Đề tài Tính toán thiết kế tủ lạnh gia đình

xuất nước đá với số lượng không nhiều, phục vụ sinh hoạt hằng ngày. Nó là mắt xích cuối cùng trong dây chuyền lạnh để bảo quản sản phẩm ngay trước khi tiêu dùng. Theo nguyên lý làm việc, người ta phân thành 2 loại chính là: tủ lạnh nén hơi hơi và tủ lạnh hấp thụ. - Tủ lạnh nén hơi có lốc kín trong đó có bố trí máy nén và động cơ, môi chất là Freon R12, R22 ( hiện nay R12 đã bị cấm sử dụng và dược thay thế bằng R134a). - Tủ lạnh hấp thụ là tủ lạnh không có lốc, môi chất là ammoniac/nước làm việc theo phương pháp hấp thụ khuếch tán, ngoài khả năng dung điện để chạy máy còn có thể dung đèn dầu hỏa, đèn ga để chạy máy. - Ngoài ra hiện nay người ta đang nghiên cứu sử dụng tủ lạnh nhiệt điện. Kiểu tủ: một, hai, ba hoặc nhiều buồng, loại kê trên sàn hay gắn tường, loại kê trên sàn thường có lốc đặt dưới ở phía sau, loại gắn tường lốc đặt phía trên tủ. Có một số tủ đông có cửa phía trên khi đó có thể gọi là thùng lạnh. Kí hiệu sao (*) trên tủ đặc trưng cho nhiệt độ đạt được ở ngăn đông: - Một sao (*) tương ứng nhiệt độ ngăn đông -6oC - Hai sao (**) tương ứng nhiệt độ ngăn đông -12oC - Ba sao (***) tương ứng nhiệt độ ngăn đông -18oC - Và đôi khi cả bốn sao (****) tương ứng với nhiệt độ ngăn đông -24oC. Tuy nhiên khi đó nhiệt độ buồng lạnh vẫn trên 0oC và nhiệt độ buồng bảo quản vẫn đạt +7 đến +10oC phù hợp với chức năng bảo quản của từng ngăn. II. TỦ LẠNH MÁY NÉN HƠI Tủ lạnh nén hơi là tủ lạnh có lốc gồm máy nén và động cơ điện được hàn kín trong vỏ thép hình trụ thẳng đứng, nằm ngang hoặc hình ovan. Tủ lạnh nén hơi có những ưu điểm - Hệ số lạnh lớn hơn nhiều so với tủ lạnh hấp thụ hoặc nhiệt điện. - Công suất lạnh ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường bên ngoài. - Độ tin cậy và tuổi thọ cao, tiêu tốn điện năng thấp. - Do tiếp thu được tiến bộ về khoa học và kỹ thuật, ngày nay tủ lạnh được tự động hóa hoàn toàn và hầu như không gây tiếng ồn, đáp ứng được các đòi hỏi về tiện nghi, hiện đại, hình thức và thẩm mỹ. III. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY LẠNH NÉN HƠI 1. Máy nén Máy nén có nhiệm vụ hút hơi môi chất sinh ra ở dàn bay hơi để nén lên áp suất cao và đẩy vào dàn ngưng tụ. Máy nén do đó phải có năng suất hút phù hợp với tải nhiệt của dàn bay hơi và dàn ngưng tụ. Do yêu cầu tiện nghi máy nén phải có tuổi thọ và độ tin cậy cao, không rung, không ồn. 2. Dàn ngưng Dàn ngưng của tủ lạnh gia đình hầu hết là loại dàn tĩnh ( không khí đối lưu tự nhiên). Phần lớn các tủ lạnh gia đình có dàn theo kiểu ống xoắn nằm ngang hoặc ống xoắn thẳng đứng. Hai loại này thường được chế tạo bằng ống thép với cánh tản nhiệt bằng dây thép hàn đính trên ống thép. Không khí đối lưu tự nhiên đi từ dưới lên còn hơi môi chất đi từ trên xuống hoặc từ trái sang phải. 3. Dàn bay hơi Dàn bay hơi của tủ lạnh gia đình chia làm 2 loại chính: dàn bay hơi đối lưu không khí tự nhiên (dàn tĩnh) và dàn bay hơi đối lưu không khí cưỡng bức ( dàn quạt). Người ta còn sử dụng dàn bay hơi tấm thép không rỉ, hai tấm thép không gỉ được dập rãnh phù hợp sau đó đặt lên nhau và hàn viền bốn mép chung quanh chỉ chừa hai đầu nối cho ống mao và ống hút. Giữa các rãnh có thể hàn dính hai tấm với nhau, sau đó có thể uốn thành hình hộp theo yêu cầu cụ thể của ngăn tủ. Ở các loại tủ lạnh hiện đại, các dàn lạnh đều được bọc một lớp phủ bảo vệ bên ngoài mà ta không thể nhìn thấy được các rãnh đi của môi chất. Các tủ lạnh dùng quạt gió lạnh thì dàn bay hơi là loại ống xoắn có cánh. 4. Ống mao Ống mao còn gọi là ống mao dầu hay ống kapile làm nhiệm vụ tiết lưu. Ống mao đơn giản là một đoạn ống có đường kính rất nhỏ từ 0,6 đến 2 mm và chiều dài lớn từ 0,5 đến 5 m nối giữa dàn ngưng tụ và dàn bay hơi. Ống mao có ưu điểm là không có chi tiết chuyển động nên làm việc phải đảm bảo với độ tin cậy cao, không cần bình chứa. Sau khi máy nén ngừng làm việc từ 3 đến 5 phút, áp suất sẽ cân bằng giữa hai bên hút và nén nên khởi động máy dễ dàng. Nhược điểm của ống mao là dễ tắc bẩn, tắc ẩm, khó xác định độ dài ống phù hợp cho hệ thống, không thay đổi được chế độ làm việc phù hợp với máy nén, dễ bị bẹp gẫy, xì khi vận chuyển vì đường kính của ống quá nhỏ. CHƯƠNG II : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ I. MÔI CHẤT LẠNH Ta chọn môi chất lạnh cho tủ lạnh là R134a Có thể tích riêng và năng suất lạnh riêng khối lượng lớn hơn R12, nên khi làm việc trên cùng một thiết bị thì khối lượng nạp của R134a sẽ ít hơn. Môi chất lạnh R134a có công thức CH2F - CF3 là môi chất lạnh có chỉ số phá huỷ tầng ozon bằng 0, dùng để thay thế cho R12 ở dãy nhiệt độ cao và trung bình, đặc biệt trong điều hoà không khí. Ở dãy nhiệt độ thấp R134a không có những đặc tính thuận lợi, hiệu quả năng lượng thấp. Trong hệ thống điều hoà không khí thường dùng loại dầu bôi trơn PAG-polyalkylenglycol hoà tan hoàn toàn trong môi chất R134a. R134a phù hợp với hầu hết các kim loại, hợp kim, và phi kim loại chế tạo máy, trừ kẽm, nhôm, magie, chì ,hợp kim nhôm với thành phần magie lớn hơn 2% khối lượng. R134a có chỉ số làm nóng địa cầu bằng 90% của R12 và cũng có nhiều đặc tính giống R12 như : - Không cháy nổ - Không độc hại, không ảnh hưởng xấu đến cơ thể sống - Tương đối bền vững hoá và nhiệt - Có các tính chất tốt với kim loại chế tạo máy - Có tính chất nhiệt động và vật lý phù hợp II. QUY TRÌNH LẠNH 1. Sơ đồ quy trình (trang bên) 2. Thuyết minh quy trình Máy nén bloc kín (1) hút hơi ở áp suất thấp, nhiệt độ thấp từ dàn bay hơi buồng đông (9) nén lên tới nhiệt độ và áp suất cao rồi đẩy hơi môi chất lạnh này vào thiết bị ngưng tụ là dàn ngưng (2). Tại dàn ngưng (2) này, hơi môi chất lạnh được giải nhiệt bởi không khí và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng môi chất lạnh được đưa vào phin sấy lọc (3) để loại trừ các tạp chất cơ học và ẩm. Lỏng này tiếp tục đi qua mắt ga (4), tại đay ta có thể quan sát lượng môi chất lạnh trong ống Lỏng môi chất lạnh tiếp tục được đưa đến van điện từ 3 ngã (5), van điện từ này lấy tính hiệu nhiệt độ trong buồng lạnh. Nếu nhiệt độ chưa đạt yêu cầu ( là 50C), thì van điện từ sẽ mở ngã cho môi chất lạnh qua ống mao chính (6) để vào dàn bay hơi buồng lạnh (8). Khi nhiệt độ buồng lạnh đạt yêu cầu thì van điện từ đóng ngã vào ống mao (6) và mở ngã cho môi chất lạnh vào ống mao phụ (7) đi trực tiếp vào dàn bay hơi buồng đông (9) Ở các dàn bay hơi lỏng môi chất lạnh thu nhiệt bên ngoài để sôi và hoá hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp. Hơi ra khỏi thiết bị bốc hơi được giữ lại ở bình gom lỏng (10) trước khi máy nén hút trở lại rồi tiếp tục một chu trình kín. III. THÔNG SỐ KỸ THUẬT Dung tích hữu ích 280 lít. + Dung tích ngăn đông 80 lít + Dung tích buồng lạnh 200 lít Nhiệt độ ngăn đông: -180C. Nhiệt độ buồng lạnh: 50C Kiểu tủ: 2 buồng, 2 cửa. Kích thước tủ: mm Tủ lạnh dùng máy nén hơi, lốc kín, môi chất lạnh là R134a. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM Kết cấu vỏ tủ gồm: phía ngoài cùng là lớp thép lá dày 2 mm, lớp kế tiếp là vật liệu cách nhiệt (polyurethane), trong cùng là lớp polymer ABS dày 3 mm I. TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT 1. Dữ kiện ban đầu: - Chế độ nhiệt độ: + Nhiệt độ không khí bên ngoài : - Phía sau lưng tủ: t’KK = 43,0oC - Phía các bề mặt vỏ tủ còn lại: tKK = 37,3oC ( nhiệt độ trung bình mùa hè ở thành phố Hồ Chí Minh – Tra trong phụ lục (PL.E1/337/ [3]) + Nhiệt độ trong ngăn lạnh : tBQ = 5oC + Nhiệt độ trong ngăn đá : tĐ= -18oC - Hệ số cấp nhiệt phía trong và phía ngoài tủ lạnh: + αtr = 8,0 W/m2.K – Hệ số cấp nhiệt phía không khí trong tủ. + αng = 23,3 W/m2.K – Hệ số cấp nhiệt phía không khí đối lưu tự nhiên bên ngoài tủ ( không có quạt gió ). - Lớp vỏ ngoài của tủ : + Bề dày lớp thép lá: d1 = 0,002 m. + Hệ số dẫn nhiệt: l1 = 16,3 - Lớp vỏ trong của tủ : + Bề dày lớp polymer ABS: d2 = 0,003 m. + Hệ số dẫn nhiệt: l2 = 0,19 W/m.K - Lớp vật liệu cách nhiệt (polyurethane) : Hệ số dẫn nhiệt: lcn = 0,018 W/m.K 2. Bề dày lớp cách nhiệt Polyurethane ở từng vách: - Ta sử dụng công thức: - Tuy nhiên tính toán theo công thức trên khá phức tạp nên bề dày các lớp vật liệu cách nhiệt được chọn theo kinh nghiệm sản xuất tủ lạnh máy nén hơi trên thế giới thiết kế trong điều kiện khí hậu nhiệt đới và vật liệu cách nhiệt polyurethane. Cụ thể bảng như sau: Vách 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Bề dày mm 55 55 55 55 55 20 35 45 35 35 35 II. TÍNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT QUA VỎ TỦ Hệ số truyền nhiệt qua từng vách được tính theo công thức: Sau khi tính toán nhận được kết quả sau : Vách atr,W/m2.K ang,W/m2.K d1,m d2,m d3,m l1,W/m.K l2,W/m.K l3,W/m.K k,W/m2.K 1 8,0 23,3 0,002 0,003 0,055 16,3 0,19 0,018 0,309 2 0,055 0,309 3 0,055 0,309 4 0,055 0,309 5 0,055 0,309 6 0,020 0,772 7 0,035 0,470 8 0,045 0,373 9 0,035 0,470 10 0,035 0,470 11 0,035 0,470 III. TÍNH KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG BÊN NGOÀI VỎ TỦ - Điều kiện để không có sự đọng sương bên ngoài vỏ tủ là: - Ở nhiệt độ 37,3oC và độ ẩm tương đối của không khí 74%, xác định nhiệt độ đọng sương là ts1 = 30,5oC. - Ở nhiệt độ 43,0oC và độ ẩm tương đối của không khí 74%, xác định nhiệt độ đọng sương là ts2 = 36,2oC. Ks ở các vách là : Vách 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ksW/m2.K 2,722 2,722 2,722 2,722 2,468 1,652 4,660 3,961 4,660 4,660 4,660 Sau khi so sánh ta nhận thấy tất cả vách của vỏ tủ đều không bị đọng sương. Do đó việc chọn bề dày cách nhiệt trên là hợp lý. IV. TÍNH KIỂM TRA CÁCH ẨM Do vỏ ngoài của tủ lạnh là lớp thép lá nên vỏ tủ được cách ẩm hoàn toàn. CHƯƠNG IV: TÍNH TỔN THẤT Tổng dòng nhiệt tổn thất : Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 +Q5 (CT 15.1/ 292 / [3] ) Với: Q1: dòng nhiệt đi vào tủ qua kết cấu bao che, W. Q2: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong quá trình bảo quản, W. Q3: dòng nhiệt đi vào tủ do thông gió với bên ngoài, W. Q4: dòng nhiệt tỏa ra do vận hành, W. Q5: dòng nhiệt tỏa ra do sản phẩm hô hấp, W Với tủ lạnh gia đình ta chỉ tính đến Q1 và Q4. Vì đặc trưng của tủ lạnh gia đình quy mô nhỏ, tổn thất nhiệt chủ yếu là do dòng nhiệt đi vào tủ qua kết cấu bao che và mở tủ thường xuyên nên: Q2 = Q3 = Q5 = 0 Vậy tổng tổn thất lạnh thực tế cần phải tính toán cho tủ lạnh là: Q = Q1 + Q4 , W. 4.1. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua vách, trần, nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong kho lạnh cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần. Q1 = Qv + Qbx (CT / 294 / [3] ) Qv: dòng nhiệt qua vách, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ. Qbx: dòng nhiệt do bức xạ, đối với tủ lạnh gia đình ta có thể bỏ qua dòng nhiệt này vì nó không đáng kể. Qv: được xác định từ biểu thức : Qv = K.FV (tng - ttr) (CT15.2 / 294 / [3] ) Với: K: hệ số truyền nhiệt của vách. FV: diện tích tính toán của các vách , m2. tng : nhiệt độ không khí bên ngoài tủ lạnh. ttr : nhiệt độ không khí bên trong tủ lạnh. Diện tích bề mặt các vách của tủ: Vách Diện tích FVm2 Dt kW/m2.K Qvi W 1 0,606. 0,67 = 0,406 37,3 – (-18) = 55,3 0,309 6,93 2 0,67. 0,43 = 0,288 37,3 – (-18) = 55,3 0,309 4,92 3 0,606. 0,43 = 0.261 37,3 – (-18) = 55,3 0,309 4,45 4 0,67. 0,43 = 0,288 37,3 – (-18) = 55,3 0,309 4,92 5 0,606. 0,43 = 0.261 43,0 – (-18) = 61,0 0,309 4,07 6 0,606. 0,67 = 0,406 5 – (-18) = 23,0 0,772 7,21 7 0,67. 1,09 = 0,730 37,3 – 5 = 32,3 0,470 11,08 8 0,606. 1,09 = 0,661 43,0 – 5 = 38,0 0,373 9,37 9 0,67. 1,09 = 0,730 37,3 – 5 = 32,3 0,470 11,08 10 0,606. 1,09 = 0,661 37,3 – 5 = 32,3 0,470 10,02 11 0,606. 0,67 = 0,406 37,3 – 5 = 32,3 0,470 6,16 Vậy Q1 = Qv = SQvi = 6,93 + 4,92 + 4,45 + 4,92 + 4,07 + 7,21 + 11,08 + 9,37 + 11,08 + 10,02 + 6,16 = 80,2 W. Cụ thể - Nhiệt tổn thất ở buồng đông Q1Đ = 6,93 + 4,92 + 4,45 + 4,92 + 4,07 + 7,21 = 32,5 W - Nhiệt tổn thất ở buồng lạnh Q1L = 11,08 + 9,37 + 11,08 + 10,02 + 6,16 = 47,7 W 4.2. Dòng nhiệt thất thoát khi vận hành Q4 = Q41 + Q42 + Q431 + Q44 (CT / 304 / [3]) Trong đó: Q41: Dòng nhiệt do chiếu sáng Q42: Dòng nhiệt do người tỏa ra Q43: Dòng nhiệt do các động cơ điện Q44: Dòng nhiệt do mở của Với tủ lạnh gia đình thì Q41,Q42, Q43 xem như không ảnh hưởng Dòng nhiệt do mở cửa tủ được tính như sau: Q4 =.Q1 (CT 15.22 / 304 / [3]) Với Q1 là tổn thất lạnh qua kết cấu bao che Ở đây ta chọn: Q4 = 0,25.Q1 = 0,25. 80,2 = 20,1 W Cụ thể - Nhiệt tổn thất ở buồng đông Q4Đ = 0,25.32,5 = 8,2 W - Nhiệt tổn thất ở buồng lạnh Q4L = 0,25. 47,7 = 11,9 W Vậy tổn thất của kho lạnh là : Q = Q1 + Q4 = 80,2 + 20,1 = 100,3 W - Nhiệt tổn thất ở buồng đông QĐ = Q1Đ+Q4Đ = 32,5 + 8,2 = 40,7 W - Nhiệt tổn thất ở buồng lạnh QL = Q1L+Q4L = 47,7 + 11,9 = 59,6W Khi tác nhân lạnh vận chuyển trong hệ thống sẽ bị tổn thất thêm 1 phần nữa, năng suất lạnh Q0 được tính như sau: ,W Với : b: hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị. Đối với dàn lạnh trực tiếp với t = -100C đến -300C: b = 1,07. b: hệ số thời gian làm việc của thiết bị lạnh nhỏ, chọn b = 0,65. Ta tính được: W Cụ thể - Nhiệt tổn thất ở buồng đông W - Nhiệt tổn thất ở buồng lạnh W CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH I. TÍNH CHỌN MÁY NÉN 1. Sơ đồ nguyên lý Thuyết minh sơ đồ nguyên lý: Trong dàn bay hơi, môi chất lạnh sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp để thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Hơi sinh ra ở dàn bay hơi được máy nén hút về, nén lên áp suất cao và đẩy vào dàn ngưng tụ. Ở dàn ngưng hơi nóng thải nhiệt cho môi trường và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng chảy qua ống mao để vào dàn bay hơi. Do tiết diện ống mao nhỏ nên gây ra hiệu ứng tiết lưu cho lỏng chảy qua. Lỏng biến đổi từ trạng thái có áp suất cao và nhiệt độ cao xuống trạng thái có áp suất thấp và nhiệt độ thấp. 2. Các thông số làm việc 2.1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to: Trong đó: tbđ: nhiệt độ buồng đông của tủ, tbđ = -18 0C Dto : hiệu nhiệt độ yêu cầu Đối với tủ lạnh gia đình nên chọn hiệu nhiệt độ yêu cầu oC do diện tích bề mặt dàn bay hơi nhỏ, hệ số truyền nhiệt nhỏ. Ở đây ta chọn Dto = 10 0C Ta tính được: to = -18 – 10 = -28 0C 2.2. Nhiệt độ ngưng tụ tk Đối với tủ lạnh gia đình, tùy theo nhiệt độ môi trường ngoài mà nhiệt độ ngưng tụ của tủ từ 33 0C đến 50 0C. Với điều kiện không có quạt gió và nhiệt độ không khí bên ngoài là 37,3 0C thì ta chọn nhiệt độ ngưng tụ là: tk = 45 0C 2.3. Nhiệt độ quá nhiệt tqn Chọn độ quá nhiệt của hơi hút đối với R134a là Dtqn = 15 0C Ta tính được nhiệt độ quá nhiệt tqn = t0 +Dtqn= -28 +15= -13 0C. 2.4. Nhiệt độ quá lạnh tql: Từ phương trình cân bằng nhiệt động: h1 - h1”' = h3' - h3 => h3 = h3’ + h1” – h1. Dựa vào giản đồ ta có: h1 = 695,0 KJ/Kg h1” = 682,5 KJ/Kg h3’ = 567,5 KJ/Kg Suy ra h3 = 567,5 + 682,5 – 695,0 = 555,0 KJ/Kg Vậy t3’ = tql = 39 0C. Kí hiệu Trạng thái Nhiệt độT oC Áp suất P MPa Enthapy hKJ/Kg Thể tích riêng vm3/kg 1" Hơi bão hòa -28 0,1020 682,5 1 Hơi quá nhiệt -13 0,1020 695,0 0,20 2 Hơi quá nhiệt 68 1,1502 750,0 2" Hơi bảo hòa 45 1,1502 720,0 3' Lỏng bão hòa 45 1,1502 567,5 3 Lỏng quá lạnh 39 1,1502 555,0 4 Lỏng hơi cân bằng -28 0,1020 555,0 3. Tính toán chu trình lạnh Sử dụng các công thức (CT/100-102/[1]) Năng suất lạnh riêng kJ/kg Năng suất lạnh riêng thể tích kJ/m3 Năng suất lạnh riêng ngưng tụ kJ/kg Tỉ số nén Công nén riêng h2 - h1 = 750,0 – 695,0 = 55,0 kJ/kg Hệ số lạnh Lưu lượng hơi thực thế hút vào xylanh kg/s Công nén đoạn nhiệt = 0,065 kW Thể tích hơi thực tế hút vào xylanh m3/s Hệ số tổn thất không thấy được Hệ số lưu lượng của máy nén C: hệ số khoảng chết, giá trị C = (0,03÷0,05) Chọn C = 0,04 ΔPo = 0,005 MPa: tổn thất áp suất ở clapet hút. ΔPk = 0,005 MPa: tổn thất áp suất ở clapet đẩy. Ta tính được: = 0,416 Thể tích hơi hút lý thuyết (thể tích chuyển dời của piston): = 5,65.10-4 m3/s = 2,03 m3/h Hiệu suất chỉ thị Đối với R134a: chọn b = 0,0025. Tính được = 0,70 Công nén chỉ thị kW Công suất ma sát Đối với máy nén freon thẳng dòng: chọn Pm = 0,05 MPa. Ta tính được = 27,8 W Công suất hiệu dụng = 120,8 W Công suất trên trục động cơ Chọn ηtr = 0,95 là hiệu suất truyền động của khớp, đai... Tính ra W Công suất tiêu thụ Chọn ηel = 0,9 là hiệu suất động cơ. Tính được W Công suất động cơ lắp đặt Nđc = 1,2.Nel = 1,2.141,3 = 169,6 W Nhiệt thải ra khỏi bình ngưng Qk = Qo + Ni = 165,1 + 93,0 = 258,1 W Chọn máy nén AE 1410Y của hãng TECUMSEH (Phụ lục12.b/ 390/[4]) II. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ (TBNT) - TBNT được sử dụng để làm ngưng tụ hơi môi chất lạnh có áp suất cao, nhiệt độ cao sau quá trình nén thành lỏng trước khi tiết lưu đưa vào dàn lạnh (thiết bị bốc hơi). - TBNT của tủ lạnh gia đình là dàn ngưng tĩnh, không khí đối lưu tự nhiên - Trong bài tập lớn này, ta chọn TBNT là dàn ngưng ống xoắn nằm ngang giải nhiệt bằng không khí đối lưu tự nhiên. - Ống xoắn làm bằng thép có cánh tản nhiệt bằng dây thép hàn dính lên ống thép - Các thông số như sau: + Đường kính trong: dtr = 0,017 m + Đường kính ngoài của ống thép: dng = 0,018 m + Bề rộng cánh: B = 0,06 m + Bước cánh: Sc = 0,003 m +Chiều dày cánh: δc = 0,6 . 10-3 m. + Chùm ống bố trí so le: - Với bước ống: S = 0,036 m, ta tính diện tích trên một đơn vị chiều dài của các phần TBNT: Sử dụng các công thức (CT/141/[1]) ta có Bề mặt cánh trên 1m ống: m2/m Khoảng giữa các ống: m2/m Tổng bề mặt phần có cánh và không có cánh của 1m ống: m2/m Bề mặt trong 1m ống: m2/m Bề mặt ngoài 1m ống: m2/m Nhiệt độ không khí vào tkk1 = 37,3 0C Nhiệt độ không khí ra tkk2 = 42 0C - Nhiệt độ trung bình của không khí trong bình ngưng là: 0C - Các thông số của không khí ở 39,7 0C là: (Phụ lục C4/331/[2]) Ckk = 1,005 kJ/kgK rkk = 1,128 kg/m3 lkk = 2,767.10-2 W/mK nkk = 17,02.10-6 m2/s Pr = 0,299 Nhiệt tải của TBNT đã tính được: Qk = 258,1 W. Hiệu nhiệt độ trung bình logaryth: K (CT6.30/155/[1]) Lưu lượng khối lượng của không khí: kg/s Lưu lượng thể tích của không khí: (CT/85/[2]) m3/s (CT/85/[2]) Hệ số Nu về phía không khí với chùm ống có cánh phẳng hình vuông có thể xác định từ công thức: (CT6.20/149/[1]) Trong đó đường kính tương đương dtd được tính như sau = 4,4.10-3 m - Chọn vận tốc không khí: w = 0,5 m/s (không khí đối lưu tự nhiên) Suy ra - Chọn số cụm ống theo chiều chuyển động của không khí: z = 1. - Chọn tỉ số: Ở đây L là tổng chiều dài cánh tính theo chiều chuyển động của không khí Tính các hệ số còn lại trong biểu thức Nu như sau (CT/150/[1]) - Số mũ n: - Số mũ m: - Hệ số A:tra trong tài liệu (B/150/[1]) theo tỉ số L/dtđ. Với ta tra được A = 0,125. - Hệ số B: - Hệ số C: C = A.B=0,125.1,329 = 0,166 Ta tính được - Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí: Trong đó l là hệ số dẫn nhiệt của không khí ở 39,7 0C: l = 0,0276 W/mK Suy ra W/m2K - Thông số m: (CT6.22/151/[1]) Ở đây lc là hệ số dẫn nhiệt của thép: lc = 45,4 W/mK - Chiều cao quy ước của cánh: h’ = 0,5dng(r - 1)(1 + 0,35.lnr) ,m (CT6/151/[1]) Trong đó Suy ra h’ = 0,5.0,018.(3,83 – 1)(1 + 0,35.ln3,83) = 0,0374 m Thông số: m.h’ = 26,76.0,0374 = 1,0 Hiệu suất cánhđược tra theo bảng (B/152/[1]) dựa vào tích số mh’. Với mh’ = 1,0 ta tra được E = 0,762 Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí quy đổi theo bề mặt trong của ống: = 290,3 W/m2K Trong đó Y là hệ số kể đến sự truyền nhiệt không đều theo chiều cao cánh: Y = 0,85. Mật độ dòng nhiệt về phía không khí theo bề mặt trong của ống: (CT4.9/83/[3]) Với: Dtv = tk – tv: độ chênh nhiệt độ trung bình giữa nhiệt độ ngưng tụ và vách ngoài. Dttb: độ chênh nhiệt độ trung bình giữa môi chất ngưng tụ và môi trường làm mát. dth = 0,0005 m bề dày của ống thép. lth = 45,3 W/mK: hệ số dẫn nhiệt của thép m2K/W Xác định hệ số tỏa nhiệt về phía R134a: Các thông số vật lý của R134a ở tk = 450C là: l = 72,84.10-3 W/mK m = 177.10-6 Ns/m2 r = 1203,65 kg/m3 n = 0,16725.10-6 m2/s r = 185,551 KJ/Kg Hệ số tỏa nhiệt về phía R134a: (CT6.5/141/[1]) Trong đó là số hiệu chỉnh do thay đổi vận tốc, thường chọn là số tính đến điều kiện khác = 0,83 Ta tính được: Mật độ dòng nhiệt về phía R134a: qtr = aa.Dtv = 529,7.Dtv- 0,25.Dtv = 529,7.Dtv0,75 Giải phương trình: Dùng phương pháp lặp, ta tìm được Dtv = 7,654 0C Mật độ dòng nhiệt về phía không khí qui đổi theo bề mặt trong của ống: qtr =11837,8.(7,7 – 7,654) = 544,5 W/m2 Diện tích bề mặt trong của bình ngưng: m2 Chiều dài ống: m Ta chọn chiều dài 1 ống là 0,6 m thì tổng số ống là ống Diện tích cho không khí đi qua: (CT/89/[3]) = 9,6.10-3 m2/m Tổng diện tích cho không khí đi qua tại tiết diện thu hẹp: m2 Vận tốc không khí: m/s. Vận tốc không khí vừa tính được trên này chấp nhận được với không khí đối lưu tự nhiên. III. THIẾT BỊ BỐC HƠI (TBBH) Ta chọn TTBH cho tủ lạnh gia đình thuộc dạng dàn bay hơi tĩnh, đối lưu không khí tự nhiên không có quạt gió Dàn bay hơi gồm 2 tấm thép không gỉ được dập rãnh phù hợp sau đó đặt lên nhau và hàn viền bốn mép chung quanh chỉ chừa 2 đầu ống nối cho ống mao và ống hút. 4.1. Dàn bốc hơi cho buồng đông - Nhiệt độ buồng lạnh t2 = -180C - Nhiệt độ sôi của R134a là to = -280C - Giả sử hiệu nhiệt độ không khí không buồng trước và sau khi làm lạng là Nhiệt độ không khí trước khi làm lạnh Hiệu nhiệt độ trung bình trong buồng = 14,4 K Ta chọn hệ số cấp nhiệt của không khí akk = 6 W/m2K, (B.E7/357/[3]) - Mật độ dòng nhiệt từ phía không khí trong buồng (CT/260/[1]) = 5,98.(14,4 - Dt) ,W/m2 Ở đây ta lấy m2K/W theo (B/254/[1]) - Mật độ dòng nhiệt từ phía R134a được quy đổi như sau (CT 6.105/255/[1]) Tra bảng (B6.36/255/[1]) được A = 1,178; Rz = 6 m; = 1 m; en = 1 Suy ra Giải phương trình cân bằng nhiệt Hay 5,98.(14,4 – Dt) = 8,37.Dt4 Suy ra Dt = 1,73 K Suy ra mật độ dòng nhiệt là q = 5,98.(14,4 - Dt) = 5,98.(14,4 - 1,73) = 75,8 W/m2 Diện tích bề mắt truyền nhiệt bên trong m2 Vậy đối với buồng lạnh ta cần một dàn bốc hơi sử dụng công nghệ dập rãnh, đường kính trong của rãnh là 5 mm, sao cho diện tích trao đổi nhiệt bên trong rãnh là 0,884 m2 4.2. Dàn bốc hơi cho buồng lạnh - Nhiệt độ buồng lạnh t2 = 50C - Nhiệt độ sôi của R134a là to = -280C - Giả sử hiệu nhiệt độ không khí không buồng trước và sau khi làm lạng là Nhiệt độ không khí trước khi làm lạnh Hiệu nhiệt độ trung bình trong buồng = 37,8 K Ta chọn hệ số cấp nhiệt của không khí akk = 8 W/m2K, (B.E7/357/[3]) - Mật độ dòng nhiệt từ phía không khí trong buồng (CT/260/[1]) = 7,97.(37,8 - Dt) ,W/m2 Ở đây ta lấy m2K/W theo (B/254/[1]) - Mật độ dòng nhiệt từ phía R134a được quy đổi như sau (CT 6.105/255/[1]) Tra bảng (B6.36/255/[1]) được A = 1,178; Rz = 6 m; = 1 m; en = 1 Suy ra Giải phương trình cân bằng nhiệt Hay 7,79.(37,8 – Dt) = 8,37.Dt4 Suy ra Dt = 2,4 K Suy ra mật độ dòng nhiệt là q = 7,97.(37,8 - Dt) = 7,97.(37,8 - 2,4) = 275,8 W/m2 Diện tích bề mắt truyền nhiệt bên trong m2 Vậy đối với buồng lạnh ta cần một dàn bốc hơi sử dụng công nghệ dập rãnh, đường kính trong của rãnh là 5 mm, sao cho diện tích trao đổi nhiệt bên trong rãnh là 0,356 m2 IV. ỐNG MAO Ta chọn theo toán đồ xác định chiều dài ống mao: Với d = 0,8 mm và tk= 450C . L = 4 m CHƯƠNG VI : CÁC THIẾT BỊ PHỤ I. PHIN SẤY LỌC Đối với tủ lạnh gia đình thì phin sấy và lọc chung, đây là thiết bị hình trụ vỏ bằng đồng tóp hai đầu chứa chất hút ẩm Silicagel hoặc Zeolit hút hơi nước còn sót lại. Do phần sấy lọc chung nên thiết bị này có cấu tạo đặc biệt hơn, nó được bao ở ngoài bằng đồng, bên trong có một miếng ni hoặc da để ngăn bụi lọt qua. II. RƠ LE NHIỆT ĐỘ Rơ le nhiệt độ có nhiệm vụ điều chỉnh, khống chế và duy trì nhiệt độ cần thiết trong tủ lạnh, nó có tác dụng đóng ngắt mạch tự động nhờ tín hiệu ở buồng lạnh và buồng đông. Khi nhiệt độ đạt yêu cầu nó sẽ ngắt mạch của động cơ và khi nhiệt độ tăng quá mức cho phép nó sẽ đóng lại, hệ thống làm việc trở lại. III. MẮT GA Mắt ga là kính quan sát lắp trên đường ống ( sau phin sấy lọc, trước ống tiết lưu) để quan sát dòng chảy của môi chất lạnh. Ngoài nhiệm vụ chỉ thị dòng chảy, mắt ga còn có nhiệm vụ: - Báo hiệu đủ ga khi dòng ga không bị sụt khí - Báo hiệu thiếu ga khi dòng ga bị sụt khí mạnh - Báo hiệu hết ga khi thấy các vệch dầu trên kính IV. VAN BA NGÃ Là van có 1 cửa vào và 2 cửa ra, trong đó có thể đóng một trong 2 cửa theo yêu cầu của quy trình làm lạnh Tủ lạnh hoạt động theo sơ đồ nguyên lý có bố trí van 3 ngã có ưu điểm là giảm tiêu hao điện năng khi vận hành. V. BÌNH GOM LỎNG Đặt sau dàn bay hơi buồng lạnh trước máy nén Nhiệm vụ cơ bản là tách lỏng ra khỏi hơi môi chất lạnh trước khi hút hơi về máy nén, giảm hiệu tượng va đập thủy lực làn hỏng máy nén VI. ĐỘNG CƠ ĐIỆN Động cơ điện có ưu điểm là gọn nhẹ, đơn giản, tuổi thọ cao, vận hành liên tục, ổn định …. Nên làm cho bloc máy rất gọn nhẹ, đơn giản Động cơ điện lắp đặt trong tủ lạnh thường là đọng cơ điện 1 pha có thêm cuộn day khởi động, hoạt động trên dòng điện xoay chiều VII. HỆ THỐNG XẢ ĐÁ - Có nhiệm vụ làm tan hết nước đá và bám tuyết trên dàn bay hơi để giải phóng bề mặt truyền nhiệt cũng như để dễ dàng tách khay đá và thực phẩm bị bám chặt vào dàn - Hệ thống xả đá trong bài dựa t