mô hình, thí nghiệm, xử lý số liệu, bàn luận, kết luận, kiến nghị

V Phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1 Phương pháp nghiên cứu:

+ Phương pháp tổng quan: Tổng quan các bài báo khoa học liên quan

+ Phương pháp thực nghiệm: Thiết lập mô hình và tiến hành thí nghiệm

+ Phương pháp phân tích so sánh: Xử lý số liệu, xây dựng mô hình toán học, phân tích, so sánh

2 Đối tượng nghiên cứu

+ Đối tượng nghiên cứu là máy sấy điện trở kết hợp ống nhiệt trọng trường (ống đồng, chất công tác là R134a)

3 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài này được thực hiện với phạm vi nghiên cứu như sau:

+ Nghiên cứu được xem xét trên mô hình tủ sấy điện trở công suất 2,5 kW kết hợp ống nhiệt trọng trường loại Cu/R134a

+ Vật liệu sấy: Rau má

+ Nhiệt độ không khí sau buồng sấy: 40÷60C

+ Tốc độ không khí qua bộ trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt: 0,41,2 m/s

+ Nghiên cứu này được thực hiện tại thành phố Hồ Chí Minh năm 2020-2021 + Thực nghiệm được bố trí theo ma trận trực giao 2 nhân tố

VI Nội dung nghiên cứu

+ Tính toán thiết kế và chế tạo tủ sấy điện trở kết hợp ống nhiệt trọng trường môi chất R134a

4

+ Thực nghiệm khảo sát hiệu quả trao đổi nhiệt (phần nhiệt hiện) của bộ ống nhiệt trọng trường môi chất R134a khi kết hợp vào tủ sấy điện trở với các thí nghiệm được bố trí theo ma trận trực giao 2 nhân tố bao gồm: nhiệt độ sau buồng sấy t= 40  60C và tốc

độ không khí đi qua các phần trao đổi nhiệt của ống nhiệt v=0,41,2 m/s ở điều kiện khí hậu Việt Nam (cụ thể TP.HCM)

+ Đánh giá hiệu quả năng lượng của tủ sấy điện trở khi kết hợp ống nhiệt trọng trường môi chất R134a

cơ bản của máy sấy điện trở là chi phí vận hành lớn Do đó, đối với máy sấy điện trở việc tìm kiếm cơ hội giảm tiêu hao năng lượng là cần thiết Sơ đồ nguyên lý của máy sấy đối lưu (điện trở) thể hiện như Hình 1.1

Hình 1.1 Nguyên lý cấu tạo máy sấy đối lưu (điện trở) và đồ thị I-d

Nguyên lý làm việc: Không khí ngoài trời trạng thái (1) đi qua bộ gia nhiệt điện trở, được gia nhiệt lên đến trạng thái (2) Sau đó không khí nóng vào buồng sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt, ẩm với vật liệu sấy Sau đó không khí ra khỏi buồng sấy và đạt trạng thái (3)

1-2: Quá trình gia nhiệt tại bộ calorife điện trở

2-3: Quá trình sấy diễn ra tại buồng sấy

Điểm 1: Trạng thái không khí ngoài trời

Điểm 2: Trạng thái không khí sau bộ calorife

Điểm 3: Trạng thái không khí sau buồng sấy

6

1.2 Tổng quan về ống nhiệt

Ống nhiệt là một phần tử trao đổi nhiệt kín bên trong có chứa môi chất công tác Tùy theo loại ống nhiệt mà phía trong ống có thể trơn, xẻ rãnh hoặc có bấc mao dẫn Về mặt cấu tạo ống nhiệt chia làm 3 phần: phần sôi, phần đoạn nhiệt và phần ngưng thể hiện như Hình 1.2

Hình 1.2 Nguyên lý cấu tạo ống nhiệt (heat pipe) Nguyên lý làm việc ống nhiệt: Tại phần sôi ống nhiệt môi chất trong ống nhận lượng nhiệt từ bên ngoài truyền vào nên sôi và hóa hơi Môi chất sau khi hóa hơi chuyển động

về phần ngưng ống nhiệt, tại đây môi chất nhả nhiệt ra bên ngoài ngưng tụ thành lỏng sau đó quay trở lại phần sôi dưới tác dụng của trọng lực, lực mao dẫn hoặc ly tâm tùy vào loại ống nhiệt

Ống nhiệt được phân loại theo nhiều cách khác nhau như: Theo lực tác dụng đưa lỏng môi chất về phần sôi ống nhiệt, theo môi chất công tác, theo hình dạng ống

 Phân loại theo lực đưa lỏng môi chất từ phần ngưng về phần sôi ống nhiệt:

- Ống nhiệt trọng trường: ống nhiệt mà lỏng môi chất sau khi ngưng được đưa về phần sôi nhờ lực trọng trường Với loại ống nhiệt này cần thiết phải bố trí phần sôi luôn thấp hơn phần ngưng để đảm bảo môi chất sau khi ngưng có thể chảy được về phần sôi

- Ống nhiệt mao dẫn: ống nhiệt mà lỏng chất công tác sau khi ngưng được đưa về phần sôi ống nhiệt nhờ lực mao dẫn Mặc dù, có cấu tạo phức tạp hơn ống nhiệt trọng trường, tuy nhiên ống nhiệt mao dẫn có thuận hơn trong bố trí Để tạo ra lực mao dẫn các ống nhiệt có thể được làm các rãnh nhỏ ở bề mặt trong ống, bố trí lưới kim loại sát bề mặt

trong ống hoặc dạng hạt liên kết Hình 1.3 thể hiện cấu tạo bên trong một số loại ống

nhiệt mao dẫn

7

Hình 1.3 Cấu tạo bên trong ống nhiệt mao dẫn

- Ống nhiệt ly tâm: ống nhiệt mà lỏng chất công tác sau khi ngưng được đưa về phần sôi ống nhiệt nhờ lực ly tâm Hình 1.4 thể hiện nguyên lý cấu tạo ống nhiệt ly tâm

Hình 1.4 Nguyên lý cấu tạo ống nhiệt ly tâm Ngoài 3 loại ống nhiệt trên thì thực tế còn có một số loại ống nhiệt khác như ống nhiệt từ trường, ống nhiệt điện trường, ống nhiệt thẩm thấu Tuy nhiên, các loại ống

nhiệt này ít sử dụng và không phổ biến trong thực tế

 Phân loại theo môi chất nạp

Theo môi chất nạp ống nhiệt có thể chia thành ống nhiệt nạp môi chất dạng đơn chất

và ống nhiệt nạp môi chất dạng hợp chất Tuy nhiên, ống nhiệt nạp đơn chất được sử dụng phổ biến hơn trong thực tế Các môi chất công tác thường dùng và phạm vi làm việc được thể hiện trong Bảng 1.1

8

Bảng 1.1 Thông số làm việc một số loại ống nhiệt

STT tmin(C) tmax(C) Môi chất nạp Vật liệu chế tạo ống

01 -271 -269 Helium Thép không gỉ, Titanium

02 -258 -243 Hydrogen Thép không gỉ

03 -246 -234 Neon Thép không gỉ

04 -214 -160 Ôxy Nhôm, thép không gỉ

05 -203 -170 Nitơ Nhôm, thép không gỉ

06 -150 40 Propylene Nhôm, thép không gỉ, Nickel

07 15 80 R134a Thép không gỉ, đồng

08 -65 100 Amoniac Nhôm, thép, thép không gỉ, Nickel

09 -271 -269 Helium Thép không gỉ, Titanium

10 -258 -243 Hydrogen Thép không gỉ

11 -60 100 Methanol Đồng, Thép không gỉ

12 -50 100 Acetone Nhôm, thép không gỉ

13 -50 280 Toluene Thép, thép không gỉ, Cu-NI

14 20 280 Nước Đồng, Monel, Nickel, Titanium

 Các công suất giới hạn của ống nhiệt

Về mặt lý thuyết thì ống nhiệt có công suất rất lớn, tuy nhiên do ảnh hưởng của các quá trình nhiệt động, truyền nhiệt, thủy động xảy ra bên trong ống dẫn đến sự hạn chế về công suất nhiệt Khi công suất ống nhiệt lớn hơn Qmax tới hạn thì ống nhiệt không hoạt động, lỏng ngưng không quay về phần sôi dẫn đến nhiệt độ vách ống tăng cao, gây vỡ,

nổ ống nhiệt Ống nhiệt trọng trường có 3 giới hạn bao gồm: Giới hạn âm thanh, giới hạn sôi, giới hạn lôi cuốn Vì vậy khi thiết kế vận hành cần đảm bảo công suất nhiệt nhỏ hơn các công suất giới hạn trên, đảm bảo an toàn và không làm hỏng ống nhiệt

- Giới hạn âm thanh: Theo lý thuyết thì tốc độ hơi không thể lớn hơn tốc độ âm thanh Vì vậy công suất nhiệt lớn nhất ứng với trường hợp tốc độ hơi bằng tốc độ âm thanh gọi là giới hạn âm thanh của công suất nhiệt

9

0,5 h

Qa- Giới hạn âm thanh công suất nhiệt; W

Ah- Tiết diện hơi trong ống; m2

h- Khối lượng riêng của hơi; kg/m3

r- Nhiệt ẩn hóa hơi; J/kg

R- Hằng số chất khí; J/kmol.K

Th- Nhiệt độ tuyệt đối của hơi; K

k- Hệ số mũ đoạn nhiệt của hơi

- Giới hạn sôi: Khi lỏng công tác chảy từ phần ngưng về phần sôi, lớp chất lỏng sát bề mặt vách ở phần sôi nhận nhiệt sẽ sôi bọt Khi nhiệt đưa vào quá lớn thì chế độ sôi bọt chuyển sang sôi màng Dẫn đến hệ số tỏa nhiệt giảm mạnh, nhiệt độ vách ống tăng cao làm hỏng vách Vậy công suất nhiệt lớn nhất tại thời điểm chuyển từ sôi bọt sang sôi màng gọi là giới hạn sôi của công suất nhiệt

Trong đó:

Qs- Giới hạn sôi công suất nhiệt; W

n- Khối lượng riêng chất lỏng ngưng; kg/m3

h- Khối lượng riêng hơi; kg/m3

r- Nhiệt ẩn hóa hơi; J/kg

Fis- Diện tích mặt trong phần ngưng ống nhiệt; m2

- Sức căng bề mặt môi chất; N/m

g- Gia tốc trọng trường; m/s2

- Giới hạn lôi cuốn: Chất công tác sau khi ngưng sẽ về phần sôi, nếu công suất nhiệt lớn dẫn đến lượng hơi sinh ra ở phần sôi lớn với tốc độ cao sẽ cản trở lỏng chảy về phần sôi Khi đó ống nhiệt ngừng hoạt động Vậy công suất nhiệt lớn nhất mà tại đó dòng hơi có tác động cản trở lớn đến dòng lỏng ngưng gọi là giới hạn lôi cuốn của công suất

Qc- Giới hạn lôi cuốn của công suất; W

Ah- Tiết diện hơi trong ống; m2

r- Nhiệt ẩn hóa hơi; J/kg

n- Khối lượng riêng chất lỏng ngưng; kg/m3

h- Khối lượng riêng hơi; kg/m3

- Sức căng bề mặt môi chất; N/m

g- Gia tốc trọng trường; m/s2

Qua các tính toán và thực nghiệm người ta thấy rằng giới hạn lôi cuốn Qc là nhỏ nhất

vì vậy khi thiết kế và vận hành chỉ quan tâm đến giới hạn lôi cuốn Qc

 Đặc điểm của ống nhiệt

- Nhiệt độ bề mặt ống nhiệt đồng đều theo toàn bộ chiều dài ống Vì áp suất phần ngưng và phần sôi không chênh lệch nhiều

- Ống nhiệt truyền tải nhiệt từ vùng nóng đến vùng lạnh không phải dùng bơm Nên độ tin cậy tăng, không gây ồn

- Khả năng truyền nhiệt của ống nhiệt lớn vì quá trình truyền nhiệt bên trong ống nhiệt thực hiện bởi quá trình biến đổi pha

- Khoảng nhiệt độ làm việc rộng, có thể truyền tải nhiệt với khoảng cách xa

- Thuận lợi khi bảo trì, bảo dưỡng, thay thế

 Cơ sở tính toán ống nhiệt

Việc tính toán thiết kế ống nhiệt trọng trường môi chất R134a được trình bày ở các phương trình (1.4-1.9) [26] Khi thực hiện trao đổi nhiệt giữa dòng không khí nóng và dòng không khí lạnh, các nhiệt trở thành phần của quá trình truyền nhiệt thể hiện như Hình 1.5

t z , t w - Nhiệt độ trung bình dòng không khí đi qua phần sôi, phần ngưng; K

F es , F en - Diện tích mặt ngoài ống nhiệt phần sôi, phần ngưng; m2

F is , F in - Diện tích mặt trong ống nhiệt phần sôi, phần ngưng; m2

d es , d is - Đường kính ngoài và trong của ống nhiệt phần sôi; m

d en , d in - Đường kính ngoài và trong của ống nhiệt phần ngưng; m

v - Hệ số dẫn nhiệt của vách ống nhiệt, W/m.K Với đồng v =386W/m.K

n , s - Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng, sôi của môi chất trong ống nhiệt; W/m2.K

z - Hệ số dẫn nhiệt của không khí ứng với nhiệt độ tz; W/m.K

w - Hệ số dẫn nhiệt của không khí ứng với nhiệt độ tw; W/m.K

Nu- Số Nusselt

Theo công thức Churchill-Bernstein thì số Nusselt xác định theo công thức [27]:

4/5 5/8

 - Tốc độ không khí lớn nhất khi qua khe hẹp bộ trao đổi nhiệt; m/s

V - Tốc độ không khí trong kênh; m/s

d - Đường kính ống; m

s 1 - Bước ống ngang; m

p s , p n - Áp suất hơi môi chất trong phần sôi và phần ngưng ống nhiệt; N/m2

T h - Nhiệt độ trung bình hơi trong ống; K

h – Khối lượng riêng của hơi; kg/m3

Q i - Công suất nhiệt bên trong của ống nhiệt; W

Khi ống nhiệt làm việc ổn định, với chiều dài ống không lớn có thể bỏ qua nhiệt trở hơi chuyển động từ phần sôi về phần ngưng ống nhiệt Khi đó công suất một ống nhiệt có thể được xác định theo phương trình [26]:

 -Tổng nhiệt trở ngoài của ống nhiệt; K/W

Đối với nhiệt trở ngoài của ống nhiệt có thể thuận lợi xác định theo các phương trình

truyền nhiệt Tuy nhiên, với nhiệt trở trong thì xác định khó khăn hơn bởi liên quan đến

vấn đề sôi và ngưng dòng 2 pha trong ống nhiệt Do đó, để đơn giản trong việc xác định

công suất một ống nhiệt, có thể giải hệ phương trình (1.7) theo phương pháp lặp với giả

thiết ban đầu nhiệt trở trong Ri=0 cho đến khi sai số giá trị Q giữa 2 lần tính 0% [26]

0,75 0,25

5,24 .5,24

-z w

tn tt i

i i i

i

t t t

 - Hệ số nạp, đối với R134a =0,5 [15]

r - Hệ số dẫn nhiệt của lỏng môi chất nạp ứng với nhiệt độ Th; W/m.K

r - Khối lượng riêng của lỏng môi chất nạp ứng với nhiệt độ Th; kg/m3

r - Nhiệt ẩn hóa hơi của môi chất nạp ứng với nhiệt độ Th; kJ/kg

r - Độ nhớt của lỏng môi chất nạp ứng với nhiệt độ Th; kg/m.s

1.3 Cơ sở lý luận sự kết hợp máy sấy điện trở và ống nhiệt

Trong lĩnh vực sấy nóng, sấy điện trở với công nghệ đơn giản trong chế tạo và

vận hành nên ứng dụng khá rộng rãi trong sản xuất Mặc dù đơn giản trong chế tạo và

Nếu thiết kế buồng sấy quá dài thì nhiệt độ không khí sau buồng sấy sẽ nhỏ, về mặt năng lượng là hiệu quả Tuy nhiên, nếu nhiệt độ không khí ra khỏi buồng sấy quá nhỏ thì có khả năng gây đọng sương bên trong buồng sấy, đây là điều không mong muốn Mặt khác nếu buồng sấy quá dài dẫn đến vật liệu sấy khô không đều, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Ngược lại nếu thiết kế buồng sấy ngắn quá thì về mặt hiệu quả năng lượng là không tốt, tuy nhiên nếu xem xét trên khía cạnh khô đều thì sản phẩm sấy

sẽ khô đồng đều hơn

Do đó, thực tế việc thiết kế buồng sấy đối với các máy sấy đối lưu, dạng sấy tĩnh thì buồng sấy không quá dài nếu nhiệt độ sấy không lớn Với các loại máy sấy có nhiệt

độ sấy khoảng 50  120C, với đặc điểm buồng sấy ngắn nên nhiệt độ không khí ra khỏi buồng sấy thường khá cao so với nhiệt độ môi trường bên ngoài Đồng thời, dòng không khí này có lưu lượng ổn định Do đó, có khả năng thực hiện việc thu hồi nhiệt thải của dòng không khí này để tái sử dụng (Hình 1.6)

Hình 1.6 Tiềm năng thu hồi nhiệt thải máy sấy đối lưu

Sơ đồ thu hồi nhiệt thải được thực hiện theo sơ đồ nguyên lý ở Hình 1.7, sử dụng dòng không khí sau buồng sấy để gia nhiệt cho không khí trước khi đi vào buồng sấy

15

Hình 1.7 Sơ đồ thu hồi nhiệt không khí sau buồng sấy

Để thực hiện việc thu hồi nhiệt thải, quan trọng nhất là chọn loại thiết bị trao đổi nhiệt, qua nghiên cứu tài liệu cho thấy trao đổi nhiệt kiểu khí-khí có thể sử dụng nhiều dạng thiết bị trao đổi nhiệt Tuy nhiên, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt nổi lên như một giải pháp có nhiều lợi thế về mặt kích thước, hiệu quả, bảo trì, bảo dưỡng Do đó trong đề tài này sẽ tập trung vào giải pháp sử dụng ống nhiệt để thu hồi nhiệt thải của máy sấy điện trở Sơ đồ thu hồi nhiệt thải sử dụng ống nhiệt thể hiện như Hình 1.8

Hình 1.8 Sơ đồ bố trí ống nhiệt trọng trường trong máy sấy điện trở và đồ thị I-d

Nguyên lý làm việc: Không khí nóng sau khi ra khỏi buồng sấy trạng thái (4) đi

qua phần sôi ống nhiệt Tại đây, không khí gia nhiệt cho môi chất trong ống nhiệt; môi chất sôi hóa hơi và chuyển động về phần ngưng ống nhiệt còn không khí sau khi ra khỏi phần sôi đạt trạng thái (5) và đi ra ngoài Không khí ngoài trời trạng thái (1) đi qua phần ngưng ống nhiệt Tại đây, không khí trao đổi nhiệt với môi chất trong ống nhiệt Kết quả môi chất ngưng tụ thành lỏng dưới tác dụng trọng lực quay trở lại phần sôi ống nhiệt;

16

còn không khí sau khi ra khỏi phần ngưng ống nhiệt, nhiệt độ tăng lên và đạt trạng thái (2) Tiếp đó đi vào bộ gia nhiệt điện trở và được gia nhiệt đến nhiệt độ sấy trạng thái (3) Sau đó không khí được cấp vào buồng sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt, ẩm với vật liệu sấy Không khí sau khi ra khỏi buồng sấy đạt trạng thái (4) lại tiếp tục đi vào phần sôi ống nhiệt và quá trình cứ vậy tiếp diễn

Trên đồ thị I-d ta thấy:

Lượng nhiệt mà tác nhân sấy được lấy đi bởi ống nhiệt trước khi thoát ra ngoài: I1=I4-I5; kJ/kg (1.10) Lượng nhiệt mà tác nhân sấy nhận được từ ống nhiệt trước khi đi qua calorife: I2=I2-I1; kJ/kg (1.11) Công suất nhiệt yêu cấp cấp cho quá trình sấy sẽ giảm đi một lượng:

Qs=I2; kJ/kg (1.12)

Rõ ràng về mặt lý thuyết, khi kết hợp ống nhiệt trọng trường vào máy sấy điện trở thì tiết kiệm được một lượng nhiệt Do đó, hiệu quả sử dụng năng lượng của máy sấy sẽ tăng

17

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỦ SẤY ĐIỆN TRỞ VÀ BỘ ỐNG NHIỆT

TRỌNG TRƯỜNG MÔI CHẤT R134a 2.1 Tính toán thiết kế máy sấy đối lưu (điện trở)

Trong phần này sẽ trình bày tính toán thiết kế một tủ sấy thông thường để sấy vật

liệu rau má Với các giả thiết ban đầu của thiết kế như Bảng 2.1

Bảng 2.1 Thông số đầu vào cho thiết kế máy sấy đối lưu

STT Thông số Giá trị Đơn vị

1 Vật liệu sấy Rau má -

2 Năng suất (đầu vào) 0,5 kg/mẻ

3 Thời gian sấy 90 phút

4 Độ ẩm của sản phẩm vào 87 %

5 Độ ẩm của sản phẩm ra 10 %

7 Nhiệt độ không khí ra khỏi buồng sấy 60 C

8 Địa điểm: TP.Hồ Chí Minh Nhiệt độ 30C

P -P φ

(2.2) Entanpy của tác nhân sấy: I=1,004.t+d.(2500+1,84.t); kJ/kgkk (2.3)

P kq - Áp suất khí quyển; P kq =1 (bar)

100-ω 100-10 kg

b Lượng tác nhân sấy cần cấp: .o 0,01981

o

W l L



  kg/s

2.1.2 Tính toán quá trình sấy thực tế

Chọn 4 khay kích thước Lk x Wk xHk=280mm x 220mm x 50mm, mỗi khay có khối lượng 0,5kg Mỗi khay chứa 125g vật liệu sấy được bố trí như Hình 2.2

W b

L b

L k

C C

A A

19

Chọn các khoảng cách A=15 mm, B =125mm, C =10 (mm)

Kích thước buồng sấy: Lb xWb x Hb=300 (mm) x 250 (mm) x 500 (mm)

Sơ đồ cân bằng nhiệt tại thiết bị sấy thể hiện như Hình 2.3 [28]

TBS Q

Hình 2.3 Sơ đồ cân bằng nhiệt tại thiết bị sấy Phương trình cân bằng nhiệt [28]: Q + Qbs + Q1 = Qvl + Qmt + Qvc (2.4)

Trong đó:

Q=L.(I3-I2)- Nhiệt cấp cho quá trình sấy; kW

Q1 = W.Cn.tv - Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào

Qvl =G2.Cvl.tvl - Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang ra; kW

Qmt= q.F - Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che; kW

Qvc =Gkh.Ckh.tkh - Nhiệt tổn thất theo thiết bị vận chuyển; kW

L- Lượng tác nhân sấy cấp cho 1 mẻ sấy;kg/mẻ

Cn- Nhiệt dung riêng của nước; kJ/kg.K

Cvl- Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy; kJ/kg.K

Ckh- Nhiệt dung riêng của khay sấy; kJ/kg.K

tv- Nhiệt độ không khí ngoài trời; 0C

G2- Khối lượng sản phẩm sau khi sấy; kg

tvl- Chênh lệch nhiệt độ sản phẩm sấy sau khi ra buồng sấy và trước khi vào

buồng sấy; 0C

tkh- Chênh lệch nhiệt độ khay sấy sau khi ra buồng sấy và trước khi vào buồng

sấy; 0C

20

q- Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách buồng sấy; W/m2

F- Diện tích xung quanh buồng sấy; m2

Cn- Nhiệt dung riêng của nước; kJ/kg.K

tv- Nhiệt độ không khí ngoài trời; 0C

Giả thiết không cấp nhiệt bổ sung Qbs=0, chia 2 vế phương trình (2.4) cho W ta có:

Đây chính là cơ sở để xác định trạng thái thực tế của tác nhân sấy khi ra khỏi buồng sấy

+ Nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che

Nhiệt tổn thất ra môi trường được tính theo công thức: Qmt= q.F; W (2.6)

Trong đó:

F- Diện tích xung quanh của buồng sấy; m2

q- Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách; W/m2

Hình 2.4 Thông số các lớp của vách buồng sấy Giả thiết nhiệt độ mặt trong của vách: tw1 =59,93oC

Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy trong buồng sấy: tf1=(t2+t3)/2=65oC

Nếu xem không khí bên trong buồng sấy là chảy rối thì mật độ dòng nhiệt trao đổi nhiệt

đối lưu giữa tác nhân sấy với mặt trong vách được xác định[28]:

1 Lớp inox 0,2 22

2 Foam 50 0,03

21

Nhiệt độ mặt ngoài vách được xác định: tw2 = tw1 - q 2

1

n i

q’=1,715.(tw2-tf2)1,333=14,92 W/m2

Kiểm tra q=q’ vậy chọn tw1=59,93 0C ban đầu chính xác

Nhiệt tổn thất ra môi trường trong quá trình sấy: Qmt=q.F. = 36,25 kJ

+ Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy mang đi

Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi được tính theo công thức:

Qvl = G2.Cvl.(tr – tv) (2.7) Trong đó:

tv=30oC- Nhiệt độ vật liệu sấy trước khi vào buồng sấy

tr=t2-5=65oC- Nhiệt độ vật liệu sấy khi ra khỏi buồng sấy

G2=0,0722 kg- Khối lượng sản phẩm sau khi sấy

Cvl= 3,8 kJ/kg.K- Nhiệt dung riêng của rau má [28]

Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi:Qvl = G2.Cvl.(tr – tv)=9,61 kJ

+ Nhiệt tổn thất theo thiết bị vận chuyển

Nhiệt tổn thất do thiết bị vận chuyển được xác định theo công thức:

Qvc =Gk.Ck.(tr – tv) (2.8) Trong đó:

Gk=0,2.4=4 kg - Khối lượng khay sấy

Ck=0,5kJ/kg.K- Nhiệt dung riêng của khay sấy Inox 304

tv=30oC- Nhiệt độ khay sấy trước khi vào buồng sấy

tr=70oC- Nhiệt độ khay sấy sau khi ra khỏi buồng sấy

Nhiệt tổn thất theo thiết bị vận chuyển: Qvc=Gk.Ck.(tr – tv)=40 kJ

Vậyq =93,51kJ/kgvc a

+ Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào

22

Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào được xác định theo công thức:

q1= Cn.tv (kJ/kga) (2.9) Trong đó:

Cn=4,186 kJ/kgaK- Nhiệt dung riêng của nước

tv=30C- Nhiệt độ môi trường bên ngoài

Vậy: q1= Cn.tv=125,6kJ/kga

+ Nhiệt tổn thất khi làm bay hơi 1 kg ẩm

Nhiệt tổn thất khi làm bay hơi 1 kg ẩm: = q1 - (qvc + qvl + qmt)= -75,13 kJ/kga

+ Xác định các điểm nút quá trình sấy thực tế

- Điểm 1, 2: Thông số không thay đổi so với quá trình sấy lý thuyết

- Điểm 3’: Trạng thái thực tế tác nhân sấy ra khỏi buồng sấy

Bảng 2.3 Thông số các điểm nút quá trình sấy thực tế

Điểm Nhiệt độ t; C Độ ẩm ; % Dung ẩm d; kg/kgkk Entanpy I; kJ/kg

d Lưu lượng thể tích không khí thực tế cần cấp: V=Ltt/kk=67 m3/h

(khối lượng riêng không khí kk=1,1 kg/m3)

e Công suất nhiệt yêu cầu: tt  3 

c

2’

y L I

-Q =s I =0,85kW Với dự kiến sử dụng mô hình máy sấy vừa thiết kế vào thực nghiệm Với phạm vi khảo sát dự kiến: nhiệt độ sấy t=5070C, tốc độ không khí qua phần sôi và ngưng của

2.2 Tính toán thiết kế ống nhiệt

Các thông số đầu vào cho tính toán thiết kế thể hiện ở Bảng 2.4

Bảng 2.4 Thông số đầu vào cho thiết kế máy sấy đối lưu

STT Thông số Giá trị Đơn vị

3 Chiều dài phần sôi 225 mm

4 Chiều dài phần ngưng 225 mm

5 Chiều dài phần đoạn nhiệt 50 mm

12 Tốc độ không khí đi trên kênh v=1,2 m/s

Để đơn giản trong tính toán, bỏ qua phần nhiệt ẩn các tính toán sẽ được thực hiện trên phần nhiệt hiện Sơ đồ trao đổi nhiệt thể hiện như Hình 2.5

24

Hình 2.5 Sơ đồ trao đổi nhiệt

- Nhiệt dòng không khí nhả ra tại phần sôi ống nhiệt: Q 1 =m.C p (t 4 -t 3 )=457,7 W

- Giả thiết nhận được 75% lượng nhiệt từ không khí ở phần sôi nhả ra Khi đó nhiệt độ không khí ra khỏi phần ngưng ống nhiệt là: t4=36oC

- Nhiệt độ không khí trung bình ở phần sôi: tz=0.5(t3+t4)=56oC

- Nhiệt độ trung bình không khí ở phần ngưng: tw=0.5(t1+t2)=33oC

- Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa không khí đi qua phần ngưng và phần sôi:

25

4/5 5/8

n n w

Nu d

Nhiệt độ môi chất bay hơi trong ống nhiệt: t h =0,5.(t z +t w )=44,5C

Thông số vật lý của nước ứng với nhiệt độ th=44,5C (sử dụng EES):