CHƯƠNG 3 XỬ LÍ SỐ LIỆU VÀ MÔ PHỎNG SỐ
4.5. Tính toán lý thuyết sơ bộ
4.5.2. Tính toán trường hợp thí nghiêm
Trường hợp 1 có các thông số sau, nhiệt độ nước nóng t1’ = 85 oC, lưu lượng 6,8l/p. Nước lạnh t2’= 25 oC, lưu lượng 6,8l/p. Nhiệt độ bề mặt 20 oC. Thiết bị trao đổi ngược chiều, làm bằng nhôm có hệ số dẫn nhiệt 𝜆 = 201 W/mK.
TBTĐN có 3 phần chỉnh gồm phần ống góp 1 nơi nước lạnh vào và nước nóng ra, phần chính của TBTĐ nhiệt, phần ống góp 2 nới nước nóng vào và nướng lạnh ra.
Bỏ qua tổn thất nhiệt ở bộ góp ta có Vận tốc nước nóng tại mỗi ống (12 ống)
ω = 𝑄
𝑆 = (6,8⁄1000.60.12)/(π.0,0022)= 0,75457 m/s
Trong đó:
ω là vận tốc trung bình nước trong ống, m/s; Q là lưu lượng thể tích, m3/s;
S là tiết diện bề mặt ống, m2;
Tiêu chuẩn Reynolds cho phần nước nóng:
Re = ω.dtd ν
Trong đó:
87
dtd là đường kính tính toán, m;
ν là độ nhớt động học, tại nhiệt độ t2’ = 85 ℃ tra bảng các thông số vật lý của nước trên đường bão hòa ta được ν = 0,3455.10-6 m2/s.
Đường kính tính toán bằng dtd = d = 0,004 m Vậy Ref = 0,75457.0,004
0,3455.10−6 = 8735,977
Vì 2200 < Ref <104, nên nước chảy trong ống quá độ. Vậy phương trình Nu [18]
Nuf = Ko.Prf0,43.( Prf / Prw)0,25.ԑl
Prf – tiêu chuẩn Pr của chất lỏng theo nhiệt độ tf, ta có Prf =2,08
PrW – tiêu chuẩn Pr của chất lỏng theo nhiệt độ tw = 20oC, ta có PrW = 7,02
ԑl – hệ số hiệu chỉnh , do l/dtd = 0,04/0,004=10, tra bảng trị số ԑl = 1,28
Ko – hệ số thực nghiệm, tra theo bảng ứng với Ref = 8735,977 ta được Ko= 29,21 Vậy Nuf = 29,21.2,080,43(2,08/7,02)0,25.1,28 =37,8
Vậy hệ số tỏa nhiệt đối lưu cho mỗi ống nước nóng α = Nu 𝜆
𝑑𝑡𝑑 = 37,8.67,7.10
-2/0,004 = 6397,65 W/m2.độ
Vận tốc nước lạnh tại mỗi ống (6 ống): ω = 𝑄
𝑆 = (6,8⁄1000.60.6)/(82,8463.10
-6)= 0,228 m/s
Trong đó:
ω là vận tốc trung bình nước trong ống, m/s; Q là lưu lượng thể tích, m3/s;
88
S là tiết diện bề mặt ống, m2;
Do ống nước lạnh không phải là ống tròn nên ta quy về ống tròn cho dễ tính toán Với đường kính tính toán bằng dtd = 0,011 m
Tiêu chuẩn Reynolds:
Re = ω.dtd ν
Trong đó:
ω là vận tốc, m/s;
dtd là đường kính tính toán, m;
ν là độ nhớt động học, tại nhiệt độ t2’ = 25 ℃ tra bảng các thông số vật lý của nước trên đường bão hòa ta được ν = 0,9055.10-6 m2/s.
Vậy Ref = 0,228.0,011
0,9055.10−6 = 2769,74
Vì 2200 < Ref <104, nên nước chảy trong ống quá độ Vậy phương trình Nu [18]
Nuf = Ko.Prf0,43.( Prf / Prw)0,25.ԑl
Prf – tiêu chuẩn Pr của chất lỏng theo nhiệt độ tf, ta có Prf =6,22
PrW – tiêu chuẩn Pr của chất lỏng theo nhiệt độ tw= 20oC, ta có PrW = 7,02
ԑl – hệ số hiệu chỉnh , do l/dtd =0,04/0,011 nên tra trị số ԑl = 1,558
Ko – hệ số thực nghiệm, tra theo bảng ứng với Ref = 2769,74 ta được Ko= 5,51 Vậy Nuf = 5,51.6,220,43(6,22/7,02)0,25.1,558 =18,2773
89
α = Nu𝜆/𝑑𝑡𝑑 = 18,2773.60,85.10-2/0,011 = 1011,067 W/m2.độ
Hệ số truyền nhiệt:
Vách trụ có chiều dày lớn hệ số truyền nhiệt áp dụng theo công thức (2-7) tài liệu [9]
k = 1 𝑑𝑡𝑏( 1 α1.d1+1 2 𝜆.𝑙𝑛𝑑2 𝑑1+ 1 α2d2) vì α1> α2 nên dtb = d2 vậy k = 1 0,011( 1 6397,65.0,004+ 1 2.201.𝑙𝑛0,011 0,004+ 1 1011,067.0,011) = 691,2856 W/m 2.oK Ta có W1 = G1.Cp1' . W2 = G2.Cp2’ G1 = 6,8 1000.60.968,55 = 0,10977 kg/s Cp1’ = 4201,5 J/kgđộ ở 85 oC G1 = 6,8 1000.60.996,95 = 0,113 kg/s Cp2’ = 4178,5 J/kgđộ ở 25 oC Vậy W1 = 0,10977.4201,5 = 461,2 J/s.độ W2 = 0,113.4178,5 = 472,1705 J/s.độ
Theo tài liệu [9] với thiết bị ngược chiều ta có
t1” = t1’ – ( t1’ – t2’).Z (2-42) t2” = t2’ + ( t1’ – t2’).W1.Z/W2 (2-43) Q = W1 – ( t1’ – t1”) = W2 – ( t2” – t2’) (2-44) Z = 1− 𝑒 − 𝑊1𝑘𝐹(1+ 𝑊1𝑊2) 1−𝑊1 𝑊2𝑒− 𝑘𝐹 𝑊1(1+ 𝑊1 𝑊2) (2-45)
Ta có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt phần ống nước nóng F = 3,02.10-3 m2 (dựa vào phần mềm inventor)
90
Vậy ta tìm được Z = 0,278 Suy ra nhiệt độ nước nóng t1”
91