ISSN 1859 1531 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(84) 2014, QUYỂN 1 79 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT PROGRAM FOR CALCUTLATING THE HEAT TRANSFER COEFFICIENT Phan[.]
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(84).2014, QUYỂN 79 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT PROGRAM FOR CALCUTLATING THE HEAT TRANSFER COEFFICIENT Phan Quí Trà Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng; Email: pqtra@dct.udn.vn Tóm tắt - Tính tốn hệ số truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt toán phức tạp Đặc biệt thiết bị sử dụng kết hợp nhiều phương thức trao đổi nhiệt Việc tính tốn xác hệ số truyền nhiệt đóng vai trị quan trọng trình thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt, giúp nâng cao hiệu làm việc thiết bị, tiết kiệm chi phí chế tạo Bài báo xây dựng chương trình tính tốn hệ số truyền nhiệt qua dạng vách phương thức trao đổi nhiệt khác Chương trình tính tốn hệ số truyền nhiệt tốn truyền nhiệt khơng ổn định Ngồi chương trình cịn có thêm sở liệu phục vụ cho việc tra cứu thông số vật lý nhiệt động môi chất vật liệu Abstract - To calculate the heat transfer coefficient in the heat exchanger is a complicated problem Especially in devices using a combination of heat exchange methods The precise calculation of heat transfer coefficient plays an important role in the design of heat exchangers, which helps to improve work efficiency of the device and save manufacturing costs This article has built a program to calculate the heat transfer coefficient through the wall forms and various of heat exchanger methods The program can also calculate the heat transfer coefficient of anstable heat transfer problem In addition, the program also has a database for the physical and thermodynamic parameters of the fluids and materials Từ khóa - hệ số truyền nhiệt; truyền nhiệt; trao đổi nhiệt; thiết bị trao đổi nhiệt; lượng nhiệt; đối lưu; dẫn nhiệt; xạ Key words - heat transfer coefficient; heat transfer; heat exchange; heat exchanger; heat energy; conduction; convection; radiation Đặt vấn đề Nhiệt dạng lượng sử dụng phổ biến công nghiệp đời sống Việc nghiên cứu quy luật biến đổi nhiệt quy luật truyền nhiệt có ý nghĩa lớn nhằm giúp cho kỹ sư cử nhân chuyên ngành nhiệt lạnh thiết kế, vận hành sử dụng cách có hiệu hệ thống trang thiết bị nhiệt Với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ thông tin, lĩnh vực kỹ thuật Nhiệt, việc áp dụng cơng cụ lập trình để giải tốn truyền nhiệt giúp cho việc tính tốn trở nên đơn giản hiệu Tính tốn q trình truyền nhiệt bước quan trọng tính tốn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt: lị hơi, tuabin, hệ thống điều hồ, sấy… Việc lập trình chương trình tính tốn q trình truyền nhiệt mang lại hiệu Chương trình giúp tính tốn q trình trao đổi nhiệt cách đơn giản, nhanh chóng, xác tiện lợi Từ rút ngắn thời gian tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống nhiệt, lạnh, sấy, điều hồ… Xây dựng chương trình tính tốn 2.1 Tổng quan truyền nhiệt Hình Các trình truyền nhiệt - Truyền nhiệt trình trao đổi nhiệt vật thể, mơi chất khác có nhiệt độ chênh lệch - Quá trình truyền nhiệt trình phức tạp, diễn theo nhiều dạng khác - Các dạng truyền nhiệt diễn đồng thời tác động đến nhiệt độ, dòng nhiệt vật thể, môi chất môi trường khảo sát 2.2 Phân tích thiết kế chương trình 2.2.1 Lựa chọn ngơn ngữ lập trình sở liệu Ngơn ngữ lập trình cơng cụ tính tốn, việc chọn ngôn ngữ thuận lợi tiến hành lập trình giải tốn Do u cầu tính tốn đề tài, chúng tơi lựa chọn ngôn ngữ C# Visual Studio 2010 để làm công cụ lập trình Ngơn ngữ C# đơn giản, mạnh mẽ, khoảng 80 từ khóa mười kiểu liệu dựng sẵn Tuy nhiên, ngơn ngữ C# có ý nghĩa lớn thực thi khái niệm lập trình đại C# bao gồm tất hỗ trợ cho cấu trúc, thành phần, lập trình hướng đối tượng Những tính chất diện ngơn ngữ lập trình đại Hơn ngôn ngữ C# xây dựng tảng hai ngôn ngữ mạnh C++ Java Tóm lại, C# có đặc trưng sau đây: - C# ngôn ngữ đơn giản; - C# ngôn ngữ đại; - C# ngôn ngữ mạnh mẽ mềm dẻo; - C# trở nên phổ biến Bên cạnh đó, chương trình cần sở liệu lớn thông số vật lý, nhiệt động loại vật liệu, môi chất dùng kỹ thuật Nhiệt Tác giả chọn Microsoft SQL Server để quản trị sở liệu chương trình Microsoft SQL Server hệ quản trị sở liệu quan hệ (relational database management system – RDBMS) Microsoft phát triển tương thích tốt với C# Nó hệ 80 Phan Quí Trà quản trị sở liệu quan hệ mạng máy tính, hoạt động theo mơ hình khách - chủ cho phép lúc có nhiều người dùng truy xuất đồng thời đến liệu, quản lý việc truy cập quyền hạn người dùng mạng 2.2.2 Thiết kế chương trình a Thiết kế giao diện chương trình Chương trình thiết kế để tính tốn nhiều tốn truyền nhiệt nên giao diện cần thiết kế cho gọn, đẹp dễ sử dụng Cây chương trình: Với cách bố trí xếp này, toán chia theo dạng truyền nhiệt (Tab), Tab có toán nhỏ xếp theo Box Các Box chứa thơng tin tốn, thơng số cần xác định d Viết code cho tốn Để lập trình cho tốn ta cần đưa thuật toán Dưới thuật toán chung cho tốn: Hình Cây menu chương trình b Thiết kế Form đăng nhập Nhằm tăng cường khả bảo mật để quản lý quyền sử dụng chương trình, tác giả thiết kế Form đăng nhập sử dụng chương trình sau: Hình Thuật toán toán Trong toán cụ thể, tác giả sử dụng thêm số thuật toán riêng, hàm hỗ trợ cho việc truy xuất liệu từ sở liệu, nhằm mục đích đơn giản hố việc nhập thơng số liệu đầu vào Sử dụng chương trình để tính tốn truyền nhiệt 3.1 Bài tốn Hình Form đăng nhập sử dụng chương trình c Thiết kế Tab xếp tốn truyền nhiệt Để bố trí tốn cách trực quan cho người sử dụng dễ dàng tìm tốn muốn tính cách nhanh chóng, tác giả thiết kế giao diện theo kiểu tab sau: Hình Bộ sấy khơng khí chùm ống song song Hình Giao diện chương trình bố trí theo Tab Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bên ngồi chùm ống song song Một sấy khơng khí bao gồm chùm ống song song có bước ống dọc bước ống ngang SL = ST = 24mm, có dãy ống theo chiều hướng dịng mơi chất (NL = 3), dãy có ống (NT = 4) Dịng khơng khí (ở áp suất khí quyển) chuyển động với vận tốc 12 m/s nhiệt độ 23oC chuyển ngang qua chùm ống Biết đường kính ống D = 12 mm, dài 250 mm, nhiệt độ bề mặt ống ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(84).2014, QUYỂN trì 350 C Xác định nhiệt lượng truyền từ chùm ống cho khơng khí nhiệt độ dịng khơng khí khỏi sấy khơng khí Nhập thơng số sử dụng chương trình tính tốn, ta kết hình dưới: o 81 Trên hai toán sử dụng chương trình để tính tốn Chương trình cho kết xác nhanh chóng, giúp cho việc tính toán thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt thuận lợi Hình Kết tốn trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bên hai phẳng song song Hình 7: Kết tốn trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bên chùm ống song song Từ kết ta nhiệt độ dòng khơng khí sau khỏi sấy khơng khí 47,74 oC nhiệt lượng khơng khí nhận 7.857 kW 3.2 Bài toán Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bên hai phẳng song song Một collector thu lượng mặt trời gia nhiệt cho khơng khí có chiều dài 5m, chiều rộng 1m, khoảng cách kính bên ngồi collector 3cm Khơng khí vào collector có nhiệt độ 30 oC lưu lượng 0.15 m3/s Nếu nhiệt độ trung bình kính bên ngồi collector 20 oC 60 oC, xác định độ tăng nhiệt độ nhiệt lượng khơng khí nhận sau qua collector Hình Tấm collector sử dụng lượng mặt trời gia nhiệt khơng khí Nhập thơng số sử dụng chương trình tính tốn, ta kết Hình Từ kết ta biết độ tăng nhiệt độ dịng khơng khí sau qua collector 7oC nhiệt lượng khơng khí nhận 1.305kW Kết luận Chương trình tính tốn tốn truyền nhiệt: tính hệ số truyền nhiệt k, mật độ dòng nhiệt q xây dựng Windows thuận tiện dễ dàng cho việc sử dụng Chương trình góp phần tối ưu hóa q trình tính tốn truyền nhiệt từ tiết kiệm thời gian, cơng sức tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt như: lò hơi, tuabin,… giảm thiểu khó khăn, bất tiện, sai sót so với việc tính tốn thủ cơng, tiết kiệm thời gian, chi phí nâng cao hiệu công việc Việc xây dựng sở liệu cho chương trình góp phần đơn giản hố việc nhập thơng số tính tốn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] VDI, Wärmeatlas, Berechnungsblätter für den Wärmeübergang, Springer, 2002 [2] Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng, Nhiệt động kỹ thuật, Nhà xuất Giáo dục, 1999 [3] Võ Chí Chính, Hồng Dương Hùng, Lê Quốc, Lê Hoài Anh, Kỹ thuật nhiệt, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006 [4] Lý Ngọc Minh, Giáo trình thiết bị truyền nhiệt, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 [5] Yunus A Cengel, Heat Transfer: A Practical Approach, McGraw Hill, 2002 [6] Jack.P Holman, Heat Transfer: Ninth Edition, McGraw Hill, 2002 [7] Frank P Incropera, David P DeWitt, Introduction to Heat Transfer: Fourth Edition, Wiley John & Sons, 2001 [8] A F Mills, Basic Heat and Mass Transfer, Prentice Hall, 1999 [9] Bùi Hải, Trần Thế Sơn, Kỹ thuật nhiệt, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2008 [10] Bùi Hải, Hoàng Ngọc Đồng, Bài tập kỹ thuật nhiệt, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1999 [11] Theodore L Bergman, Adrienne S Lavine, Frank P Incropera, David P DeWitt, Introduction Heat Transfer 6th, Wiley, 2011 [12] Yunus A Cengel, Heat Transfer Second Edition, McGraw Hill, 2002 (BBT nhận bài: 20/11/2014, phản biện xong: 28/11/2014) ... tăng nhiệt độ dịng khơng khí sau qua collector 7oC nhiệt lượng khơng khí nhận 1.305kW Kết luận Chương trình tính tốn tốn truyền nhiệt: tính hệ số truyền nhiệt k, mật độ dòng nhiệt q xây dựng. .. diện chương trình Chương trình thiết kế để tính tốn nhiều tốn truyền nhiệt nên giao diện cần thiết kế cho gọn, đẹp dễ sử dụng Cây chương trình: Với cách bố trí xếp này, toán chia theo dạng truyền. .. định nhiệt lượng truyền từ chùm ống cho khơng khí nhiệt độ dịng khơng khí khỏi sấy khơng khí Nhập thơng số sử dụng chương trình tính tốn, ta kết hình dưới: o 81 Trên hai toán sử dụng chương trình