Bài tập dài môn thiết bị trao đổi nhiệt

Tài liệu tham khảo Bài tập dài môn thiết bị trao đổi nhiệt

Bài tập dài môn thiết bị trao đổi nhiệt

Nhóm 19:

Đề bài

Thiết kế dàn ngưng tụ

Thiết kế dàn ngưng tự Freon kiểu ống vỏ giải nhiệt bằng nước

Tải lạnh 190 kW, môi chất lạnh R134a, nhiệt độ 29oC, áp suất trung bình của Freon là 0,702 MPa

Nước làm mát nhiệt độ vào 20oC, nhiệt độ ra 25oC, áp suất trung bình của nước 0,4Mpa

Quá trình ngưng tụ xảy ra ở phần vỏ Tự chọn thiết bị kiểu vỏ

Báo cáo cuối cùng bao gồm tính toán nhiệt, thủy lực so sánh phương án tối

ưu, giá cả,…

Tóm tắt:

Thiết bị ống vỏ ngưng hơi Freon Q o 190kW

Hơi R134a t ng 29o C p; tb10,702MPa

Nước làm mát t2 20o C t; 225o C p; tb2 0, 4MPa

Tính Q k L N n , , , ,

Bài làm:

Tính toán cân bằng nhiệt

*Tính lưu lượng môi chất lạnh và nhiệt trao đổi bình ngưng

Giả sử máy lạnh làm lạnh nước xuống 10oC chọn t bh 5o C ta có:

10 5 5(o )

o

Chu trình lạnh của máy lạnh Freon:

Từ đồ thị trên ta tra được các thông số:

(oC)

Entanpy (kJ/kg)

Entropy (kJ.kg.K)

1 Sau khi ra khỏi

dàn bay hơi

2 Trước khi vào

bình ngưng

417,48 1,7252

3 Sau khi ra khỏi

bình ngưng

4 Trước khi vào dàn

bay hơi

1 4

190

1,178( / ) 401,7 240, 4

o

Q

i i

Nhiệt tỏa ra ở dàn ngưng:

2 3

1 4

417, 48 240, 4

401,7 240, 4

i i

*Tính lưu lượng nước làm mát ở bình ngưng

20 25

tb

Tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa theo nhiệt độ

2tb 22,5o

t  C ta được  2 997,575(kg/m );3 C p2 4,18(kJ/kg.K)

2 60,375.10 (W /m K ); 2 0,95575.10 (m / ); Prs f2 6, 62

Ta có Q k g C2 p2t2t2

2

2 2 2

208, 6

9,98( / ) 4,18.(25 20)

k p

Q

Tính hệ số trao đổi nhiệt trong ống

Chọn ống có đường kính 19

16

o i

d

mm

d  làm bằng thép có hệ số truyền nhiệt

60W /m K

  , đặt trong thiết bị ống vỏ, ận tốc nước làm mát chảy trong ống 2 1,5m s/ nhằm đảm bảo tránh ăn mòn

*Tính hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát

Kích thước xác định d i 16mm

Tính hệ số Reynolds:

3

4 2

2

1,5.16.10

0,95575.10

i

d









=> nước chảy trong ống là chảy rối

Ta có công thức tính Nusselt cho dòng chảy rối chảy trong ống

0,25 0,8 0,43

w

Pr

Pr

f

Do ống thằng nên  R  1

Giả sử 50d1 thì ta có  1

Môi chất có nhiệt độ không đổi t1t1t1tb 29o C

Nhiệt độ của thành ống trong có thể tính xấp xỉ:

1 2

w

29 22,5

25,75( )

o

Tra nhiệt theo nhiệt độ tw125,75o C bảng thống số vật lý của nước trên đường bão hòa ta tra được Prw 6,1

0,25 0,8 0,43

2

2

2

6,62

0, 021.25111,17 6,62 159,942

6,1 159,942.60,375.10

6035,31(W / ) 0,016

f

f

i

Nu

Nu

m K d







*Tính hệ số tỏa nhiệt bên hơi ngưng

Với nhiệt độ t k 29o C tra bảng thông số vật lý của chất lỏng R134a

1

1

1191,5 / ; 174, 2.10 /

80,1.10 W / ; 203, 2.10



Ta thấy r (i2 i3)nên ta có thể bỏ qua phần nhiệt tỏa ra khi hơi quá nhiệt trở về trạng thái hơi bão hòa Coi quá trình chỉ có ngưng tụ hơi bão hòa

Ta có công thức tính hệ số tỏa nhiệt khi ngưng vói ống đặt nằm ngang

0,25

w

0,25

2 6

0, 728

1191,5 9,81.174, 2.10 (80,1.10 )

203, 2.10 (29 25,75).0, 019

N

N

g r

m K















Do d /d 19 / 16 1,1875 1, 4  nên ta có thể coi như vách phẳng chiều

Nếu không xét đến bám bẩn thì ta có hệ số truyền nhiệt của thiết bị:

2 3

1598,055(W / )

2298, 486 60 6035,31





Xét thêm bám bẩn và ta coi hệ số bám bẩn trong ống và ngoài ống lần lượt

là: R fi 0,000176;R fo 0,000352

3

2

866, 731(W / )

k

m K







Tính toán ống vỏ

Chiều dài thiết bị giới hạn Lmax=5m chọn ống L=4m

Khoảng cách vách ngăn B=0,25m vách ngăn bị cắt 25%

Chọn cách sắp xếp ống song song bố trí hình vuông với bước ống

pT=1 inch=25,4 mm

*Tính chiều dài ống

Nhiệt độ trung bình logarit ngược chiều:

(29 25) (29 20)

6,166( )

29 25 ln

29 20

o nc





Ta có coi  0,9

3

2

208,6.10

43,37( ) 0,9.6,166.866, 731

k

nc

Q

t k





 



16 19

17,5( )

tb

*Tính đường kính vỏ

2 2

.( )

s

CL F PR d D

Ống xếp vuông góc nên CL=1

Giả sử số hành trình ống N  p 2 thì CPT = 0,9

25, 4

1,337 19

T

o

p

PR

d

1

1 43,37.1,337 19.10

s



* Tính tổng số ống

0,9 0, 407

( ) 1 1,337 (19.10 )

s t

o

N

Tính tổn thất áp suất

*Tính tổn thất áp suất phía vỏ

Bố trí ống hình vuông

nên đường kính thủy lực bằng

2 2

2 2

4

4

.19

4 25, 4

4

24, 23( ) 19

o T

e

o

d p

D

d

mm















25, 4 19 6, 4( )

Mặt cắt ngang qua đường ống

3

2

0, 407.6, 4.10 0, 25

0,0256( ) 0,0254

s

s

D C B

p



1 1,178

46,0156( / ) 0,0256

s

s

g

A

3 6

46,0156.24, 23.10

203, 2.10

s

G D







Tổn thất áp suất

2

.( 1)

2

s

e s

p

D



 

Với f e0,576 0,19ln Re s e0,576 0,19 ln 5487,0 0,3465

0,14

w

s







  

Nhiệt độ thành ống tw 25,75o Ctra bảng thông số vật lý của R134a ở thể lỏng w 210,5.10 ( /6 N s m2)



0,14 6 6

203, 2.10

0,995 210,5.10

s







4

0, 25

b

L

N

B

2 3

0,3465.46, 0156 (15 1).0, 407

83,162( ) 2.1191,5.24, 23.10 0,995

s

*Tính tổn thất áp suất phía ống

2 2

2

i

d



(1,58ln Re 3, 28) (1,58.ln 25111,17 3, 28)

2

2

9,98

0,548( / )

m

p

g

N



4.2 997,575.0,548

t

Tính toán giá thành thiết bị

* Tính khối lượng tổng số ống

Khối lượng 1 ống

0,019 0,016

Chọn vỏ là ống thép có OD/ID=0,42/0,41m, khối lượng vỏ

0, 43 0, 41

Khối lượng 1 vách ngăn:

0, 41 182.0, 019

t o

ID N d

Ta có bảng giá thiết bị

STT Chi tiết Số lượng Đơn giá (đồng/kg) Thành tiền (đồng)

22,380,000 Tổng giá trị của thiết bị ngưng tụ là 22,380,000 vnđ