Tìm hiểu thiết bị trao đổi nhiệt và ứng dụng trong hệ thống lạnh

7 Ch-ơng II tính toán thiết bị trao đổi nhiệt 2.1 Ph-ơng pháp độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit .... ch-ơng I Tổng quan về thiết bị trao đổI nhiệt TBTĐN TBTĐN là thiết bị dùng

Phân loại TBTĐN

Về cấu tạo TBTĐN rất đa dạng về chủng loại và phụ thuộc vào công nghệ sản xuất, tuy nhiên về nguyên lý làm việc các TBTĐN có thể phân thành ba loại chÝnh :

- TBTĐN loại vách ngăn cách

Về mặt kỹ thuật, mỗi chủng loại đều có những -u nh-ợc điểm khác nhau nên tuỳ thuộc vào công nghệ sản xuất mà lựa chọn loại này hay loại khác Trên thực tế TBTĐN loại vách ngăn cách đ-ợc sử dụng rất phổ biến do đó ở ch-ơng này chúng tôi chủ yếu tập trung phân tích và đánh giá về loại thiết bị này.

TBTĐN loại vách ngăn cách

TBTĐN loại có vỏ bọc chùm ống

Loại thiết bị này sử dụng rất rộng rãi, đối với công suất nhỏ thì sử dụng dạng ống lồng ống, công suất lớn thì sử dụng dạng vỏ bọc chùm ống Trong thiết bị một chất lỏng chuyển động trong ống một chất lỏng chuyển động ngoài ống

Căn cứ vào bố trí dòng chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh có thể phân loại thiết bi này thành : L-u động thuận chiều, l-u động ng-ợc chiều, l-u động cắt nhau và l-u động phức tạp ống ra (1) ống vào vỏ (2) Tấm chắn

Vỏ bọc ống ra vỏ (2) ống vào (1) Chùm ống

Hình 1.1 TBTĐN dạng vỏ bọc và ống a) TBTĐN dạng vỏ bọc chùm ống b) TBTĐN dạng ống lồng ống a) b) c) d)

Hình 1.2 Các dạng bố trí chuyển động của chất lỏng trong TBTĐN a) L-u động thuận chiều b) L-u động ng-ợc chiều

TBTĐN loại có cánh

Loại TBTĐN này th-ờng đ-ợc sử dụng khi hệ số toả nhiệt () của một loại chất lỏng thì rất lớn còn còn chất lỏng kia thì rất bé, để tăng c-ờng khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị ng-ời ta làm cánh vÒ phÝa chÊt láng cã  bé Đối với quá trình trao đổi nhiệt giữa chÊt láng víi chÊt khÝ thì cánh bao giờ cũng h-íng vÒ phÝa chÊt khÝ.

TBTĐN loại tấm

1.2.3.1 TBTĐN loại tấm xoắn ốc

Trong loại TBTĐN này hai dòng chất nóng và lạnh l-u động ng-ợc chiều nhau Loại thiết bị này có lợi là do sự chuyển động xoắn ốc có thể làm tăng hệ số toả nhiệt do sự rối loạn của dòng, độ bám cáu thấp hơn nhiều so với loại vỏ bọc chùm ống, vì khi cáu bẩn bắt đầu hình thành sẽ làm giảm tiết diện ngang chất lỏng l-u động qua ống, làm tốc độ của dòng tăng lên làm phá vỡ các lớp cáu bẩn do đó nó có tác dụng t-ơng tự việc thông rửa

Ngoài ra thiết bị này có kết cấu rất chặt chẽ nên khi có cùng năng suất truyền nhiệt thì dung tích chỉ bằng 1/3 của loại thiết bị vỏ bọc chùm ống Tuy nhiên loại thiết bị này lại khó làm vệ sinh, sữa chữa, cần có áp suất đẩy chất lỏng lớn

1.2.3.2 TBTĐN loại tấm gợn sóng

Loại thiết bị này về hình thức cấu tạo cũng có nhiều dạng khác nhau, các tấm gợn sóng sẽ tạo thành các cánh tản nhiệt đồng thời nó cũng có tác dụng giây sự nhiễu loạn dòng làm tăng c-ờng độ toả nhiệt

Hình 1.4 TBTĐN loại tấm xoắn ốc Hình 1.3 TBTĐN loại có cánh

Loại TBTĐN này th-ờng đ-ợc áp dụng cho việc trao đổi nhiệt giữa chất khí với chất khí vì hệ số truyền nhiệt đ-ợc tăng lên rõ rệt.Trong thực nghiệm ng-ời ta đã xác định đ-ợc đối với dạng chùm ống c-ờng độ toả nhiệt khoảng

30W/m 2 K còn TBTĐN dạng tấm gợn sang có thể đạt đến 300W/m 2 K Về kết cấu TBTĐN loại này rất chặt chẽ và gọn Khuyết điểm chủ yếu của thiết bị này là dễ bi tắc, làm vệ sinh và sữa chữa khó nên nó th-ờng đ-ợc sử dụng trong điều kiện chất lỏng t-ơng đối sạch, ít ăn mòn.

Các ph-ơng trình cơ bản để tính toán nhiệt của TBTĐN loại vách ngăn cách

Ph-ơng trình cân bằng nhiệt

Là một dạng của định luật bảo toàn năng l-ợng, nếu bỏ qua tổn thất nhiệt ra môi tr-ờng xung quanh thì nhiệt l-ợng do chất lỏng nóng nhả ra bằng nhiệt l-ợng chất lỏng lạnh nhận đ-ợc

Hình 1.5 TBTĐN loại tấm gợn sóng

Q : Nhiệt l-ợng truyền của TBTĐN (W)

G 1 , G 2 : L-u l-ợng khối l-ợng của chất lỏng nóng và lạnh

(Kg/s) c p1 , c p2 : Nhiệt dung riêng khối l-ợng đẳng áp của chất lỏng nóng và lạnh (KJ/Kg.K) t ’ 1 , t ’ 2 : Nhiệt độ chất lỏng nóng và lạnh ở đầu vào ( 0 C) t ’’ 1 , t ’’ 2 : Nhiệt độ chất lỏng nóng và lạnh ở đầu ra ( 0 C) Trong tính toán ng-ời ta th-ờng đ-a ra đại l-ợng C = G.c p gọi là nhiệt dung l-u l-ợng khối l-ợng hoặc còn gọi là đ-ơng l-ợng không khí của chất lỏng

Do đó ph-ơng trình (1.1) có thể viết lại d-ới dạng :

Ph-ơng trình (1.2) chứng tỏ rằng trong TBTĐN chất lỏng nào có C lớn thì nhiệt độ biến đổi ít còn chất lỏng nào có C nhỏ thì nhiệt độ biến đổi nhiều Tr-ờng hợp một chất lỏng nào đó trong TBTĐN khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt đồng thời có sự biến đổi pha ( ví dụ chất lỏng sôi hoặc ng-ng tụ ) thì nhiệt độ của chất lỏng đó sẽ thay đổi và đ-ơng l-ợng không khí đ-ợc xem C = ∞ Nếu xét ph-ơng trình trên ứng với phân bố bề mặt TBTĐN dF thì ph-ơng trình (1.2 ) có dạng :

Trong đó : dt 1 : độ giảm nhiệt độ của chất lỏng nóng dt 2 : độ tăng nhiệt độ của chất lỏng lạnh.

Ph-ơng trình truyền nhiệt

Nhiệt l-ợng mà chất lỏng nóng truyền cho chất lỏng lạnh sẽ phải thông qua bề mặt truyền nhiệt của thiết bị Do đó nhiệt l-ợng trao đổi giữa chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh qua phân tố bề mặt truyền nhiệt dF là : dQ k  t 1 t 2  dF ktdF (1.4) ở đây : k : Hệ số truyền nhiệt, W/m 2 0 C ( t 1 – t 2 ) : Độ chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng nóng và lạnh trên bề mặt phân tố dF tích phân ph-ơng trình ( 1.4 ) trên toàn bộ bề mặt F chúng ta nhận đ-ợc nhiệt l-ợng truyền của TBTĐN :

Trong tr-ờng hợp tổng quát, độ chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh  t sẽ thay đổi trên toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt hệ số truyền nhiệt k cũng có thể thay đổi nh-ng không đáng kể, do đó khi tính toán có thể xem k = const Ph-ơng trình ( 1.5 ) có thể viết lại d-ới dạng sau :

QkFt (1.6) ở đây t là độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa chất lỏng nóng và lạnh

Trị số  t đ-ợc xác định tùy thuộc vào sơ đồ chuyển động và tỷ số đ-ơng l-ợng không khí của các chất lỏng

Cách bố trí chuyển động giữa chất lỏng nóng và lạnh trong TBTĐN có nhiều dạng khác nhau đ-ợc thể hiện trên hình 1.2

Phần lớn các TBTĐN công suất nhỏ th-ờng bố trí chất lỏng l-u động song song ng-ợc chiều, các thiết bị công suất lớn th-ờng bố trí l-u động phức tạp Trên hình 1.6 thể hiện sự biến thiên nhiệt độ của hai chất lỏng nóng và lạnh l-u động song song cùng chiều và ng-ợc chiều với đ-ơng l-ợng không khí khác nhau

Từ đồ thị chúng ta có thể nhận xét thÊy:

- Chất lỏng nào có đ-ơng l-ợng không khí C lớn thì nhiệt độ biến thiên nhỏ và

Hình 1.6 Đặc tính biến thiên nhiệt độ của các chất lỏng trong sơ đồ cùng chiều và ng-ợc chiều

Hình 1.7 Sự phân bố nhiệt độ của các chất lỏng trong sơ đồ l-u động song song cùng chiều

- Khi bố trí l-u l-ợng thuận chiều nhiệt độ ra của chất lỏng lạnh t’’ 2 luôn nhỏ hơn nhiệt độ ra của chất lỏng nóng t’’ 1 còn khi l-u động ng-ợc chiều thì nhiệt độ ra của chất lỏng lạnh t’’ 2 có thể cao hơn hoặc thấp hơn nhiệt độ ra của chất lỏng nóng t’’ 1 tùy thuộc vào trị số đ-ơng l-ợng không khí C 1 và C 2

1.4 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình  t

Trong TBTĐN nhiệt độ chất lỏng nóng và lạnh thay đổi liên tục dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt, do vậy độ chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh cũng biến đổi theo hình 1.7 để tính đ-ợc độ chênh lệch nhiệt độ trung bình t trên toàn bộ bề mặt của TBTĐN chúng ta cần phải biết quy luật biến thiên t dọc theo bề mặt F

Sau đây chúng ta khảo sát tr-ờng hợp đơn giản nhất là thiết bị trao đổi nhiệt l-u động thuận chiều để hiểu rõ ph-ơng pháp xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung b×nh

Qua bề mặt phân tố dF, nhiệt l-ợng truyền của chất lỏng nóng cho chất lỏng lạnh đ-ợc xác định bởi ph-ơng trình truyền nhiệt: dQ  k  t 1  t 2  dF (a)

 t 1  t 2 : độ chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng nóng và lạnh ở tiết diện F x của bề mặt trao đổi nhiệt

Do kết quả của quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt độ của chất lỏng nóng giảm đi một l-ợng dt 1 và chất lỏng lạnh tăng dt 2 , ph-ơng trình cân bằng nhiệt đối với bề mặt phân tố dF có dạng: dQC 1 dt 1 C 2 dt 2 (b) từ ph-ơng trình (b) rút ra đ-ợc:

C m C và thay ( a) vào (d) chúng ta nhận đ-ợc ph-ơng trình:

Nếu m và k có giá trị không đổi thì sau khi tích phân ph-ơng trình (e) từ 0 đến F t-ơng ứng với độ chênh lệch nhiệt độ từ t ’ đến t :

Ph-ơng trình (1.7) cho chúng ta nhận thấy rằng dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt, nhiệt độ chênh lệch giữa chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh biến thiên theo quy luật hàm số mũ để xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình trên phần bề mặt F chúng ta áp dụng công thức trung bình tích phân :

Thay trị số t từ ph-ơng trình ( 1.7 ) vào (f) ta có :

Thay các trị số mkF và e  mkF từ ph-ơng trình ( 1.7 ) vào ph-ơng trình (g) ta đ-ợc quan hệ :

Nếu độ độ chênh lệch nhiệt độ trung bình trên toàn bề mặt của thiết bị thì ở cửa ra ( tận cùng của TBTĐN ) có  t   t '' nên ph-ơng trình ( 1.8 ) sẽ có dạng :

Cũng bằng ph-ơng pháp t-ơng tự có thể suy luận cho tr-ờng hợp l-u động ng-ợc chiều và các tr-ờng hợp khác

Từ kết quả tìm đ-ợc ta có thể suy luận ra một công thức chung để tính  t cho cả tr-ờng hợp l-u động ng-ợc chiều lẫn thuận chiều min max min max ln t t t t t

Tr-ờng hợp sự biến thiên nhiệt độ các chất lỏng dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt t-ơng đối ít ( t max / t min < 2 ) thì có thể dùng độ chênh lệch nhiệt độ trung bình số học thay cho độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit

Trong đó: t max - Độ chênh lệch nhiệt độ lớn ( ở đầu vào hoặc đầu ra ) t min - Độ chênh lệch nhiệt độ nhỏ đối với các TBTĐN làm việc theo sơ đồ phức tạp thì việc xác định theo ph-ơng pháp giải tích có khó khăn hơn, để thuận tiện tính toán trong kỹ thuật ng-ời ta th-ờng sử dụng công thức sau:

t   t t ng (1.12) t ng - Với nhiệt độ vào và ra của hai chất lỏng đã biết trong TBTĐN phức tạp, cho tiến hành bố trí theo sơ đồ ng-ợc chiều và tính đ-ợc  t ng theo công thức ( 1.10 )

  t - Là hệ số hiêu chỉnh phu thuộc vào đặc tính l-u động và hai thông số

  (1.14) đối với mỗi tr-ờng hợp l-u động phức tạp, quan hệ   t  f  P,R  đ-ợc lập sẵn thành đồ thị có kèm sơ đồ chuyển động của chất lỏng Tính P và R, chọn sơ đồ l-u động t-ơng tự thiết bị đ-ợc thiết kế sẽ tra đ-ợc giá trị   t Các dạng của sơ đồ chuyển động và đồ thị có thể tra cứu đ-ợc trong các tài liệu chuyên ngành

Ch-ơng II TíNH TOáN THIếT Bị TRAO ĐổI NHIệT

Tính toán TBTĐN có 2 dạng là tính toán thiết kế thiết bị mới và tính toán kiểm tra khả năng làm việc của thiết bị sẵn có

Mục đích của việc tính toán thiết kế là căn cứ theo nhiệm vụ của sản xuất xác định đ-ợc các điều kiện và yêu cầu về trao đổi nhịêt từ đây lựa chọn dạng thiết bị, tính toán diện tích truyền nhiệt và các thông số cần thiết kế của kết cấu thiết bị Đối với các thiết bị có sẵn thì mục đích của tính toán kiểm tra là xem nó có thỏa mãn đ-ợc các yêu cầu về trao đổi nhiệt cần thiết hay không, thông th-ờng là phải xác định đ-ợc năng suất nhiệt Q của các thiết bị và nhiệt độ ra của các chất lỏng khi biết thông số vào Dù rằng tính toán thiết kế hoặc kiểm tra thì khi tính toán hệ số truyền nhiệt cần phải khảo sát đầy đủ các loại nhiệt trở, trong quá trình vận hành sẽ có sự lẳng đọng và sự bám cáu của các chất lỏng trên bề mặt trao đổi nhiệt sẽ làm tăng nhiệt trở của thiết bị , các đặc tính này không thể tính toán bằng ph-ơng pháp giải tích để tìm đ-ợc mà cần phải tham khảo các tài liệu chuyên nghành về TBTĐN và kinh nghiệm thực tế Mặt khác hình dạng của các đ-ờng đặc tr-ng còn phụ thuộc vào việc bố trí dòng l-u động của các dòng chất lỏng trong thiết bị

Tính toán TBTĐN có 2 ph-ơng pháp :

- Ph-ơng pháp độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit (Ph-ơng pháp

- Ph-ơng pháp hiệu suất- đơn vị chuyển nhiệt (Ph-ơng pháp -NTU)

Sau đây chúng ta lần l-ợt xem xét đặc điểm của từng ph-ơng pháp

2.1 Ph-ơng pháp độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit

Ph-ơng pháp hiệu suất – hệ số truyền nhiệt

Ph-ơng pháp độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit sử dụng thuận tiện khi biết nhiệt độ vào và ra của chất lỏng do vậy khi thiết kế mới TBTĐN ph-ơng pháp này có -u điểm Trong tr-ờng hợp ng-ợc lại là chúng ta đã có sẵn một TBTĐN, biết nhiệt độ vào của chất lỏng t , 1 , t , 2 , diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F và có thể -ớc tính đ-ợc hệ số truyền nhiệt k, điều chúng ta cần xác định là nhiệt độ ra của chất lỏng t 1 ,, , t 2 ,, , dòng nhiệt truyền qua Q Ph-ơng pháp độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit có thể áp dụng cho bài toán ng-ợc này nh-ng phải lặp đi lặp lại nhiều lần để chọn giá trị phù hợp nên bài toán dễ nhàm chán Để khắc phục điều này Keys và London vào năm 1955 đã xây dựng một ph-ơng pháp mới gọi là ph-ơng pháp hiêu suất  - NTU rất đơn giản và thuận tiện

Trên cơ sở nhiệt động lực học, hiệu suất của một thiết bị trao đổi nhiệt đ-ợc tÝnh nh- sau :

 = Q/Q max (2.1) Trong đó Q – Dòng nhiệt thực do chất lỏng nóng truyền cho chất lỏng lạnh trong thiết bị

Q max – Dòng nhiệt tối đa có thể truyền Giá trị của Q đ-ợc tính từ ph-ơng trình cân bằng nhiệt :

Q = G 1 c p2 ( t ’’ 2 –t 2 ’ ) (w) Để xác định dòng cực đại Q max có thể truyền của TBTĐN tr-ớc tiên ta thấy sự chênh lệch nhiệt độ cực đại trong TBTĐNlà sự chênh lệch nhiệt độ vào của hai chất lỏng, điều đó có nghĩa là:

Sự truyền nhiệt trong TBTĐN sẽ đạt đến giá trị cực đại khi :

- Chất lỏng lạnh đ-ợc giải nhiệt đến bằng nhiệt độ vào của chất lỏng nóng

- Chất lỏng nóng đ-ợc làm nguội đến bằng nhiệt độ vào chất lỏng lạnh Hai điều kiện giới hạn chỉ có thể đạt đ-ợc đồng thời nếu thoả mản điều kiện t-ơng hợp C 1 = C 2

Trên thực tế đa số xẩy ra tr-ờng hợp đ-ơng l-ợng không khí của chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh khác nhau C 1  C 2 nên chất lỏng có đ-ơng l-ợng không khí bé C min sẻ có sự biến thiên nhiệt độ lớn và có thể đạt đ-ợc giá trị cực đại ở điểm dừng Muốn đạt đ-ợc giá trị cực đại Q max thì trong thực tế TBTĐN cần phải bố trí l-u động ng-ợc chiều và có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt vô cùng lớn Do đó :

Q max = C min  t max = C min ( t 1 ’ - t 2 ’ ) (2.2) Nhiệt l-ợng truyền qua thiết bị đ-ợc xác định :

Từ hiệu suất nhiệt  chúng ta có thể tìm đ-ợc hiệu suất nhiệt Q mà không cần biết nhiệt độ ra của chất lỏng

Hiệu suất nhiệt TBĐN  phụ thuuộc vào kích th-ớc hình học cũng nh- việc bố trí l-u động của các dòng chất lỏng nóng và lạnh Sau đây chúng ta sẽ suy diễn ph-ơng trình hiệu suất  cho tr-ờng hợp TBTĐN l-u động sông song cùng chiều Từ ph-ơng trình (1.7) ta tìm đ-ợc : ln '

Thay giá trị (2.4) vào (2.5), sau khi biến đổi và rút gọn lại tìm đ-ợc mối quan hệ :

Thay kết quả này vào ph-ơng trình (2.6) , sau khi biến đổi tra tìm đ-ợc mối quan hệ :

Giá trị  có quan hệ với kF/C min nó đ-ợc gọi là đơn vị truyền nhiệt NTU :

(Gc p kF (2.8) ở đây k- Hệ số truyền nhiệt

F- Diện tích truyền nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt để thuận tiện trong việc phân tích các vấn đề về TBTĐN ng-ời ta đ-a ra một hệ số không thứ nguyên : max min

Ph-ơng trình (27.a) có thể viết lại :

Vì NTU tỷ lệ thuận với F do đó biết giá trị k, C min và NTU thì xác định đ-ợc diện tích bề mặt truyền nhiệt F của TBTĐN

Từ (2.7) và (2.8) cho ta thấy hiệu suất của TBTĐN là một hàm của đơn vị chuyển tiếp NTU và C

Bằng suy luận t-ơng tự tr-ờng hợp nêu trên chúng ta có thể suy luận đ-ợc cho các dạng TBTĐN bố trí l-u động theo các sơ đồ phức tạp, đ-ợc giới thiệu trong các tài liệu chuyên nghành Để tìm hiểu sâu hơn ph-ơng pháp này chúng ta đi vào một bài toán cụ thể Một TBTĐN dạng ống lồng ống có diện tích truyền nhiệt F = 8 m 2 , chất lỏng nóng có l-u l-ợng thể tích V 1 = 0,25 m 3 /h, khối l-ợng riêng  1 = 1100 kg/m 3 , nhiệt dung riêng c P1 = 3,04 kJ/kg 0 C, nhiệt độ vào của chất lỏng nóng t , 1 = 120 0 C N-ớc giải nhiệt có l-u l-ợng V 2 = 1000 lít/ m 3 , nhiệt độ n-ớc vào t , 2 0 C, biết hệ số truyền nhiệt của thiết bị k4,5W/m 2 0 C

Tính nhiệt l-ợng truyền của thiết bị Q, nhiệt độ ra của chất lỏng nóng t ,, 1 và chất lỏng lạnh t ’’ 2 trong 2 tr-ờng hợp : l-u động cùng chiều, l-u động ng-ợc chiÒu

 a Thiết bị l-u động song song cùng chiều

Từ biểu thức có đ-ợc từ (2.7.b) ta có hiệu suất của TBTĐN l-u động song song cùng chiều :

 b Thiết bị l-u động song song ng-ợc chiều :

Tra đồ thị  - NTU thiết bị ống lồng ống l-u động song song ng-ợc chiều ta thu đ-ợc biểu thức tính hiệu suất thiết bị là :

Từ kết quả tính toán chúng ta nhận thấy rằng nếu bố trí l-u động ng-ợc chiều sẽ cho kết quả truyền nhiệt tốt hơn.

Tính trở kháng thuỷ lực của TBTĐN

Trở kháng ma sát p m

Trở kháng ma sát đ-ợc tính theo công thức :

 (2.10) ở đây d - Đ-òng kính trong của ống nếu là ống tròn, đối với ống không tròn thì dùng đ-ờng kính t-ơng đ-ơng (m)

L – Chiều dài của ống hoặc kênh (m)

- Khối l-ợng riêng tính theo nhiệt độ trung bình của chất lỏng,

(kg/m 3 ) - Tốc độ trung bình của chất lỏng trong ống, (m/s)

- Hệ số ma sát, là một đại l-ợng không thứ nguyên phụ thuộc đặc tính thuỷ động của dòng chảy, độ nhô nhám và hình dáng kết cấu bề mặt của ống và kênh Nói chung là khá phức tạp, sau đây chúng tôi chỉ một số công thức tính hệ số ma sát th-ờng sử dụng

Khi chất lỏng chảy tầng Re f  2.10 3

Re f – Tiêu chuẩn Reynolds tính theo nhiệt độ trung bình của chất lỏng

 = 1,5 đối với ống không tròn Khi Re f > 10 4

Trở kháng cục bộ

Trở kháng cục bộ xẩy ra khi chất lỏng chuyển động qua những chỗ tiết diện thay đổi đột ngột , chất lỏng bị đổi h-ớng dòng (bị ngoặc trở lại), chuyển động qua vách hoặc qua các chùm ống…

Trở kháng cục bộ đ-ợc xác định bằng biểu thức :

 - Hệ số trở lực cục bộ Đối với chùm ống :

Chùm ống so le với x 1 /d < x 2 /d   46 , 6 m  Re 0 f , 28 (2.13) Chùm ống so le với x 1 /d > x 2 /ds

Chùm ống song song với x 1 /d > x 2 /d

  (2.15) x 1 , x 2 - B-ớc ống ngang và b-ớc ống dọc d - §-êng kÝnh èng m – số dãy ống theo chiều dòng chảy trong các công thức trên chỉ áp dụng cho chùm ống tròn, tốc độ đ-ợc chọn để tính chỉ số Re f là chổ hẹp nhất trong chùm ống, kích th-ớc tính toán là đ-ờng kính ngoài của ống, nhiệt độ tính toán là nhiệt độ trung bình của dòng chất lỏng.

Trở kháng gia tốc P g

Trở kháng gia tốc xẩy ra do sự tăng tốc của dòng chảy gây nên, nó đ-ợc tính theo công thức:

P g =  2  2 2 -  1  1 2 (2.16) ở đây -  1 ,  2 – Khối l-ợng tiêng của chất lỏng khi vào và ra khỏi thiết bị, kg/m 3

-  1 ,  2 – Tốc độ chất lỏng vào và ra khỏi thiết bị, m/s

Thực tế cho thấy với chất lỏng giọt, trở kháng gia tốc có giá trị rất nhỏ so với các thành phần khác nên có thể bỏ qua.

Trở kháng trọng tr-ờng P 0

Trong hệ thống hở khi môi chất tiếp xúc với khí quyển, trở kháng trọng tr-ờng đ-ợc tính theo công thức:

p 0 =  gH( -  0 ) (2.17) ở đây: g – Gia tốc trọng tr-ờng g = 9.81 m/s 2

H – Chiều cao giữa tiết diện vào và ra của thiết bị, m

 - Khối l-ợng riêng trung bình của chất lỏng, kg/m 3  0 - Khối l-ợng riêng của không khí ngoài trời, kg/m 3 Dấu “+” sử dụng cho dòng chảy từ dưới lên, dấu “ – “ dùng khi chảy từ trên xuống

Tính công suất động lực quay bơm hoặc quạt

Sau khi tính toàn bộ trở lực p, công suất trên trục của bơm hoặc quạt đ-ợc tính theo công thức sau:

N (2.18) ở đây V - L-u l-ợng thể tích của chất lỏng m 3 /s

G - L-u l-ợng khối l-ợng của chất lỏng, kg/s

 - Hiệu suất của bơm hoặc quạt

 - Khối l-ợng riêng trung bình của chất lỏng, kg/m 3

N – Công suất bơm ( quạt), KW

Ch-ơng III ứng dụng của TBTĐN trong hệ thống lạnh

Việc làm lạnh và sử dụng lạnh đã đ-ợc loài ng-ời biết đến cách đây từ rất lâu Các nhà khảo cổ học đã phát hiện ra những hang động chứa mạnh n-ớc ngầm nhiệt độ thấp chảy qua dùng để chứa thực phẩm và l-ơng thực cách đây khoảng 5000 năm Ng-ời ấn độ và trung quốc đã biết trộn muối vào n-ớc hoặc n-ớc đá để tạo nhiệt độ thấp hơn cách đây 2000 năm

Tuy nhiên kỹ thuật lạnh hiện đại mới bắt đầu phát triển vào thế kỷ 18 với sự đóng góp quan trọng của các nhà bác học Black , Farađây, J.Perkins,….đã đi sâu nghiên cứu kỹ thuật lạnh và phát triển nó để rồi cho ra đời các loại máy lạnh : máy lạnh nén hơi, máy lạnh nén khí, máy lạnh hấp thụ, máy lạnh ejectơ …Ngày nay kỹ thuật lạnh đã có những b-ớc tiến xa đáp ứng nhu cầu cuộc sống ngày một tốt hơn và hổ trợ công tác nghiên cứu khoa học ngày một hiệu quả, ví nh- bảo quản thực phẩm, công nghiệp hoá chất, điều hoà không khí…

Vai trò, vị trí và đặc điểm của TBTĐN trong hệ thống lạnh

Vai trò, vị trí của TBTĐN trong hệ thống lạnh

Trong các hệ thống lạnh hai TBTĐN quan trọng nhất là thiết bị bay hơi và thiết bị ng-ng tụ Ngoài ra còn có các thiết bị phụ cũng thực hiện các quá trình trao đổi nhiệt khác nhau để nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống nh- thiết bị quá lạnh, thiết bị hồi nhiệt, thiết bị trung gian…

Khối l-ợng kim loại dùng để chế tạo TBTĐN cũng chiếm một tỷ lệ lớn so với tiêu hao kim loại của toàn hệ thống Thí dụ thiết bị bay hơi và thiết bị ng-ng tụ khi làm lạnh bằng n-ớc muối chiếm 2/3 khối l-ợng của toàn bộ máy lạnh amôniac và giá thành của nó chiếm 1/2 toàn bộ hệ thống lạnh.Trong máy lạnh Freon khối l-ợng các TBTĐN cũng bằng 3/4 khối l-ợng kim loại toàn máy Trong các hệ thống làm lạnh trực tiếp tỉ lệ kim loại của các TBTĐN so với khối l-ợng chung còn cao hơn nhiều.

Đặc điểm của TBTĐN trong hệ thống lạnh

Các TBTĐN có ảnh h-ởng lớn tới đặc tính năng l-ợng của máy lạnh Do bề mặt trao đổi nhiệt không thể quá lớn nên nhiệt độ ng-ng tụ t k trong máy lạnh phải lớn hơn nhiệt độ môi tr-ờng xung quanh còn nhiệt độ sôi t 0 phải thấp hơn đối t-ợng làm lạnh Chính các chỉ số độ chênh lệch nhiệt độ t k , t 0 giây nên độ không thuận nghịch bên ngoài của chu trình nhiệt động và dẫn tới tổn thất nhiệt

Xu h-ớng giảm tổn thất không thuận nghịch bên ngoài của máy lạnh, yêu cầu máy lạnh vận hành ở độ chênh lệch nhiệt độ nhỏ và công suất truyền nhiệt cho bề mặt truyền nhiệt thấp

Trong hệ thống lạnh do yêu cầu kỹ thuật về áp suất, nhiệt độ làm việc, tính chất môi chất và sự có mặt chất bôi trơn trong môi chất nên các TBTĐN trong hệ thống lạnh có ph-ơng pháp và quan hệ tính toán riêng.

Một số loại máy lạnh thông dụng

Chúng ta có nhiều ph-ơng pháp làm lạnh khác nhau, mỗi ph-ơng pháp có nguyên lý làm việc và sơ đồ thiết bị riêng Điều này dẫn đến có nhiều loại máy lạnh khác nhau nh- máy lạnh nén hơi, máy lạnh hấp thụ, máy lạnh êjectơ…Trong đó máy nén hơi là loại đ-ợc sử dụng phổ biến nhất vì vậy chúng tôi dành riêng để giới thiệu loại máy này

Máy lạnh nén hơi là loại máy lạnh có máy nén cơ để hút hơi môi chất có áp suất và nhiệt độ thấp ở thiết bị bay hơi nén lên áp suất , nhiệt độ cao rồi đẩy vào thiết bị ng-ng tụ

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh nén hơi

MN – Máy nén , NT – Thiết bị ng-ng tụ, TL – Van tiết l-u bình NT đ-ợc làm mát bằng n-ớc và thải nhiệt l-ợng Q k , bình BH thu l-ợng lạnh

Q của môi tr-ờng trực tiếp hoặc gián tiếp qua n-ớc muối

Các quá trình cơ bản trong một chu trình :

1 – 2 : Quá trình nén hơi đoạn nhiệt (s 1 = s 2 ) trong vùng hơi quá nhiệt

2 – 2 , : Làm mát hơi quá nhiệt đến nhiệt độ ng-ng

2 , - 3 : Ng-ng hơi môi chất ở áp suất và nhiệt độ cao

3 – 4 : Quá trình tiết l-u môi chất lỏng từ áp suất, nhiệt độ cao xuống áp suất và nhiệt độ thấp

4 – 1 : Quá trình bay hơi ở áp suất thấp, nhiệt độ thấp tạo ra hiệu ứng lạnh.

Các TBTĐN trong hệ thống lạnh

Thiết bị ng-ng tụ

TBNT dùng để hoá lỏng hơi môi chất sau khi nén trong chu trình máy lạnh Trong TBNT hơi môi chất có áp suất, nhiệt độ cao sau khi nén, truyền nhiệt cho môi tr-ờng làm mát ( n-ớc, không khí …) bắt đầu giảm nhiệt độ đến nhiệt độ sôi áp suất đạt áp suất ng-ng tụ và ng-ng tụ thành chất lỏng Đôi khi trong TBNT sau khi toàn bộ hơi đã ng-ng tụ, chất lỏng còn bị tiếp tục hạ nhiệt độ xuống thấp hơn nhiệt độ ng-ng tụ ta nói môi chất đ-ợc làm quá lạnh

3.3.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt khi ng-ng tụ

3.3.1.2.1 Cơ cấu của quá trình ng-ng tụ

Ng-ng tụ là quá trình biến đổi trạng thái hơi thành trạng thái lỏng hoặc trạnh thái tinh thể, quá trình này gắn liền với việc biến đổi pha

Trong các hệ thống lạnh quá trình ng-ng tụ chủ yếu xẩy ra trên bề mặt vật rắn để thực hiện quá trình ng-ng trên bề mặt vật rắn ta phải có hai điều kiện :

- nhiệt độ bề mặt vật rắn phải nhỏ hơn nhiệt độ bảo hoà tiếp xúc bề mặt vật rắn

- Trên bề mặt vật rắn phải có các tâm ng-ng tụ ví dụ nh- hạt bụi, những bọt khí hay độ nhô nhám của bề mặt

Quá trình ng-ng tụ có hai chế độ ng-ng đó là ng-ng màng và ng-ng giọt Các TBTĐN trong hệ thống lạnh chúng ta nghiên cứu chủ yếu quá trình ng-ng màng Ng-ng màng xẩy ra khi các giọt chất lỏng ng-ng liên kết với nhau thành màng chất lỏng bám trên bề mặt trao đổi nhiệt và chảy xuống d-ới tác dụng của trọng lực Khi màng ng-ng xuất hiện nó ngăn trở sự tiếp xúc trực tiếp của pha hơi với bề mặt vật rắn nên làm giảm c-ờng độ toả nhiệt

3.3.1.2.2 Những nhân tố cơ bản ảnh h-ởng đến quá trình toả nhiệt khi ng-ng

- ảnh h-ởng của tốc độ và ph-ơng h-ớng l-u động của dòng hơi

Nếu tốc độ của dòng hơi   10 m/s thì sự ảnh h-ởng của nó là không đáng kể nh-ng nếu tốc độ của dòng hơi lớn hơn thì sự chuyển động của dòng hơi sẽ giây nên ma sát trên giới hạn của mặt phân pha : đối với tr-ờng hợp ng-ng hơi trên ống đứng hoặc vách đứng, ph-ơng chuyển động của dòng hơi trùng chiều của trọng lực, do ma sát giữa màng n-ớc ng-ng tăng lên làm cho bề dày của màng mỏng lại, hệ số toả nhiệt tăng

Khi dòng hơi chuyển động ng-ợc chiều với chiều của trọng lực, màng n-ớc ng-ng sẽ bị hãm lại, bề dày màng ng-ng tăng, hệ số toả nhiệt giảm, nh-ng nếu tốc độ của dòng hơi v-ợt quá trị số giới hạn nào đó để cho lực ma sát của dòng hơi lớn hơn trọng lực, màng n-ớc sẽ bị bắn tung ra làm cho nhiệt trở giảm và hệ số toả nhiệt tăng

- ảnh h-ởng của các khí không ng-ng lẫn trong hơi

Khi trong hơi có lẫn không khí hoặc các khí không ng-ng thì sự trao đổi nhiệt sẽ giảm mạnh Bởi vì không khí hoặc các khí không ng-ng sẽ tụ tập dần ở gần bề mặt trao đổi nhiệt , một mặt lớp khí này cản trở việc tiếp xúc của hơi với bề mặt, mặt khác nhiệt trở của lớp khí này rất lớn nên c-ờng độ trao đổi nhiệt giảm mạnh Thí nghiệm chứng tỏ rằng nếu trong hơi có lẫn 1% không khí thì hệ số toả nhiệt có thể giảm 60% Do đo ở các thiết bị ng-ng hơi ng-ời ta th-ờng bố trí thêm thiết bị rút khí tạo chân không

- ảnh h-ỏng cuă cách bố trí bề mặt ng-ng hơi

Khi thiết kế các thiết bị ng-ng hơi cần chú ý đến cách bố trí bề mặt ng-ng hơi Toả nhiệt khi ng-ng hơi trên bề mặt ống nằm ngang lớn hơn trên bề mặt đặt đứng vì chiều dày màng n-ớc ng-ng trên bề mặt các ống nằm ngang nhỏ hơn trên bề mặt đặt đứng Các dãy ống ở phía d-ới của chùm ống có hệ số toả nhiệt nhỏ hơn các dãy ống trên nó vì n-ớc ng-ng ở các dãy ống phía trên rơi xuống làm chiều dày màng n-ớc ng-ng ở các dãy phía d-ới tăng lên Do đó chúng ta phải đặt các ống phía d-ới lệch so các ống phía trên

- ảnh h-ởng của trạng thái và vật liệu của bề mặt ng-ng hơi

Trao đổi nhiệt khi ng-ng hơi phụ thuộc vào trạng thái bề mặt nếu bề mặt xù xì, nhám hay bị phủ một lớp ô xít thì do trở lực tăng, chiều dày màng n-ớc ng-ng tăng, do đó hệ số toả nhiệt giảm Nêú bề mặt có bám dầu mỡ thì ng-ng giọt có thể xẩy ra, khi đó hệ số toả nhiệt tăng

Dựa vào đặc điiểm và nguyên lý hoạt động của TBNT chúng ta có nhiều ph-ơng pháp để phân loại thiết bị ng-ng tụ Tuy nhiên chúng tôi chỉ giới thiệu một ph-ơng pháp phân loại phổ biến đó là phân loại dựa trên môi tr-ờng làm mát Nó bao gồm:

-TBNT làm mát bằng n-ớc

-TBNT làm mát bằng không khí

-TBNT làm mát bằng n-ớc không khí

-TBNT làm mát bằng môi chất sôi hay các sản phẩm công nghệ

3.3.1.4 thiết ng-ng tụ đ-ợc làm mát bằng n-ớc

3.3.1.4.1 Bình ng-ng ống vỏ nằm ngang

Bình ng-ng gồm một bình hình trụ nằm ngang bên trong chứa nhiều ống trao đổi nhiệt đ-ờng kính nhỏ, đ-ợc mô tả trên hình 3.2

H×nh 3.2 B×nh ng-ng èng vá ngang NH 3

1 – Van an toàn; 2 – ống nối đ-ờng cân bằng với bình chứa; 3 – ống hơi NH 3 vào; 4 - áp kế; 5 – ống nối van xả không ng-ng; 6 – Van xả không khí ở khoang n-ớc; 7 – ống n-ớc làm mát ra; 8 – ống n-ớc làm

Hơi NH 3 qua ống (3) rồi chia hai đ-ờng vào bình ng-ng bao phủ không gian giữa các ống dẫn n-ớc lạnh và truyền nhiệt cho n-ớc lạnh đi và ng-ng tụ lại thành chất lỏng Để tăng tốc độ n-ớc và sự truyền nhiệt hơi và n-ớc lạnh, cũng nh- kéo dài đ-ờng đi n-ớc trong bình ng-ng, ng-ời ta cho đi qua đi lại nhiều lần tr-ớc khi ra ngoài bằng ống dẫn (7) Chất lỏng ng-ng tụ phần d-ới bình dẫn ra ngoài theo ống (10) vào bình chứa Để thoát chất lỏng liên tục vào bình chứa phải có ống nối cân bằng (2) Để không tăng áp suất ng-ng tụ và công suất lạnh, các chất khi không ng-ng có lẫn trong hơi sẽ đ-ợc xảy ra ngoài theo ống (5) vào bình tách khí để đ-ợc tách ravà trả lại phần NH 3 có lẫn trong hỗn hợp khí – hơi Không khí có lẫn n-ớc làm mát sẽ đ-ợc xả ra theo van (6), n-ớc cặn tháo van (9)

Thiết bị này gọn gàng, chắc chắn Hệ số truyền nhiệt khoảng 800-1000 W/m 2 K độ chênh lệch nhiệt độ trung bình hơi ng-ng – n-ớc lạnh 5 – 6 0 K Mật độ dòng nhiệt từ 3000 đến 6000W/m 2 Đ-ợc sử dụng khá phổ biến trong máy lạnh công suất cở trung bình và lớn

3.3.1.4.2 Bình ng-ng ống vỏ thẳng đứng

Thiết bị này có vỏ trụ tròn đặt thẳng đứng , có các mặt sàng đ-ợc hàn vào vỏ Các ống trao đổi nhiệt đ-ợc chế tạo bằng thép, đ-ợc núc vào mặt sàng t-ơng tự loại ống vỏ nằm ngang (Hình 3.3)

Trong thiết bị này n-ớc không chứa đầy toàn bộ ống mà chảy thành lớp mỏng ở bề mặt trong của ống d-ới tác dụng trọng lực Trên bình ng-ng có đặt các thùng cấp n-ớc có các nút và lỗ hình côn để phân phối n-ớc và làm chảy thành màng ở mặt trong ống Các nút th-ờng có rãnh xoắn để n-ớc chuyển động vòng theo bề mặt nhằm tăng c-ờng truyền nhiệt Môi chất lạnh sau khi toả nhiệt cho n-ớc cũng đ-ợc ng-ng tụ mặt ngoài và chảy dạng màng mỏng [1] N-ớc sau khi trao đổi nhiệt đ-ợc chảy vào bể chứa đáy bình Môi chất lạnh ng-ng tụ đ-a vào bình đựng [10] Qua ống dẫn lỏng ở vị trí cao hơn mặt sàng d-ới 80 mm để tránh dầu vào bình chứa.Trên bình ng-ng và bình chứa có đặt các van an toàn với 2 cửa thoát ống hơi cân bằng 8 nối bình ng-ng và bình chứa Van xả dầu (9), kính quan sát mức lỏng 1, 13 [2]

Thiết bi bay hơi (TBBH)

3.3.2.1 Khái niệm TBBH Đây là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó một chất lỏng hấp thụ nhiệt của môi tr-ờng lạnh, sôi và hoá hơi ở đây xảy ra quá trình chuyển môi chất từ thể lỏng thành thể hơi Trong quá trình sôi này thì áp suất, nhiệt độ không đổi

3.3.2.2 Quá trình trao đổi nhiệt khi bay hơi 3.3.2.2.1 cơ cấu của quá trình bay hơi

Bay hơi là quá trình biến đổi pha lỏng sang pha hơi xẩy ra trong toàn bộ khối chất lỏng Muốn xẩy ra quá trình bay hơi phải có các điều kiện sau :

- Chất lỏng phải đ-ợc quá nhiệt đến nhiệt độ nào đó lớn hơn nhiệt độ bảo hòa ở áp suất sôi

- Phải có tâm sinh hơi Các tâm sinh hơi có thể là các bọt khí, các hạt bụi hoặc các chổ lồi lỏm trên bề mặt vật rắn

Khi một lớp chất lỏng sát bề mặt vật rắn đ-ợc quá nhiệt thì các phần tử có kích th-íc : t r

0 (m) sẽ đ-ợc làm tâm hơi

R o - là bán kính tới hạn d-ới của các phần tử nhám trên bề mặt vật rắn có thể trở thành tâm sinh hơi trong điều kiện nhiệt độ và áp suất đã cho

T s – Nhiệt độ sôi ứng với áp suất đã cho

 h – Khối l-ợng riêng của hơi

t = t w – t s là độ chênh lệch nhiệt độ của lớp chất lỏng sát bề mặt vật rắn với nhiệt độ của bề mặt vách

Trên bề mặt đốt nóng ở các tâm sôi bắt đầu xuất hiện các bọt hơi có kích th-ớc nhỏ Các bọt hơi mới sinh ra nhận nhiệt từ bề mặt đốt nóng thông qua lớp chất lỏng bao quanh bọt hơi, lớp chất lỏng này tiếp tục bay hơi vào trong bọt làm tăng dần kích th-ớc của bọt hơi Khi kích th-ớc của bọt hơi đủ lớn, lực nâng tác dụng lên bọt hơi trở nên đáng kể, nó làm tách bọt hơi khỏi bề mặt đốt nóng, tiếp ngay sau đấy một l-ợng chất lỏng khác lại choáng chổ mà bọt hơi tr-ớc mới tách đi Sau khi tách khỏi bề mặt đốt nóng bọt hơi dịch chuyển lên trên d-ới tác dụng của lực nâng, trong quá trình dịch chuyển bọt hơi phải khắc phục sức cản ma sát của chất lỏng Nếu toàn bộ khối chất lỏng trên bề mặt đốt nóng đều đ-ợc quá nhiệt thì trong quá trình dịch chuyển bọt hơi sẽ tiếp tục lớn lên và chúng sẽ dịch chuyển nhanh đến bề mặt thoáng và bay hơi vào môi tr-ờng Tr-ờng hợp chất lỏng lớp biên có nhiệt độ bé hơn nhiệt độ bão hòa thì các khí bọt hơi khi dịch chuyển qua lớp chất lỏng sẽ bị ng-ng tụ lại tr-ớc khi kịp đến bề mặt thoáng

3.3.2.2.2 Những yếu tố cơ bản ảnh h-ớng đến quá trình trao đổi nhiệt khi bay hơi

- ảnh h-ớng của độ chênh lệch nhiệt độ

Từ công thức tính bán kính tới hạn thì ở một áp suất đã cho khi tăng dộ chênh lệch nhiệt độ t thì trị số Ro giảm đi, do đó số phần tử nhám trên bề mặt đốt nóng hoặc các bọt khí đ-ợc chọn làm tâm hơi sẽ tăng lên, số bọt hơi sinh ra càng nhiều sẽ tăng c-ờng độ khoấy động lớp chất lỏng trên bề mặt đốt nóng làm cho c-ờng độ tỏa nhiệt tăng

- ảnh h-ớng của góc dính -ớt 

Góc dính -ớt  là góc hợp giữa tiếp tuyến của bọt hơi với bề mặt vật rắn tại điểm tiếp xúc

Khi  > /2 chất lỏng không dính -ớt bề mặt, các bọt hơi có chân rộng, đ-ờng kính tách li bọt hơi lớn, các bọt hơi khó tách khỏi bề mặt, dễ dàng liên kết với nhau thành màng hơi, ta có chế độ sôi màng, hệ số tỏa nhiệt bé Ng-ợc lại ta có chế độ sôi bọt, hệ số tỏa nhiệt lớn

- ảnh h-ớng của áp suất

Với trị số t cho tr-ớc việc thay đổi áp suất sẽ dẫn đến sự thay đổi các đại l-ợng  h , , ,  làm thay đổi R 0 làm thay đổi hệ số tỏa nhiệt Nói chung khi tăng áp suất thì làm giảm R 0 , số tâm sinh hơi tăng, số bọt hơi sinh ra nhiều do đó hệ số tỏa nhiệt tăng

- ảnh h-ớng của sức căng bề mặt và độ nhớt của chất lỏng

Trị số bán kính tới hạn R 0 tỉ lệ thuận với sức căng bề mặt , cho nên khi  tăng sẽ dẫn đến làm cho R 0 tăng số tâm sôi giảm làm cho hệ số tỏa nhiệt giảm Đối với độ nhớt động lực học  thì cũng có tác dụng t-ơng tự, nghĩa là khi  tăng thì hệ số tỏa nhiệt giảm

- ảnh h-ớng của trạng thái bề mặt đốt nóng

Việc tăng độ nhám trên bề mặt đốt nóng sẽ đ-a đến khả năng làm tăng số tâm hóa hơi do đó làm tăng c-ờng độ tỏa nhiệt

- ảnh h-ớng của cách bố trí bề mặt đốt nóng

Quá trình sôi trên bề mặt đốt nóng có thể xảy ra trên mặt vách phẳng, trên bề mặt ngoài hay bề mặt trong của ống đặt nằm ngang hay đặt đứng Cách bố trí bề mặt đốt nóng có ảnh h-ớng đến cấu trúc của dòng chảy, do đó ảnh h-ớng đến quá trình trao đổi nhiệt

3.3.2.3 Phân loại thiết bị bay hơi

Theo môi tr-ờng lạnh ng-ời ta phân loại TBBH thành:

- TBBH để làm lạnh với chất tải lạnh lỏng nh- n-ớc, n-ớc muối, hay những chất lỏng không đóng cứng nh- sữa ,bia ,r-ợu

- TBBH để làm lạnh không khí : th-ờng chia làm hai nhóm bộ lạnh bay hơi trực tiếp và bộ lạnh bay hơi gián tiếp

Theo mức độ chiếm chổ của môi chất lạnh trong thiết bị các TBBH đ-ợc chia làm hai loại:

- TBBH kiểu ngập : Môi chất lạnh lỏng bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt

- TBBH kiểu không ngập: Môi chất lạnh lỏng không bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt mà một phần của bề mặt này dùng làm tăng độ quá nhiệt môi chất lạnh

3.3.2.4 TBBH làm lạnh chất lỏng

1) TBBH èng vá kiÓu ngËp

Nguyên lý và cấu tạo, quá trình truyền nhiệt trong loại TB này khá giống bình nh-ng tụ bằng n-ớc nh-ng ở đây chất lỏng làm mát chảy trong các ống trao đổi nhiệt còn môi chất sôi ở bề mặt ngoài ống trong không gian giữa các ống

Trên một nắp lắp ống dẫn chất tải lạnh lỏng vào từ phía d-ới và trở ra từ phía trên.các ống xả không khí và n-ớc Trong các nắp cũng có các tấm chắn để phân dòng chất tải lạnh, kéo dài hành trình của nó làm tăng hiệu quả truyền nhiệt Trên bình bay hơi NH 3 có bao hơi có nhiệm vụ tách lỏng và bầu lỏng ( rốn bình ) ở phía d-ới tích dầu thải ra ngoài Chùm ồng truyền nhiệt không lấp kín không gian giữa các bình mà chừa khoảng trống phía trên cho khoảng hơI Môi chất lạnh lỏng đ-ợc đ-a vào phía d-ới, nhận nhiệt chất tải lạnh trong ống, sôi và

Hình 3.10 Bình bay hơi ống vỏ NH 3 kiểu ngập lỏng

1,10 – Nắp bình; 2 – Tách lỏng; 3 - áp kế; 4 – ống trao đổi nhiệt; 5 – Mặt sàng; 6 – ống xả không khí; 7,8 – ống n-ớc ( muối ) vào và ra; 9 – Xả n-ớc; 11 – Thân; 12 – ống NH 3 lỏng vào; 13 – Xả dầu; 14 – Bầu dầu;

15 – Bộ điều chỉnh mức lỏng; 16 – Van tiết l-u; 17 – Van điện từ sinh hơi Hơi này lấy ra qua ống hơi trên bao hơI ở bình bay hơi công suất lớn, môi chất lỏng đ-a vào ống góp rồi theo một số ống nhánh dẩn vào bình phân bố đều dài theo chiều dài Hơi củng đ-ợc dẩn ra theo nhiều ống

C-ờng độ trao đổi nhiệt thiết bị phụ thuộc vào chuyển động chất tải lạnh lỏng và độ chênh lệch nhiệt độ giữa chất tải lạnh và môi chất Nói chung đây là thiết bị bay hơi dùng phổ biến nhất trông hệ thống lạnh công suất lớn và trung b×nh

2) TBBH ống vỏ, môi chất sôi trong ống và trong kênh