Vdisp Thể tớch quột của pittong, m3/s
1 Thể tớch riờng của mụi chất tại đầu vào mỏy nộn, m3/kg
Với giỏ trị lưu lượng mụi chất tuần hoàn trong bơm nhiệt đó xỏc định, kết hợp với trạng thỏi mụi chất sau quỏ trỡnh nộn đoạn nhiệt thuận nghịch (điểm 2s) cũng đó được xỏc định khi biết ỏp suất hơi ở đầu đẩy mỏy nộn, cú thể tớnh được cụng suất nộn đoạn nhiệt thuận nghịch của mỏy nộn theo cụng thức (2.2). Cụng suất nộn đoạn nhiệt của mỏy nộn được tớnh theo quan hệ giữa lưu lượng mụi chất tuần hoàn với độ chờnh enthalpy đầu vào, đầu ra mỏy nộn, tương ứng đối với từng quỏ trỡnh nộn.
2 1
.( )
s r s
N m i i , kJ/s (2.2)
Cụng suất nộn đoạn nhiệt thuận nghịch của mỏy nộn, tuy dễ dàng xỏc định theo cụng thức (2.2) nhưng lại khụng cú ý nghĩa thực tế vỡ đó bỏ qua sự ma sỏt giữa cỏc phõn tử hơi bị nộn với nhau và với bề mặt khoang nộn trong quỏ trỡnh nộn. Do vậy, một thụng số đặc trưng nữa của mỏy nộn và quỏ trỡnh nộn là hiệu suất khụng thuận nghịch ηs đó được sử dụng để kể tới ảnh hưởng của hiện tượng ma sỏt này [8]. Khi đú, cú thể xỏc định được cụng suất nộn thực của mỏy nộn theo cụng thức (2.3) như sau: s r s N N , kJ/s (2.3) Và do đú, cú thể xỏc định được enthanpy của hơi mụi chất tại đầu ra của mỏy nộn, trong quỏ trỡnh nộn thực, theo cụng thức (2.4).
2 1 r r r N i i m , kJ/s (2.4) Cụng suất nộn thực của mỏy nộn chớnh là cụng mà hơi mụi chất nhận được khi bị nộn trong mỏy nộn trong một đơn vị thời gian và để cú thể xỏc định được cụng suất mà trục cơ mỏy nộn nhận được cũng như cụng suất điện cần cấp cho động cơ mỏy nộn, cần thiết phải sử dụng 2 thụng số đặc trưng khỏc của mỏy nộn là hiệu
Học viờn: Trịnh Viết Thiệu 23
suất cơ me (kể đến ma sỏt giữa cỏc chi tiết chuyển động cơ khớ của mỏy nộn) và hiệu suất điện el (kể đến tổn thất điện tại động cơ mỏy nộn) [8].
Khi xỏc định được cỏc hiệu suất cơ me và hiệu suất điện el của mỏy nộn, cú thể xỏc định cụng suất điện Nel cần cấp cho mỏy nộn như sau:
. . . me r s el el me el s me el N N N N , kW (2.5)
Trong thực tế ỏp dụng, cụng suất cơ Nme của mỏy nộn thường được sử dụng để chọn động cơ cho mỏy nộn hở và cụng suất điện Nel của mỏy nộn được sử dụng để tớnh toỏn cụng suất của hệ thống cấp điện động lực cho mỏy nộn (cả hở và kớn). Hiệu suất cơ và hiệu suất điện của mỏy nộn tương đối ổn định và bị giới hạn bởi cụng nghệ chế tạo, cụng nghệ vật liệu. Do đú, trong thực tế kết quả đỏp ứng được tương ứng là 0,8 và 0,82. Hai thụng số đặc trưng c n lại là hiệu suất khụng thuận nghịch s và hiệu suất thể tớch v, do phụ thuộc nhiều vào chế độ làm việc của mỏy nộn (cũng là của bơm nhiệt), nờn ở đõy, chỳng cú thể được xỏc định thụng qua cỏc hàm số phụ thuộc vào ỏp suất đầu hỳt po và ỏp suất đầu đẩy pc của mỏy nộn theo [3] hoặc trong bài toỏn đơn giản cú thể tra theo bảng, phụ thuộc vào tỷ số pc/pe và mụi chất [8].
Mụ hỡnh mỏy nộn, như vừa trỡnh bày, cú thể được sử dụng để xỏc định cỏc thụng số làm việc của bơm nhiệt như cụng suất điện tiờu thụ của mỏy nộn và thụng số trạng thỏi hơi mụi chất khi ra khỏi mỏy nộn, i2r… Để thực hiện được việc này, với giả thiết độ quỏ nhiệt hơi mụi chất khi vào mỏy nộn đó biết (do hoạt động điều ch nh của thiết bị tiết lưu quyết định), cần thiết phải biết 2 thụng số làm việc quan trọng của bơm nhiệt là ỏp suất đầu hỳt po và ỏp suất đầu đẩy pc của mỏy nộn. Cỏc thụng số này sẽ được xỏc định khi kết hợp mụ hỡnh mỏy nộn với mụ hỡnh thiết bị tiết lưu, mụ hỡnh dàn ngưng tụ và mụ hỡnh dàn bay hơi sẽ được trỡnh bày ở phần sau.
2.1.2. Mụ hỡnh toỏn ọc dàn ngƣng và dàn bay ơi
Năng suất nhiệt của dàn ngưng và năng suất lạnh dàn bay hơi đều được xỏc định từ 3 phương trỡnh cơ bản: Theo hiệu enthalpy đầu vào và ra của mụi chất lạnh,
Học viờn: Trịnh Viết Thiệu 24
theo mụi trường truyền nhiệt từ phớa mụi chất sang mụi trường làm mỏt và theo mụi trường giải nhiệt [8].
Theo hiệu enthalpy đầu vào và ra của mụi chất lạnh: Năng suất lạnh của dàn bay hơi:
1 4 .( )
e r
Q m i i , kW (2.6) Năng suất nhiệt của dàn ngưng tụ:
Qc m ir.(2ri3), kW (2.7) Ở đõy:
i1, i2, i3, i4 lần lượt là enthanpy của cỏc trạng thỏi 1, 2, 3, 4 trờn đồ thị lgp – i. Theo mụi trường truyền nhiệt từ phớa mụi chất sang mụi trường làm mỏt:
Ở trạng thỏi cõn bằng, năng suất của dàn ngưng, dàn lạnh truyền cho mụi trường giải nhiệt cú thể được xỏc định theo:
w.(w,r w,v) c Q m i i , kW (2.8) a.( , , ) e a v a r Q m i i , kW (2.9) Trong đú: a
m Lưu lượng khụng khớ tuần hoàn qua dàn lạnh, kg/s i,a,v, ia,v Enthalpy của khụng khớ vào và ra khỏi dàn lạnh, kJ/kg
w
m Lưu lượng nước tuần hoàn qua dàn ngưng, kg/s
i
w,v, i
w,r Enthalpy của nước vào và ra khỏi dàn ngưng, kJ/kg Theo mụi trường giải nhiệt:
Q c = kc.Fc.LMTDc (2.10) Với w,r w,v w,v w,r t ln( ) c c c t t LMTD t t t Q e = ke.Fe. LMTDe (2.11)
Học viờn: Trịnh Viết Thiệu 25 Với a,v a,r a,v a,r t ln( ) e e e t t LMTD t t t
Để xỏc định độ chờnh nhiệt độ trung bỡnh logarit (LMTD) ta phải dựa vào sự thay đổi nhiệt độ của hai mụi trường truyền nhiệt trong thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi. Theo [8] do nhiệt lượng tỏa ra khi hạ nhiệt độ hơi quỏ nhiệt thành hơi bóo hũa đầu quỏ trỡnh là rất nhỏ so với cả quỏ trỡnh (khoảng 3%) nờn cú thể coi nhiệt độ mụi chất trong thiết bị ngưng tụ khụng đổi là tc. Trong cỏc phương trỡnh trờn, kc, Fc và ke, Fe lần lượt là hệ số truyền nhiệt và diện tớch bề mặt truyền nhiệt của dàn ngưng tụ và dàn bay hơi. Cỏc thụng số này phụ thuộc vào cấu tạo cũng như vật liệu chế tạo cỏc dàn, được xem là cú giỏ trị khụng đổi và được tớnh toỏn từ trước rồi nhập giỏ trị vào phần mềm mụ phỏng.
2.1.3. Mụ hỡnh toỏn ọc t iết bị tiết lƣu
Thiết bị tiết lưu là thiết bị gión nở, nú làm nhiệm vụ điều tiết lưu lượng của dũng mụi chất lỏng cấp cho dàn bay hơi duy trỡ ỏp suất và nhiệt độ bay hơi phự hợp với yờu cầu cụng nghệ, trong đú enthalpy mụi chất vào và ra bằng nhau.
i3= i4 (2.12)
2.1.4. Hệ số bơm n iệt
Hệ số đặc trưng cho hoạt động hiệu quả của bơm nhiệt gọi là hệ số bơm nhiệt COP. Hệ số bơm nhiệt được định nghĩa là tỷ số giữa năng suất của bỡnh ngưng Qc và cụng điện tiờu tốn cho mỏy nộn Nel.
c el Q COP N (2.13)
2.2. Xõy dựng mụ n toỏn ọc sự p õn tầng n iệt độ của nƣớc trong bỡnh ngƣng ở c ế độ tớn n iệt
Thiết bị ngưng tụ là bỡnh hỡnh trụ đặt đứng được bọc cỏch nhiệt. Bờn trong bỡnh chứa, hệ thống ống xoắn ruột gà được đặt bờn trong ống tăng cường bằng tụn mỏng đường kớnh Di, tạo điều kiện cho nước trong ống tăng cường nhận nhiệt thải
Học viờn: Trịnh Viết Thiệu 26