Btl nhiệt động truyền nhiệt

1 BÀI TẬP LỚN NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT VÀ TRUYỀN NHIỆT SVTH NGUYỄN VIẾT HẢI MSSV 1510925 Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống lưu động ngược chiều làm việc với các thông số như sau Nước nó[.]

BÀI TẬP LỚN NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT VÀ TRUYỀN NHIỆT SVTH: NGUYỄN VIẾT HẢI MSSV: 1510925 Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống lưu động ngược chiều làm việc với thông số sau: - Nước nóng chảy ống nhỏ có đường kính d1=100mm, đường kính ngồi d2=114mm, hệ số dẫn nhiệt ống =46W/mK Nhiệt độ nước nóng vào 𝑡1′ =90oC, nhiệt độ nước nóng 𝑡1′′ =50oC Vận tốc nước nóng ống 1=1,29 (m/s) - Nước lạnh chuyển động không gian hình vành khăn ống lớn ống nhỏ, đường kính ống lớn D1=160mm Nhiệt độ nước lạnh vào 𝑡2′ =30oC, vận tốc nước lạnh 2=1,25 (m/s) Hãy xác định: a Hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước nóng nước lạnh b Hệ số truyền nhiệt thiết bị c Diện tích truyền nhiệt thiết bị theo phương pháp LMTD -NTU d Nhiệt độ nước lạnh khỏi thiết bị dòng lưu chất chuyển động chiều (diện tích thiết bị trao đổi nhiệt khơng thay đổi) e Sau thời gian làm việc bề mặt trao đổi nhiệt có bám lớp cáu có chiều dày c=0,4 (mm) hệ số dẫn nhiệt lớp cáu c=0,09 (W/mK) Hãy xác định lại hiệu suất thiết bị nhiệt độ nước nóng nước lạnh BÀI LÀM a Hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước nóng nước lạnh: t1'  t1" 90  50 Nước nóng: Nhiệt độ tính tốn tm    70o C 2 - Tra bảng 25 ta có: m  66,8 102 W / m.K , vm  0,415 106 m2 / s , Prm  2,55 - Diện tích tính toán:   d1  100mm - Tiêu chuẩn Reynolds: Re  1d1 vm  1,29.0,1  310843,4  104 nên nước 6 0,415  10 nóng chảy ống chế độ chảy rối, phương trình tiêu chuẩn có dạng sau:  Pr  Nu  0,021Re0,8 Pr 0,43  f   Prw  - 0,25  l  R  0,021.310843,40,8.2,550,43.1.1.1  778,13 Hệ số đối lưu nước nóng là: m 66,8  102 1  Nu  778,13  5198W / m2 K d1 0,1 - Phương trình cân nhiệt: Q1  G1.c p (t1'  t1" )  1..S1.4,18.40  Q2  2 .S2 4,18. t2"  t2'   1,29.1000  0,12   0,162  0,1142  " ' 40  1,25.1000.   (t2  t2 ) 4    t2"  62,75o C t2"  t2' 62,75  30 Nước lạnh: Nhiệt độ tính tốn tm    46,375o C 2 - Tra bảng 25 ta có: m  69,3 102 W / m.K , vm  0,593 106 m2 / s , Prm  3,82 - Diện tích tính tốn:   D1  d2  160  114  46mm - Tiêu chuẩn Reynolds: Re  2 vm  1,25.0,046  96964,6  104 nên nước 6 0,593  10 lạnh chảy ống chế độ chảy rối, phương trình tiêu chuẩn có dạng sau: Nu  0,021Re Pr 0,8 - 0,43  Pr   f   Prw  0,25  l  R  0,021.96964,60,8.3,820,43.1.1.1  364,6 Hệ số đối lưu nước lạnh là:   Nu m 69,3  102  364,6  5492W / m2 K  0,046 b Hệ số truyền nhiệt thiết bị: kF  1   1898,8 W / m2 độ d  d1 1 0,014     1 2  5198 2.46 5492 c Diện tích truyền nhiệt: + Theo phương pháp LMTD: tmax  t1'  t2"  90  62,75  27,25o C tmin  t1"  t2'  50  30  20o C - Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit tl : tl  tmax  tmin 27,25  20   23,44o C t 27,25 ln max ln tmin 20 F Q 1694.1000   38,06m2 k tl 1898,8.23,44 + Theo phương pháp   NTU C1  G1c p  10,13.4,18  42,34 C2  G2c p  12,37.4,18  51,7 Qmax  Cmin (t1'  t2' )  42,34(90  30)  2540,4kW - Đây giá trị cực đại theo lý thuyết mà thiết bị đạt được, thực tế nhiệt lượng truyền là: Q  Q2  G2c p (t2'  t2" )  12,37.4,18(62,75  30)  1694kW - Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt:  - Q 1694   0,667 Qmax 2540,4 Vì lưu chất chảy ngược chiều nên ta có công thức:    1 0,667     1  NTU  ln   ln    1,707  C    C   42,34  0,667 42,34    51,7  51,7  F  NTU Cmin 1,707.42340   38,06m2 k 1898,8 d Nhiệt độ nước lạnh khỏi thiết bị dòng lưu chất chuyển động chiều (diện tích thiết bị trao đổi nhiệt không thay đổi) tmax  t1'  t2'  90  30  60o C tmin  t1"  t2"  50  t2" - Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit tl : tmax  tmin 60  50  t2"  tl  23,44 C   tmax 60 ln ln tmin 50  t2" o  t2"  44o C e Hiệu suất thiết bị nhiệt độ nước nóng lạnh bám lớp cáu: - Hệ số truyền nhiệt mới: kF  1  d  d1  c 1 0,014 0,09.103      1 2 c  5198 2.46 0,4 5492  kF  1330,4 W / m2 độ - Hiệu suất thiết bị:    1  1    1  NTU  ln   ln    1,196  C    C   42,34   42,34    51,7  51,7     0,572 - Nhiệt lượng trao đổi mới: Q   Qmax  0,572.2540,4  1453kW - Nhiệt độ nước nóng khỏi thiết bị: Q  Q1  G1c p (t1'  t1" )  10,13.4,18(90  t1" )  1453kW  t1"  55,7o C - Nhiệt độ nước lạnh khỏi thiết bị: Q  Q2  G2c p (t2"  t2' )  12,37.4,18(t2"  30)  1453kW  t2"  58,1o C