Sự tản nhiệt và khuếch tán môi chất khí hơi ngưng tụ trong bình ngưng

Việc tính toán nhiệt bình ngưng bề mặt phải dựa vào phương trình truyền nhiệt sau:

QU.A. T (2.1)

Trong đó:

Q là lượng nhiệt do nước làm lạnh hấp thụ khi hơi ngưng tụ, đơn vị: [Kw]; A là bề mặt làm lạnh bình ngưng, đơn vị: [m2];

U là hệ số truyền nhiệt trung bình (đối với toàn bộ bề mặt làm lạnh A nói chung) đơn vị [Kw/m2.K];

T

 là độ chệnh nhiệt độ trung bình giữa hơi và nước làm lạnh.

Khi so sánh phương trình truyền nhiệt và phương trình cân bằng nhiệt cw b

cw

QF (TT )C ta sẽ xác định được bề mặt làm lạnh A của bình ngưng. cw b cw(T T )C A . T F U    [m2] (2.2) Trong đó:

Tcw và T là nhiệt độ nước làm lạnh khi vào và ra khỏi bình ngưng [0C]; Cb là tỷ nhiệt của nước.

Hệ số truyền nhiệt U không đều nhau tại mọi điểm trên bề mặt làm lạnh của bình ngưng. Đặc tính phân bố trị số của hệ số truyền nhiệt trên bề mặt làm lạnh chưa được biết, cho nên để xác định bề mặt làm lạnh A phải sử dụng giá trị trung bình của U theo số liệu thực nghiệm.

Độ chênh nhiệt T cũng thay đổi dọc theo quãng đường chuyển động của hỗn hợp trong bình ngưng.

Đối với một phân tử vô cùng nhỏ của bề mặt làm lạnh có thể viết:

dQU.V.dA (2.3)

Trong đó:

U là hệ số truyền nhiệt cục bộ của phân tử;

n b

V t t là độ chênh nhiệt độ cục bộ, tn và tb là nhiệt độ của hơi và nước làm lạnh phân tử.

Trong trường hợp này có thể tính hệ số truyền nhiệt U theo công thức của truyền nhiệt: n CT b 1 1 U R R R R     (2.4) Trong đó:

Rn là trở lực nhiệt trong quá trình tản nhiệt từ hơi đến vách ống. RCT là trở lực nhiệt của vách ống.

Rb là trở lực nhiệt trong quá trình tản nhiệt từ vách ống đến nước.

Hiện nay chưa thực hiện được việc tính toán nhiệt bình ngưng bằng toán giải tích thuần túy, bởi vì các hiện tượng vật lý rất phức tạp trong quá trình ngưng tụ. Cho nên phương pháp tính toán bán thực nghiệm được sử dụng rộng rãi và hệ số truyền nhiệt trung bình được tính theo công thức:

  x 2 cw z d 4 1,1 0, 42 a U 3500.a 1 35 T 1000 d                  (2.5) Trong đó:

 cw

x0,12a 1 0,15T

a là hệ số tính đến ảnh hưởng độ bẩn của bề mặt làm lạnh. Nó phụ thuộc vào điều kiện vận hành của bình ngưng. Khi nước làm lạnh sạch và hệ thống cung cấp được tuần hoàn là đơn lưu thì thường chọn a = 0,8 ÷ 0,85. Khi nước làm lạnh được xử lý và hệ thống cung cấp nước là kín thì chọn a = 0,75 ÷ 0,8. Khi nước làm lạnh bị bẩn, hệ thống có lẫn nước có khả năng tạo cắn hữu cơ thì chọn hệ số a = 0,65 ÷ 0,75.

d là tốc độ nước ở trong ống [m/s]; d là đường kính trong của ống [m];

Tcw là nhiệt độ nước làm lạnh đầu vào bình ngưng [0C];

z

 là thừa số tính đến ảnh hưởng của số chặng đường nước trong bình ngưng và được xác định theo công thức:   z 1 0,1(Z 2)(1 t / 35)  1b ;

d

 là thừa số tính đến ảnh hưởng của phụ tải hơi của bình ngưng.

2.3. Những ảnh hưởng tới quá trình truyền nhiệt trong bình ngưng