Bài tập lớn quá trình & thiết bị truyền nhiệt (ch2043

Ở đây cần lưu ý nhiệt lượng q, công | la các hàm phụ thuộc vào quá trình nên không phải là các thông Áp suất tuyệt đối trong bình chứa được tính như sau: Áp suất bình chứa lớn hơn áp suấ

BAI TAP LON

QUA TRINH & THIET BI TRUYEN NHIET

(CH2043) LỚP L03 - NHÓM 2

GVHD: Hoang Trung ngôn

HOC KY 231

BANG DANH GIA

11 Nguyén Quach Hai Duong 2011099 100%

13 Nguyén Thi Ha Giang 2113256 100%

15 Hé Kha Han 2113311 100%

20 Nguyén Xuan Hòa 2113434 100% Nhóm trưởng: Nguyên Quách Hải Đường

A LÝ THUYẾT:

1 Tên gọi, ký hiệu và đơn vị đo (theo hệ ĐVĐL quốc tế SI) của các thông số trạng thái cơ bản của môi chất là:

Thông số trạng thái là những đại lượng vật lý có giá trị xác định ở một trạng thái nào

đó Thông số trạng thái là hàm chỉ phụ thuộc vào trạng thái mà không phụ thuộc vảo quá trình

Các thông số trạng thái gồm: áp suất p, nhiệt độ T, thể tích riêng v, entanpi i, entropi s, exergi e Trong đó p, v, T gọi là các thông số trạng thái cơ bản Ở đây cần lưu ý nhiệt lượng q, công | la các hàm phụ thuộc vào quá trình nên không phải là các thông

Áp suất tuyệt đối trong bình chứa được tính như sau:

Áp suất bình chứa lớn hơn áp suất khí trời:

Pta = Pa + Put

Áp suất bình chứa nhỏ hơn áp suất khí trời:

Pta = Prt — Pck

6 day: pa — áp suất tuyệt đối

Dit— ap suat khi troi (do bang baromet)

Da — ap suat du (do bang baromet)

Dck — áp suất chân không (đo băng vacumet)

b.Nhiệt độ: Đơn vị theo hệ SI —- Độ Kelvin (K)

Chỉ có ToK mới là thông số trạng thái

Quan hệ giữa độ K và các đơn vị đo nhiệt độ khác:

T°K =†?C + 273.15

PC ="

(t°F - 32)

†°F = 1.8I°C + 32

At(°C) = At(°K) At°F = I.8At°Q

c.Thé tích riêng: Đơn vị theo hệ SI — mŠ/kg

Thể tích riêng là thé tích của một đơn vị khối lượng v, m3/kg

Vv =s, m°/kg p== ;

7 v kg/m3 (khôi lượng riêng)

2 Áp suât chân không trong hệ thông Pc¿= 400 mmHg Khi xác định giá trị của các thông số vật lý mà phụ thuộc vào áp suất thì phải xác định ở áp suất nào nếu

Ap suat khi quyén Pkq= 760 mmHg?

Xác định ớ áp suất: Áp suất bình chứa < Áp suất khí trời có giá trị bằng P = 760 —

400 = 360mmHg

Hiệu nhiệt độ bằng 20°C, hiệu nhiệt độ này bằng bao nhiêu kenvin ? Bằng 20K

3 Nhiệt dung riêng (NDR) được ký hiệu là Cọ hoặc Cv Hãy cho biết tên gọi và đơn vị đo của chúng?

Cp la: Nhiét dung riêng đăng áp, khi quá trình xảy ra ở áp suất không đôi có đơn vị đo

là J/kg.K

C¿ là: Nhiệt dung riêng đăng tích, khi quá trình xảy ra ở thé tích không đôi có đơn vị

do la J/kg.K

Nhiệt dung riêng cé ky hiéu “C”, twong wng voi Cp hay Cy ? Déi voi chat ran va

chát lỏng, sự khác biệt giữa hai loại nhiệt dung riêng này rất ít, có thẻ bỏ qua Khi đó

ta có thẻ ký hiệu nhiệt dung riêng là C để việc trình bày và theo dõi được dễ dàng, đơn

giản hơn

4 Cho 1 ví dụ về sự chuyển pha của môi chất có thu nhiệt và 1 ví dụ về sự chuyển pha có tỏa nhiệt?

Quá trình chuyên pha luôn đi kèm với hiệu ứng nhiệt (thu nhiệt hay tỏa nhiệt) Khi

chuyên sang pha có độ trật tự thấp hơn, quá trình chuyên pha thu nhiệt, và nếu chuyên sang pha có độ trật tự cao hơn, quá trình tỏa nhiệt

Sự chuyền pha có thu nhiệt: Nước từ thể rắn sang thé long

Sự chuyền pha có tỏa nhiệt: Nước từ thê lỏng sang thé hoi

5 Hãy viết một biểu thức tính nhiệt hiện và một biểu thức tính nhiệt ân có đầy

du chu thich va don vi do của các đại lượng?

a Nhiệt hiện

Q =mcAt Trong đó: Q là nhiệt lượng mà vật thu vào hoặc tỏa ra (J)

m là khối lượng của vật (kg)

c là nhiệt dung riêng của chất (J/kg.K)

At la độ thay đôi nhiệt độ (°%C hoặc K)

b Nhiệt an

Q=mL Trong đó: Q là nhiệt lượng được tỏa ra hoặc hấp thụ trong quá trình chuyển pha của

chất (kJ)

m là khối lượng của chất (kg)

L là ân nhiệt riêng của chất (kJ/kg)

6 Nhiệt lượng thường có đơn vị đo là Jun (J) nhưng cũng có thê có đơn vị đo là Watt (W) Hay giai thích ý nghĩa của nhiệt lượng có đơn vị đo la W?

Nhiệt lượng (Q) với đơn vị là Watt (W) được định nghĩa là nhiệt năng (J) được truyền trong khoảng thời gian | giây (s), dùng để mô tả định lượng sự trao đôi nhiệt Nhiệt lượng băng 800W có nghĩa là: lượng nhiệt được truyền trong I giây là 800 (J)

7 Trong không gian ba chiều, trường nhiệt độ là T = f (x, y, z, z) Hãy điền dấu

so sánh vào ô trống tương ứng để có câu trả lời đúng:

Dẫn nhiệt là không ôn định:

8 Hãy vẽ sơ đồ biểu diễn gradient nhiệt độ và biểu diễn chiều của mật độ dòng

nhiệt theo định luật Fourier về sự dẫn nhiệt? Phát biểu định luật?

Dẫn nhiệt là ổn định:

Sơ đề:

a Gradient nhiét độ

Mat dang nhiệt: quỹ tích của các điểm có nhiệt độ như nhau tại một thời điểm

Mặt đẳng nhiệt

⁄

Nhiệt độ trong vật chỉ thay đổi theo phương cắt các mặt đăng nhiệt

Độ tăng nhiệt độ theo phương pháp tuyến với mặt đẳng nhiệt (phương ?) là lớn nhất và được đặc trưng bằng Gradient nhiệt độ:

b Mat dé dong nhiét g, W/m?

Nhiệt lượng truyền qua một đơn vị bề mặt trong mot don vi thoi gian

Dinh luật FOurier:

Nhiệt lượng dQ dẫn qua một đơn vị bề mặt đẳng nhiệt dF trong mot don vi thoi gian dr thi tỉ lệ thuận với gradient nhiệt độ (gradT)

d Q =— No qo ara — an T

Trong đó: dQ là nhiệt hrong (J)

F là bề mặt vuông góc với phương dẫn nhiệt (m2)

7 là thời gian (s)

+ là hệ số dẫn nhiét (W/mK)

9 Hãy kế tên các điều kiện đơn trị của bài toán dẫn nhiệt ?

Các điều kiện đơn trị gồm:

Điều kiện về hình học: biết hình dáng và kích thước vật

Điều kiện vật lý: Cho biết tính chất vật lý của vật 4, C, p cũng như mật độ và phân

bố nguồn nhiệt bên trong qv)

Điều kiện ban đầu: Cho biết phân bố nhiệt độ trong vật tại thời điểm ban dau, t = 0: Diéu kién bién loai 1: Cho truée nhiét d6 trén bién dudi dạng một hàm của tọa độ

bề mặt và thời gian

tí, t) = t.(7 T; TES,T > 0)

Điều kiện biên loại 2: Cho biết dòng nhiệt truyền vuông góc với bề mặt biên

ot rT) = -A(—

*Cho 1 ví dụ về sự dẫn nhiệt với điều kiện biên loại 3?

10 Viết công thức tính mật độ dòng nhiệt truyền được bằng dẫn nhiệt ôn định qua vách phẳng 1 lớp (có chú thích các đại lượng và đơn vị đo tương ứng)?

ty — ty ty — ty At 2 q=—g—= > FF w/m

A Trong đó:

q là mật độ dòng nhiệt w /m?

R= 7 là nhiệt trở dẫn nhiệt mmˆ K/w

5: chiéu day vach phang ,m

A: hés6 dan nhiệt qua vach phang w/(m K)

At = tự — tự: hiệu nhiệt độ giữa bề mặt trong và ngoài của vách, K

11 Hãy cho 1 ví dụ về sự đối lưu nhiệt tự nhiên và 1 ví dụ về sự đối lưu nhiệt

cưỡng bức?

Đối lưu nhiệt tự nhiên: nhiệt tỏa ra từ máy xay, tôn thất nhiệt trên đường ống dẫn khí

nóng,

Đối lưu nhiệt cưỡng bức: bộ tản nhiệt trong lo vi song

12 Viết biểu thức Newton đề tính mật độ dòng nhiệt trao đỗi được bằng đối lưu nhiệt

Q=a.F |t¿ — tr|

Trong đó

Q là nhiệt lượng truyền qua bề mặt trong một đơn vị thời gian, w

E: diện tích bề mặt tỏa nhiệt, r7

t„: nhiệt độ trung bình trên bé mat vat ran, °C

t;: nhiệt độ trung bình của chất lỏng hoac khi, °C

a: hé Số trao đổi nhiệt đối lưu trên bề mặt w /m”? K

13 Hãy cho biết những điều cần lưu ý khi muốn xác định đúng giá trị của các chuẩn số đồng đạng?

Những điều cần lưu ý: Khi sử dụng các kết quả thực nghiệm của phương trình chuẩn

số cần chú ý đến việc chọn nhiệt độ xác định và kích thước xác định

Viết Nu có chỉ số s (Nus) hiểu là thế nào ?

14 Khi cho lưu chất chuyển động qua tiết diện không tròn thi kích thước hình học đặc trưng “ Ï” trong các biểu thức của chuẩn số đồng đạng được xác định như thế nào?

Nếu ống có tiết diện bất kỳ, không phải tiết diện tròn thì tính các chuẩn số theo đường kính tương đương ở;„; Trong đó địa = đị — dz

Ví dụ: dòng lưu chất chuyển động trong không gian giữa 2 ống (như hình vẽ mà truyền nhiệt diễn ra ở cả Ống trong và ống ngoài thì :

I:dig=D-d

14.Cường độ bức xạ nhiệt phụ thuộc vào những yếu tổ chính nào ?

Cường độ bức xạ phụ thuộc vào bước sóng À, độ đen cua vat, nhiét dé T

16 Có 2 chậu nước như nhau đều đặt ra ngoài nắng; 1 chậu có đặt 1 tấn kính trong suốt lên trên (như hình vẽ), chậu còn lại không đặt tắm kính lên trên, nước

ở chậu nào sẽ nóng lên nhanh hơn, tại sao?

17 Hãy vẽ sơ đồ đơn giản biểu diễn sự truyền nhiệt qua vách phắng 1 lớp nếu

nhiệt độ phía vách 2 (theo sơ đồ) cao hơn nhiệt độ phía vách 1 (có đầy đủ các ký

hiệu cần thiết) dùng mũi tên chỉ chiều của dòng nhiệt q và viết công thức tính hệ

số truyền nhiệt tổng quát k?

- Vách phẳng 1 lớp:

18 Hiện tượng đọng sương của không khí và nhiệt độ đọng sương được hiểu như

thé nao (néu van tat)?

Hiện tượng đọng sương: hiện tượng các giọt nước bám trên bẻ mat vat ran, xay ra khi

nhiệt độ chênh lệch giữa bề mặt vật chát có nhiệt độ thấp với không gian có nhiệt độ

cao hơn đạt tới điểm sương, được xác định trên dé thi không khí ầm

Nhiệt độ đọng sương (còn được gọi là nhiệt độ điểm sương)ts: Nhiệt độ giới hạn của

quá trình làm lạnh không khí âm cho đến khi bão hòa với hàm âm không đồi

19 Hiện tượng đọng sương có ý nghĩa quan trọng như thế nào trong ngành công nghiệp thực phẩm và công nghệ sinh học?

Việc hơi nước ngưng tụ vào màng nông nghiệp hay thực phẩm cản trở năng suất cây trồng và tính hap dan cua san phẩm

Hãy cho 1 ví dụ cụ thể vẻ hiện tượng đọng sương có lợi, có ích trong ngành CN thực

phẩm và CN sinh học ?

Trong lĩnh vực công nghệ thực phâm và công nghệ sinh học, hiện tượng đọng sương

hầu như không mang lại lợi ích cho sản phâm cũng như là các loại cây trồng Cụ thẻ là

1 vài bát lợi được nêu bên dưới

Ví dụ cụ thể về hiện tương đọng sương có hại, bat lợi trong ngành CN thực pham va

- Công nghệ sinh học: Hiện tượng đọng sương sẽ ngăn cản mét phan ánh sáng truyén qua nhà kính, làm giảm khả năng quang hợp, giảm năng suất cây trồng, dễ sâu bệnh

Áp suất bão hòa ps?

Biểu diễn quá trình làm lạnh không khí và cho biết lưu lượng không khí ra khỏi dàn lạnh có trạng thái B bằng/nhỏ hơn hay lớn hơn lưu lượng không khí vào dàn

lạnh (co trang thai A), tai sao?

Giả sử: Không khí trong phòng có gắn máy lạnh được làm lạnh từ trạng thái A (nhiệt

d6 30°C, dé 4m 70%) đén trạng thái B (nhiệt độ 20°C, độ âm 95%), từ đó ta có:

EY Gian đồ Ramzin cửa không khíiấm €3

Lưu lượng không khí ra khỏi dàn lạnh có trạng thai B nhỏ hơn hay lớn hơn lưu lượng

không khí vào dàn lạnh (có trạng thái A) —- Nhỏ hơn

21 4 phương pháp sinh lạnh (tạo ra nguồn lạnh):

1 Phương pháp bay hơi khuếch tán

Ví dụ: nước bay hơi khuếch tán vào không khí: khi phun nước liên tục vào không khí

có cùng nhiệt oddoj, nước Sẽ bay hơi khuéch tán vào không khí và trạng tháy không

khí sẽ biến đổi theo đường đẳng entanpi

2 Phương pháp giãn nở khí có sinh ngoại công

Các máy lạnh làm việc theo nguyên lý này được gọi là MÁY LẠNH NÉN KHÍ Phạm

vi ứng dụng của phương pháp này rất lớn: từ nhà máy điều tiết không khí đến sản xuất

Nito, Oxy lỏng,

10

3 Phương pháp hòa tan

Cách đây 2000 năm, người Trung Quốc và An Độ đã biết làm lạnh băng cách hòa trộn muối và nước theo những tỉ lệ nhất định Quá trình hòa tan luôn kèm theo quá trình thu nhiệt, hiệu ứng lạnh phụ thuộc nồng độ và nhiệt độ điểm cùng tinh của hỗn

hợp

4 Phương pháp thăng hoa

Đá khô (tuyết cacbonic) là cacbonic ở dạng rắn Khi thăng hoa đá khô thu một lượng nhiệt khá lớn bằng ân nhiệt thăng hoa r = 137 Kcal/Kg

Ngày nay đá khô có ý nghĩa trong công nghiệp rộng lớn, đặc biệt dùng đề làm lạnh trên phương tiện vận tải

- LLTT: Môi chát lỏng sôi thu nhiệt của môi trường cản làm lạnh Làm lạnh trực tiếp

có thê làm bằng đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức

Vd: +Nhúng nito lỏng

+Sử dụng đá khô, Eutectic lạnh đông

- LLGT: làm lạnh bảng chất tải lạnh như nước muối, ølycol, thiết bi bay hơi đặt ở

ngoài kho lạnh

Vd: +Dung đá thiên nhiên

+ Phương pháp tuần hoàn không khí (trong tủ lạnh)

- Có thê giảm sát nhiệt bay

hơi trong kho lạnh - thường Xảy ra hiện tượng

đóng băng tuyết bên trong

-Trữ lạnh kém, máy lạnh ngừng hoạt động thì dàn lạnh cũng nhanh chóng hết

T1

lạnh

LLGT - Độ an toàn cao, chất tải | - Năng suá máy lạnh giảm

lạnh không cháy, không | do chênh lệch nhiệt độ lớn

nỏ, không độc hại Với cơ

 và -Tiêu tốn năng lượng bô

thê và sản phâm ôn năng lượng Đồ

sung cho canh khuay chai

- Cau tao don gian, chat tai lanh

lượng cao, dễ kiểm tra và , - Phải thêm vong tuần

hoàn cho chất tải lạnh -Dung dich chat tai lạnh cé

khả năng trữ lạnh lớn va duy trì được nhiệt độ lâu

23.Giai thích các từ viết tắt dưới đây về môi chất lạnh (MCL) và cho 1 ví dụ về

MCL tương ứng?

CFC: CFC là viết tắt của "Chlorofluoroearbon" (chlofluorocacbon) Đây là một loại

hợp chát hóa học chứa các nguyên tố cloro, fluor và carbon CFCs đã được sử dụng rộng rãi làm môi chát lạnh trong các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí trước khi nhận thức được về tác động tiêu cực của chúng đối với tầng ozone Vi du vé CFCs

bao gồm CFC-12, thường được sử dụng trong các hệ thống làm lạnh và máy lạnh

trước khi bị cảm do ảnh hưởng đến tầng ozone

HCFC: HCFC là viết tắt của "Hydrochlorofluorocarbon" (hydroclorofluorocacbon)

Đây là một loại hợp chất chứa hydrogen, cloro, fluor va carbon HCFCs direc sử dụng

làm môi chất lạnh thay thé cho CFOs vì chúng gây ít hại hơn đối với tầng ozone Tuy

nhiên, chúng vấn có tác động tiêu cực và đang dàn bị loại bỏ theo các quy định bảo vệ

môi trường Ví dụ về HGFC bao gòm R22, là môi chát làm lạnh có thành phản chính 1a CHCIF2 Day 1a mét dang chat long không gây cháy nô, không màu, không mùi,

không gây ánh hưởng tới sức khỏe con người Một ưu điểm đáng kê đến của R22 nữa

đó là có khả năng chịu được tạp chát lẫn không khí lẫn vào nên việc nạp gas vào thiết b¡ khá dễ dàng Tuy nhiên, việc sử dụng môi chát lạnh R22 có nguy cơ gây thủng tàng 0zon, vì thế mà người ta đã nghiên cứu và cho ra đời những loại gas lạnh khác nhằm

thay thé cho R22

HFC: HFC Ia viét tat cua "Hydrofluorocarbon" (hydrofluorocacbon) HFCs la mét

loại hợp chát không chứa cloro, không gây hại cho tầng ozone nhưng lại có hiệu ứng nhà kính cao Chúng thường được sử dụng trong các hệ thông làm lạnh và điều hòa không khí như là lựa chọn thay thế cho CFCs va HCFCs Ví dụ về HFC bao gồm

HFC-1344a, được sử dụng trong các hệ thông làm lạnh ô tô và máy lạnh

24: Tên gọi, công thức hóa học và ưu nhược điểm chính của 2 môi chất lạnh mới

có thể thay thế cho R12?

*R134a ( 1,1,1,2-tetrafluoroethane)

12

Công thức hóa học CH2FGF3

Ưu điểm:

e An toản môi trường

e_ Hiệu suất làm mát tương đương R12

se Không có hại cho tàng ôzon

25 Nói "máy nén kín" và "máy nén hở" hiểu thế nào?

Máy nén kín: Toàn bộ phần nén và động cơ được đặt trong vỏ thép hàn kín

Máy nén hở: là loại mà máy nén và động cơ tách rời nhau

26 Ưu nhược điểm của máy lạnh có sử dụng thiết bị thu hài nhiệt:

* Ưu điểm:

e - Thu hỏi năng lượng nhiệt từ khí thải nóng và khí thải từ thiết bị công nghiệp

đồng thời tái sử dụng nhiệt => Giảm nhu cầu bô sung nhiên liệu, tiết kiệm năng

lượng và giảm phát thải nhà kính

e_ Thông gió, loại bỏ mùi, âm mốc, chát ô nhiễm

e_ Quá trình thu hỏi sẽ nâng cao hiệu quả của quá trình và do đó giảm chỉ phí tiêu thụ nhiên liệu và năng lượng can thiết cho quá trình đó

e - Phải thường xuyên bảo trì thiết bị làm tăng chi phí vận hành

e Khả năng ứng dụng hạn ché: Thu hồi nhiệt có thẻ không hiệu quả đối với một

số ngành hoặc quy trình nhất định tạo ra lượng nhiệt thái tháp

13

27 Tại sao ở máy lạnh NH3 thường không sử dụng TB hài nhiệt?

Do đặc tính của NHa là độc với con người, có thẻ bắt lửa gay hoa hoạn Do đó không

sử dụng thiết bị hồi nhiệt do khả năng loại bỏ mùi của TB hồi nhiệt để dễ dàng phát

hiện mùi của NHạ, giúp tránh các nguy cơ mắt an toàn, cháy nô

28 Máy lạnh và Bơm nhiệt (máy lạnh có chức năng bơm nhiệt) khác nhau thế

nào?

Máy lạnh: Chức năng làm lạnh Chất làm lạnh dưới tác dụng của máy nén tạo áp suất

cao di chuyên tới TBNT, tỏa nhiệt tạo thành chát lỏng áp suất cao và giãn nở giúp giảm áp suất và nhiệt độ

Bơm nhiệt:CÓ chức năng cả làm nóng và làm lạnh Ở chế độ làm nóng, van đảo chiều

hoán đổi vai trò của TBNT va TB bay hơi Còn ở ché độ làm lạnh cơ chế hoàn toàn

giống với máy lạnh

29 Lý do phải sử dụng máy lạnh 2 cấp nén?

Máy lạnh 2 cấp nén thường được sử dụng với mục đích cải thiện hiệu suất và linh hoạt

hơn so với máy lạnh 1 cấp:

e Hiệu suất năng lượng

e Kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn

e_ Điều chỉnh dựa trên nhu cầu

e - Hiệu suất ôn định trong điều kiện biến đôi

e_ Giảm độ ồn và rung động

e Hiệu suất ôn định ở nhiệt độ cao

30 Phân biệt “máy lạnh 2 cấp nén” và “máy nén lạnh 2 cấp”?

e_ Máy lạnh 2 cấp nén:

Máy lạnh 2 cấp nén thường là máy lạnh đa cấp, có hai haowjc nhiều hơn cấp nén (hoặc máy nén) Cáp nén tháp và cấp nén cao được sử dụng để tối ưu hoá hiệu suất làm lạnh trong các điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau

Cấp nén thấp thường được kích hoạt khi nhu cầu làm lạnh tháp, trong khi cấp nén cao được sử dụng khi nhu cầu làm lạnh tăng

e May nén lanh 2 cap:

Máy nén lạnh 2 cáp là một thuật ngữ khá chung và có thé ám chi máy nén lạnh (hay

máy nén) có khả năng hoạt động ở hai cấp độ nhiệt độ và áp suất khác nhau Máy nén lạnh 2 cáp có thê sử dụng đề nén các chát làm lạnh trong hệ thông làm lạnh

hoặc hệ thống làm mát Cap nén thấp và cấp nén cao thường được thiết ké để xử lý các điều kiện khác nhau trong quá trình nén và làm lạnh

14

31 Hiéu thé nào là máy lạnh 1 cấp nén và có 2 chế độ nhiệt độ bốc hơi (có vẽ chu trình lạnh mang tính nguyên tắc)

Máy lạnh 1 cấp nén có 2 ché độ nhiệt đọ bốc hơi là một thiết bi có khả năng thay đôi

chế độ hoạt động giữa việc làm lạnh (chế độ bốc hơi) và làm nóng (chế độ ngưng tụ)

e_ Chế độ làm lạnh (bốc hơi)

Chat lam lạnh ở trạng thái lỏng được đưa vào bên trong máy lạnh từ bộ lưu trữ

ngoài

Máy nén nén chất làm lạnh, làm tăng áp suất và nhiệt độ của nó

Chất làm lạnh lỏng chảy qua một bộ làm lạnh, nơi nó hấp thụ nhiệt từ không khí

xung quanh hoặc từ không gian càn làm lạnh

Nhiệt độ của không khí trong không gian giảm xuống, và chất làm lạnh trở lại

lỏng chu trình bắt đầu lai tir dau

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ hệ thống lạnh 1 cấp

« - Hơi môi chất sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi ngay lập tức sẽ được máy nén hút

về Sau đó, nén thành hơi có nhiệt độ, áp suất cao rồi đi vào thiết bị ngưng tụ

15

« - Tiếp theo, tại các thiết bị ngưng tụ hơi cao áp tỏa nhiệt cho môi trường đề làm mát (khí, nước, hoặc cả nước và khí), sau đó, ngưng tụ thành chất lỏng cao áp

và chuyên đến cho thiết bị tiết lưu

« - Tại thiết tiết lưu thì chất lỏng cao áp được tiết lưu giảm áp suất, thiếp theo đó giảm nhiệt độ xuống thành chất lỏng hạ áp và đi trực tiếp vào thiết bị bay hơi

« Sau củng, tại thiết bị bay hơi, môi chất nhận nhiệt từ môi trường cần làm lạnh, sôi hóa hơi và được máy nén hút về cuối cùng tiếp tục quá trình tuần hoàn trên

32 Cho sơ đồ HT làm lạnh sau đây Hãy biểu diễn chu trình lạnh mang tính nguyên tắc trên giản đồ Igp-h

33 Nhược điểm căn bản của TBNT xối tưới cô điễn và ưu điểm nỗi bật của

TBNT xôi nước có trích lỏng giữa chừng?

Nước và xôi là hai phương tiện truyền nhiệt chủ yéu trong hệ thống làm mát của động

cơ Dưới đây là một số nhược điểm cơ bản của hệ thông tản nhiệt bằng nước (TBNT)

xối tưới cô điên và ưu điểm nôi bật của TBNT xối nước có trích lỏng giữa chừng:

TBNT xối tưới cô điển:

16

e Hao mòn nhanh: Xôi tưới cô điển có thẻ gặp vấn đề về hao mòn do sự tác động của các hạt bụi và chát béo có thẻ tồn tại trong xăng

e Hiệu suất giảm đi khi nhiệt độ cao: Trong môi trường có nhiệt độ cao, hiệu suát

của hệ thống có thê giảm đi do nước bốc hơi nhanh chóng và cần phải được

thường xuyên kiếm tra và bỏ sung

e- Hạn ché vẻ nhiệt độ làm việc: Hệ thống này có thê đạt đến giới hạn về nhiệt độ làm việc khi so sánh với hệ thống xối nước

se TBNT xối nước có trích lỏng giữa chừng

Ưu điểm:

e Hiệu suất làm mát cao hơn: Hệ thông xôi nước có trích lỏng giữa chừng thường

có hiệu suất làm mát cao hơn so với hệ thống xối tưới cô điển, đặc biệt là ở

điều kiện nhiệt độ cao

e Giảm áp suát: Việc có trích lỏng giữa chừng giúp giảm áp suát trong hệ thông, giảm độ mệt mỏi và gia tăng tuôi thọ của các bộ phận

e Khả năng kiêm soát nhiệt độ tốt hơn: Hệ thống này có khả năng kiêm soát nhiệt

độ tốt hơn trong môi trường làm việc đa dạng

e_ Giảm nguy cơ hao mòn: Vì không có nước chảy qua bộ làm mát trực tiếp, do

đó giảm nguy cơ hao mòn so với hệ thông xối tưới cô điển

e _ Tuy nhiên, cả hai loại hệ thông đều có nhược điểm và ưu điềm của mình, và sự

lựa chọn giữa chúng thường phụ thuộc vào yêu cầu cụ thê của ứng dụng và điều kiện làm việc

34 Hãy giải thích tại sao nước ở THÁP GIẢI NHIỆT lại nguội đi được và nó chỉ

có thể nguội đến nhiệt độ thấp nhất (lý tưởng) là bao nhiêu? Yếu tố quan trọng

nhất ảnh hưởng đến khả năng và tốc độ làm nguội nước là gì?

Nguyên lý hoạ đóng của tháp giải nhiệt:

Nguyên lí hoạt động và quá trình truyền nhiệt xảy ra trong tháp giải nhiệt như sau:

Nước nóng sau khi giải nhiệt cho tác nhân lạnh và ra khỏi bình ngưng sẽ được bơm

lên tháp rồi sẽ phun qua các lỗ nhỏ nhằm tán mịn các hạt nước giúp quá trình tiếp xúc

giữa nước và không khí giải nhiệt được tốt hơn Các giọt nước nảy rơi trên các tam

chắn (giàn tô ong) và dưới tác dụng của quạt gió sẽ tạo thành các hạt nhỏ hơn rồi chảy thành từng lớp mỏng trên bề mặt tám chắn từ trên xuống dưới Mặt khác không khí từ

bên ngoài tháp (là không khí âm chưa bảo hòa <100%) nhờ quạt được hút vào từ phía dưới và ra khỏi tháp ở phía trên Khi không khí tiếp xúc với nước sẽ thực hiện

quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất Nước sẽ tỏa nhiệt cho không khí, giảm nhiệt

độ và quay vẻ bình chứa ở dưới Sau đó được bơm về bình ngưng Quá trình truyền nhiệt giữa nước và không khí được thực hiện bằng hai phương thức:

17

e Phương thức thứ nhát là truyền nhiệt bằng đối lưu do có độ chênh lệch nhiệt độ

† giữa nhiệt độ nước t„ và nhiệt độ không khí :„ Khi gia tri “t” tăng thì truyền nhiệt đối lưu giữa nước và không khí tăng lên và ngược lại

e _ Phương thức thứ hai là truyền nhiệt bằng truyền chất nghĩa là do nước bay hơi

vào không khí Thực tế trong các tháp giải nhiệt thì sự truyền nhiệt từ nước vào

không khí bằng phương thức bay hơi là chủ yếu

Trả lời câu hỏi nước có thê nguội đến nhiệt độ thấp nhất (lý tưởng nhất) là bao

nhiêu:

Ta gọi nhiệt độ nhiệt kế ướt là £„„

Khi phun nước từ phía trên tháp xuống, ta xem lớp không khí mỏng bao quang hạt nước tán sương có trang thai tyrong eri = Cun, P = 100% Như vậy, nước sau khi

được phun trong thác giải nhiệt với không khí là quá trình hòa trộn giữa không khí môi trường và lớp không khí mỏng bao quanh hạt nước Vì vậy, nhiệt độ tối đa mà

nước có thê đạt được ở tình huống lý tưởng đó chính là ty

Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng và tốc độ làm nguội nước là:

Như đã nói ở trên, nước nguội đi là do quá trình truyền nhiệt giữa nước và không khí trong tháp giải nhiệt Như vậy mật độ diện tích tiếp xúc giữa các hạt nước với không

khí càng lớn, tốc độ trao đôi nhiệt càng cao và khả năng nước nguội sẽ nhanh hơn

35 Vẽ sơ đồ mang tính nguyên tắc của 1 TB tách khí không ngưng đặt trên bình chứa lóng NHa cao áp? (có ký hiệu và chú thích đầy đủ)

1- Ông thoát hoi NH3

2- Ong dan môi chát lạnh

3- Ống dẫn khí không ngưng

4- Ông thoát môi chát lạnh

5-_ Ông thoát không khí

18

6- Ong xoăn truyèn nhiệt (nhiệt độ thấp hơn khí không ngưng)

7- Van an toàn

8- Áp kế

Nguyên lý hoạt động: Đầu tiên, khí không ngưng được đưa vào thiết bị thông qua ông

4, sau đó được làm lạnh bởi ng xoăn truyền nhiệt đẻ tách không khí và khí NH: ra

khỏi hệ Khí NHa khô sau đó thoát ra khỏi thiết bị thông qua ống 1 và không khí thoát

ra ông 5 Nếu áp suất vượt quá một ngưỡng cho phép chịu được của thiết bị, áp kế sẽ cho ta biết và van xả khí sẽ được mở đề đảm bảo an toàn thiết bị Thiết bị có đáy và nắp elip dé nhăm giảm áp suất lên thành thiết bị

36 Tại sao phải sử dụng bình tách láng ở máy lạnh dùng máy nén pitton?

Nhiệm vụ chính yếu của việc tách lỏng là để tranh môi chất lạnh dạng lỏng vào máy

nén Bởi vì môi chát lạnh trước khi vào máy nén phải ở trạng thái hơi bão hòa khô hoặc hơi quá nhiệt để máy nén hơi từ áp suất tháp lên áp suất cao Do đó máy máy nén

chỉ nén được hơi chứ không nén lỏng, yêu câu môi chất lạnh trước khi vào máy nén

phải hoàn toàn là dạng hơi, nếu có môi chất lạnh dạng lỏng đi vào máy nén sẽ Xảy ra

hiện tượng va đập thủy lực làm hỏng máy nén

Ngoài ra, khi máy lạnh không được bảo trì định kỳ thì dàn lạnh bị dơ dẫn đến dàn lạnh

không trao đổi nhiệt được làm cho gas lỏng áp suất tháp không thê hóa hơi được, lỏng

kéo về máy nén nhưng đo có bình tách lỏng nên sẽ chứa lỏng bảo vệ máy nén

Đề ngăn ngừa hiện tượng ngập lỏng gây hư hỏng máy nén, trên đường hơi hút về máy

Thiết bị bắc hơi : là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó môi chât lạnh lỏng hấp thụ nhiệt

từ môi trường lỏng sôi và hóa hơi

Thiết bị làm lạnh: háp thụ nhiệt độ bên trong đề mang ra ngoải môi trường thông qua môi chát mang nhiệt

39 Giải thích tại sao ở máy lạnh nén hơi thường nén hơi môi chất lạnh từ áp suất bắc hơi Po đến áp suất ngưng tụ Pk sau đó lại cho tiết lưu để giảm từ Pk đến PO Máy lạnh hơi thường nén hơi môi chất lạnh từ áp suất bốc hơi P0 đến áp suất ngưng tụ

Pk để hơi môi chất lạnh ở áp suất cao và nhiệt độ cao rồi đây vào thiết bị ngưng tụ

19

Tại đây nhiệt độ giảm, áp suát lại cao làm môi chát lạnh chuyền sang pha lỏng lúc này gọi la long môi chất Sau đó lỏng môi chất đi qua van tiết lưu để giảm từ Pk đến PO và vào thiết bị bay hơi Tại đây áp suất giảm và nhận nhiệt độ của môi trường để chuyên

sang pha hơi

40 Ở một số máy lạnh nén hơi thường sử dụng phin sáy- lọc Hiểu thế nào về nó

và tại sao lại phải sử dụng nó?

Phin say-loc dé lọc bớt bụi bân từ không khí Ngăn bụi bản vào thiết bị máy lạnh gây

hư hỏng

20

B BÀI TẬP

1 Một thiết bị truyền nhiệt vỏ - ống được sử dụng để đun nóng 2 T/h một dung

dịch muối có nồng độ 10% (KL) từ 30°C đến 70°C bằng cách sử dụng hơi đốt

là hơi nước bão hòa có ấp suất ngưng tụ # 2 at Hay:

a) Vẽ sơ đồ TBTN và biểu diễn sự biến thiên nhiệt độ của 2 dòng lưu chất?

b) Tính lượng nhiệt cần cấp cho dung dịch (bỏ qua tốn thất nhiệt)?Tính diện tích

bề mặt truyền nhiệt của TB đun nóng nếu biết K = 600W/(m°.K)?

HMCL

taa2

wy)

LMCL

Dung dịch có lưu lượng 3,5 T/h, nhiệt độ đầu taa:=20°C, nhiệt độ cuối taaa=60°G

Ap suat hoi dot Pp = 3 at Hay:

a) Biểu diễn sự biến thiên nhiệt độ của 2 dòng lưu chất?

b) Xác định lưu lượng hơi đốt cần thiết để đun nóng dung dịch?

c) Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết bị đun nóng dung dịch nếu biết

3 Hơi nước bão hòa ngưng tụ ở nhiệt độ 130°C trên bề mặt trong của ống đứng Ông có đường kính ngoài 38 mm, đường kính trong 34 mm, cao 4000 mm Nhiệt

độ bề mặt trong của ống là 90°C Hãy:

a Tính hệ số cấp nhiệt œ phía hơi nước bão hòa ngưng tụ? (phương pháp tính tự chọn)

b Tính lượng nhiệt mà hơi nước tỏa ra khi ngưng tụ ?

c Tính lưu lượng hơi nước đã ngưng tụ được thành lỏng?

Ống đứng có đường kính ngoài 0,038 m, đường kính trong 0,034 m, cao 4 m

Hệ số cấp nhiệt ơ phía hơi nước bão hòa ngưng tụ:

4 Tường ngoài kho lạnh có kết cấu như hình vẽ:

Nhiệt độ trong kho lạnh - 20°C, không khí ngoài trời có nhiệt độ 37°C, độ âm

trong doi 60% Hay:

a Tính hệ số truyền nhiệt K truyền qua tường ? (nếu biết hệ số cấp nhiệt phía

không khí trong kho lạnh là 10W/(mZ.K) Hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài

trời tự chọn hợp lý)

b Tính lượng nhiệt bị tôn thất qua tường, nếu biết twong cao 4m, dai 12m?

c Tính kiểm tra hiện tượng đọng sương trên bề mặt tường?

Bài giải:

a

Giả dinh: 44 = 0,03 W/mK (Theo ChatGPT la 0,03 — 0,04 W/mK, do su dung lam lớp

cách nhiệt nên giá trị À càng nhỏ càng tốt)

Hệ số cấp nhiệt phía không khí trong kho lạnh: ø; = 10 W/m®K

Hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài troi: a2 = 25 W/m?K

Hệ số truyền nhiệt K truyền qua tường:

W K=—————~=0.14 (aR)

25