0

Nghiên cứu khả năng tăng cường truyền nhiệt và cách nhiệt ở trong thiết bị làm lạnh

51 0 0
  • Nghiên cứu khả năng tăng cường truyền nhiệt và cách nhiệt ở trong thiết bị làm lạnh

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 14/10/2021, 23:45

KHểA LUN TT NGHIP TRNG I HC VINH Tr-ờng đại học vinh Khoa vật lý === === nguyễn văn dũng nghiên cứu khả tăng c-ờng truyền nhiệt cách nhiệt thiết bị làm lạnh khóa luận tốt nghiệp đại học Vinh, 2010 SV: Nguyn Vn Dng Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với cơng nghiệp hóa - đại hóa đất nước, thiết bị nhiệt ngày sâu vào tất ngành kinh tế đóng vai trị quan trọng ngành y tế, bảo quản chế biến thực phẩm, … Việc cải tiến nâng cao hiệu suất nhiệt, tiết kiệm lượng, bảo vệ môi trường, hạ giá thành sản phẩm đặt cấp thiết với Các thiết bị trao đổi nhiệt máy bị nhiệt đóng vai trị quan trọng, khơng chiếm tỷ lệ lớn khối lượng, thể tích, giá thành so với tồn thiết bị nhiệt mà phận định hiệu suất thiết bị Khi giải vấn đề thực tế truyền nhiệt, số trường hợp c n tăng cường truyền nhiệt số trường hợp lại phải làm để giảm truyền nhiệt Tìm hiểu truyền nhiệt, tăng cường truyền nhiệt, cách nhiệt, tính tốn q trình bị trao đổi nhiệt đặc biệt quan trọng cho việc thiết kế chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt, lựa chọn đề tài “Nghiên cứu khả tăng cƣờng truyền nhiệt cách nhiệt thiết bị làm lạnh” Bố cục khóa luận: Mở đầu Nội dung: Gồm chương: Chương 1: Tổng quan truyền nhiệt Trong chương giới thiệu kiến thức chung truyền nhiệt Chương 2: Phương trình vi phân dẫn nhiệt vật rắn điều điện đơn trị Chương giới thiệu khái niệm dẫn nhiệt, phương trình dẫn nhiệt điều kiện đơn trị để xét toán dẫn nhiệt SV: Nguyễn Văn Dũng Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Chương 3: Cách nhiệt tăng cường truyền nhiệt Ở chương này, giới thiệu số biện pháp tăng cường truyền nhiệt cách nhiệt, sâu vào tìm hiểu thiết bị trao đổi nhiệt loại có cánh sử dụng phổ biến hện Chương 4: Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt loại có cánh Trong chương này, chúng tơi tính tốn áp dụng thiết kế thiết bị thường gặp như: động đốt (loại làm mát khơng khí), bình ngưng máy lạnh, thiết bị sấy, điều hịa khơng khí Kết luận hƣớng phát triển khóa luận Tài liệu tham khảo Để hồn thành khóa luận này, em xin chân thành cảm ơn tận tình hướng dẫn đóng góp nhiều ý kiến bổ ích th y, cô giáo khoa Vật lý Bản thân em cố gắng hạn chế thời gian, kinh nghiệm nên chắn khóa luận khơng tránh khỏi sai sót, em mong góp ý th y giáo bạn đọc để đề tài hoàn thiện Vinh, tháng năm 2010 Sinh viên Nguyễn Văn Dũng SV: Nguyễn Văn Dũng Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN NHIỆT Khoa học truyền nhiệt nghiên cứu trình truyền nhiệt xảy vật có nhiệt độ khác Truyền nhiệt khơng tìm cách giải thích ngun nhân xảy q trình mà cịn dự đốn mức độ trao đổi nhiệt ứng với điều kiện Năng lượng truyền dạng dịng nhiệt khơng thể đo lường trực tiếp xác định dịng nhiệt thơng qua đại lượng vật lý đo nhiệt độ Dịng nhiệt ln truyền từ vùng có nhiệt độ cao sang vùng có nhiệt độ thấp nên tìm thơng qua chênh lệch nhiệt độ hệ Do việc nghiên cứu phân bố nhiệt hệ yếu tố quan trọng vấn đề truyền nhiệt Khi biết phân bố nhiệt độ điều quan tâm thực tế giá trị dịng nhiệt (nó lượng truyền qua đơn vị diện tích đơn vị thời gian) Các toán xác định dòng nhiệt phân bố nhiệt độ vấn đề nhiều ngành khoa học kỹ thuật, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt lị hơi, bình ngưng, lị sưởi… Sự phân tích, tính tốn q trình trao đổi nhiệt nhằm để xác định kích thước kết cấu thiết bị, ví dụ: thiết kế ph n lõi lò phản ứng hạt nhân phải thơng qua việc phân tích q trình truyền nhiệt nhiên liệu điều chủ yếu định kích cỡ Trong máy lạnh, điều hòa nhiệt độ sưởi ấm… phân tích truyền nhiệt để xác định chiều dày lớp cách nhiệt nhằm chống tổn thất lượng… Truyền nhiệt q trình phức tạp xảy đồng thời ba dạng trao đổi nhiệt là: Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt, trao đổi nhiệt đối lưu trao đổi nhiệt xạ SV: Nguyễn Văn Dũng Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH 1.1 DẪN NHIỆT Dẫn nhệt dạng truyền nhiệt từ vùng có nhiệt độ cao sang vùng có nhiệt độ thấp truyền động va chạm phân tử nguyên tử Định luật dẫn nhiệt đ u tiên Biot đưa dựa quan sát thực nghiệm Trên sở kết thực nghiệm đó, nhà tốn lý Joseph Fourier xây dựng thành lý thuyết truyền nhiệt định luật trao đổi nhiệt Định luật phát biểu: “Mật độ dòng nhiệt truyền qua phương pháp dẫn nhiệt theo phương quy định tỷ lệ thuận với diện tích vng góc với phương truyền gradient nhiệt độ theo phương ấy” Xét dòng nhiệt theo phương x, định luật Fourier thể sau: Q x  F Hoặc Trong qx  T ,W x (1.1a) Qx T   , W / m2 F x (1.1b) Qx: Dịng nhiệt truyền qua diện tích F, J / s qx: Mật độ dòng nhiệt, W / m2 F : Diện tích bề mặt truyền nhiệt qua, m2 Do qui ước chiều dương vectơ gradient nhiệt độ chiều tăng nhiệt độ, vectơ mật độ dịng nhiệt có hướng từ vật (vùng) có nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp nên có dấu “ – ” phương trình Thực nghiệm xác minh hệ số tỷ lệ  phương trình (1.1) thông số vật lý đặc trưng vật liệu cho biết khả dẫn nhiệt vật gọi hệ số dẫn nhiệt Hệ số dẫn nhiệt vật nói chung phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, xác định thực nghiệm Thông thường thực nghiệm xác định mật độ dòng nhiệt gradient nhiệt độ hệ số dẫn nhiệt xác định công thức: SV: Nguyễn Văn Dũng Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP  TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH q , W / m.độ gradt (1.2) Từ (1.2) ta thấy hệ số dẫn nhiệt trị số nhiệt lượng truyền qua đơn vị bề mặt đẳng nhiệt đơn vị thời gian Thực nghiệm chứng tỏ h u hết vật liệu, hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc nhiệt độ theo quan hệ đường thẳng:  = o (1 + bt) (1.3) o - hệ số dẫn nhiệt oC b - số nhiệt xác định thực nghiệm 1.2 TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƢU Khi chất lỏng (khí) chuyển động qua bề mặt vật rắn có chênh lệch nhiệt độ, chẳng hạn: bề mặt vật có nhiệt độ tw nhiệt độ chất lỏng tf, bề mặt vật chất lỏng có q trình trao đổi nhiệt gọi trình trao đổi nhiệt đối lưu (hoặc tỏa nhiệt đối lưu) Sự truyền nhiệt xảy trường hợp thường kèm theo trình trao đổi lớp vật chất chúng có chênh lệch nhiệt độ Nếu dịch chuyển chất lỏng do: bơm, quạt, máy nén… trình truyền nhiệt gọi trình trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng Nếu chuyển động chất lỏng tạo nên lực nâng, chênh lệch khối lượng riêng (mà nguyên nhân gây nên chênh lệch khối lượng riêng chênh lệch nhiệt độ) trình gọi trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên Trong kỹ thuật, để tính tốn đơn giản q trình trao đổi nhiệt đối lưu ta thường dùng công thức: Q = F(tw – tf) (1.4) Cơng thức cịn gọi truyền nhiệt theo “định luật làm lạnh Newton” SV: Nguyễn Văn Dũng Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Trong TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Q - dòng nhiệt, W  - cường độ trao đổi nhiệt đối lưu, W / m2.độ F - điện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2 tw - nhiệt độ bề mặt vật rắn: K oC tf - nhiệt độ trung bình chất lỏng 1.3 TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ Khi hai vật có nhiệt độ khác đặt cách xa mơi trường chân khơng truyền nhiệt dẫn nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu không tồn Trong trường hợp truyền nhiệt vật xảy nhờ trao đổi nhiệt xạ Các vật phát lượng xạ truyền không gian dạng photon rời rạc theo lý thuyết Planck Sự xạ hấp thụ lượng xạ vật xếp chồng nguồn gốc xạ bên vật phát thông qua bề mặt vật, ngược lại xạ tới g n bề mặt vật từ môi trường xung quanh xâm nhập sâu vào vật bị yếu d n Năng lượng xạ phát vật tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối lũy thừa bậc 4, ví dụ vật đen với diện tích bề mặt F nhiệt độ bề mặt T1 đặt hệ bề mặt khép kín nhiệt độ T2, vật đen phát lượng xạ tổng cộng FT14 hấp thụ lượng xạ tổng cộng FT24, lượng trao đổi nhiệt bề mặt là; Q = F(T14 – T24) (1.5) Ở  = 5,6697.10-8 W/m2.K4 số Stefan-Boltzman Nếu hai vật khơng hồn tồn đen bề mặt khơng bị khép kín với lượng trao đổi hai vật là: Q = 12F(T14 – T24) SV: Nguyễn Văn Dũng (1.6) Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Ở 12 gọi hệ số góc (hệ số chiếu xạ), hệ số mang tính hình học thu n túy phụ thuộc vào bố trí hình học hai bề mặt trao đổi nhiệt xét (12 < 1) Khi chênh lệch nhiệt độ T1 T2 tương đối nhỏ so với trị số T1 phương trình (1.6) viết dạng: Q = 12F(T1 – T2) (T1 + T2) (T12 + T22) = 12FT13(T1 – T2) Hoặc q Đặt Q  (12 T13 )  T1 – T2  F (1.7) bx = 124T31 (1.8) Nó gọi hệ số trao đổi nhiệt xạ, phương trình (1.7) viết lại dạng: q  bx  T1 – T2  (1.9) Phương trình hình thức giống phương trình (1.4) đề cập ph n trao đổi nhiệt đối lưu áp dụng với điều kiện: T1  T2  T1 1.4 TRAO ĐỔI NHIỆT PHỨC TẠP Khi trình trao đổi nhiệt đối lưu xạ xảy đồng thời với cường độ mạnh tính tốn giải tích truyền nhiệt phải xem xét tới ảnh hưởng tương hỗ hai dạng trao đổi nhiệt Ở khía cạnh khác mức độ hẹp thường sử dụng kỹ thuật, xem trình xảy xếp chồng tuyến tính hai dịng nhiệt với hai dạng trao đổi nhiệt khác Ví dụ q trình trao đổi nhiệt sản phẩm cháy buồng đốt với bề mặt truyền nhiệt, q trình xảy đồng thời trao đổi nhiệt xạ đối lưu với bề mặt hấp thụ, trình trao đổi nhiệt phức tạp Dòng nhiệt tổng xét: SV: Nguyễn Văn Dũng Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH q = qbx + qđl (1.10) q  dl (Tf  Tw )  bx  Tf – Tw  Hay  (dl  bx )(Tf  Tw )   (Tf  Tw ) Ở (1.11) đl bx nói Tf : Nhiệt độ sản phẩm cháy Tw : Nhiệt độ bề mặt hấp thụ   (dl  bx ) : hệ số trao đổi nhiệt phức tạp SV: Nguyễn Văn Dũng Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CHƢƠNG PHƢƠNG TRÌNH VI PHÂN VỀ DẪN NHIỆT CỦA VẬT RẮN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐƠN TRỊ Dẫn nhiệt trình truyền nhiệt vật ph n vật có nhiệt độ khác tiếp xúc trực tiếp với Hiện tượng dẫn nhiệt liên quan với chuyển động vi mô vật chất, truyền lượng chất khí khuếch tán phân tử nguyên tử, chất lỏng chất cách điện tác dụng sóng đàn hồi, kim loại chủ yếu khuếch tán điện tử tự dao động đàn hồi mạng tinh thể đóng vai trị thứ yếu Trong lý thuyết giải tích dẫn nhiệt, xem vật khối liên tục mà không xét đến cấu tạo phân tử, nghĩa không xem vật tổ hợp chất điểm khơng liên tục tạo thành, kích thước ph n tử thể tích lớn so với kích thước khoảng cách phân tử Ta xét điều kiện vật đồng chất đẳng hướng Q trình truyền nhiệt nói chung, bao gồm q trình dẫn nhiệt, có quan hệ chặt chẽ với phân bố nhiệt độ, muốn nghiên cứu dẫn nhiệt trước tiên c n phải nắm vững trường nhiệt độ gradient nhiệt độ 2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2.1.1 Trƣờng nhiệt độ Nhiệt độ thông số trạng thái biểu thị mức độ nóng lạnh vật trường hợp tổng quát nhiệt độ t hàm số tọa độ x, y, z thời gian , tức: SV: Nguyễn Văn Dũng t = f(x, y, z, ) 10 (2.1) Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Trong C, n – hệ số thực nghiệm xác định sau:  Chùm ống song song Cánh tròn C = 0,104 n = 0,72 Cánh chữ nhật C = 0,094 n = 0,72 Cánh tròn C = 0,223 n = 0,65 Cánh chữ nhật C = 0,203 n = 0,65  Chùm ống so le Sp - bước cánh, m - đường kính ngồi ống, m h - chiều cao cánh, m  - hệ số dẫn nhiệt khơng khí, W/m.K Ref - trị số Reynold, Ref  S   - tốc độ dịng khơng khí qua tiết diện tự hẹp nhất, m/s  - độ nhớt động học khơng khí, m2/s a) Chùm ống song song b) Chùm ống so le Do nhiệt độ phân bố bề mặt cánh không đều, gốc cánh nhiệt độ nhiệt độ bề mặt ống độ chênh lệch nhiệt độ bề không khí lớn Theo chiều cao cánh nhiệt độ giảm d n độ chênh lệch nhiệt độ giảm theo nên khả truyền nhiệt cánh hơn, để xét ảnh hưởng người ta dùng khái niệm hiệu suất cánh: SV: Nguyễn Văn Dũng 37 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Trong TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH c  th(m.l) m.l (4.6) m 2 'k  c lc (4.7) l - chiều cao tương đương cánh, m c - hệ số dẫn nhiệt vật liều làm cánh c - chiều dày cánh, m ’k - hệ số tỏa nhiệt tương đương khống khí bề mặt làm cánh, W/m2.K Cơng thức (4.5) dùng để tính cường độ tỏa nhiệt phía khơng khí khơ (khơng có ngưng tụ ẩm), thực tế khơng khí ẩm làm lạnh nhiệt độ đọng sương ph n nước khơng khí bị ngưng tụ ảnh hưởng đến , đó:  Khi làm lạnh nhiệt độ đọng sương (t > tđs):  ’k =  k  Khi làm lạnh nhiệt độ đọng sương (t < tđs): ’k = k  Qt Qs (4.8) (4.9) Q1 – nhiệt (nhiệt lượng lấy c n thiết để hạ nhiệt độ dịng khơng khí từ nhiệt độ vào t’k đến nhiệt độ t’’k) Qs – nhiệt ẩn (nhiệt lượng c n để ngưng tụ ẩm dịng khơng khí) Nếu bề mặt cánh có đóng băng (ví dụ dàn lạnh kho cấp đơng trữ đông…)    'k    t  k   t  (4.10) t – chiều dày lớp băng bám bề măth cánh, m t – hệ số dẫn nhiệt băng, W/m.K SV: Nguyễn Văn Dũng 38 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Chiều cao tương ứng cánh tính:  Cánh hình chữ nhật:    R L I   R  ro  1  0,805lg 1,28  0,2   , m ro R     (4.11)  Cánh hình lục giác:    R L I   R  ro  1  0,805lg 1,27  0,3   , m ro R     (4.12) Hiệu suất nhiệt toàn bề mặt cánh: Diện tích bề mặt ngồi ống có cánh gồm hai ph n: ph n diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cánh F f diện tích bề mặt ngồi ống khơng làm cánh Fof, tổng diện tích tỏa nhiệt bề mặt ngồi F = Ff + Fof Đọ chênh lệch nhiệt độ bề mặt cánh khơng khí khơng đồng tồn bề mặt, xem cường cường độ tỏa nhiệt toàn bề mặt ’k hiệu suất bề mặt cánh tính sau: tc  Trong c Ff  Fof F c - hiệu suất cánh Ff - diện tích bề mặt tỏa nhiệt cánh Fof - diện tích bề mặt ngồi ống khơng có cánh F - tổng diện tích bề mặt ngồi có cánh Hệ số truyền vách có cánh tính qui đơn vị diện tích bề mặt bỏ qua nhiệt trở bề mặt trong:  F  k '  Rf   , W / m k o Fo   k n tc (4.13) Rf – nhiệt trở lớp bụi bám bề mặt cánh Nhiệt lượng truyền qua toàn bề mặt: Q = kF(tf1 – tf2) SV: Nguyễn Văn Dũng 39 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH 4.5.2 Gia nhiệt không khí Thiết bị trao đổi nhiệt loại có cánh thường gặp bình ngưng giải nhiệt, động đốt trong, thiết bị lạnh… Mặt loại thiết bị bố trí cánh có dạng: cánh trịn, cánh phẳng, cánh gợn sóng Khi tính cường độ tỏa nhiệt k sử dụng cơng thức sau: F   k  C Ref0,625    Fo  Trong 0,375 Prf0,33 , W / m K (4.14) C – hệ số, chọn sau:  Chùm ống so le: C = 0,45  Chùm ống song song: C = 0,30  - hệ số dẫn nhiệt khơng khí, W/m2.K – đường kính nồi ống Ref – trị số Reynold: Ref  d o   - tốc độ dòng khơng khí qua chỗ hẹo dàn ống, m/s  - độ nhớt động học khơng khí, m2/s F - tổng diện tích bề mặt ngồi ứng với 1m chiều dài ống, m2 Fo - diện tích bề mặt ngồi 1m ống trơn, m2 Đối với khơng khí thường chọn Prf  0,71 Để tính g n (tính nhanh) hệ số tỏa nhiệt k (cánh trịn, cánh chữ nhật) sử dụng cơng thức đơn giản sau:  h   k  o 1  0,25  , W / m 2K  Sp   Trong (4.15) o - hệ số tỏa nhiệt chùm ống trơn (khơng có cánh) H - chiều cao cánh, m Sp - bước cánh Các cơng thức nêu sử dụng để tính cường độ tỏa nhiệt k cánh trơn Nhiều thiết bị sử dụng cánh gợn sóng nhằm SV: Nguyễn Văn Dũng 40 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH tăng độ rối loạn dòng ống để tăng , đồng thời diện tích bề mặt cánh có tăng so với cánh trơn, nhiên tồn số nhược điểm trở kháng thủy lực tăng, dễ bám bụi bề mặt 4.5.3 Bài toán thiết kế Dựa vào tài liệu tính tốn thiết bị nhiệt chuyên ngành, lựa chọn thiết bị ngưng tụ giải nhiệt khơng khí có thơng số sau: Năng suất giải nhiệt Qk = 180 kW Nhiệt độ khơng khí xung quanh tN = 25o C Nhiệt độ ngưng tụ tk = 42o C Lãnh chất sử dụng R-22 Thông số cánh ống: Đường kính ống d1 = 0,021 m Đường kính ống d1 = 0,028 m Đường kính cánh tròn Dc = 0,049 m Bước cánh Sc = 0,0035 m Chiều dày chân cánh o = 1,1 mm Chiều dày đ u cánh d = 0,6 mm Ống thép, cánh nhơm, chùm ống bố trí so le với bước ống sau: Bước ngag dòng S1 = 0,052 m Bước dọc S2 = 0,045 m u c u tính tốn kiểm tra khả làm việc thiết bị Giải: a Về phía khơng khí Độ gia nhiệt khơng khí qua chùm ống thường t =  10 0C, chọn t = 0C, nhiệt độ khơng khí vào t’2 = 25 0C nhiệt độ t’’2 = 25 + = 33 0C, nhiệt độ trung bình: SV: Nguyễn Văn Dũng 41 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH t2 = 0,5(t’2 + t’’2) = 29 0C Với t2 = 29 0C tra bảng “Tính chất vật lý khơng khí khơ” ph n phụ lục ta có: 2 = 1,165 kg/m3 2 = 2,67.10-2 W/m.K 2 = 16.10-6 m2/s Pr2 = 0,701 Tốc độ dịng khơng khí qua chỗ hẹp chọn 2 = m/s Re2  2do 9.0,028   15,94  103 6 2 16  10 Cường độ tỏa nhiệt phía khơng khí sử dụng cơng thức (4.14): F    C Ref0,625    Fo  0,375 Pr20,33 , W / m K Chùm ống bố trí so le nên C = 0,45 Diện tích bề mặt ngồi ống trơn ứng với 1m ống: Fo = do.1 = 3,14.0,28.1 = 0,088 m2/m Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cánh ứng với 1m ống: Fc   2  Dc  d o2   Dcd Sc Sc    3,14  0,0492  0,0282   3,14  0,049  0,6 103 0,0035 0,0035    0,752 m2 / m Diện tích khoảng cánh m ống: Foc   d o Sc  c Sc   3,14  0,028  (3,5,11) 10 3,5  10 3 3  0,06 m2/m Tổng diện tích bề mặt ngồi có cánh: F = Fc + Foc =0,752 + 0,06 = 0,812 m2/m SV: Nguyễn Văn Dũng 42 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH 2,67  102   0,45   15,94 103 3 28  10   0,625  0,812  0,375  0,088    0,7010,33  69,2 W / m  K Nếu có xét đến ảnh hưởng tỏa nhiệt khơng đồng tồn bề mặt cánh ta có: ’2 = 2 Hệ số  = 0,85 đó: ’2 = 0,85  69,2 = 58,8 W / m  K b Cƣờng độ tỏa nhiệt phía ngƣng ống Hơi ngưng tụ ống có khác với ngưng ống chỗ lỏng bị đọng lại ph n ống mà tách ngưng ngồi ống, làm giảm diện tích truyền nhiệt ngưng tụ  Khi ngưng Freon ống với Re < 35000 cường độ tỏa nhiệt tính:   B a  0,555     t K  t w  di  0,25 , W / m2  K 1/3 Hoặc  B   a  0,455  , W / m2  K   qdi  Trong B 32gr 3gr 3gr    /  Các thông số vật lý chất lỏng , , ,  chọn theo nhiệt độ trung bình màng lỏng tm = 0,5(tK + tw) Cịn ẩn nhiệt hóa r chọn theo nhiệt độ ngưng tụ tK  Khi ngưng tụ NH3 ống: a  2116  t K  t w  SV: Nguyễn Văn Dũng 43 0,87  d i 0,25 , W / m  K Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH 1/3  B   a  0,455  , W / m2  K   qdi  Hoặc Trường hợp ngưng ống xoắn nămg ngang cường độ tỏa nhiệt có trường hợp vừa nêu Độ suy giảm nhiệt độ từ ngưng tụ đến nhiệt độ khơng khí phụ thuộc vào nhiệt trở vách Vì nhiệt độ bề mặt vách chưa biết nên sơ dựa vào dặc tính nhiệt trở để chọn t w sau tính kiểm tra lại theo nguyên tắc cân dòng nhiệt hai phía Thơng thường ngưng tụ Freon, cường độ tỏa nhiệt ngưng khoảng a = 1000  2500, cịn phía khơng khí 2 = 50  80, độ suy giảm nhiệt độ tỷ lệ với 1/ /, a >> 2 nên sơ chọn độ suy giảm nhiệt độ từ đến bề mạch vách: t = tK + tw  2o C Do tw = tK - t = 42 – = 40 o C Nhiệt độ trung bình màng chất lỏng F- 22: tm = 0,5(tK + tw) = 41 o C Từ bảng “Thông số nhiệt vật lý lỏng R-22” ứng với tmax = 41o C tìm sau: a = 1127 kg/m3 a = 0,0786 W/m.K a = 0,196.10-6 m2/s a = 2,19.10-4 Pa.s Với tk = 42 o C tra bảng tính chất nhiệt động R-22 trạng thái bão hịa tìm ẩn nhiệt hóa = 163,91 kJ/Kg SV: Nguyễn Văn Dũng 44 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH 32gr 0,0786.103.1127 2.9,81.163,91.103 B   2,878.1012 4  2,19.10 B    di  0,25   12 0,25  137.10 B  3,42.10 0,55    di  0,25  1899 Hệ số tỏa nhiệt chất tải lạnh R-22 ngưng tụ: a  1899t a0,25 Đối với loại ống có cánh ta sử dụng thì: Diện tích bề mặt F1 = d1  = 3,14  0,021 = 0,066 m2/m F2 = 0,812 m2/m Tổng diện tích bề mặt ngồi  Hệ số làm cánh F2  12,3 F1 Dòng nhiệt ngưng tụ truyền cho vách ống trong: Q1 = Qa = ataF1 Mật độ dòng nhiệt R-22 qui đơn vị diện tích bề mặt ngồi (bề mặt phía khơng khí): q ang    Qa F  1899t a0,25  t a   154,39  t a0,75 F2 F2 Theo định luật bảo tồn lượng dòng nhiệt truyền từ lãnh chất ngưng tụ đến vách ống Qa (tính theo tỏa nhiệt đối lưu bề mặt trong) dòng nhiệt truyền từ bề mặt ngồi có cánh đến khơng khí Q kk (tính theo tỏa nhiệt đối lưu từ bề mặt vách có cánh đến khơng khí) dịng nhiệt truyền tính từ chất lỏng nóng đến chất lỏng lạnh Q: Qa = Qkk = Q (a) Do qui tất dòng nhiệt đơn vị diện tích bề mặt bề mặt ngồi mật độ dòng nhiệt chúng phải SV: Nguyễn Văn Dũng 45 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Chúng ta lựa chọn cân dòng nhiệt cặp nêu phương trinh (a) để tìm tw, sau kiểm tra lại giả thiết ban đ u khơng phù hợp tính lại sai lệch bỏ qua Với hệ số truyền nhiệt k tính qui đổi đơn vị diện tích bề mặt ngồi ta có: Q = k2(tk – t2)F2, q2  Và Trong W (b) Q  k  t k – t  , W / m2 F2 (c) k2 – hệ số truyền nhiệt tính qui đổi đơn vị diện tích bề mặt phía ngồi k2    i  'i    i  F2   '        i    i a  F1  2 (d) - nhiệt trở phụ phát sinh phía chất tải lạnh: ví dụ nhiệt trở i lớp d u bám lên bề mặt (với chất tải lạnh khơng hịa tan NH3, cịn chất hịa tan R-12 khơng xét đến), nhiệt trở vách ống (nếu dùng ống đồng đỏ mỏng nhiệt trở bỏ qua), nhiệt trở tiếp xúc cánh bề mặt ống…  'i   ' - nhiệt trở phát sinh phía bề mặt cánh, ví dụ lớp bụi bám i bề mặt cánh Nhiệt trở tiếp xúc ống bề mặt cánh Rc = 0,005 m2.K/W (khi cánh gia công theo kiểu lắp ghép), nhiệt trở lớp bụi bám bề mặt cánh Rb = 0,0003 m2.K/W, nhiệt trở lớp d u Rd tùy thuộc chất tải lạnh (ví dụ R-12 hòa tan d u tốt nhiệt trở bỏ qua, cịn NH3 Rd  (0,45  0,8).10-3 m2.K/W SV: Nguyễn Văn Dũng 46 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Trong toán chất tải lạnh sử dụng R-22 xem Rd = ống sử dụng ống lưỡng kim th = 45,3 W/m.K, cánh nhơm có nh = 230,5 W/m.K Với giả thiết sơ trình bày trên, chọn ta = 2oC a  1899t a0,25  1899  20,25  1579 W / m2K Hệ số truyền nhiệt tính qui đổi phía khơng khí k2 là: k2  1     0,002 0,0015    12.3   0,005  0,003    230,5 1597   59   45,3  33,3 W / m 2K Mật độ dòng nhiệt qui đổi phía khơng khí (tính theo hệ số truyền nhiệt k2): q2 = k2(tk – t2) = 33,3(42 – 29) = 433,3 W/m2 Mật độ dòng nhiệt chất tải lạnh R-22 tính qui đổi phía khơng khí: q ang  158,6t 0,75  158,6  20,75  266,7 W / m a Do mật độ dòng nhiệt q2 qang khác lớn nên phải giả thiết lại ta để tính cân Chọn lại ta  3,5oC: chọn lại ta nhiệt độ trung bình màng chất lỏng thay đổi thay đổi tính chất nhiệt vật lý màng chất lỏng bỏ qua, đó: 'a  1889t a0,25  1889  30,25  1396 W / m2K Với 'a  1396 W / m2K , tính lại k2 có: k2  SV: Nguyễn Văn Dũng  31,5 W / m2 0,0317 47 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH q2 = 31,5(42 – 29) = 409 W / m2 q ang  158,6t 0,75  158,6  3,50,75  406 W / m a Vì q2  qang nên khơng c n tính lại xem q  407 W / m2 Tổng diện tích bề mặt ngồi thiết bị: F2   QK 180000   442,3 m2 407 q Tổng chiều dài ống: L F2  442   544 m F2 0,812 Nếu chọn chiều dài đoạn ống L1 = 3m tổng số ống thiết bị là: n L 544   181 ống L1 Chọn số dãy ống theo chiều chuyển động dịng khí n = (5 row) số ống theo chiều vng góc với dòng chảy n1 là: n1  n 181   36,2 chọn 37 ống n2 Với thông số tính bố trí thiết bị, ta tiến hành tính tốn kiểm tra lại tốc độ dịng khơng khí qua chỗ hẹp nhất: SV: Nguyễn Văn Dũng 48 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Diện tích tiết ngang tự dịng khơng khí lưu động qua ứng với 1m chiều dài ống:       f  S1  d o   Dc  d o  c    Sc       0,0085    0,052  0,028   0,049  0,028   0,0189 m  0,0035   Tiết diện tự chỗ hẹp cho dịng khí lưu động qua thiết bị: Ftd = n1.L1.f =37.3.0,0189 = 2,1 m2 Lưu lượng khơng khí qua thiết bị: G2  cp2  QK 180   22,4 kg / s '' ' t – t 1.(33  25)  Ở nhiệt độ trung bình t2 = 29 oC ta có 2 = 1,17 kg/m3, lưu lượng thể tích dịng khơng khí: V2  G 22,4   19,2 m3 / s 2 1,17 Tốc độ dịng khí qua chỗ hẹp nhất: 2max  2  V2 19,2   9,1 m / s Ftd 2,1 Kết không khác so với lựa chọn ban đ u nên không c n hiệu chỉnh lại Kiểm tra lại độ chênh nhiệt độ gió qua dàn ngưng:  QK  G 2cp2 t ''2 – t '2  t ''2  t '2   25   33 oC Kết tính kiểm tra phù hợp với điều kiện gải thiết, quạt gió chọn cho dàn ngưng tụ có lưu lượng: V2  19,2 m3 / s  69,12.103 m3 / h SV: Nguyễn Văn Dũng 49 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KẾT LUẬN Như vậy, thông qua việc “Nghiên cứu khả tăng cường truyền nhiệt cách nhiệt thiết bị làm lạnh”, khóa luận nghiên cứu đạt số kết sau:  Nghiên cứu tổng quan truyền nhiệt ba dạng trao đổi nhiệt là: trao đổi nhiệt dẫn nhiệt, trao đổi nhiệt đối lưu, trao đổi nhiệt xạ  Giới thiệu khái niệm dẫn nhiệt, phương trình dẫn nhiệt điều kiện đơn trị để xét tốn dẫn nhiệt  Tìm hiểu số biện pháp tăng cường truyền nhiệt cách nhiệt, sâu vào tìm hiểu thiết bị có cánh loại sử dụng phổ biến hện  Tính tốn, áp dụng thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt loại có cánh thường gặp như: bình ngưng hệ thống thiết bị lạnh, dàn lạnh và, điều hịa khơng khí  Ph n thân em nắm bắt phương pháp thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt Trên cở đề tài này, mở rộng phạm vi nghiên cứu, việc kiểm tra tính toán thiết kế thiết bị lạnh thực nghiệm SV: Nguyễn Văn Dũng 50 Lớp 47A - Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồng Đình Tín, Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt, NXB KHKT, 2001 Nguyễn Tồn Phong, Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt, Bài giảng Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Bốn, Hồng Ngọc Đồng, Nhiệt kĩ thuật, Bài giảng Đại học Bách khoa Đà Nẵng Đỗ Văn Quân, Kĩ thuật nhiệt, Bài giảng Đại học Thái Nguyên Phạm Lê D n, Cơ sở kĩ thuật nhiệt, NXB GD, 2009 http://www.google.com http://ebook.edu.vn http://nhietlanhvietnam.net http://www.vatlivietnam.org 10 http://vi.wikipedia SV: Nguyễn Văn Dũng 51 Lớp 47A - Vật lý ... ? ?Nghiên cứu khả tăng cường truyền nhiệt cách nhiệt thiết bị làm lạnh? ??, khóa luận nghiên cứu đạt số kết sau:  Nghiên cứu tổng quan truyền nhiệt ba dạng trao đổi nhiệt là: trao đổi nhiệt dẫn nhiệt, ... TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt có dạng tính tốn thiết kế thiết bị tính tốn kiểm tra khả làm việc thiết bị sẵn có Mục đích tính toán thiết kế thiết bị trao... ĐẠI HỌC VINH Chương 3: Cách nhiệt tăng cường truyền nhiệt Ở chương này, giới thiệu số biện pháp tăng cường truyền nhiệt cách nhiệt, sâu vào tìm hiểu thiết bị trao đổi nhiệt loại có cánh sử dụng
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu khả năng tăng cường truyền nhiệt và cách nhiệt ở trong thiết bị làm lạnh , Nghiên cứu khả năng tăng cường truyền nhiệt và cách nhiệt ở trong thiết bị làm lạnh