Dựa trên điều kiện thực nghiệm của các số liệu đầu vào, những đặc tính của lưu chất như tổn thất áp suất, hiệu suất truyền nhiệt, mật độ dòng nhiệt và chỉ số hoàn thiện của bộ trao đổi nhiệt được tính toán thông qua các công thức:
Trong đó:
Q = G1cp1( t1’-t1’’) = G2cp2( t2’’- t2’)
(1)
Q: Nhiệt lượng truyền. (kW)
G1,G2: Lưu lượng khối lượng mối chất nóng lạnh . (kg/s)
Cp1,Cp2: Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của hai loại môi chất. (kJ/kg.K) t1’, t2’: Nhiệt độ đầu vào của hơi và không khí. (oC)
t1’’,t2’’: Nhiệt độ đầu ra của hơi và không khí. (oC, K)
Sự thay đổi (t’1-t1’’) và (t2’’-t2’) nhiều hay ít phụ thuộc vào đương lượng nhiệt C= Gcp giữa 2 loại môi chất. Giả sử trong thiết bị ngược chiều mà C = GCp giữa hai môi chất. Giả sử trong thiết bị lưu động ngược chiều mà G1cp1 >> G2Cp2, nếu có diện tích F truyền nhiệt đủ lớn thì nhiệt độ ra của của hai môi chất có thể đặt tối đa t2’’ = t1’. Gọi G1cp1 = Cmax và G2cp2 = Cmin thì lý tưởng, khả năng truyền nhiệt tối đa sẽ là:
Qmax = Cmin(t1’ – t2’) (2) Trên thực tế thiết bị chỉ truyền được:
Q = Cmin(t2’’ – t2’) (3)
Hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt được định nghĩa: ↋ = 𝑄
𝑄𝑚𝑎𝑥 (4)
* Dựa trên điều kiện thực nghiệm trong nghiên cứu của nhóm, những đặc tính của lưu chất như tổn thất áp suất, hiệu suất truyền nhiệt, mật độ dòng nhiệt và chỉ số hoàn thiện của bộ trao đổi nhiệt được tính toán thông qua các công thức:
35
Trong đó:
Qi: Tốc độ truyền nhiệt (J).
mw: Lưu lượng khối lượng (kg/s).
Cp: Nhiệt dung riêng đẳng áp (kJ/Kg. oK).
Twi: Nhiệt độ đầu vào (oK).
Tw0: Nhiệt độ đầu ra (oK).
Mật độ dòng nhiệt
Mật độ dòng nhiệt mô tả nhiệt lượng được truyền qua bề mặt trên một đơn vị thời gian, cũng như công suất nhiệt trên đơn vị diện tích.
𝑞 = 𝑄𝑤 𝐴 = 𝑚𝑤𝑐𝑤 (𝑇𝑊,0−𝑇𝑊,1) nL𝑐𝑊𝑐 (6) Hoặc lm lm T q k T R (7) Trong đó: q: Mật độ dòng nhiệt. (W/m2) Q: Dòng nhiệt truyền có ích (J).
A: Diện tích bề mặt dòng nhiệt truyền qua (m2).
M: Lưu lượng khối lượng (Kg) c: Nhiệt dung riêng (kJ/Kg. oK). N: Số kênh micro.
Lc: Chiều dài kênh (m). Wc: Chiều rộng kênh (m).
36 2 2 2 2 Re h h L L p f w f w D D (8) Trong đó:
Dh = 4Ac/P là đường kính quy ước (m)
W = là vận tốc của nước theo phương z (m/s)
𝜇 = là độ nhớt động lực học(Ns/m2)
là khối lượng riêng (kg/m3) Ac là diện tích mặt cắt(m2) P = là chu vi ướt(m) L = là chiều dài kênh (m) f = là hệ số ma sát Fanning.
37
Hình 2.4 Đồ thị T-s quá trình ngưng tụ
Như hình 2.4 đã thể hiện, quá trình ngưng tụ của hơi nước khi vào thiết bị ngưng tụ kênh micro ống tròn sẽ thực hiện bởi 2 quá trình sau: Đầu tiên, hơi ở trạng thái hơi bão hòa khô(1) đi vào thiết bị thực hiện quá trình ngưng tụ nhả nhiệt ẩn r cho không khí. Sau đó, hơi sau khi đã hóa lỏng hoàn toàn (2) sẽ tiếp tục nhả nhiệt cho không khí trở thành lỏng quá lạnh (3). Nhiệt lượng tạo ra từ hai quá trình này được thể hiện bằng các phương trình bên dưới. Để phân tích các thông số nhiệt động lực học và tính toán hệ số trao đổi nhiệt của quá trình ngưng tụ trên, một số phương trình chính [30] được đưa ra dưới đây:
Nhiệt lượng mà hơi nước nhả ra để ngưng tụ thành nước hoàn toàn được tính theo phương trình sau:
Qc= G1.(hs,in-hs,out)= Q12 + Q23 (9)
Trong đó Q12 và Q23 lần lượt là nhiệt lượng ần của quá trình ngưng tụ, nhiệt lượng của quá trình quá lạnh nước, và được tính bởi công thức:
38 Trong đó:
G1: lưu lượng khối lượng hơi vào [kg/s]
Cp2 là nhiệt dung riêng đẳng áp của nước ứng với trạng thái 2. (kJ/Kg.K) Cp3là nhiệt dung riêng đẳng áp của nước ứng với trạng thái 3. (kJ/Kg.K)
Nhiệt lượng không khí giải nhiệt nhận được qua quá trình ngưng tụ hơi nước được xác định theo công thức:
Qa = (����� − �����) (11)
Phương trình cân bằng nhiệt từ phía hơi nước ngưng tụ và phía không khí giải nhiệt:
Q=Qc=Qa (12)
Trong đó
��:Khối lượng riêng không khí [kg/m3] :Lưu lượng thể tích không khí [m3/s]
Cpa,Cpb: Nhiệt dung riêng đẳng áp không khí [kJ/Kg.K]
Phương trình truyền nhiệt:
Trong đó:
Q: Nhiệt lượng (kW)
Q=k.Ftđn.∆��� (13)
k: Hệ số truyền nhiệt (kW/m2.K).
∆𝑇l𝑚: Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit(oC) Ftđn: Diện tích truyền nhiệt (m2)
Mật độ dòng nhiệt:
39