CHƯƠNG 6: TÍNH NHIỆT NỒI HƠI
6.3. TÍNH NHIỆT CÁC BỀ MẶT ĐỐI LƯU
6.3.1. Các thông số tính Q đ
Quá trình tính nhiệt đối lưu rất phức tạp ở đây ngoài hình thức trao nhiệt đối lưu là chủ yếu còn có trao nhiệt bức xạ và dẫn nhiệt do đó ta phải đồng thời xét đến tác dụng của cả ba hình thức
1. Diện tích bề mặt hấp nhiệt đối lưu Hđ. (m2)
Hđ = π.d.l.z, m2 Z - Số ống
d- đường kính ống , m Đối với ống lửa d = dtr
Đối với ống nước d=dn. Đối với các bộ Sk, gs : d =
2
1 (dn + dtr)
Nếu nồi hơi có nhiều cụm ống thì tính riêng từng loại ống, cụm ống rồi lấy tổng.
2. Diện tích lối đi của khí lò: FK (m2) Tính theo phương pháp hình học:
Trường hợp : - Quét dọc trong ống FK = d Z 4
π 2 m2 - Quét dọc ngoài ống FK = ab - 2 . 2
4 Z m πd
- Ống có hướng thay đổi: F =
"
'
"
' 2
F F
F F
+ - Quét thẳng góc ống F = ab – dbZ1. a, b: 2 cạnh mặt cắt ngang dọc lối đi
- Chùm ống khác: (2 loại ống)
"
"
' '
"
' F H F H
H F H
+
= +
Z1: Số ống 1 lớp. a: Chiều dài buồng đốt = chiều rộng cụm ống d: Đk ngoài ống. b: Chiều rộng lối đi = l ống
3. Bước ống bình quân S : m
S: Khoảng cách đường tâm 2 ống Nếu ống có bước khác nhau.
".
'
"
"
' '
H H
H S H S S
+
= +
S’, H’: Bước ống và dt hấp nhiệt của cụm ống 1 S”H” : Bước ống và dt 2
- Đo trực tiếp từ bản vẽ
4. Đường kính ống bình quân d ,m Trường hợp có các ống to nhỏ khác.
" ...
"
' '
...
"
' + +
+
= +
d H d H
H d H
, m
5. Đường kính tương đương dtd, m
- Ống tròn, chất lưu động trong ống dtd = dtr
- Chất lưu động ngoài ống:
C F f dtd 4V 4
=
=
V: Thể tích không gian, m3
f: Diện tích thiết diện của các ống được quét qua, m2 F: Diện tích lối đi của chất lưu động., m2
C: Chu vi đường gianh giới giữa 2 chất tạo nhiệt, m 6. Lưu tốc W (m/s)
Lưu tốc của khí lò ảnh hưởng lớn đến trao nhiệt đối lưu.
s F m
t B
V
s F m
B V
KK kk t
KK K
KK t
k
273 / . 3600
) 273 ( W .
. 273 /
. 3600
) 273
.(
W .
KK k
= +
= + α
θ
VKK: Lượng không khí cần cung cấp cho 1 kg chất đốt, m3 VK: Lượng khí lò do 1 kg chất đốt sinh ra, m3
θK: Nhiệt độ khí lò (lấy giá trị bình quân), oC θKK: Nhiệt độ không khí, oC
FK: Diện tích lối đi khí lò, m2 FKK: Diện tích lối đi không khí, m2 Nếu tính về phía trước
h N
F v D
. 3600 Wh = .
v: Thể tích riêng hơi , m3/kg Fh: Diện tích lối đi hơi nước, m2 7. Hệ số truyền nhiệt k : KCal/m2.h.0C
Vì độ dày của thành ống rất nhỏ so với đường kính ống nên có thể coi như truyền nhiệt qua vách phẳng: Thực ra là truyền nhiệt qua ống trục.
Theo cơ sở truyền nhiệt ta có:
2 1
1 1
1 1
α λ δ α +Σ + Σ =
=
i
k R
α1: Hệ số toả nhiệt phía chất trao nhiệt
1
1
α : Nhiệt trở phía chất trao nhiệt
λi
Σδ ; Nhiệt trở của thân vỏ ống a. Hệ số toả nhiệt đối lưu: αđ
Theo lí thuyết t
Nu = C . ReH. Prm. F0. Gr
Nhưng do dòng chảy rối và cưỡng bức nên ta bỏ qua F0. Gr. Ta có:
m
K k n
K
d v cp
l C
= λ
λ
α 3600. . .
v W .
k l k
55
λK : Hệ số dẫn nhiệt của khí lò: Kcal/m2h 0 độ
∈ vào nhiệt độλ = λ0.Mr.
λ0: Hệ số dẫn nhiệt của khí lò có tp trung bình Mr: Hệ số hiệu chỉnh của λ trong môi trường khác C: Hệ số n, m: Hệ số từ thực nghiệm
Cp: Tỷ nhiệt khối lượng đẳng áp: Kcal/kg độ W: Lưu tốc chất trao nhiệt
DK: Độ nhớt động học của khí lò ∈ t0. m3/s γK : Tỷ trọng của khí lò Kg/m3 l: Kt định hình của ống
= V0. Mv
Mr, Mv tra đồ thị 7.17
8 , 0 K. 023 W
,
0
=
k td td
K
d v
d d
α λ
ct: Hệ số xét đến hướng dòng khí CL:
* Tính αđ khi quét dọc trong ống, kcal/m2.độ d)
,l F , R ( f e r
d =
α .
Ct= 1,06 khí lò, Ct = 1 nước
Xét đến sự ảnh hưởng của chiều dài đến αđ Cho học sinh đọc
- Ống ô vuông và chữ nhật αđ = 0,177 CZ.
64 , 0
K K.d W
υ
CZ: Hệ số xét đến tỷ số bước ống CZ = f
d , Sn d Sd
Lối đi theo hướng chéo nhỏ -> điều kiện quét qua cụm ống và sự trao nhiệt tốt.
- Ống ô xiên:
6 , 0
K K K Z d
c n
6 , 0
K K Z K
df
d . W . d C . 295 , 0
S S
d . W C d
. 295 , 0
7 , 0 d 1
Sc d 1 Sn
υ
= λ α
=
+
υ
= λ α
− >
−
CZ: Hệ số xét đến số lớp ống - Ô vuông lẫn ô xiên
".
H H
"
H ' H . d"
'
d d +
α +
=α α
Tính αđ theo toán đồ: với WK từ 2 ÷ 18m/s toán đồ 7.20 αđ = α0. Cϕ . Cl
αo: Hệ số toả nhiệt tính từ điều kiện tiêu chuẩn.
Cϕ: Hệ số xét đến đặc điểm vật lí của khí lò.
Cl: Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài ống.
- Trường hợp quét thẳng góc qua cụm ống ô vuông và ô chữ nhật (Toán đồ) CZ: Hệ số hiệu chỉnh số lớp ống
- Trường hợp quét thẳng góc qua cụm ống sole:
Toán đồ 7-18 (tập II) αđ = α0 CϕCsCZ.
CS: Hệ số xét đến tỷ số bước ống
=
d ,Sn d f Sd CS
Nếu 0,7
d 1 S
d 1 S
c n
>
−
−
xét CS
7 , 0 d 1
S d 1 S
c n
≤
−
−
không xét CS
- Vừa quét thẳng góc vừa quét dọc
"
H ' H
"
H
"
' H
d '
+ α +
=α α
- Trao nhiệt đối lưu ở hộp lửa:
K m 77 , 0
K 33 K , 0 K
d T
T l. W
44 ,
0
λ υ
=
α −
Tm: Nhiệt độ thành hộp lửa 0K
TK: Nhiệt độ bình quân khí lò qua hộp lửa l: Chiều cao hộp lửa
WK: Lưu tốc bình quân khí lò.
b. Hệ số quét khắp: ω
Là tỷ số giữa chiều dài ống bình quân được quét trên chiều dài bình quân của ống trong cụm. Hãy là tỷ số giữa bề mặt được quét trên bề mặt toàn bộ,
Tra bảng 7.6.
l l dl dl H
Hqk dq qk
π =
=π
= ω
c. Hệ số toả nhiệt bức xạ αb:
Do các hạt muội than nóng độ và các khử 3 nguyên tử bức xạ nhiệt tại bề mặt đối lưu.
K m
6 , 3
K m 3
K K 8 m
b
T 1 T
T 1 T . T . 2 a
1 10 a
. 9 , 4
−
+ −
=
α −
4,9.10-8 Kcal/m2.hoK4: Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối.
TK: Nhiệt độ tuyệt đối bình quân: (T T) K 2
1 0
r v − Tm: Nhiệt độ mặt ngoài ống 0K
H )Q ( 1
T T
2
m = + ε+α
T: Nhiệt độ tuyệt đối bình quân của chất hấp nhiệt lưu động trong ống.
57
ε: Hệ số muội cáu Q: Lượng hấp nhiệt H: Diện tích bề mặt am: Độ đen bề mặt ống.
aK: Độ den của dòng khí lò 2
1 am+
: Độ đen qui đổi của dòng khí có bụi tro.
Bề mặt giữ ống am = 0,8
Dùng toán đồ 7.21 (TII) để tính αb
αb: α0 αK. CK
CK: Hệ số hiệu chỉnh xét đến trị số t0 dòng khí và nhiệt độ bề mặt ống d. Hệ số muội cáu: ε (Nhiệt trở thành ống)
ε =
i i
λ
Σδ δ: Chiều dày λ : Hệ số dẫn nhiệt
t t K K
n λ
+δ λ +δ λ
= δ
ε , m2 hoC/Kcal
Các yếu tố ảnh hưởngε - Loại bề mặt hấp nhiệt
- Loại chất đốt trong đó có kể hàm lượng tro và nhiệt độ nóng chảy của tro.
- Lưu tốc khí lò: WK lớn làm sói mòn lớp cáu cặn , làm ε giảm - Cách bố trí cụm ống: ống bố trí ô vuông cáu bám ít hơn bố trí so le - Nhiệt độ bề mặt ống: to cao làm tro nóng chảy
- Phương pháp đốt lò.
- Chất lượng khai thác bảo dưỡng ε : Tra toán đồ
ε= 0,015 ống nước sối ε= 0,02. ống hàm nước
ε= 0,002 ÷ 0,005 ống lửa và hộp lửa e. Hệ số lợi dụng bề mặt hấp nhiệt : ξ
ξ = dt hấp nhiệt có hiệu quả = Hhq
dt hấp nhiệt được tính H Xét tới ảnh hưởng của tro muội và các cặn
BSK của NH đốt dầu ít S ξ = 0,85
BSK của NH đốt dầu nhiều S có thổi tro = ξ = 0,75
BSK của NH đốt dầu nhiều S không thổi tro ξ = 0,6 ÷ 0,65 g. Hệ số truyền nhiệt cụ thể cho từng bộ phận:
* Các cụm vòng nước sôi I, II Các cụm ống lửa
Hệ số toả nhiệt từ mặt ống đến nước rất lớn (α2 = 3000 ÷ 6000) -> 1/α2 rất bé -> bỏ qua ε
λ = Σδ α + + ωα
=
i i 1
K 1
b d
* Bộ sấy hơi:
4 , 0 r 8 , 0
h t h h
2
2 i i b
d sh
P d .
. . W 023dt , 0
1 1
K 1
υ
= λ α
+α λ Σδ α + + ωα
=
dt : ĐK trong ống sấy hơi λh: Hệ số dẫn nhiệt hơi nước υh: Độ nhớt động học hơi nước
Wh : Lưu tốc bình quân của hơi trong ống sấy.
* Bộ hàm nước tiết kiệm
i i d
hn 1
K 1
λ Σδ ωα +
=
<
>>
α
<<
>>→α α
0 b
2 2
t vi
1 s
* Bộ sưởi khí:
2 i i d
sk 1 1
K 1
+α λ Σδ ωα +
=
α2 tính như α1 cho ô vuông và ô xiên
α2 tính cho BSK kiểu ống nằm theo công thức α2 = α0.Cl. Cξ’ Không khí Hoặc tra theo hình 7.20
* Bộ giảm sấy:
2 i i d
gs 1 1
K 1
+α λ Σδ α +
= KCal/m2h0C
0 2 2
R '
1 1 + α
=
α KCal/m2 h0C
α’2: Hệ số toả nhiệt từ mặt màng oxyt tới nước sôi.
α’2 = 6,5 pN0,2 q0,7.
pN: áp suất trong bầu nồi
q: Nhiệt tải bộ giảm sấy. KCal/m2h R0 = 0,5.10-4. Nhiệt trở màng ôxyt sất.
Hoặc α2 : Tính theo toán đồ 7.23
8. Độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai chất trao nhiệt (Hiệu nhiệt độ bình quân logarit ∆t:
Khi tính toán trao nhiệt đối lưu phải xét đến hiệu số giữa nhiệt độ khí lò với nhiệt độ chất được hấp nhiệt trên toàn bộ bề mặt hấp nhiệt nhưng hiệu số này tại từng điểm của bề mặt hấp nhiệt có trị số khác nhau và biến theo đường cong nên ta phải tính t∆ theo hiệu bình quân lò garít. Trừ trường hợp ∆t’≈ ∆t” thì
≤
∆
∆ 1,7 t t
b
l có thể tính trung bình cộng.
59
b
l t
2 t
t= 1∆ −∆
∆ .
a. Trường hợp cùng chiều thuấn tuý và ngược chiều thuần tuý
* Các hình thức trao nhiệt cùng chiều và ngược chiều thuần tuý.
- 2 dòng đi song song cùng chiều và ngược chiều:
- Giao nhau cùng chiều hoặc ngược chiều trên 4 lần
Chú ý: Có thể có trường hợp nhiệt độ ra của chất hấp nhiệt lớn hơn tvào của chất nhả nhiệt ∆tl và ∆tb
khác đi.
- Hai dòng giao nhau đồng thời chất hấp nhiệt có to = const (Tại cụm ống sôi) Công thức tính ∆t: Hoặc tra theo toán đồ
b l b l
t kg t 3 , 2
t t t
∆
∆
∆
−
= ∆
∆
∆
tl : Độ chênh nhiệt độ lớn nhất tại một đầu của bề mặt hấp nhiệt
∆tb: Độ chênh nhiệt độ nhỏ nhất tại một đầu khác của bề mặt hấp nhiệt.
b. Trường hợp giao nhau ngược chiều
- Khí lò quýet qua ống (BSK Khí lò đi thẳng) - Hai dòng giao nhau
- Chất hấp nhiệt đi chữ U (BSH, BSK kiểu chữ U) - Dòng hấp nhiệt đi hình chữ Z (BSK không khí đi Z) - Dòng hấp nhiệt đi chữ M (BSK kiểu chữ M)
* Công thức tính:
nct2
b l b
l . t
t lg t 3 , 2
t
At t =ψ∆
∆
∆
∆
− ϕ∆
=
ϕ: Hệ số hiệu chỉnh: Ψ < 1.
ϕ = f(R, P). R, P Hưđô: R =
b l
τ τ
P = ' t'.
b
− θ
τ
τ: Hiệu nhiệt độ của một chất lúc đầu và lúc cuối Ψ: Tra theo toán đồ.
c. Trường hợp giao nhau cùng chiều
t2
.
. ng
t =ϕ∆
∆
) P , R (
f 1
=
ϕ [ ]1/n
1 R 1
) 1 R ( P 1 P 1
+ +
−
= − n: Số lần giao nhau
ϕ: Trao theo toán đồ (7-28)
d. Giao nhau cùng chiều lẫn ngược chiều đơn giản: (BSK 3 cụm) e. Giao nhau cùng chiều và ngược chiều phức tạp
. t t=ψ∆ ngt2
∆
Ψ = f(A, R, P)
A= Hcg = DT mặt hn cùng H Σ dt mặt hn
't P '2
− θ
= τ R =
2 1
τ τ
(1), (2) τ1 = θ’- θ” ; τ2 = t”- t’
(3) τ1 = t” – t’ ; τ2 = θ’ - θ”.
g. Giao nhau song song cùng chiều lẫn ngược chiều Theo phương pháp qui tắc