Tính kiểm tra Thiết Bị Trao Đổi nhiệt

Với các thiết bị trao đổi nhiệt đã có sẵn hoặc đã thiết kế sẵn, bài toán tính kiểm tra giúp ta kiểm tra lại một số thông số, ví dụ xác định nhiệt độ ra của môi chất và công suất nhiệt của thiết bị. Khi cần kiểm tra chế độ làm việc của thiết bị sau một thời gian làm việc ta cần xác định lượng nhiệt Q, nhiệt độ ra của môi chất, khi biết nhiệt độ vào của môi chất, hệ số truyền nhiệt k, và diện tích bề mặt truyền nhiệt F

Tính kiểm tra thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm. Nước đi trong ống, khí gas đi giữa khoảng không của vỏ và các ống. Trao đổi nhiệt với nước qua vách ống. Nước vào thiết bị có nhiệt độ: t2’= 60 0C Chiều dài ống: L = 2,8 m Số lượng ống: n = 90U ĐK ống: d2/d1 = 25,4/20,8 mm = 0,0254/0,0208 m Chiều dày ống: σ = 2,3 mm = 0,0023 m Vật liệu ống là inox 316 λ = 23,2 W/m.K Diện tích trao đổi nhiệt: F = 40 m2 Đường kính vỏ ngoài: D = 0,55 m Nhiệt độ khí gas vào thiết bị: t1’’ = 320 0C - Tra bảng thông số vật lý của nước ở 600C ta có: KL riêng của nước: ρ2 = 983,1 kg/m3 Độ nhớt: υ2 = 0,478.10-6 m2/s Nhiệt dung riêng: Cp2 = 4179 J/kg Độ dẫn nhiệt: λ2 = 0,659 W/m.K Tiêu chuẩn Prandtl: Pr2 = 2,98 - Tra bảng thong số vật lý của khí gas ở 320 0C ta có: KL riêng của nước: ρ1 = 6,783 kg/m3 Độ nhớt: υ1 = 5.10-6 m2/s Nhiệt dung riêng: Cp1 = 2046 J/kg Độ dẫn nhiệt: λ1 = 0,04 W/m.K Tốc độ của khí gas trong thiết bị là: ω1 = 5 m/s (Chọn) Lưu lượng khí gas qua thiết bị là: G1 = ω1 . ρ1.(D2 – 2.n.d22 ) = 5.6,783. (0,552 – 2.90.0,02542 ) = 6,32 kg/s Tốc độ của nước trong ống là: ω2= 0,4 m/s ( Chọn ) Lưu lượng của nước qua thiết bị: π .n.d1 G2 = ω 2 .ρ 2 4 2 = 0,4.983,1. π .90.0,0208 2 = 12 4 kg/s Ta có: W1 = G1.Cp1 = 6,32.2046 = 12930,72 W2 = G2.Cp2 = 12.4179 = 50148  Wmin = W1 = 12930,72 Tiêu chuẩn Reynold của khí gas: Re f 1 = ω1 .d td 5.0,036386 = = 36386 υ1 5.10 −6 Trong đó: dtd = ( D2 – 2.n.d22 ) / ( D + 2.n.d) = ( 0.552 – 2.90.0,0254 2 ) / ( 0,55 + 2.90.0,0254) = 0,036386 Vì 103 < Ref1 < 105 Ta có công thức tính tiêu chuẩn Nusselt  Nuf1 = 0,37.Ref10,6.εφ Trong đó: φ là hệ số hiệu chỉnh kể đến ảnh hưởng của góc va đập φ = 45 0 ,( tra biểu đồ hình 6-5 trang 144 kỹ thuật nhiệt ) εφ = 0,8 Nuf1 = 0,37.36386 0,6.0,8 = 161,38 Hệ số tỏa nhiệt của khí : α 1 = Nu f 1 λ1 . 0,04 = 161,38. = 177,4W / m.K d td 0,036386 Tiêu chuẩn Reynold của nước Re f 2 = ω 2 .d 2 0,4.0,0254 = = 21255,23 υ2 0,478.10 −6 > 104 – Chảy rối Ta có công thức tính tiêu chuẩn Nusselt  Nuf1 = 0,021.Ref10,8.Pr20,43 = 0,021.21255,230,8.2,980,43 = 97,3 Hệ số tỏa nhiệt của khí : α 2 = Nu f 2 λ2 . 0,659 = 97,3 = 2524,43 d2 0,0254 W/m.K Hệ số truyền nhiệt của thiết bị là: −1  1. σ 1.  0,0023 1.   1.  =  k =  + + + +  23.2 2524,43   177,4  α1 λ α 2  W/m2.K Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt: η= Q Q = Qmax Wmin .( t1' −t 2 ' )  Q = η.Wmin.(t1’ – t2’’) −1 = 163 Tính Tỷ số NTU: NTU = R= k .F 163.40 = = 0,5 Wmin 12930,72 Wmin 12930,72 = = 0,257 Wmax 50148 Từ đồ thị hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt theo NTU và R trang 22 thiết bị trao đổi nhiệt ta được: η = 35 % = 0,35 Vậy Q = η.Wmin.(t1’ – t2’’) = 0,35 . 12930,72 (320 – 60) = 1176695,52 W Nhiệt độ của các môi chất khi ra khỏi thiết bị: " ' t1 = t1 − 0 Q 1176695,52 = = 229 W1 12930,72 C " ' t2 = t2 + 0 C Q 1176695,52 = = 83,4 W2 50148  ... Ref1 < 105 Ta có công thức tính tiêu chuẩn Nusselt  Nuf1 = 0,37.Ref10,6.εφ Trong đó: φ hệ số hiệu chỉnh kể đến ảnh hưởng góc va đập φ = 45 ,( tra biểu đồ hình 6-5 trang 144 kỹ thuật nhiệt )... 12930,72 Wmin 12930,72 = = 0,257 Wmax 50148 Từ đồ thị hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt theo NTU R trang 22 thiết bị trao đổi nhiệt ta được: η = 35 % = 0,35 Vậy Q = η.Wmin.(t1’ – t2’’) = 0,35... 2524,43   177,4  α1 λ α  W/m2.K Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt: η= Q Q = Qmax Wmin ( t1' −t ' )  Q = η.Wmin.(t1’ – t2’’) −1 = 163 Tính Tỷ số NTU: NTU = R= k F 163.40 = = 0,5 Wmin 12930,72