5. Bố cục của luận ân
5.2.5.2. Tính tôn
- Xâc định hệ số truyền nhiệt K của thiết bị ngưng tụ: 2
k n n n k
Q G .C Δt G.q
k= = = ,W/m .K
F.Δt F.Δt F.Δt (5.14)
- Độ chính nhiệt độ trung bình Logarit:
max min max min Δt -Δt Δt= ,K Δt ln Δt (5.15)
- Xâc định lượng mơi chất lạnh tuần hoăn: 0 0 Q G= ,kg/s q (5.16)
- Năng suất lạnh Q0 cĩ thể xâc định theo lượng nước được lăm lạnh: ' ") n nl nl 0 M.C .(t -t Q = ,W τ (5.17)
- Xâc định lượng nhiệt trao đổi của thiết bị ngưng tụ ống lồng ống cĩ cânh:
l f1 f2 c 1 1 1 2 2l t -t q = ,W/m r 1 + 1 ln + 1 2πrα 2πλ r α F (5.18) + Độ chính lệch nhiệt độ trung bình: ' '' ' " 0 1 2 1 1 2 2 f1 f2 ' '' 1 1 1 ' " 2 2 2 Δt -Δt (t -t )-(t -t ) Δt=t -t = = , C Δt t -t ln ln Δt t -t (5.19) 5.2.5.3. Kết quả tính tôn
Sau khi tínhtĩan để thiết kế, chế tạo hệ thống lạnh như trong thí nghiệm ở mục 5.2.2.1, kết quả tính tôn dựa văo câc số liệu đo đạc được trong mục 5.2.4.1, 5.2.4.2, 5.2.4.3, ta tính được bảng kết quả tổng kết thí nghiệm thực nghiệm về việc xâc định hệ số truyền nhiệt K, mật độ dịng nhiệt q ở trong bảng 5.11 vă bảng 5.12 dưới đđy:
Bảng 5.11. Kết quả xâc định hệ số truyền nhiệt k đối với hệ thống lạnh sử dụng mơi chất lạnh freon R12 ở câc thời điểm khâc nhau trong ngăy.
Mơi chất lạnh R12 Hệ số tuyền nhiệt K, W/m2.K Thời điểm Dăn ngưng tụ
khơng khí Dăn ngưng tụ ống lồng ống trơn Dăn ngưng tụ ống lồng ống cĩ cânh 9h00 65 1.680 2.010 12h00 59 1.512 1.809 15h00 62 1.596 1.910
`
Ta cũng xâc định mật độ dịng nhiệt q ở trong bảng 5.12 như sau:
Bảng 5.12. Kết quả xâc định mật độ dịng nhiệt q đối với hệ thống lạnh sử dụng mơi chất lạnh freon R12 ở câc thời điểm khâc nhau trong ngăy.
Mơi chất lạnh R12 Mật độ dịng nhiệt qkf, W/m2
Thời điểm Dăn ngưng tụ khơng khí Dăn ngưng tụ ống lồng ống trơn Dăn ngưng tụ ống lồng ống cĩ cânh
9h00 370 6.650 7.430
12h00 363 6.517 7.281
15h00 366 6.584 7.356
Hình 5.13. Đồ thị so sânh hệ số truyền nhiệt k của câc dăn ngưng tụ khâc nhau ở câc thời điểm trong ngăy khi sử dụng freon R12
Hình 5.14. Đồ thị so sânh mật độ dịng nhiệt q giữa câc dăn ngưng tụ khâc nhau ở câc thời điểm trong ngăy khi sử dụng freon R12.
Tương tự như vậy, ta cĩ bảng kết quả khi tính tôn với hệ thống lạnh sử dụng mơi chất lạnh freon R134a như bảng 5.13, bảng 5.14 sau:
Bảng 5.13. Kết quả xâc định hệ số truyền nhiệt k đối với hệ thống lạnh sử dụng mơi chất lạnh freon R134a ở câc thời điểm khâc nhau trong ngăy.
Mơi chất lạnh R134a Hệ số tuyền nhiệt K, W/m2.K Thời điểm Dăn ngưng
tụ khơng khí Dăn ngưng tụ ống lồng ống trơn Dăn ngưng tụ ống lồng ống cĩ cânh 9h00 80 2.066 2.472 12h00 72 1.859 2.225 15h00 76 1.963 2.348
Bảng 5.14. Kết quả xâc định mật độ dịng nhiệt q đối với hệ thống lạnh sử dụng mơi chất lạnh freon R134a ở câc thời điểm khâc nhau trong ngăy.
Mơi chất lạnh
R134a Mật độ dịng nhiệt qkf, W/m2 Thời điểm Dăn ngưng tụ
khơng khí Dăn ngưng tụ ống lồng ống trơn Dăn ngưng tụ ống lồng ống cĩ cânh 9h00 445 7.980 8.916 12h00 435 7.820 8.738 15h00 440 7.900 8.827
Hình 5.15. Đồ thị so sânh hệ số truyền nhiệt k của câc dăn ngưng tụ khâc nhau ở câc thời điểm trong ngăy khi sử dụng freon R134a
5.2.5.4. Nhận xĩt vă kết luận
Qua thí nghiệm năy, ta rút ra được một số nhận xĩt sau đđy:
- Diện tích bề mặt của câc dăn ngưng tụ khơng khí, dăn ngưng tụ ống lồng ống trơn vă ống lồng ống cĩ cânh cĩ giâ trị lần lượt lă: 0,29004m2/ 0,1604m2 / 0,112m2, cho nín kích thước dăn ngưng tụ ống lồng ống cĩ cânh bĩ hơn, tiết kiệm được khơng gian lắp đặt hệ thống lạnh, nhất lă câc hệ thống lạnh cĩ cơng suất lớn thì việc bố trí thiết bị ngưng tụ sẽ rất gọn găng vă linh hoạt, tùy thuộc văo khơng gian mặt bằng lắp đặt hệ thống, phù hợp với mọi mặt bằng kiến trúc của gian mây lạnh.
- Nhiệt độ ngưng tụ tương ứng của câc dăn ngưng tụ khơng khí, ống lồng ống trơn vă ống lồng ống cĩ cânh khi sử dụng cả hai loại mơi chất lạnh freon R12, R134a lă giảm dần.
- Âp suất trong TBNT ống lồng ống cĩ cânh ở thí nghiệm trín lă nhỏ nhất, cho thấy việc sử dụng ống lồng cĩ cânh lăm âp suất ngưng tụ giảm, hệ thống hoạt động sẽ an tịan hơn, giảm chây dầu bơi trơn, giảm thiểu rị rỉ mơi chất, gĩp phần tăng cơng suất lạnh. Đặc biệt việc tạo ra quâ lạnh lỏng ở phần đuơi của thiết bị ngưng tụ sẽ diễn ra dễ dăng vă thuận lợi hơn.
Hình 5.16. Đồ thị so sânh mật độ dịng nhiệt q giữa câc dăn ngưng tụ khâc nhau ở câc thời điểm trong ngăy khi sử dụng freon R134a
- Hệ số truyền nhiệt K của thiết bị ngưng tụ ống lồng ống cĩ cânh gấp 1,2 lần so với loại ống lồng ống trơn vă gấp gần 31 lần so với dăn ngưng tụ khơng khí.
- Mật độ dịng nhiệt q của thiết bị ngưng tụ ống lồng ống cĩ cânh gấp 1,12 lần so với loại ống lồng ống trơn vă gấp hơn 20 lần so với dăn ngưng tụ khơng khí.
- Qua thí nghiệm vă tính tôn ta thấy rằng: so với loại thiết bị ngưng tụ được sử dụng phổ biến trong hệ thống lạnh hiện nay lă thiết bị ngưng tụ ống chùm nằm ngang thì thiết bị ngưng tụ ống lồng ống trơn cĩ mật độ dịng nhiệt q lớn hơn (1,1÷2,2) lần, hệ số truyền nhiệt k lớn hơn (1,7÷2,1) lần. Trong khi đĩ, thiết bị ngưng tụ ống lồng ống cĩ cânh lại cĩ mật độ dịng nhiệt lớn hơn (1,24÷2,48) lần, cịn hệ số truyền nhiệt K lớn hơn (2,0÷2,5) lần so với thiết bị ngưng tụ ống chùm nằm ngang. Vì vậy, khi hệ thống lạnh dùng câc mơi chất lạnh freon cĩ hệ số tỏa nhiệt đối lưu α nhỏ thì việc sử dụng TBNT ống lồng ống cĩ cânh lă hợp lý.
- Ta thấy ưu điểm của TBNT ống lồng ống cĩ cânh lă gđy rối mạnh, tạo được nhiều tđm ngưng hơn, khả năng ngưng tụ tăng lín; Tuy nhiín loại năy cĩ nhược điểm lớn lă gđy ra trở lực, cản trở quâ trình chuyển động của dịng mơi chất.
- Trong câc loại ống cĩ cânh được khảo sât, loại ống lồng ống cĩ cânh dọc thđn cĩ hiệu quả TĐN tốt, đặc biệt lă loại ống cĩ cânh xoắn dọc thđn cĩ khả năng tạo xôy, tạo rối mạnh, tăng cường khả năng TĐN, giải phĩng bề mặt TĐN được nhanh hơn, ít cản trở chuyển động của dịng mơi chất trong khơng gian hình xuyến. Cho nín tối ưu nhất lă chọn thiết bị TĐN, TBNT kiểu ống lồng ống cĩ cânh xoắn dọc thđn với một đầu mối.
- Bề mặt ống bín ngịai được để trần, khơng cần bọc câch nhiệt, tăng cường thím khả năng nhả nhiệt ra mơi trường xung quanh, nhờ đĩ mă tiết diện của dăn ngưng tụ kiểu ống lồng ống cĩ cânh sẽ tiếp tục đựơc giảm xuống hơn nữa, thiết bị căng được gọn găng. Trong phần tính tôn, bởi vì thiết bị ống lồng ống khơng bọc câch nhiệt, cho nín kết quả tính được cĩ sai số so với thực tế lă 10%, trong quâ trình tính tôn cĩ xử lý sai số năy để kết quả tính cuối cùng được chính xâc.
5.3. GIẢI PHÂP VỆ SINH ỐNG LỒNG ỐNG VĂ GIẢI THÔT LỎNG NGƯNG GIẢI PHĨNG BỀ MẶT TĐN. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM NGƯNG GIẢI PHĨNG BỀ MẶT TĐN. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM DHEX ĐỂ TÍNH TÔN TBTĐN ỐNG LỒNG ỐNG.
5.3.1. Giải phâp vệ sinh vă giải thôt lỏng ngưng ống lồng ống
5.3.1.1. Giải phâp vệ sinh cho thiết bị ngưng tụống lồng ống
* Về phía đường mơi chất lạnh:
- Mơi chất lạnh tuần hoăn trong hệ thống lă tuần hoăn kín. Trong hệ thống kín hoăn toăn, với một lượng mơi chất lạnh nhất định nạp văo hệ thống thì lượng mơi chất năy lă khơng thay đổi trong suốt tuổi thọ tồn tại của mây. Sau khi chế tạo xong, tất cả câc thiết bị, bộ phận, chi tiết của hệ thống phải được vệ sinh sạch sẽ, khơng được cĩ bất cứ thănh phần câu bẩn năo, khơng cĩ xỉ hăn, bavia, mạt sắt, mạt đồng (Tùy thuộc loại mơi chất lạnh dùng trong hệ thống). Khi lắp đặt, hệ thống phải được vệ sinh cẩn thận, khơng được để câc thănh phần câu bẩn vă xỉ hăn tồn đọng trong hệ thống, toăn bộ khơng gian tuần hoăn của mơi chất lạnh tồn tại trong hệ thống phải tuyệt đối sạch.
- Trước khi nạp mơi chất văo hệ thống, cần phải hút chđn khơng thật kỹ vă sđu để khơng tồn đọng khí khơng ngưng.
- Mơi chất lạnh nạp văo hệ thống phải hoăn toăn tinh khiết, khơng pha lẫn tạp chất vă câc thănh phần câu bẩn.
- Trong hệ thống lạnh, trước van tiết lưu cần bố trí phin lọc ẩm. Ngoăi ra bố trí phin lọc bẩn trước van đầu hút văo mây nĩn, van tiết lưu vă bố trí ngay trước khi mơi chất lạnh đi văo khơng gian hình xuyến bín ngoăi của ống lồng ống.
* Về phía đường nước
Định kỳ vệ sinh TBNT ống lồng ống để nđng cao hiệu quả lăm việc. Do quâ trình bay hơi nước ở thâp giải nhiệt rất mạnh nín tạp chất tích tụ ngăy một nhiều, khi hệ thống hoạt động, câc tạp chất đi theo nước văo bình vă bâm lín câc bề mặt trao đổi nhiệt cho nín lăm giảm hiệu quả TĐN.
- Vệ sinh nước trong ống lồng ống phần đường nước cĩ thể được thực hiện bằng câch ngđm Na2CO3 hoặc NaOH để tẩy rửa, sau đĩ cho nước tuần hoăn nhiều lần để vệ sinh.
- Khi câu cặn bâm văo vâch bín trong thănh lớp dăy hoặc bâm chặt thì nín sử dụng hô chất phâ câu cặn. Rửa bằng dung dịch Na2CO3 ấm, sau đĩ thổi khơ bằng khí nĩn.
- Cĩ thể vệ sinh câu bẩn bín trong bằng hô chất, sau đĩ cần trung hoă vă rửa sạch để khơng gđy ăn mịn hay lăm hỏng bề mặt bín trong ống TĐN.
- Vệ sinh bể nước, xả câu cặn.
- Vệ sinh thâp giải nhiệt, thường xuyín thay thế nước mới trong bể nước. - Bảo dưỡng, cđn chỉnh bơm nước giải nhiệt cho thâp giải nhiệt.
- Cần kiểm tra chất lượng nước để trânh tình trạng han gỉ, tạo chất nhờn hoặc mốc xanh lăm ảnh hưởng đến hiệu quả giải nhiệt.
5.3.1.2. Giải phâp giải thôt lỏng ngưng tụ cho TBNT ống lồng ống
- Trong câc loại thiết bị ngưng tụ ống lồng ống cĩ cânh đê nghiín cứu vă tính tôn ở trín thì loại ống cĩ cânh xoắn bố trí dọc thđn lă cĩ khả năng TĐN rất tốt, ngoăi ra nĩ cĩ một đặc điểm rất quan trọng đĩ lă trong quâ trình hơi mơi chất ngưng tụ thì lỏng sẽ được chảy xuống nằm ở phần dưới của khơng gian hình xuyến, sau đĩ lỏng tiếp tục chảy đến đầu ống nối để tiếp tục chảy xuống ống lồng tiếp theo. Để tăng cường giải phĩng bề mặt TĐN khi lỏng ngưng tụ với khối lượng lớn, ta cĩ thể đưa ra giải phâp khắc phục bằng câch nối thím ở phần đuơi câc ống lồng bín ngoăi ở trín xuống câc ống lồng bín ngoăi ở phía dưới hoặc nối xuống đường ống về bình chứa cao âp. Khi quâ trình ngưng tụ diễn ra mạnh, nhất lă lúc mơi trường xung quanh cĩ nhiệt độ giảm thì việc giải phĩng bề mặt ngưng tụ diễn ra nhanh chĩng.
-Việc trang bị bình chứa cao âp chỉ sử dụng đối với câc hệ thống lạnh cĩ cơng suất trung bình hoặc lớn, cịn câc hệ thống lạnh cơng suất nhỏ thì khơng nhất thiết phải trang bị thím.
-Cũng giống như hệ thống lạnh sử dụng câc thiết bị ngưng tụ khâc như bình ngưng tụ ống chùm nằm ngang, thiết bị ngưng tụ ống chùm thẳng đứng, dăn ngưng kiểu tưới, dăn ngưng tụ bay hơi, dăn ngưng khơng khí đối lưu tự nhiín, dăn ngưng khơng khí đối lưu cưỡng bức…, thì việc sử dụng thím bình chứa cao âp đối với hệ thống lạnh cĩ TBNT ống lồng ống lă cần thiết, lúc đĩ lỏng ngưng tụ trong khơng
gian hình xuyến của ống lồng ống sẽ được chảy về bình chứa cao âp, giải phĩng nhanh chĩng bề mặt TĐN trong ống lồng, đồng thời phđn phối lỏng cao âp đều đặn, ổn định cho van tiết lưu, gĩp phần lăm giảm tổn thất cho van tiết lưu.
-Khi trang bị thím bình chứa cao âp cho hệ thống lạnh sử dụng TBNT ống lồng ống nĩ sẽ khơng tâc động gì thím về tính kinh tế kỹ thuật của yếu tố năy so với câc phương ân đê níu ở trín.
- Để lỏng ngưng tụ chảy xuống phía dưới thì câc ống lồng ống khi chế tạo, lắp đặt phải được nối với nhau nghiíng dần đều xuống phía dưới với độ dốc khoảng 5% để lỏng được giải thôt nhanh, giải phĩng bề mặt TĐN cho ống cĩ cânh, lúc đĩ phần hơi mơi chất sẽ được tiếp xúc thường xuyín hơn với bề mặt ống cĩ cânh để quâ trình ngưng tụ được diễn ra liín tục.
5.3.2. Ứng dụng phần mềm DHEX để tính tôn TBTĐN ống lồng ống
Phần mềm DHEX ( Double Pipe Heat Exchanger Design) lă phần mềm thiết kế thiết bị ống lồng ống được xđy dựng bởi Khaled Aljundi, của hêng Webbusterz Engineering Software [116].
Phần mềm được âp dụng để tính tôn, thiết kế tại trung tđm thí nghiệm, khoa Cơ khí của trường Đại học Lucian Blaga University of Sibiu (LBUS). Phần mềm với giao diện thđn thiện, thiết kế thuận tiện cho người sử dụng. Nĩ được ứng dụng để tính tôn quâ trình TĐN diễn ra giữa hai mơi chất nĩng vă lạnh khâc nhau, cụ thể ở đđy được dùng để tính tôn cho lưu chất nĩng lă dầu không vă lưu chất lạnh lă nước lạnh. Tuy nhiín, trong phần mở rộng của phía lưu chất nĩng vă lạnh, nhă thiết kế đê cho phĩp người sử dụng cĩ thể thay thế hoặc bổ sung thím câc loại chất lỏng, chất khí hay câc mơi chất khâc như câc mơi chất lạnh dùng trong hệ thống lạnh để cĩ thể âp dụng tính tôn một câch linh hoạt phù hợp với thực tế.
Trong quâ trình đi thực tập sinh tại trường Đại học TUCEB ở Rumani, tâc giả đê kết hợp lăm thí nghiệm thực nghiệm với việc âp dụng phần mềm DHEX để tính tôn TĐN trong thiết bị ống lồng ống giữa dầu không nĩng vă nước lạnh được thể hiện trong phần [phụ lục 13].
* Nhận xĩt:
Qua việc sử dụng phần mềm tính tôn thiết kế DHEX năy, ta thấy rằng phần mềm đê hỗ trợ rất nhiều trong việc tính tôn, thiết kế thiết bị TĐN trong câc hệ thống sử dụng ống lồng ống, cĩ thể ứng dụng để tính tôn thiết kế cho thiết bị TĐN ống lồng ống với câc dịng lưu chất nĩng lạnh khâc nhau như nước nĩng, nước lạnh, lăm nĩng hay lăm lạnh dầu, sữa, nước nho,… ngay cả việc sử dụng mơi chất lạnh trong câc thiết bị TĐN của hệ thống lạnh như thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, thiết bị hoăn nhiệt. Sau khi nhập văo câc số liệu, câc thơng số vật lý, câc dữ liệu cần thiết đầu văo, phần mềm sẽ xử lý, tính tôn để đưa ra được câc kết quả cuối cùng như nhiệt độ mơi chất nĩng lạnh văo ra, câc kích thước cơ bản của đường ống bín trong, đường ống bín ngoăi, số cânh, chiều dăi, chiều rộng, độ cao của cânh, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt…tất cả câc kết quả trín được truy xuất ra bảng tính Excel để người sử dụng căn cứ văo đấy lăm cơ sở tính tôn, thiết kế sao cho hợp lý, vừa đảm bảo được câc thơng số kỹ thuật cần thiết lại vừa đảm bảo khả năng chế được phù hợp hơn.
Phần mềm đê giúp cho người sử dụng giảm bớt được khối lượng vă thời gian