Tính toán chi tiết dàn ngưng

6. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ

6.3. Tính toán chi tiết dàn ngưng

 Công dụng

Thiết bị ngưng tụ của bơm nhiệt có công dụng gia nhiệt cho không khí trước khi vào buồng sấy từ trạng thái bão hòa sau dàn lạnh đến nhiệt độ và độ ẩm yêu cầu trong quá trình sấy. Việc sử dụng dàn ngưng của bơm nhiệt để thay thế cho thiết bị gia nhiệt sẽ làm giảm chi phí điện năng của hệ thống, qua đó làm giảm chi phí lắp đặt và vận hành của hệ thống sấy dùng bơm nhiệt.

 Chọn loại dàn ngưng

Ta chọn loại dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí đối lưu cưỡng bức. Cấu tạo gồm một dàn ống trao đổi nhiệt bằng ống đồng có cánh nhôm bên ngoài, bước cánh nằm trong khoảng 3 – 10 mm.

 Chọn ống cho dàn ngưng

Do môi chất là Freon R22 nên ta chọn ống đồng cánh nhôm để làm ống dẫn môi chất trong dàn ngưng. Các ống có cánh thường có thông số:

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 tròn: - Chiều dày = 0,3 mm - Bước cánh sc = 3,5 mm - Đường kính cánh dc = 50 mm

 Các thông số cho trước

Công suất của dàn ngưng Qk = 14,54 kW Nhiệt độ không khí vào dàn tkk’ = t1 = 5 0C

Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn tkk” = t2 = 40 0C Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk = 50 0C Lưu lượng môi chất qua dàn ngưng G = 0,0896 kg/s Lưu lượng không khí qua dàn Gkk = 0,287 kg/s Tốc độ không khí đầu vào của dàn = 2,5 m/s

 Tính diện tích trao đổi nhiệt:

k k

k kf

Q Q

F= =

k.Δt q , m2 Trong đó: Qk - Phụ tải nhiệt yêu cầu của thiết bị ngưng tụ, W k - Hệ số truyền nhiệt, W/m2K

- Độ chênh nhiệt độ lôgarit trung bình, 0K qkf – Mật độ dòng nhiệt, W/m2

 Tính độ chênh nhiệt độ trung bình

Khi tính toán có thể coi nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ là không đổi và bằng tk. Độ chênh nhiệt độ trung bình được tính theo công thức:

max min

tb

max min

Δt -Δt Δt = Δt

lnΔt , 0C Trong đó:

max t -tk kk'=50-5=45

t  0C

k kk"

min t -t =50-40=10

t  0C

Ta tính được = 23,3 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= 1δ 11

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.

δ: Chiều dày vách. Ở đây chiều dày vách trụ được tính theo công thức:

δ = 0,5(d2-d1) = 0,5(0,036-0,032) = 0,002 m

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 0,050 -0,036

ε =1+ =1+

2.d .l 2.0,032.0,5 = 6,38 nc: Số cánh trên 1 ống

nc = c

l 0,5

s =0,0035 = 143 cánh

 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 50-36

2 = 2 = 7 mm

Đường kính tương đương: dE =

1

1 1 c

0 2 c

c

1 1

0 c

F .d +F . F 2.n

F +F Trong đó: F01: Diện tích khoảng cách giữa các cánh trên ống:

F01= .d2.nc.t = 3,14.0,036.143.(0,0035-0,0003) = 0,0517 m2

Fc1 - Diện tích cánh (không kể đỉnh cánh) Fc1 = 2

2 2

c 2

d -d

4 .nc =

2 2

2.3,14.(0,050 -0,036 ).143

4 = 0,270 m2

Thay vào ta có: dE =

0, 270 0,0512.0,036+0,270

2.143 0,0512+0,270

.

= 0,0316 m Tốc độ tại khe hẹp tính theo công thức:

c 2

1 1 c

max= 2,5

0,036 2.0,007.0,0003+ 0,06 0,06.0,0035

ω ω = = 6,58

d 2.h.δ 1-

1- +

s s .s

� � � �

� � � �

� � � �

� � m/s

Nhiệt độ không khí trung bình:

ttb = 0,5(tkk’ + tkk”) = 0,5(5 + 40) = 22,50C

Thông số vật lý của không khí khô ở nhiệt độ 22,50C ta có:

= 1,195 kg/m3; = 15,295.10-6 m2/s; = 2,61.10-2 W/mK Hệ số Re theo công thức:

Re =

max E

ω .d

ν = -6

6,58.0,0316

15,295.10 = 13586

Khi đó hệ số Nu được tính theo công thức với ống xếp song song Nu = 0,21.Re0,65.s = 0,21.135860,65.1,079 = 110,16

Với

0,15 0,15

2 0,06

1,079 0,036

s

s

 � �� �� �d ��� ���  Hệ số toả nhiệt của cánh:

-2 c k

E

91,02 Nu.λ 110,16.2,61.10

α = =

d 0,0316  W/m2K

Hệ số toả nhiệt tương đương của phía ống có cánh:

 

1

c c c

2 1

2

α =α F η +χ

F , W/m2K

Diện tích phần ống trơn không có cánh

F = 3,14.d2.l = 3,14.0,036.0,5 = 0,0565 m2 Trong đó:

1 0 1 c

F 0,0512

χ= = =0,191

F 0,270

= Fc1+ F = 0,270 + 0,0565 =0,327 m2 = 0,95 : Hiệu suất cánh.

Vậy: α =18,192 0,2700,3270,95+0,191

= 85,92 W/m2K

 Tính hệ số trao đổi nhiệt bên trong α1

Với hơi R22 ngưng trong ống ta có thể dùng công thức

α1=1,2.αN=1,2.0,728

3 2 0,25 ng

λ .ρ .g.r

( )

μ.Δt.d

, W/m2K Trong đó:

r = 154,2 kJ/kg - Nhiệt ẩn hóa hơi của môi chất

ρ=1082,1 kg/m3 - Khối lượng riêng của môi chất lỏng trong dàn ngưng = 743 W/mK - Hệ số dẫn nhiệt của môi chất lỏng trong dàn ngưng = tk – tw - Độ chênh nhiệt độ ngưng tụ và vách ống, 0K

= 2,1.104 Ns/m2 - Độ nhớt động lực học môi chất lỏng trong bình ngưng g = 9,81 m/s2 – Gia tốc trọng trường

Các thông số trên được lấy tại tk = 50 0C. Giả thiết tw = 47,1 0C, ta tính t w theo phương pháp lặp. Thay các thông số vào công thức trên ta có:

3 2 0,25 N

1

t

λ .ρ .g.r α =1,2α =1,2.0,728.

μ.Δ .d

� �

� �

� �

= 1,2.0,728.

2 3 0,25

4

9,81.1082 .743 .154,2 2,1.10 .2,9.0,036

� �

� �

� �

� � = 3707,62 W/m2K

Thay vào : 1 2 c

k = 1δ 11 α + +λ α .ε

k = 3707, 62 384 6,38.85,92

1 0,002 1

+ 1

+

= 476,4 W/m2K Khi đó: q = k.Δttb= 476,4.23,3 = 11086,4 W/m2

q’ = (tk - tw) = 3707,62.2,9 = 10752,1 W/m2 So sánh q và q’:

q-q' 11086,4 - 10752,1

ε = =

q 11086, 4 = 3,02% < 5%

Với sai số cho phép không quá 5% nên các giả thiết được chấp nhận.

Vậy k = 476,4 W/m2K; α1 = 3707,62 W/m2K và tw = 47,1 0C

 Diện tích trao đổi nhiệt bên trong

3 1 k

k

Q 14,54.10 1,31

F = =

k.Δt 476,4.23,3  m2

 Tính các thông số cụ thể của dàn ngưng

Số ống trong dàn: n =

1 1

F 1,31 26,1

π.d .l 3,14.0,032.0,5=  . Ta chọn n = 40 ống.

Chọn số ống trên mỗi hàng là m = 8 ống. Số hàng ống trong dàn ngưng là: z = n/m = 5.

Kích thước của dàn - Chiều rộng dàn:

B = (z+2).(s2 – d2) + z.d2 = (5+2).(0,06 – 0,036) + 5.0,036 = 0,348 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 ngưng

Trong đó:

: khối lượng riêng của không khí; ρ = 1,195 kg/m3.

max: vận tốc không khí trong calorifer.

max = 6,58 m/s (đã tính ở phần trên) 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 0,0316 0,06 0,036

0, 72.13586 . 2 . . . 2, 27

0,0035 0,036 0,036 0, 06 0, 036



 �  � �  � � � �  �

 

� � � � � � �  �

� � � � � � � �

Vậy trở lực qua dàn ngưng:

6,582

2, 27.1,195. .5 294,56

C 2

 P 