Chuong 5 Thiet bi trao doi nhiet

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM CHƢƠNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Truyền nhiệt phức tạp Thiết bị trao đổi nhiệt Phương pháp tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn: • Phương pháp độ chênh nhiệt độ trung bình logarit (Logarithmic Mean Temperature Difference) • Phương pháp hiệu suất  - NTU TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Truyền nhiệt phức tạp: Khi phƣơng thức trao đổi nhiệt diễn đồng thời Dẫn nhiệt Đối lưu Bức xạ TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Truyền nhiệt qua vách phẳng Q q   k.t f  t f  , W m2 F Q  q.F  k F  t f  t f  , W k  i   1 i  W (m K) Truyền nhiệt qua vách trụ Q  L  qL  k L  L   t f  t f  kL  ,W qL  k L   t f  t f  1   d1.1 n  i 1  di 1  1 ln    2 i  di   d n 1.   r1.1 n  i 1 ,W/m 2 ln(ri 1 / ri ) i  rn 1. W/(m.K) TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Truyền nhiệt qua vách trụ Trong số tài liệu kL đƣợc tính cơng thức sau: kL   r1.1 n  i 1 ln(ri 1 / ri )  i rn 1. Lúc đó: qL   k L (t f  t f ) TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Truyền nhiệt qua vách có cánh δ - Chiều dày vách phằng λ - Hệ số dẫn nhiệt vách F1 - Diện tích bề măt khơng có cánh F2 - Diện tích bề mặt có cánh bao gồm cánh phần không cánh Trong trường hợp cánh có chiều cao thấp, ta xem nhiệt độ bề mặt có cánh bao gồm phần cánh không cánh tw2 t f  tw1 Q  1.F1  t f  tw1   F1  tw1  tw   Q   F2  tw  t f  Q Q Nhiệt trở cục  1.F tw1  tw   Q  F1 tw  t f  Q  F2 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Truyền nhiệt qua vách có cánh Nhiệt trở toàn phần R tf1 tf Q  1    1.F  F  F2 tf1 tf Q  1   1.F  F  F2 Hay  Q  kca t f  t f  Với kca   1   1.F  F  F2 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Truyền nhiệt qua vách có cánh Nếu tính theo đơn vị diện tích BM khơng cánh   Q q1   k1 t f  t f (W / m ) F1 Với k1  1  F1   1   F2 (W / m K ) Nếu tính theo đơn vị diện tích BM có cánh   Q q2   k2 t f  t f (W / m ) F2 c  F2 F1 Với k2  (W / m K ) F2  F2   1 F1  F1  - Hệ số làm cánh TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Thiết bị trao đổi nhiệt: Nhiệm vụ: đem nhiệt lượng lưu chất nóng truyền cho lưu chất lạnh Phân loại theo nguyên lý làm việc: • Thiết bị trao đổi nhiệt loại ngăn cách • Thiết bị trao đổi nhiệt hồi nhiệt • Thiết bị trao đổi nhiệt loại hỗn hợp Thiết bị trao đổi nhiệt loại ngăn cách bao gồm  Thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc chùm ống  Thiết bị trao đổi nhiệt loại có cánh  Thiết bị trao đổi nhiệt loại gợn sóng  Thiết bị trao đổi nhiệt loại xoắn ốc  …… TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Dạng ống lồng ống Dạng vỏ bọc chùm ống TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 10 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Ký hiệu cho lưu chất nóng  Ký hiệu cho lưu chất lạnh G1, G2 Lưu lượng khối lượng lưu chất nóng lạnh, kg/s cp1, cp2 Nhiệt dung riêng lưu chất nóng lạnh, kJ/(kg.K) t1' , t2' Nhiệt độ lưu chất nóng lạnh đầu vào, oC t1'' , t2'' Nhiệt độ lưu chất nóng lạnh đầu ra, oC C=Gcp Nhiệt dung lưu lượng khối lượng 13 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Phƣơng trình cân nhiệt: Q  G1  c p1   t '1  t "1   G2  c p   t "2  t '2  C1 t2'' - t2'  t2  ' "  C2 t1 - t1  t1 Phƣơng trình truyền nhiệt: dQ  k (t1 - t2 )dF  k tdF Q   k F t  k F t Q  k F t F Δt - Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình chất lỏng nóng lạnh 14 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Quy trình Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt: Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt có loại toán:  Bài toán thiết kế: – ' ' '' '' G , G , c , c , t , t , t , t Biết p1 p 2 – ( t1'' , t2'' xác định từ pt cân nhiệt) – k : hệ số truyền nhiệt, dựa vào dạng bề mặt, quy luật truyền nhiệt lưu chất – Tính diện tích F: theo u cầu cơng nghệ, quy mô công nghệ  lựa chọn cấu trúc thiết bị, lựa chọn vật liệu sử dụng… – Tính sức bền – Tính trở kháng thuỷ lực chọn bơm, quạt… 15 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Bài tốn kiểm tra: – Có sẵn thiết bị, cần phải kiểm tra xem có đạt yêu cầu lượng hay không? – ' ' F , G , G , c , c , t , t Biết diện tích p1 p2 – Biết hệ số truyền nhiệt k (xác định theo bề mặt truyền nhiệt quy luật truyền nhiệt) – Cần tính: + Tính nhiệt lượng truyền Q + Tính nhiệt độ lưu chất đầu t1'' , t2'' 16 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 3.1 Phƣơng pháp độ chênh nhiệt độ trung bình logarit Q   k F t  k F t Q F k t F - k Hệ số truyền nhiệt, xem số toàn diện tích trao đổi nhiệt F - t : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình lưu chất nóng lưu chất lạnh Tính t ??? 17 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Trƣờng hợp 1: lƣu động chiều lƣu động ngƣợc chiều t  tmax  tmin t ln max tmin Trong đó: Cùng chiều Nếu Δtmax/ Δtmin