Nghiên cứu, tính toán thiết kế và thực nghiệm máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÀNH LN NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM MÁY SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG Chuyên ngành : Kỹ Thuật Nhiệt Mã số: 60520115 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THÀNH LUÂN MSHV: 7140354 Ngày, tháng, năm sinh: 10/10/1989 Nơi sinh: QUẢNG BÌNH Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT Mã số: 60520115 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM MÁY SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng quan tình hình nghiên cứu máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường nước giới Nghiên cứu sở lý thuyết máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường Xây dựng phần mềm tính tốn, thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường Chế tạo mơ hình máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường Khảo nghiệm với sản phẩm rau má bàn luận Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/09/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/06/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN THẾ BẢO Tp HCM, ngày … tháng … năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ ( Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô Bộ Môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh- Khoa Cơ Khí, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, tạo điều kiện tốt để thực luận văn Đặc biệt, xin chân thành cám ơn PGS.TS Nguyễn Thế Bảo tận tình hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Trong q trình thực luận văn, khó tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp q thầy, Trân trọng cám ơn ! Tp HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2018 Nguyễn Thành Luân i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TĨM TẮT Luận văn trình bày nghiên cứu hiệu lượng máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường Qua kết nghiên cứu cho thấy tiêu hao điện máy sấy giảm, hiệu lượng máy sấy tăng lên rõ rệt Trong q trình nghiên cứu, phần mềm tính tốn thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường xây dựng thực nghiệm kiểm chứng mơ hình thực tế Kết cho thấy phần mềm có độ xác chấp nhận được, sử dụng để tính tốn thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường Với việc sử dụng rau má làm vật liệu sấy, thực nghiệm so sánh hiệu lượng chất lượng rau má sấy bơm nhiệt điện trở thực Kết cho thấy sấy bơm nhiệt tiêu hao điện hơn, chất lượng rau má tốt so với phương pháp sấy điện trở sử dụng phổ biến Đồng thời, qua thực nghiệm, phương trình xác định thời gian sấy với nhiệt độ sấy tốc độ tác nhân sấy sấy rau má máy sấy bơm nhiệt thiết lập ABSTRACT The thesis describes the combination of gravitation heat pipes in heat pump dryer to reduce energy consumption Based on the results, the efficiency of the heat pump dryer has increased significantly An experimental model of a heat pump dryer combined with gravitational heat pipes was designed and manufactured to validate the written program The comparisons between the calculated results from the program and experimental results showed that the written program gave acceptably accurate computational results and could be used to calculate and design heat pump dryers combined with gravitational heat pipes The use of heat pump technology to dry Centella Asiatica can help to save energy consumption and improve the quality of the product compared with those from traditional drying technology At the same time, through the author's experiments, the equation of drying time relationship with drying temperature and drying rate when dry Centella Asiatica by heat pump dryers ii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan, cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu sử dụng phân tích luận văn có nguồn gốc rõ ràng Các kết nghiên cứu luận văn tơi tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan qua lý thuyết thực nghiệm Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Tp HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2018 Nguyễn Thành Luân iii MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC BẢNG vi DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ viii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan máy sấy bơm nhiệt 1.2 Tổng quan ống nhiệt 1.3 Tổng quan nghiên cứu máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt 10 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 10 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 15 1.4 Tính cấp thiết đề tài .17 1.5 Mục đích đề tài 18 1.6 Nhiệm vụ, đối tượng giới hạn đề tài 18 1.6.1 Nhiệm vụ đề tài 18 1.6.2 Đối tượng nghiên cứu 18 1.6.3 Giới hạn đề tài 18 1.7 Phương pháp nghiên cứu .19 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 2.1 Cơ sở lý luận .20 2.2 Sơ đồ nguyên lý máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường 23 2.3 Tính tốn q trình sấy 24 2.3.1 Tính tốn q trình sấy lý thuyết 24 2.3.2 Tính tốn q trình sấy thực tế 26 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG 34 3.1 Chọn thơng số làm việc chu trình bơm nhiệt 34 3.2 Tính tốn chu trình bơm nhiệt 35 3.3 Tính chọn thiết bị bơm nhiệt 36 3.3.1 Tính chọn máy nén 36 3.3.2 Tính chọn thiết bị ngưng tụ 37 3.3.3 Tính chọn thiết bị bay 39 iv 3.3.4 Tính chọn thiết bị phụ 39 3.4 Tính chọn ống nhiệt trọng trường bề mặt bên nhẵn .40 3.5 Tính chọn quạt 44 3.6 Xây dựng phần mềm tính tốn thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường 47 3.6.1 Lưu đồ thuật toán 47 3.6.2 Các thông số phần mềm 47 3.6.3 Xây dựng chương trình 50 CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 4.1 Mơ hình nội dung thực nghiệm .54 4.1.1 Mô hình thực nghiệm 54 4.1.2 Nội dung thực nghiệm 56 4.2 Kết thảo luận 57 4.2.1 Kết thảo luận hiệu lượng máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường 57 4.2.2 Kết thảo luận độ tin cậy phần mềm thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường 61 4.2.3 Kết thảo luận hiệu lượng chất lượng rau má sấy bơm nhiệt so với sấy điện trở 65 4.2.4 Kết thảo luận thực nghiệm xác định thời gian sấy rau má sấy bơm nhiệt 67 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 Kết luận 70 5.2 Kiến nghị .70 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 73 PHỤ LỤC 77 v DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thông số làm việc số loại ống nhiệt Bảng 2.1: Thông số điểm nút trình sấy lý thuyết 25 Bảng 2.2: Thông số lớp vách buồng sấy 28 Bảng 2.3: Thơng số điểm nút q trình sấy thực tế 32 Bảng 3.1: Thơng số điểm nút chu trình q lạnh-q nhiệt 35 Bảng 3.2: Thông số điểm nút chu trình lạnh- nhiệt quy chuẩn 37 Bảng 3.3: Thông số thiết bị phụ chu trình bơm nhiệt 39 Bảng 3.4: Hệ số trở lực cục thiết bị kênh dẫn tác nhân sấy 45 Bảng 3.5: Thông số đầu vào sản phẩm sấy 47 Bảng 3.6: Thông số khí hậu địa phương lắp đặt 47 Bảng 3.7: Thông số đầu vào tác nhân sấy 47 Bảng 3.8: Thông số đầu vào khay sấy, buồng sấy 48 Bảng 3.9: Thông số lớp vách buồng sấy 48 Bảng 3.10: Thông số đầu vào chu trình bơm nhiệt 48 Bảng 3.11: Thông số đầu vào dàn trao đổi nhiệt 48 Bảng 3.12: Thông số đầu vào ống nhiệt trọng trường 48 Bảng 3.13: Thông số đầu vào cánh trao đổi nhiệt 49 Bảng 3.14: Thông số bố trí ống nhiệt 49 Bảng 3.15: Thông số đầu vào quạt kênh dẫn tác nhân sấy 49 Bảng 4.1: Thông số lý thuyết thiết bị mơ hình máy sấy bơm nhiệt hồi lưu toàn phần kết hợp ống nhiệt trọng trường 54 Bảng 4.2 Thơng số thiết bị mơ hình máy sấy thực tế 55 Bảng 4.3: Chế độ sấy rau má bơm nhiệt điện trở 56 Bảng 4.4: Các chế độ sấy xác định thời gian sấy rau má máy sấy bơm nhiệt 57 Bảng 4.5:Kết đo thực nghiệm ngày 21/05/2018 mơ hình máy sấy bơm nhiệt kết hợp 20 ống nhiệt trọng trường 58 Bảng 4.6: Thông số đầu giả thiết ban đầu thông số đo thực tế 58 Bảng 4.7: Kết đo thực nghiệm ngày 20/05/2018 mơ hình máy sấy bơm nhiệt kết hợp 12 ống nhiệt trọng trường 59 vi Bảng 4.8: Kết đo thực nghiệm ngày 22/05/2018 mơ hình máy sấy bơm nhiệt không sử dụng ống nhiệt 59 Bảng 4.9: Tổng hợp điện tiêu hao trường hợp sấy 60 Bảng 4.10: Xác định thời gian hoàn vốn đầu tư thêm ống nhiệt vào mơ hình máy sấy bơm nhiệt 61 Bảng 4.11: Kết đo thực nghiệm ngày 15/05/2018 sấy rau má điện trở 65 Bảng 4.12: Bảng kết thực nghiệm thời gian sấy rau má máy sấy bơm nhiệt67 vii XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MÁY SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG PROGRAM CALCULATION AND DESIGN HEAT PUMP DRYER COMBINED GRAVITATIONAL HEAT PIPE NGUYỄN THÀNH LUÂN & NGUYỄN THẾ BẢO Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP.HCM TÓM TẮT Bài báo giới thiệu phần mềm tính tốn thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường Phần mềm xây dựng tảng phần mềm EES (Engineering Equation Solve), có khả giúp cho người sử dụng tính tốn cách nhanh chóng thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường Để đánh giá độ tin cậy phần mềm, mô hình thực nghiệm thiết kế, chế tạo làm thí nghiệm với mẫu sấy rau má Kết cho thấy phần mềm có độ tin cậy cao Bài báo cịn trình bày hiệu mặt lượng lợi ích mặt bảo quản vi lượng sản phẩm sấy sử dụng bơm nhiệt để sấy trà rau má thay cho việc sử dụng điện trở Từ khóa: Ống nhiệt trọng trường; tính tốn ống nhiệt; máy sấy bơm nhiệt; máy sấy bơm nhiệt cải tiến; sấy rau má ABSTRACT The article describes the program for calculating and designing heat pump dryers combined with gravitational heat pipes This program, which has been wittren in EES ((Engineering Equation Solve) Platform An experimental model of a heat pump dryer combined with gravitational heat pipes was designed and manufactured to validate the written program The comparisons between the calculated results from the program and experimental results showed that the written program gave acceptably accurate computational results and could be used to calculate and design heat pump dryers combined with gravitational heat pipes The use of heat pump technology to dry centella asiatica tea can help to save energy consumption and improve the quality of the product compared with those from traditional drying teachnology Key words: Gravitational heat pipes; calculating heat pipes; heat pump dryers; advances heat pump drying; drying centella asiatica ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nhu cầu sử dụng lượng giới ngày cao, vấn đề tiết kiệm lượng trở nên cần thiết Một biện pháp tiết kiệm lượng thu hồi nhiệt dòng lưu chất thải ra, để gia nhiệt cho dòng lưu chất lạnh Ống nhiệt thiết bị có khả thực việc mà không tốn chi phí vận hành Từ năm 1970 có nhiều nghiên cứu ứng dụng trao đổi nhiệt ống nhiệt Đơn cử số nghiên cứu như: Nghiên cứu sử dụng ống nhiệt để làm mát CPU máy tính [1], nghiên cứu sử dụng ống nhiệt thu hồi nhiệt khói thải để sưởi ấm khơng khí ơtơ [2] Nghiên cứu trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt để nâng cao hiệu máy lạnh hấp thụ carbon- amoniac [3] Nghiên cứu hồi nhiệt kiểu ống nhiệt để nâng cao hiệu sử dụng lượng hệ thống điều hịa khơng khí [4] Đối với máy sấy bơm nhiệt, có nhiều nghiên cứu để nâng cao hiệu sử dụng 103 lượng như: Kết hợp máy sấy bơm nhiệt với vi sóng [5], kết hợp máy sấy bơm nhiệt với tia hồng ngoại [6], kết hợp máy sấy bơm nhiệt với sóng radio [7], kết hợp máy sấy bơm nhiệt với lượng mặt trời [8] Đặc biệt kết hợp máy sấy bơm nhiệt với ống nhiệt tác giả Wera ctv (2005), kết luận mức tiêu hao lượng máy sấy giảm khoảng 12÷20% kết hợp ống nhiệt [9] Các nghiên cứu cho thấy việc sử dụng ống nhiệt để thu hồi nhiệt hiệu quả, đặc biệt áp dụng máy sấy bơm nhiệt Tuy nhiên việc xây dựng phần mềm để tính tốn, thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường chưa đề cập nghiên cứu Vì báo trình bày việc xây dựng phần mềm để tính tốn thiết kế loại máy sấy CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt trọng trường Hình trình bày cấu tạo nguyên lý ống nhiệt trọng trường Ống nhiệt phần tử trao đổi nhiệt kín, bên có chứa mơi chất cơng tác pha Quá trình truyền nhiệt thực sau: Nhiệt từ nguồn bên ngồi truyền qua phần sơi ống nhiệt, mơi chất lỏng nhận nhiệt, hóa Sau mơi chất phần ngưng nhả nhiệt mơi trường bên ngồi, ngưng tụ thành lỏng, quay trở lại phần sôi tác dụng trọng lực Hình trình bày sơ đồ nguyên lý máy sấy bơm nhiệt hồi lưu toàn phần kết hợp ống nhiệt trọng trường Hình 1: Cấu tạo nguyên lý ống nhiệt trọng trường A B C D E H M M K G F L N A: Máy nén, B: Van ngã, C: Dàn nóng phụ, D: Bình chứa cao áp, E: Van tiết lưu, F: Dàn lạnh, G: Ống nhiệt, H: Dàn nóng chính, K: Buồng sấy, L: Cánh đảo gió, M: Quạt, N: Khay hứng nước Hình 2: Sơ đồ nguyên lý máy sấy bơm nhiệt hồi lưu toàn phần kết hợp ống nhiệt trọng trường Nguyên lý làm việc: Tác nhân sấy (TNS) sau khỏi buồng sấy (K) qua phần sôi ống nhiệt (G), TNS nhả nhiệt cho môi chất ống nhiệt (G) Kết môi chất ống nhiệt (G) nhận nhiệt, sơi hóa chuyển động phần ngưng ống nhiệt (G); dòng TNS sau nhả nhiệt nhiệt độ giảm xuống, tiếp tục qua dàn lạnh (F) thực trình tách ẩm Sau thực q trình tách ẩm, dịng TNS qua phần ngưng ống nhiệt (G), môi chất ống nhiệt nhả nhiệt cho TNS, ngưng tụ thành lỏng, nhờ trọng lực quay trở lại phần sơi ống nhiệt (G) Dịng TNS sau gia nhiệt, nhiệt độ tăng lên; tiếp tục vào dàn nóng gia nhiệt đến nhiệt độ u cầu Sau dịng TNS đưa vào buồng sấy (K), dòng TNS thực trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy Chu trình tiếp diễn Như nhờ có ống nhiệt (G) mà dòng TNS làm lạnh trước qua dàn lạnh gia nhiệt trước qua dàn nóng; nhờ mà hiệu máy sấy nâng cao Quá trình sấy thực tế máy sấy thể đồ thị I-d hình 104 Các nhiệt lượng phương trình (2) xác định: Q=L.(I4-I2); kW (3) t (4) Q1 = W.Cn.tv; kW t Qvl =G2.Cvl.∆tvl ; kW (5) t Qmt= q.F; kW (6) ϕ=100% Qvc =Gkh.Ckh ∆tkh; kW (7) t Trong đó: t d (kg/kg) L- Lượng tác nhân sấy cấp cho mẻ sấy;kg/mẻ t Cn- hiệt dung riêng nước; kJ/kg.K Hình 3: Đồ thị I-d trình sấy thực tế máy sấy Cvl- Nhiệt dung riêng vật liệu sấy; kJ/kg.K bơm nhiệt hồi lưu toàn phần kết hợp ống Ckh- Nhiệt dung riêng khay sấy; kJ/kg.K nhiệt trọng trường tv- Nhiệt độ khơng khí ngồi trời; 0C 2.2 Tính tốn trình sấy G2- Khối lượng sản phẩm sau sấy; kg • Lượng ẩm cần tách mẻ sấy: ∆tvl- Chênh lệch nhiệt độ sản phẩm sấy sau ω1 -ω2 buồng sấy trước vào buồng sấy; 0C W=G1 ; kg/mẻ (1) 100-ω2 ∆tkh- Chênh lệch nhiệt độ khay sấy sau Trong đó: buồng sấy trước vào buồng sấy; 0C W- Lượng ẩm cần tách mẻ sấy; kg/mẻ q- Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách buồng sấy; G1- Khối lượng sản phẩm sấy đưa vào; kg W/m2 ω1 - Độ ẩm sản phẩm sấy đưa vào; % F- Diện tích xung quanh buồng sấy; m2 ω2 - Độ ẩm sản phẩm sấy lấy ra; % • Với giả thiết khơng cấp nhiệt bổ sung Qbs=0, Hình thể sơ đồ cân nhiệt thiết bị chia vế phương trình (2) cho W ta có: sấy Q Q Q Q +C n t v = vl + mt + vc (8) I (kJ/kg) I= co ns t • ϕ3 W Q Qbs Q1 TBS Qmt Qvl Qvc Hình 4: Sơ đồ cân nhiệt thiết bị sấy • Phương trình cân nhiệt: (2) Q + Qbs + Q1 = Qvl + Qmt + Qvt Trong : Q- Nhiệt cấp cho trình sấy; kW Qbs- Nhiệt bổ sung (nếu có); kW Q1- Nhiệt hữu ích ẩm mang vào; kW Qmt- Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che; kW Qvl- Nhiệt tổn thất vật liệu sấy mang ra; kW Qvc- Nhiệt tổn thất theo thiết bị vận chuyển; kW W Đặt ∆=C n t v -( W W Q vl Q mt Q vc + + ) W W W (9) Từ phương trình (3), (8), (9) ta có: L (I -I )=∆ (10) W Đây sở để xác định điểm nút số 4, trạng thái thực tế tác nhân sấy khỏi buồng sấy • Các hàm xác định điểm nút [10] Áp suất bão hòa: ,4 Pb h = ex p (1 ); b ar (11) ,5 + t Dung ẩm tác nhân sấy: φ Pb h (12) d= ,6 21 ; kg/kg k k Pk q -φ Pb h Entanpy tác nhân sấy: I=1,004.t+d.(2500 +1,84.t) ; kJ/kgkk 105 (13) • Trong đó: t- Nhiệt độ nhiệt kế khơ tác nhân sấy; 0C ϕ- Độ ẩm tương đối tác nhân sấy; % Pkh- Áp suất khí quyển; bar • Lượng tác nhân sấy cấp cho mẻ sấy: L=W ; kg/mẻ (14) d -d • Cơng suất dàn nóng, dàn lạnh, ống nhiệt xác định: Cơng suất dàn nóng u cầu: L ( I3 -I ) Qk = ; kW (15) η1.τ Công suất dàn lạnh yêu cầu: Q0 = L ( I -I1 ) η2 τ ; kW mk = • • Qk h c -h d Lưu lượng môi chất qua dàn nóng dàn lạnh theo tính tốn khơng Do để đảm bảo cơng suất tồn hệ thống ta chọn lưu lượng lớn nhất: m = max(m0, mk) Công suất dàn nóng phụ xác định gần Qsub = (m0-mk).(hc – hd); kW • Qhp = η3 τ ; kW (17) Trong đó: η1- Hiệu suất trao đổi nhiệt dàn nóng η2- Hiệu suất trao đổi nhiệt dàn lạnh η3- Hiệu suất trao đổi nhiệt ống nhiệt τ- Thời gian sấy; giây (20) Công tiêu thụ máy nén Lmn =m.(hc–hb); kW (21) Diện tích dàn trao đổi nhiệt Dàn nóng chính: Fk = Cơng suất ống nhiệt: L ( I -I5 ) (19) theo nhiệt độ ngưng tụ • (16) Lưu lượng mơi chất qua dàn nóng: Qk ;m k1.∆t tb1 (22) Qsub ;m k1.∆t tb1 (23) Dàn nóng phụ: Fk-sub = Dàn lạnh: F0 = Q0 ;m k ∆t tb2 (24) Trong đó: k1- Hệ số truyền nhiệt dàn nóng; W/m2.K k2- Hệ số truyền nhiệt dàn lạnh; W/m2.K ∆ttb1, ∆ttb2- Hiệu nhiệt độ trung bình logarit dàn nóng dàn lạnh; 0C 2.3 Tính tốn chu trình bơm nhiệt Hình biểu diễn đồ thị lgp-h chu trình 2.4 Tính tốn ống nhiệt trọng trường bề bơm nhiệt cấp mặt nhẵn, bên ngồi có cánh • Cơng suất nhiệt tồn ống nhiệt [11] Q= Hình 5: Đồ thị lgp-h chu trình bơm nhiệt cấp • Lưu lượng mơi chất qua dàn lạnh: Q0 m0 = ; kg/s (18) h a -h f ∆t t z -t w ; W (25) = R R z +R vs +R +R w +R s +R h +R n Trong đó: Q- Cơng suất nhiệt tồn phần ống nhiệt;W tz, tw- Nhiệt độ trung bình dịng lưu chất qua phần sôi, phần ngưng ống nhiệt; 0C R- Nhiệt trở tổng; K/W Rz, Rw- Nhiệt trở vách ngồi phần sơi, phầ n ngưng ống nhiệt; K/W Rvs, Rvn- Nhiệt trở dẫn qua vách phần sôi, phầ n ngưng ống nhiệt; K/W Rh- Nhiệt trở môi chất sôi chuyển động từ phần sôi đến phần ngưng ống nhiệt; K/W 106 tw,αw Rn Rw Rvn Rvs Rz tz,αz Rw = ln(d en /d in ) , R = α w Fen 2.π.L n λ v ln(d es /dis ) Rz = , R vs = α z Fes 2.π.Ls λ v th Rs Rs = 1 , Rn = αs Fis αn Fin Rh = Th (Phs -Phn ) ρh r.Qi Hình 6: Nhiệt trở ống nhiệt Trong đó: Qi- Cơng suất nhiệt bên ống nhiệt; W Fes, Fen- Diện tích mặt ngồi ống nhiệt phần sơi, phần ngưng; m2 Fis, Fin- Diện tích mặt ống nhiệt phần sôi, phần ngưng; m2 den, din- Đường kính ngồi ống nhiệt phần ngưng; m des, dis- Đường kính ngồi ống nhiệt phần sôi; m αn, αs- Hệ số tỏa nhiệt ngưng, sôi môi chất ống nhiệt; W/m2.K Phs, Phn - Áp suất môi chất phần sôi phần ngưng ống nhiệt; Pa r- Nhiệt ẩn hóa mơi chất nạp; J/kg λv- Hệ số dẫn nhiệt vách ống nhiệt; W/m.K ρh- Khố i lượng riêng mơi chất nạp; kg/m3 • Xác định cơng suất ống nhiệt, giải hệ phương trình theo phương pháp lặp với giả thiết ban đầu nhiệt trở Ri= [11]: t z -t w  ∆t t z -t w Q= R = R +R = (R +R +R )+(R +R +R +R ) i e s n h w vs z   0,75 Q=5,24.A.ξ.∆ti  0,25 R = ∆t i = ∆t i i  Qi 5,24.A.ξ ξ=λ n 0,75 ρ n 0,5 r 0,25 µ n -0,25 Trong đó: ϕ- Hệ số nạp, nước ϕ=0,44 [11] λn- Hệ số dẫn nhiệt lỏng môi chất nạp ứng t +t với nhiệt độ t h = z w ; W/m.K ρn- Khố i lượng riêng lỏ ng môi chất nạp ứng t +t với nhiệt độ t h = z w ; kg/m3 r- Nhiệt ẩn hóa môi chất nạp ứng với t +t nhiệt độ t h = z w ; kJ/kg/K µn- Độ nhớt động học lỏng môi chất nạp ứng t +t với nhiệt độ t h = z w ; kg/m.s • Chiều dài phần ngưng, phần sơi ống nhiệt: β= α z Ln = α w Ls (29) Đối với ống nhiệt sử dụng để hồi nhiệt dòng tác nhân sấy máy sấy bơm nhiệt, phần ngưng phần sơi có chế độ làm việc gần giống nên αz ≈ αw , Ln ≈ Ls • Trường hợp ống nhiệt có cánh, ống bố trí so le với bước ống ngang s1, bước ống dọc s2 hệ số tỏa nhiệt αz,, αw xác định [12]: Đường kính tương đương: F0c d +Fc de = (26) (28) F Fc 2.n c ;m (30) Tốc độ tác nhân sấy lớn qua phần sôi phần ngưng ống nhiệt: d 2.h c δc ωmax =ω/[1-( + )]; m/s (31) s1 s Trong đó: Hệ số Reynolds Nusselt: A- Hệ số phụ thuộc kích thước ống nhiệt ξ- Hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý mơi chất Re= ωmax d e υ nạp s -d s -d • Hệ số A ξ xác định Nu=0,251.Re0,67 ( )-0,2 ( )-0,2 d2 tc Ls Ln A=dis din ( )0,75 (27) dis Ls +din L n /φ 107 (32) (33) Hệ số tỏa nhiệt cánh: α c = Nu.λ c ;W/m2.K (34) de • Hiệu suất cánh tra theo đồ thị Hình theo điều kiện (tc1 tc2) [13] 2.5 Tính chọn quạt • Diện tích mặt cắt ngang kênh dẫn tác nhân V L sấy: Fk = k = (38) ω ρ k τ.ω Trong đó: Fk- Diện tích mặt cắt ngang kênh dẫn; m2 Vk- Lưu lượng thể tích tác nhân sấy; m3/h L- Lượng tác nhân sấy cấp cho mẻ sấy; kg/mẻ ρk- Khối lượng riêng tác nhân sấy ứng với nhiệt độ trung bình thiết bị sấy; kg/m3 τ- Thời gian sấy; giây ω- Tốc độ tác nhân sấy; m/s • Chọn kích thước kênh dẫn hình chữ nhật: (39) Fk=axb Hình 7: Hiệu suất cách trao đổi nhiệt Trong phần mềm đồ thị mã hóa thành • Đường kính tương đương kênh dẫn phương trình tốn học với biến tc1 tc2 tác nhân sấy: (d +2.h c )+t c αc (a.b)0,625 tc1 = ; tc =(h c +0,5.t c ) (35) d k =1,3 (40) t c λ c d2 (a+b)0,25 Hệ số tỏa nhiệt phần sôi phần ngưng ống • Đối với ống tơn mỏng, bề mặt bên trơn, nhiệt: tiết diện trịn hệ số trở lực ma sát có F F α=α c c (ηc + c ); W/m K (36) thể xác định [14]: F Fc 0,3164 ω.d k Trong đó: λk= (khi Re k =