CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.4. Các vấn đề khác liên quan đến thiết kế ống nhiệt
Khi biết trước nhiệt độ làm việc của ống nhiệt, môi chất làm việc bên trong ống nhiệt có thể được lựa chọn theo đồ thị sau:
Hình 2.7 Lựa chọn môi chất theo nhiệt độ làm việc của ống nhiệt
Tuy nhiên, trong cùng một điều kiện về nhiệt độ, có thể có nhiều môi chất thích hợp.
Do đó, môi chất được lựa chọn cần phải thỏa mãn một số yêu cầu sau đây để ống nhiệt làm việc hiệu quả nhất:
Không phản ứng hóa học vớivới vật liệu làm ống nhiệt, có thể tham khảo tại bảng 2.3 – tính tương thích giữa vật liệu chế tạo ống nhiệt và môi chất làm việc bên trong [12]
Đặc tính nhiệt ổn định.
Có tính dính ướt với thành ống (quan trọng đối với ống nhiệt mao dẫn)
Trong khoảng nhiệt độ làm việc, áp suất bão hòa không quá nhỏ cũng không quá lớn.
Hệ số dẫn nhiệt có giá trị lớn.
Độ nhớt thấp, giá trị sức căng bề mặt lớn.
Nhiệt độ đông đặc chấp nhận được không cao hơn nhiệt độ làm việc của ống nhiệt.
Không phân hủy trong điều kiện làm việc.
Tính độc hại, khả năng gây cháy nổ của môi chất.
Các môi chất (đặc biệt các môi chất dạng hữu cơ) không bị phân hủy trong suốt
thời gian ống nhiệt làm việc.
Đối với ống nhiệt trọng trường, ta có thể đánh giá đặc tính nhiệt của môi chất dựa vào giá trị của hệ số merit M’ được tính như sau [12]:
3 0,25
. l. l
l
M r
(2.31)
Các nghiên cứu cũng cho thấy, giá trị M’ ít thay đổi theo nhiệt độ làm việc. Hệ số M’
của nước giữ giá trị lớn hơn 4000 kg/(K3/4s5/2) trong khoảng nhiệt độ từ 0,01 đến 350C. Bảng 2.4 sau trình bày giá trị M’ cực đại của một số môi chất ứng với nhiệt độ tương ứng [12]
Bảng 2.3 Hệ số merit M’ của môi chất Môi chất Nhiệt độ tương ứng, C M’max,
kg/(K3/4s5/2)
Nước 180 7542
Ammonia -40 4790
Mehanol 145 1948
Acetone 0 1460
Toluene 50 1055
Từ các tiêu chí trên, nhiệt độ làm việc của ống nhiệt trong khoảng nhiệt độ thông thường, mục đích sử dụng của ống nhiệt là làm nóng không khí để giữa nhiệt cho thực phẩm nóng nên có thể nhận thấy nước là môi chất có tính chất nhiệt động tốt, phổ biến, không độc hại rất thích hợp làm môi chất nạp vào bên trong ống nhiệt.
2.4.2. Vật liệu chế tạo ống nhiệt
Tương tự như khi lựa chọn môi chất, một số tiêu chí cần chú ý khi lựa chọn vật liệu chế tạo ống nhiệt như:
Tương thích (không xảy ra phản ứng hóa học với môi chất làm việc) với môi chất làm việc bên trong và điều kiện môi trường xung quanh.
Hệ số dẫn nhiệt lớn.
Dễ dàng gia công chế tạo.
Khối lượng phải nhẹ nhưng có cơ tính tốt.
Khả năng dính ướt môi chất.
Giá thành phù hợp.
Bảng 2.4 Vật liệu làm ống nhiệt
Môi chất Vật liệu ống được đề xuất Vật liệu ống không nên sử dụng
Ammonia
Nhôm
Thép cacbon Nickel
Thép không gỉ
Đồng
Acetone
Đồng Silica Nhôm
Thép không gỉ Methanol
Đồng
Thép không gỉ Silica
Nhôm
Nước Đồng
Thép không gỉ
Thép không gỉ Nhôm
Nickel Thép cacbon Inconel Silica
Với môi chất làm việc bên trong ống nhiệt là nước, ống nhiệt làm việc ngoài trời, trong điều kiện làm việc thay đổi, đồng thời để thuận tiện cho việc gia công lắp đặt, nên có thể chọn đồng làm vật liệu để chế tạo ống nhiệt.
2.4.3. Tỷ lệ nạp của ống nhiệt
Trong kỹ thuật ống nhiệt, tỷ lệ nạp được định nghĩa là thể tích của môi chất nạp vào hệ thống chia cho thể tích phần bay hơi của ống nhiệt [2].
100, %
bh
V
V (2.32)
Trong đó:
V: thể tích môi chất nạp vào, m3
Vbh : Thể tích phần bay hơi của ống nhiệt, m3
Tùy vào công suất, loại môi chất nạp, nhiệt độ làm việc, các thông số kích thước, hình học của ống nhiệt mà lượng môi chất nạp vào ống nhiệt nhiều hoặc ít khác nhau. Bảng sau trình bày tóm tắt các giá trị của tỷ lệ nạp được đề xuất bởi các nghiên cứu trước đây.
Bảng 2.5 Tỷ lệ nạp theo các tác giả
STT Tác giả Giá trị đề xuất hoặc công thức Ghi Chú
1
Trần Văn Vang – Bùi
Hải [2]
= 30% đến 50%
Môi chất nạp là nước, nhiệt độ làm việc
50C đến 90C.
2
Hoàng An Quốc – Lê Chí Hiệp – Hoàng Dương
Hùng [7]
= 30% Môi chất nạp là nước.
3 Strel’stsov
2 3 3. . . .( )
(0,8 0,8 )
.
l l l
c e c
Q d
G l l l
r g
(2.33)
4 Bezrodnyi và Alekseenko[12]
0, 001. .(i e a c)
V d l l l (2.34)
5 M.Groll và cộng
sự [17] = 20% đến 80%
6
H. Imura, K.
Sasaguchi and H.Kozai [16]
1/3 2
1/3 2
0,8 4 3. . . (1 / 5 1 / 3)
. . 0,8 4 3. . .
. .
c a l e
e l
g a c c a l e
l e e l
l l l q
l d g r
l l l l l q
l l d g r
(2.35)
7 Kanji Negishi Sawada [16]
= 25% đến 60% Môi chất nạp là nước.
= 25% đến 60% Môi chất nạp là ethanol.
8 H.Nguyen Chi và M.Groll [17]
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm với các tỷ lệ nạp 38; 53; 71; 88% cho thấy
tỷ lệ nạp ảnh hưởng ít lên giá trị công suất hoạt động cực đại của ống nhiệt.
Môi chất nạp là nước.