6. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ
6.4. Tính toán chi tiết dàn bay hơi
Công dụng:
Dàn bay hơi có tác dụng nhận nhiệt của không khí chuyển động bên ngoài dàn làm nhiệt độ không khí giảm xuống dưới nhiệt độ đọng sương để tách một phần ẩm của không khí trước khi vào dàn bay hơi đồng thời hóa hơi môi chất chuyển động bên trong dàn lạnh từ trạng thái lỏng đến trạng thái hơi bão hòa.
Chọn loại dàn bay hơi:
Dàn bay hơi ở đây có tác dụng làm lạnh không khí nên ta chọn loại dàn bay hơi làm lạnh không khí đối lưu cưỡng bức. Do làm lạnh không khí đến điểm sương nên dàn bay hơi có máng hứng nước ngưng ở dưới.
Chọn ống cho dàn bay hơi:
Để phù hợp với môi chất R22, ta chọn ống đồng cánh nhôm hình vuông làm ống dẫn môi chất trong dàn. Thông số của ống chọn như sau:
Ống: - Đường kính trong dtr = 32 mm - Đường kính ngoài dng = 36 mm
- Bước ống s1 = s2 = s = 60 mm - Chiều dài đoạn ống L = 0,5 m
Cánh: - Chiều dày = 0,3 mm.
- Bước cánh sc = 3,5 mm.
- Chiều dài cánh lc = 50 mm
- Đường kính tương đương của cánh dc = = 63,69 mm
Thông số cho trước
Công suất dàn Q0 = 14,33 kW Nhiệt độ không khí vào dàn bay hơi tk0’ = 25 0C Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn tk0” = 5 0C Nhiệt độ bay hơi của môi chất trong dàn t0 = -5 0C
Lưu lượng khối lượng môi chất trong dàn lạnh G = 0,0896 kg/s Lưu lượng không khí qua dàn lạnh Gk = 0,287 kg/s Tốc độ không khí đầu vào dàn lạnh = 5,5 m/s
Tính diện tích trao đổi nhiệt:
0 0
0 0f
Q Q
F= =
k.Δt q , m2
Q0 - Phụ tải nhiệt yêu cầu của thiết bị bay hơi, W k - Hệ số truyền nhiệt, W/m2K
- Độ chênh nhiệt độ lôgarit trung bình, K q0f - Mật độ dòng nhiệt, W/m2
Tính độ chênh nhiệt độ trung bình
Độ chênh nhiệt độ trung bình được tính theo công thức
max min
tb max
min
Δt -Δt Δt = lnΔt
Δt , 0C Trong đó:
k0' 0
Δtmax=t -t =25+5=30 0C
0 min k0"
Δt =t -t =5+5=10 0C
Thay vào công thức ta có tính được Δttb = 18,2 0C
Xác định hệ số truyền nhiệt k :
Do ống có chiều dày mỏng (d2/d1= 1,2 <1,4) nên quá trình truyền nhiệt trong vách trụ có thể coi là truyền nhiệt qua vách phẳng. Lúc đó hệ số truyền nhiệt k có thể tính theo công thức:
1 2 c
k= 1
1δ+ +1
α λ α .ε , W/mK Trong đó:
: Hệ số trao đổi nhiệt bên trong và ngoài ống trao đổi nhiệt, W/m2K
: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống, W/mK. Tra bảng thông số vật lý của một số chất rắn ta có: λcu = 384 W/mK
: Chiều dày vách. Ở đây chiều dày vách trụ được tính theo công thức = 0,5(d2 – d1) = 0,5(0,036 – 0,032) = 0,002 m
Số cánh trên 1 ống: nc = c
l 0,5
s =0,0035 = 143 cánh
εc: hệ số làm cánh. Hệ số làm cánh được tính theo công thức
2 2 2 2
c c 2
c
1
n d -d 143 0,0637 -0,036
ε =1+ =1+
2.d .l 2.0,032.0,5 = 13,33
Tính hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài α2
Số cánh trên 1 ống: nc = 143 cánh Chiều cao cánh: h =
c 2
d -d 63,69-36
2 = 2 = 13,85 mm.
Đường kính tương đương: dE =
01 2
1 1
0 c
1 c1
c c
F .d +F . F 2.n
F +F Trong đó:
- Diện tích phần không cánh của ống
1
F0= .d2.nc.sc = 3,14.0,036.143.0,0035 = 0,0565 m2 - Diện tích phần có cánh
1
Fc = 2
2 2
c 2
d -d
4 .nc =
2 2
2.3,14.(0,0637 -0,036 ).143
4 = 0,619 m2
Thay vào công thức trên ta có
dE =
0,619 0,0565.0,036+0,619.
2.143
0,0565+0,619 = 0,046 m Tốc độ tại khe hẹp tính theo công thức
max 5,5
c 2
1 1 c
15, 26 0,036 2.0,0138.0,0003
1- +
0,06 0,06.0,0035
ω = ω =
d 2.h.δ
1- +
s s .s
� � � �
� �
� �
� � � �
� � m/s
Nhiệt độ không khí trung bình:
ttb = 0,5(tkk’ + tkk”) = 0,5(25 +5) = 15 0C
Thông số vật lý của không khí khô ở nhiệt độ 15 0C ta có = 1,226 kg/m3; = 14,61.10-6 m2/s; = 2,55.10-2 W/mK Hệ số Re theo công thức
Re =
max E
ω .d
ν = -6
15,26.0,046
14,61.10 = 47701
Khi đó hệ số Nu được tính theo công thức với ống xếp song song:
Nu = 0,21.Re0,65.s = 0,21.477010,65.1,079 = 230,8 Với
0,15 0,15
2 0,06
1,079 0,036
s
s
� �� �� �d ��� ��� Hệ số toả nhiệt của cánh:
E
k -2
c Nu.λ 230,8.2,55.10 128,9
α = =
d 0,046 W/m2K
Hệ số toả nhiệt tương đương của phía ống có cánh:
1 c 1 2 c F2 c
α =α η +χ
F , W/m2K
Trong đó:
1 0 1 c
F 0,0565
χ= = =0,0912
F 0,619
F21 = F +c1 F = 0,0565 + 0,611 =0,676 m01 2 ηc= 0,95 : Hiệu suất cánh.
Vậy: 2
0,619
α =128,9. 0,95+0,0912
0,676 = 123 W/m2K
Tính hệ số trao đổi nhiệt bên trong α1 0,5
2,5 1,5 l
1 tr
α =A .θ ω.ρ d
� �
� �
� �, W/m2K
Trong đó: ω - Tốc độ chuyển động của lỏng R22 trong hệ thống, m/s. Với R22:
ω = 0,4 – 1 m/s. Ta chọn ω = 0,5 m/s.
ρl - Khối lượng riêng cuả R22 lỏng tại 0 0C: = 1,282.103 kg/m3 A - Tại 00C, ta chọn A = 1,32
= tw – t0
dtr - Đường kính trong của ống, m Do tw chưa biết nên ta tìm phương pháp lặp:
Giả sử tw = 0,60C, ta tính được:
= 1,322,5.[0,6 +5]1,5.
3 0,5 -3
0,5.1,282.10 32.10
� �
� �
� � = 3754,7 W/m2K
Thay vào 1 2 c k= 1
1δ+ +1 α λ α .ε
k =
1134 3754, 7
1
1 +0,002+ 1 384 123.13,3
W/m2K
Khi đó: q = k.= 1134.18,2 = 20644,7 W/m2
q’ = (tw – t0) = 3754,7.5,6 = 21026,1 W/m2 So sánh q và q’
20644, 7 21026,1 20644, 7
ε= q-q'= 1,85
q
% < 5%
Với sai số cho phép không quá 5%.
Vậy k = 1134 W/m2K; α1 = 3754,7 W/m2K và tw = 0,6 0C
Diện tích trao đổi nhiệt bên trong
0 3 1
0
Q 14,33.10 0,69
F = =
k.Δt 1134.18,2 m2
Tính các thông số cụ thể của dàn bay hơi
Số ống trong dàn: n =
1 1
0,69 13
3,14.0,032.0,5
F =
π.d .l
Ta chọn số ống n=24 ống.
Chọn số ống trên mổi hàng là m = 8 ống. Số hàng ống trong dàn bay hơi là: z = n/m =3.
Kích thước của dàn:
- Chiều rộng dàn
B = (z+2).(s2 – d2) + z.d2 = (3+2).(0,06 – 0,036) + 3.0,036 = 0,228 m - Chiều cao dàn
H = (m+2).(s1 – d2) + m.d2 = (8+2).(0,06 – 0,036) + 8.0,036 = 0,528 m - Chiều dài của dàn đã chọn L = 0,5 m
Tính trở lực của dàn bay hơi
Trong đó:
: khối lượng riêng của không khí; ρ = 1,226 kg/m3. max: vận tốc không khí trong dàn bay hơi
z: số hàng ống của dàn ngưng
: hệ số trở lực được tính theo công thức sau:
0,9 0,9 0,9 0,1
0,245 0, 06 0, 036 0,06 0,036 0, 064 0,06 0,036
0,72.47701 . 2 . . . 0, 42
0,0035 0, 036 0, 036 0,06 0, 036
� � � � � � � �
� � � � � � � �
� � � � � � � �
Vậy trở lực qua dàn bay hơi:
15, 262
0, 42.1, 226. .3 181,9
C 2
P
N/m2 = 18,55 mmH2O