Tóm tắt Luận văn Nghiên cứu thiết bị ngưng tụ kiểu lồng ống có cánh sử dụng trong kỹ thuật lạnh

g dùng cho các loại đồ uӕng) 6- Nghiên cứu áp dөng phần mềm DHEX để tính thiết bị TĐN ӕng lồng ӕng trơn lẫn ӕng có cánh (Loại ӕng có cánh ngang) với các qui mô khác nhau về kích thước, chủng loại, thay đổi các loại môi chất khác nhau thưӡng dùng trong thực tế, tiết kiệm đưӧc thӡi gian trong tính toán thiết kế với kết quả dùng để tham khảo tương đӕi chính xác. Tác giả đã kết hӧp đưӧc việc áp dөng phần mềm DHEX để tính toán, so sánh với thiết bị thí nghiệm ӕng lồng ӕng thực tế tại TUCEB, Rumani. 1 MӢ ĐҪU 1. Lý do chӑn đӅ tài Để nâng cao hiệu quả làm việc của các thiết bị trao đổi nhiệt đòi hӓi thiết bị cần phải có kích thước nhӓ gọn, tiêu tӕn ít nguyên vật liệu nhưng công suất truyền nhiệt lớn, do vậy các TBTĐN có cánh ngày càng đưӧc sử dөng phổ biến, đặc biệt là trong các hệ thӕng lạnh. Cho nên lý do chính để tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết bị ngưng tụ kiểu ͙ng lồng ͙ng có cánh sử dụng trong kỹ thuật l̩nh” này là: - Thiết bị TĐN là một trong những thiết bị quan trọng, vì vậy nghiên cứu tĕng cưӡng hiệu quả làm việc của TBTĐN là rất cần thiết. - Muӕn tĕng cưӡng khả nĕng truyền nhiệt mà không thể tĕng  và t=(tw - tf), thì biện pháp hiệu quả nhất là tĕng diện tích TĐN bằng cách làm cánh về phía MC có  nhӓ như freon ӣ TBNT trong hệ thӕng lạnh. - TBNT kiểu ӕng lồng ӕng hiện nay chỉ là các ӕng trơn, không có cánh do đó hiệu quả TĐN ít nhiều còn bị hạn chế. - TBTĐN ӕng lồng ӕng có kết cấu nhӓ gọn, hiệu quả TĐN cao, dễ dàng thay đổi công suất nhiệt(Q) và nĕng suất(G) của sản phẩm, dễ thay thế, sửa chữa lắp đặt, dễ thay đổi chuyển động của các dòng MCL và MC giải nhiệt, nâng cao hiệu suất làm việc, giảm giá thành sản phẩm. 2. Mөc tiêu nghiên cӭu Xác lập các cơ sӣ khoa học để tính TBNT, cần đạt đưӧc mөc tiêu:  Xác định hệ sӕ tӓa nhiệt khi ngưng của các MCL để khẳng định sự cần thiết phải tĕng cưӡng TĐN bằng cách làm cánh về phía MCL và xác định đưӧc tỉ lệ làm cánh hӧp lý ứng với các MCL khác nhau.  Xác lập đưӧc các công thức tính toán hệ sӕ truyền nhiệt k của TBTĐN ӕng lồng ӕng với các loại cánh khác nhau, từ đó tìm ra đưӧc loại ӕng có cánh thích hӧp nhất để sử dөng cho TBNT ӕng lồng ӕng.  Xác định giá trị của hệ sӕ truyền nhiệt k của TBNT ӕng lồng ӕng để khẳng định nó là TBTĐN có mật độ dòng nhiệt thuộc loại cao nhất.  Tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thӕng thiết bị thí nghiệm, làm thực nghiệm để kiểm chứng việc làm cánh trong TBTĐN ÔLÔ là cần thiết. 2 CHѬѪNG 1. TӘNG QUAN 1.1. TӘNG QUAN Vӄ THIӂT Bӎ NGѬNG TӨ TRONG Hӊ THӔNG LҤNH 1.1.1. Vai trò cӫa thiӃt bӏ ngѭng tө TBNT có nhiệm vө ngưng tө hơi quá nhiệt thành MCL cao áp. Quá trình làm việc kém của TBNT làm ảnh hưӣng đến các yếu tӕ cө thể sau: - Nĕng suất lạnh của hệ thӕng giảm, tổn thất tiết lưu sẽ tĕng lên. - Nhiệt độ cuӕi tầm nén tĕng, làm cháy dầu bôi trơn. - Công nén tĕng, mô tơ có thể bị quá tải. - Áp suất cao làm cho độ an toàn giảm, van an toàn hoạt động làm ảnh hưӣng đến môi trưӡng xung quanh, gây độc hại đến cơ thể con ngưӡi. 1.1.2. Phân loҥi thiӃt bӏ ngѭng tө 1.1.2.1. Bình ngưng gi̫i nhiệt bằng nước * Bình ngưng ống chùm nằm ngang: Dùng cho Amôniac và cho Frêon, q=(3000-6000)W/m2, k= (800-1000) W/m2.K. * Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng: Để tiết kiệm diện tích lắp đặt, q= 4500 W/m2, chênh nhiệt độ: t=(4-5)oK, hệ sӕ truyền nhiệt k=(800-1000) W/m2.K. * Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống: là loại TBNT đang nghiên cứu, có hiệu quả TĐN khá lớn, cấu tạo gọn, chịu áp lực cao. * Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản: Có diện tích TĐN khá lớn, cấu tạo gọn gàng, có mật độ dòng nhiệt là cao nhất, q>7000W/m2 . 1.1.2.2. Thiết bị ngưng tụ gi̫i nhiệt bằng nước và không khí * Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi: q= (1900-2300) W/m2, hệ sӕ truyền nhiệt k =(500-700)W/m2K, chênh nhiệt độ: t=(5-6)K. Dễ vận hành, sửa chữa. 1.1.2.3. Dàn ngưng gi̫i nhiệt bằng không khí: *Dàn ngưng đối lưu tự nhiên: Loại này có khả nĕng TĐN rất thấp, k khoảng 30W/m2.K, q= (240-300) W/m2. Cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh. *Dàn ngưng đối lưu cưỡng bức: không khí chuyển động cưỡng bức nhӡ quạt. q=(280-340)W/m2; k=(30-65)W/m2.K; t=(7-8)oC. Chi phí cho vận hành giảm, tiết kiệm hơn. 23 4.5.4. Nhận xét và kết luận - Kích thước dàn ngưng tө ӕng lồng ӕng có cánh bé nhất, tiết kiệm đưӧc không gian lắp đặt, phù hӧp với mọi mặt bằng kiến trúc gian máy lạnh. - Áp suất trong TBNT ӕng lồng ӕng có cánh ӣ thí nghiệm trên là nhӓ nhất, giúp hệ thӕng hoạt động an tòan hơn, giảm thiểu rò rỉ môi chất. - Hệ sӕ truyền nhiệt k của TBNT ӕng lồng ӕng có cánh gấp 1,2 lần so với loại ӕng lồng ӕng trơn và gấp gần 31 lần so với dàn ngưng KK. - Mật độ dòng nhiệt q của TBNT ӕng lồng có cánh gấp 1,12 lần so với loại ӕng lồng trơn và gấp hơn 20 lần so với dàn ngưng tө không khí. - So với loại TBNT ӕng chùm nằm ngang thì TBNT ӕng lồng ӕng có cánh có q lớn hơn (1,242,48)lần, còn k lớn hơn (2,02,5)lần. 4.6. GIҦI PHÁP Vӊ SINH ӔNG LӖNG ӔNG VÀ GIҦI THOÁT LӒNG NGѬNG GIҦI PHÓNG Bӄ MҺT TRAO ĐӘI NHIӊT 4.6.1. Gi̫i pháp vệ sinh cho thiết bị ngưng tụ ͙ng lồng ͙ng - Khi lắp đặt hệ thӕng không đưӧc có các cáu bẩn và xỉ hàn tồn đọng. - Hút chân không thật kỹ và sâu, nạp MCL tinh khiết, không lẫn cáu bẩn. - Bӕ trí phin lọc bẩn trước van hút MN, VTL và trước ӕng lồng ӕng. - Vệ sinh bể nước, xả cáu cặn, vệ sinh tháp giải nhiệt, thay nước bể. 4.6.2. Gi̫i pháp gi̫i phóng l͗ng ngưng tụ cho TBNT ͙ng lồng ͙ng - Sử dөng TBNT ÔLÔ có cánh xoắn dọc thân có khả nĕng TĐN rất tӕt, ít trӣ lực mà lại giải phóng bề mặt TĐN nhanh. - Nӕi phần đuôi ÔLÔ bên ngoài ӣ trên xuӕng ӕng dưới hay BCCA. - ÔLÔ khi chế tạo cần tạo độ dӕc 5% để lӓng đưӧc giải thoát nhanh. KӂT LUҰN VÀ NHӲNG ĐÓNG GÓP CӪA TÁC GIҦ 1- TBNT kiểu ӕng lồng ӕng có k, q rất cao, có hiệu quả trao đổi nhiệt lớn, chỉ đứng sau thiết bị TĐN loại tấm bản. 2- Hầu hết các TBNT sử dөng MCL freon đều có α khi ngưng rất nhӓ, vì vậy cần phải làm cánh về phía MCL với tỉ lệ làm cánh hӧp lý. 3- Đã xác định đưӧc trong một trưӡng hӧp cө thể, TBTĐN ӕng lồng ӕng có cánh có qkf = 7.430W/m2, k= 2.010W/m2K. 4- Mô hình toán để tính TĐN cho ӕng lồng ӕng có cánh là phù hӧp. 22 Bҧng 4.5. KӃt quҧ xác đӏnh mұt độ dòng nhiӋt q đӕi vӟi hӋ thӕng lҥnh sӱ dөng môi chҩt lҥnh freon R134a ӣ các thӡi điӇm khác nhau trong ngày 18/09/2012 Môi chҩt lҥnh R134a Mұt độ dòng nhiӋt qkf, W/m2 Thӡi điӇm trong ngày 18/09/2012 Dàn ngưng KK Dàn ngưng ӕng lồng ӕng trơn Dàn ngưng ӕng lồng ӕng có cánh 9h00 445 7.980 8.916 12h00 435 7.820 8.738 15h00 440 7.900 8.827 Hình 4.8. Đӗ thӏ so sánh q giӳa các dàn ngѭng tө khác nhau ӣ các thӡi điӇm trong ngày 18/09/2012 khi sӱ dөng freon R134a 3 1.2. TӘNG QUAN Vӄ ӔNG CÓ CÁNH VÀ THIӂT Bӎ TRAO ĐӘI NHIӊT ӔNG LӖNG ӔNG CÓ CÁNH TBTĐN ÔLÔ cấu tạo gọn gàng, hiệu quả TĐN cao, có ưu điểm: - Thưӡng đưӧc sử dөng để TĐN giữa các chất lӓng với nhau hoặc chất lӓng với môi chất đang sôi hay đang ngưng. - Cả hai môi chất đều chuyển động đӕi lưu cưỡng bức với tӕc độ rất lớn, thích hӧp cho cả hai lưu chất làm việc ӣ áp suất cao. - Hai môi chất có thể chảy cùng chiều, ngưӧc chiều, nӕi tiếp, song song. - Kết cấu gọn gàng, an toàn và dễ chế tạo. - Bảo đảm kín tuyệt đӕi, không rò rỉ. - Dễ dàng thay đổi công suất TĐN Q và nĕng suất G của sản phẩm. 1.2.1. Chӫng loҥi ӕng có cánh và chӃ tҥo ӕng có cánh 1.2.1.1. ͘ng có cánh ngang Ta có các loại hình dạng cánh ngang sau: 1.2.1.2. ͘ng có cánh nan hoa: có hiệu quả TĐN rất tӕt 1.2.1.3. ͘ng có cánh dọc thân bên trong và bên ngòai ͙ng Bên cạnh ӕng có cánh ngang bên ngoài ӕng ngưӡi ta còn chế tạo ӕng có cánh gắn dọc thân gắn ӣ bên trong hoặc bên ngoài ӕng. Cánh dọc thân có biên dạng rất phong phú và đa dạng. Hình 1.9. Ӕng có cánh thẳng ngang Hình 1.11. Các sҧn phẩm ӕng có cánh nan hoa 4 1.2.1.4. ͘ng có cánh đặc biệt 1.2.1.5. Công nghệ chế t̩o ͙ng có cánh Việc gia công, chế tạo ӕng có cánh là phức tạp và tӕn kém, nó đòi hӓi công nghệ chế tạo với kỹ thuật cao. 1.2.2. Tәng quan vӅ thiӃt bӏ TĐN ӕng lӗng ӕng 1.2.2.1. Các chủng lo̩i ͙ng lồng ͙ng: chia ra làm 2 loại ÔLÔ 1.2.2.1.1. Các loại ống lồng ống thẳng ÔLÔ thẳng là loại TBTĐN sử dөng tương đӕi phổ biến bӣi vì nó có cấu tạo tương đӕi đơn giản, gồm có ÔLÔ thẳng bên ngoài bao bọc ӕng lồng thẳng bên trong, ӕng trong nӕi với nhau bӣi các cút cong. Ӕng ngoài sẽ đưӧc nӕi với nhau bӣi các đầu chuyển hướng và các chắn ba. Hình 1.14. Các chӫng loҥi ӕng có cánh khác nhau Hình 1.15. Các sҧn phẩm có cánh đһc biӋt khác nhau Hình 1.17. Các quá trình gia công chӃ tҥo ӕng có cánh 21 4.5. XÁC ĐӎNH Hӊ SӔ TRUYӄN NHIӊT 4.5.3. KӃt quҧ tính toán Bҧng 4.4. KӃt quҧ xác đӏnh k đӕi vӟi hӋ thӕng lҥnh sӱ dөng môi chҩt lҥnh R134a ӣ các thӡi điӇm khác nhau trong ngày 18/09/2012 Môi chҩt lҥnh R134a HӋ sӕ tuyӅn nhiӋt k, W/m2.K Thӡi điӇm trong ngày 18/09/2012 Dàn ngưng KK Dàn ngưng ӕng lồng ӕng trơn Dàn ngưng ӕng lồng có cánh 9h00 80 2.066 2.472 12h00 72 1.859 2.225 15h00 76 1.963 2.348 Hình 4.7. Đӗ thӏ so sánh hӋ sӕ k cӫa các dàn ngѭng tө khác nhau ӣ các thӡi điӇm trong ngày 18/09/2012 khi sӱ dөng freon R134a 20 4 Lưu lưӧng nước giải nhiệt Gn kg/h 1.263 5 Áp suất hút của môi chất lạnh R134a Ph Bar 2,83 6 Vận tӕc nước giải nhiệt trong ӕng ω m/s 3 7 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn ngưng tө không khí Sm m2 0,29004 8 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn ngưng ӕng lồng ӕng trơn Sm m2 0,1604 9 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn ngưng ӕng lồng ӕng có cánh Sm m2 0,112 4.4.2. KӃt quҧ đo đҥc khi thí nghiӋm vӟi môi chҩt lҥnh R134a ӭng vӟi các thiӃt bӏ ngѭng tө khác nhau: Ngày 18/09/2012: TT ĐҤI LѬӦNG THӠI ĐIӆM NGÀY 18/09/2012 9h00 12h00 15h00 Đӕi vӟi dàn ngѭng tө không khí 1 Nhiệt độ không khí khi vào dàn ngưng 26,4 31 29,1 2 Nhiệt độ KK khi ra khӓi dàn ngưng 27,8 32,5 30,6 3 Nhiệt độ môi chất lạnh ngưng tө t’f1 (0C) 46,7 52 49,6 4 Áp suất ngưng tө P(bar) 12,13 13,87 12,67 Đӕi vӟi dàn ngѭng tө ӕng lӗng ӕng trѫn 5 Nhiệt độ nước lạnh đi vào dàn ngưng t’f2 26 30,8 28,5 6 Nhiệt độ nước lạnh ra khӓi dàn t”f2 29,2 34 32,1 7 Nhiệt độ môi chất lạnh ngưng tө t’f1 (0C) 44,3 49,1 46,7 8 Áp suất ngưng tө P (bar) 11,40 13,09 12,13 Đӕi vӟi dàn ngѭng tө ӕng lӗng ӕng có cánh 9 Nhiệt độ nước lạnh đi vào dàn ngưng t’f2 26 30,8 28,5 10 Nhiệt độ nước lạnh ra khӓi dàn t”f2 29,5 34,4 31,9 11 Nhiệt độ môi chất lạnh ngưng tө t’f1 (0C) 43 47,8 45,4 12 Áp suất ngưng tө P (bar) 11,02 12,48 11,73 5 1.2.2.1.2. Các loại ống lồng ống cong, xoắn 1.2.2.2. Cấu t̩o và phân lo̩i các thiết bị ͙ng lồng ͙ng 1.2.2.2.1. TBNT ống lồng ống dạng thẳng loại ống trơn [98]. 1.2.2.2.2. Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống dạng thẳng có cánh a- Lo̩i ͙ng có cánh ngang: ӕng bên trong đưӧc chế tạo với ӕng có cánh ngang thân để tĕng cưӡng diện tích bề mặt TĐN. Hình 1.19. Ghép nӕi các module ӕng lӗng ӕng thẳng Hình 1.20. Ӕng lӗng ӕng hình tròn,vuông, chӳ nhұt xoắn Hình 1.26. Ӕng lӗng ӕng dҥng thẳng có cánh ngang A A A-A Hình 1.24. Môi chҩt chuyӇn động trong ӕng lӗng ӕng thẳng Hơi môi chất vào Nước giải nhiệt ra Nước giải nhiệt vào Lӓng môi chất ngưng tө ra 6 b- Lo̩i ͙ng có cánh dọc thẳng và cánh xoắn Cánh dọc thân nên dòng MC di chuyển một chiều, khi ngưng khó chảy xuӕng ӕng dưới nên khắc phөc bằng cách dùng ӕng có cánh xoắn. Loại này vừa có khả nĕng tạo rӕi lại ít bị cản trӣ dòng chuyển động hơn. CHѬѪNG 2. NGHIÊN CӬU, ĐÁNH GIÁ KHҦ NĔNG TĐN KHI NGѬNG CӪA CÁC MÔI CHҨT LҤNH VÀ CÁC YӂU TӔ ҦNH HѬӢNG ĐӂN QUÁ TRÌNH TĐN KHI NGѬNG TӨ . 2.1. NGHIÊN CӬU, ĐÁNH GIÁ KHҦ NĔNG TRAO ĐӘI NHIӊT KHI NGѬNG CӪA CÁC MÔI CHҨT LҤNH Như chúng ta biết, để tĕng đưӧc diện tích bề mặt TĐN thì ngưӡi ta làm cánh trên bề mặt TĐN. Việc làm cánh phổ biến đưӧc bӕ trí về phía môi chất có cưӡng độ toả nhiệt đӕi lưu  bé với tỉ lệ làm cánh tuỳ thuộc vào sự tương quan về cưӡng độ toả nhiệt giữa hai phía. 2.1.1. Môi chҩt lҥnh * Các môi chҩt lҥnh truyӅn thӕng Các MCL truyền thӕng phổ biến gồm: NH3, MCL frêôn như các chất CFCs (CmFnClk), gây ra hiệu ứng nhà kính lớn, các chất HCFC. * Môi chҩt lҥnh mӟi thay thӃ Hình 1.30. Ӕng lӗng ӕng bên trong có cánh xoắn dӑc thân Hình 1.27. Ӕng lӗng ӕng dҥng thẳng có cánh dӑc thân B-B B B 19 4.2.2. ThiӃt bӏ đo sӱ dөng trong thí nghiӋm 4.2.2.1. Thiết bị đo nhiệt độ: Sử dөng bộ điều khiển đo nhiệt độ kỹ thuật sӕ Eurotherm 2132. - Thiết bị đo nhiệt độ trên là loại nhiệt kế nhiệt điện trӣ. Điện trӣ là một đặc tính vật lý của vật liệu có quan hệ mật thiết với nhiệt độ. Nhӡ mӕi quan hệ có 4.2.2.2. Đặc điểm thiết bị đo nhiệt độ - Dễ dàng xem trạng thái hoạt động tại các vị trí đo. - Đọc trạng thái hoạt động nhanh, thay đổi đặc tính giá trị hiện tại. - Dễ sử dөng, dễ dàng cài đặt các thông sӕ điều chỉnh. - Dễ kết nӕi, đấu dây các vị trí đo cảm biến nhiệt độ khác nhau. - Thiết bị có 14 đầu cảm biến để đo nhiệt độ tại các vị trí cùng lúc. - Có ba tập hӧp điểm báo nội bộ đưӧc cung cấp như báo động cao, thấp và độ chênh lệch nhiệt độ giữa các điểm. 4.4. KӂT QUҦ ĐO ĐҤC 4.4.1. KӃt quҧ đo đҥc chung Xác định khi thí nghiệm đӕi với môi chất lạnh freon R134a: Bҧng 4.2. KӃt quҧ khi thí nghiӋm, đo đҥc chung đӕi vӟi HTL R134a TT Đҥi lѭӧng K/ hiӋu Đ/vӏ Giá trӏ 1 Nguồn điện áp U V 220 2 Dòng điện I Ampe 4,1 3 Lưu lưӧng gió thổi qua dàn ngưng tө không khí G0 m 3/p 20 Hình 4.6. NhiӋt kӃ nhiӋt điӋn trӣ 18 Bҧng 4.1. Các thông sӕ đһc trѭng mô hình thí nghiӋm thӵc nghiӋm. TT Đҥi lѭӧng Ký hiӋu Đѫn vӏ S L Giá trӏ 1 Công suất lạnh P Btu/h 1 9.000 2 Công suất động cơ máy nén Pw W 1 745 3 Đưӡng ӕng hút hệ thӕng dh mm 1 12,7 4 Đường ống công nghệ của dàn ngưng tụ không khí: - Sӕ cánh trao đổi nhiệt - Kích thước cánh - Bước cánh - Đưӡng kính ӕng - Diện tích bề mặt TĐN N R/C/δc S d Sm Chiếc mm mm mm m2 298 - - - - 298 35/330/0,3 2 9,5 0,29004 5 Đường ống công nghệ TB ngưng tụ ống lồng ống trơn: - Đưӡng kính ӕng ngòai - Đưӡng kính ӕng trong - Hệ sӕ tӓa nhiệt đӕi lưu - Chiều dài ӕng trong - Chiều dài ӕng ngòai - Diện tích bề mặt TĐN D1 D2 α Lt Ln Sm mm mm W/m2.K m m m2 - - - - - - 28,8 19,9 3745,5 2,70 3,12 0,1604 6 Đường ống công nghệ TB ngưng tụ ống lồng ống có cánh: - Đưӡng kính trung bình - Chiều cao cánh - Bước cánh - Chiều dày cánh - Hệ sӕ dẫn nhiệt - Hệ sӕ tӓa nhiệt đӕi lưu - Diện tích bề mặt TĐN Dc L S δ λ α Sm mm mm mm mm W/m.K W/m2.K m2 - - - - - - - 21,2 3,2 1,81 0,6 21,2 5654,5 0,112 7 Bҧng 2.2. Bҧng môi chҩt lҥnh mӟi thay thӃ [26] Môi chҩt Thay thӃ cho ChӃ độ nhiӋt độ ODP R11=1 GWP CO 2 =1 PRC CH4=1 Độ trѭӧt nhiӋt độ,K Tính độc TLV, ppm Môi chҩt lҥnh tѭѫng lai (không chӭa chlorine) R134a R12(R22) C,M,(F) 0 1.200 0 0 1.000 R404A R502 M,F 0 3.520 0 0,7 1.000 R407a R502 M,F 0 1.960 * 6,6 1.000 R407b R502 M,F 0 2.680 * 4,4 1.000 R407C R22 C,M 0 1.600 0 7,4 1.000 R507 R502/R22 M,F 0 3.600 * 0 1.000 Môi chҩt lҥnh tӵ nhiên R290 R22/R502 C,M,F 0 0 300 0 1.000 R600a R12 C,M,F 0 0 400 0 1.000 R717 R22 C,M,F 0 0 * 0 50 2.1.2. Xác đӏnh hӋ sӕ tӓa nhiӋt đӕi lѭu cӫa nѭӟc khi chuyӇn động bên trong đѭӡng ӕng - Ӣ chế độ chảy tầng Re < 2300: - Ӣ chế độ chảy rӕi : Ref > 104 : * Nhұn xét và kӃt luұn: hệ sӕ tӓa nhiệt của nước trong các TBNT khá lớn, tùy theo tӕc độ và nhiệt độ, nhưng trung bình đạt trên 6.000W/m2K. Rl 25,0 w f1,043,033,0 d,f ..)Pr Pr .(Gr.Pr.Re.15,0Nu  Rl w f Nu  ..) Pr Pr .(Pr.Re.021,0 25,043,08,0 8 2.1.3. Xác đӏnh hӋ sӕ tӓa nhiӋt đӕi lѭu khi ngѭng cӫa môi chҩt lҥnh * Mөc đích: xác định  khi ngưng của các MCL, từ đó xác định tỉ lệ làm cánh thích hӧp đӕi với các loại MCL khác nhau. 2.1.3.1. Các cѫ sӣ lý thuyӃt: Ta xét trong các trưӡng hӧp ngưng tө như: ngưng tө bên ngoài ӕng trơn nằm ngang, ӕng có cánh nằm ngang. 2.1.3.2. KӃt quҧ xác đӏnh hӋ sӕ tӓa nhiӋt khi ngѭng Xác định các thông sӕ nhiệt vật lý của các môi chất lạnh khác nhau. 2.1.3.3. So sánh hӋ sӕ tӓa nhiӋt khi ngѭng bên ngoài ӕng đѫn 2.1.4. Xác đӏnh tӍ lӋ diӋn tích TĐN làm cánh hӧp lý khi sӱ dөng nѭӟc làm MC giҧi nhiӋt đi trong ӕng, MCL đi ngoài ӕng đѫn Dựa vào kết quả tính hệ sӕ tӓa nhiệt đӕi lưu của nước đi trong ӕng và MCL đi bên ngoài ӕng đơn trong trưӡng hӧp ngưng tө ӣ chế độ nhiệt độ tương ứng tk=35oC, ta xác định đưӧc tỉ lệ làm cánh hӧp lý cho mỗi loại MCL như sau dựa vào phương trình cân bằng (ӣ đây lựa chọn đưӡng kính 21/27 ): t .Ft  n . Fc . Từ đây ta suy ra: n t t C F F  0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 15 20 25 30 35 40 45 50 Đường kính ngoài, mm H ệ s ố t ỏa n h iệt k h i n g ưn g , W /m 2 .K R12 R22 R502 NH3 R134a R404a R407C Hình 2.14. So sánh  khi ngѭng cӫa các môi chҩt lҥnh, W/m2.K 17 3.3.4.3. Phương trình truyền nhiệt CHѬѪNG 4. NGHIÊN CӬU THӴC NGHIӊM VÀ ĐÁNH GIÁ, NÂNG CAO KHҦ NĔNG TRAO ĐӘI NHIӊT CӪA THIӂT Bӎ NGѬNG TӨ ӔNG LӖNG ӔNG 4.1. MӨC ĐÍCH THÍ NGHIӊM - Đo đạc các thông sӕ nhiệt độ của nước giải nhiệt vào, ra. - Xác định hệ sӕ truyền nhiệt k,  môi chất lạnh freon R134a. - Đánh giá khả nĕng trao đổi nhiệt khi ngưng. 4.2. THIӂT Bӎ THÍ NGHIӊM 4.2.1. Mô tҧ chung hӋ thӕng thiӃt bӏ thí nghiӋm 1 2 1 1 1 2 2 1 1 1 l n 2 2 f f l c l t t q r r r F               1 2 21 2 2 22 2 22 21 22 222 1 2122 2 22 2 2 2 11 )(4)(2)2( 2 11 .)2(2( 1 2 ).( )(2)2( 2 1 ln 2 1 .2 1                  hPhrPr PP Prr r h PhrPr P r r k xx xx x xx x Hình 4.5. Hình ҧnh hӋ thӕng lҥnh thí nghiӋm thӵc nghiӋm Hình 4.1. Sѫ đӗ nguyên lý hӋ thӕng lҥnh thí nghiӋm 16 3.3.3. Tính toán cho TBTĐN kiӇu ÔLÔ có cánh thẳng dӑc thân 3.3.3.1. Mô hình tổng quát ÔLÔ cánh thẳng hình thang dọc thân 3.3.3.3. Phương trình truyền nhiệt = )tt(kt.k 2f1f  (4.100) 3.3.4. Tính toán TBTĐN kiӇu ӕng lӗng ӕng có cánh xoắn dӑc thân 3.3.4.1. Mô hình tổng quát của ÔLÔ có cánh xoắn dọc thân 3.3.4.2. Phương trình tính toán F2l = Hình 3.14. ThiӃt bӏ TĐN ӕng lӗng ӕng có cánh thẳng dӑc thân 1 2 1 1 1 2 2 1 1 1 ln 2 2 f f l c l t t q r r r F       ])(l4n)(nr.2[ 1 r 2/)(nlr ln 2 1 r.2 1 1 k 2 21 2 21221 21 2 2 11   Hình 3.15. ThiӃt bӏ TĐN ӕng lӗng ӕng có cánh xoắn dӑc thân    2212222222212222 )(4)(2)2(211.)2(2   hPhrPrPPPrr xxxxx 9 Bҧng 2.14. TӍ lӋ F làm cánh so vӟi F bên trong ӕng có đѭӡng kính 21/27 ӭng vӟi các loҥi MCL khác nhau ӣ nhiӋt độ nѭӟc 35oC. MӨC Tӕc độ nѭӟc trong ӕng, m/s Môi chҩt lҥnh R12 R22 R502 NH3 R134a R404A R407C TӍ lӋ làm cánh hӧp lý 1.0 23.2 18.8 25.2 4.2 19.0 24.4 17.6 1.5 29.6 24.0 32.1 5.3 24.2 31.2 22.5 2.0 35.1 28.5 38.2 6.3 28.8 37.0 26.7 2.5 40.2 32.6 43.6 7.2 32.9 42.4 30.5 3.0 44.8 36.4 48.7 8.0 36.7 47.2 34.1 2.4.5. KӃt luұn 1. NH3 là có hệ sӕ tӓa nhiệt lớn, tuy nhiên vẫn còn thấp hơn nước. 2. Tất cả MCL freon đều có  khi ngưng nhӓ hơn so với NH3 và nước. 3. TBNT sử dөng freon có nước là môi trưӡng giải nhiệt thì cần làm cánh phía MCL với tỉ lệ làm cánh hӧp lý như trong bảng tổng kết 2.16. 2.2. NGHIÊN CӬU CÁC YӂU TӔ ҦNH HѬӢNG ĐӂN QUÁ TRÌNH TRAO ĐӘI NHIӊT KHI NGѬNG TӨ CӪA MÔI CHҨT Nghiên cứu dòng môi chất hai pha trong quá trình ngưng tө là một quá trình nghiên cứu vô cùng phức tạp. 2.2.1. Quá trình ngѭng tө cӫa hѫi môi chҩt 2.2.1.1. Phân b͙ dòng môi chất hai pha trong ͙ng nằm ngang Hình 2.14. Mô hình dòng môi chҩt hai pha trong ӕng nằm ngang 10 3.1.2. Mô hình lѭu lѭӧng dòng chҧy 2 pha trong ӕng nằm ngang - Dòng chảy bong bóng: hơi bong bóng phân tán chủ yếu nửa trên. - Dòng chảy phân tầng: hơi đi vào phía trên và chất lӓng ӣ đáy của ӕng cách nhau bằng một bề mặt nằm ngang. - Dòng chảy phân tầng lượn sóng: sóng đưӧc hình thành trên bề mặt. - Dòng chảy chặn: lӓng chạy liên tөc dọc theo phía dưới của ӕng. - Dòng chảy chậm: dòng chảy có biên độ sóng lớn. - Dòng chảy hình khuyên: chất lӓng tạo thành một màng hình khuyên 2.2.2. Các yӃu tӕ ҧnh hѭӣng đӃn quá trình trao đәi nhiӋt khi ngѭng 2.2.2.1. ̪nh hưởng của hơi quá nhiệt Khi ngưng hơi quá nhiệt, nhiệt ẩn hoá hơi: r’= r+qqn ; qqn= i - i’’, còn độ chênh lệch nhiệt độ t khi đó lấy bằng giá trị: Δt= (ts – tw) 2.2.2.2. Ҧnh hѭӣng cӫa trҥng thái bӅ mһt - Nếu bề mặt xù xì, nhám: hệ sӕ tӓa nhiệt sẽ giảm. - Nếu bề mặt có bám dầu mỡ, lúc đó hệ sӕ tӓa nhiệt tĕng. Từ thực nghiệm cho thấy: khi ngưng hơi trên ӕng đặt nằm ngang thì hiệu quả ngưng tө sẽ cao hơn hẳn so với khi đặt đứng. 2.2.2.3. Ҧnh hѭӣng cӫa khí không ngѭng lүn trong hѫi Khi trong hơi có lẫn không khí hoặc khí không ngưng khác thì quá trình tӓa nhiệt khi ngưng sẽ giảm mạnh. Cưӡng độ tӓa nhiệt có thể giảm đi gần 60% khi trong hơi có lẫn 1% khí không ngưng [33]. Hình 2.15. Các chӃ độ dòng chҧy 15 3.3.2. Tính toán cho TBTĐN kiӇu ӕng lӗng ӕng có cánh ngang 3.3.2.1. Mô hình tổng quát của ͙ng lồng ͙ng có cánh ngang Mô hình bài toán đưӧc miêu tả như hình 4.11: 3.3.2.3. Phương trình truyền nhiệt Hình 3.10. Ӕng lӗng ӕng có cánh ngang Hình 4.11. ThiӃt bӏ TĐN ӕng lӗng ӕng có cánh ngang hình thang .tk)tt.(k F 1 r r ln2 )(n r r ln nl 2 l r2 1 tt q 1f2f1f1f 212 1 c 21 1 2 1 11 2f1f l               ])(rr4)rn(r +nr 2 + )n-(lr [2 1 r r ln2 )(n r r ln n1 1 . 2 1 r.2 1 1 k 2 21 2 2c2c2c122 1 c 21 1 2 1 11            14 3.2.4. Tính truyӅn nhiӋt cӫa các loҥi ӕng vách trө có cánh xoắn 3.2.4.1. Vách trụ có cánh xoắn dọc thân 3.3. XÂY DӴNG BÀI TOÁN TÍNH ӔNG LӖNG ӔNG 3.3.1. Tính toán cho thiӃt bӏ TĐN kiӇu ӕng lӗng ӕng trѫn 3.3.1.1. Mô hình tổng quát của ͙ng lồng ͙ng trơn 3.3.1.2. Phương trình tính toán ; (4.47) 3.3.1.3. Phương trình truyền nhiệt Mật độ dòng nhiệt tính cho bề mặt bên trong F1 ,W/m2 Hình 3.7. Vách trө cánh xoắn hình thang px 0 r L y r1 r2 21 h px t f1 t f2 21  2 2 xmin 1 2 2 1 2 x 2 F =2πr L-L .δ (δ -δ ) +L . δ +2 h + 4      ,m2 f1 f2 1 1 1 2 2 t - t Q , W r1 1 1 .lnα .F 2πλL r α .F c    Hình 3.8. Ӕng lӗng ӕng trѫn     22 222td dDdD dD44uf4d   t.k)tt.(k 1 . d d d d ln 2 d1 tt L.d Q F Q q 1f2f1f1f 22 1 1 21 1 2f1f 11 1f   0,25 0,28 Pr0,42.( .Pr. ) Pr f f w Nu Ga K      11 2.2.2.4. Ҧnh hѭӣng cӫa tӕc độ và hѭӟng chuyӇn động cӫa dòng hѫi - Tӕc độ của dòng hơi làm quá trình chuyển động chuyển từ chế độ chảy tầng sang chế độ sóng hoặc chảy rӕi. - Nếu dòng hơi chuyển động cùng chiều với màng ngưng lúc đó chiều dày màng ngưng giảm, hệ sӕ tӓa nhiệt tĕng và ngưӧc lại. - Khi ngưng hơi ӣ áp suất lớn thì tӕc độ sẽ ảnh hưӣng đến α. 2.2.2.5. Ҧnh hѭӣng cӫa cách bӕ trí bӅ mһt ngѭng Tӓa nhiệt khi ngưng ӣ trên bề mặt ӕng đặt nằm ngang lớn hơn so với bề mặt đặt đứng (trưӡng hӧp ӕng đơn hay với dãy ӕng đầu tiên) Để tĕng cưӡng khả nĕng tӓa nhiệt, đӕi với chùm ӕng đặt nằm ngang, ngưӡi ta bӕ trí so le, lúc đó nó sẽ có khả nĕng tạo rӕi lớn hơn. CHѬѪNG 3. TÍNH TOÁN THIӂT Bӎ TRAO ĐӘI NHIӊT KIӆU ӔNG LӖNG ӔNG 3.1. CѪ SӢ TÍNH TOÁN THIӂT Bӎ TRAO ĐӘI NHIӊT 3.1.1. Các yêu cҫu kỹ thuұt chung cho thiӃt bӏ trao đәi nhiӋt - Qui định về các dòng trao đổi nhiệt Ta chọn TBNT kiểu ӕng lồng ӕng là lọai TBTĐN kiểu liên tөc. - Đảm bảo đưӧc các yêu cầu kỹ thuật chung cho TBTĐN. - Đảm bảo các nguyên tắc lựa chọn môi chất. - Các nguyên tắc chọn chất lӓng chảy trong ӕng. - Chọn tӕc độ dòng môi chất. 3.1.2. Phѭѫng trình cѫ bҧn cӫa thiӃt bӏ trao đәi nhiӋt (TBTĐN) 3.1.2.1. Phương trình cân bằng nhiệt (CBN): Tổng quát có dạng ΣQ = ( ΔI1 + ΔI2 + Qm). τ + ΔU = 0. 3.1.2.2. Phương trình truyền nhiệt Hình 3.1. Qui đӏnh dòng trao đәi nhiӋt Cl1 t1 ’ Cl1 t1 ’’ Cl2 t2 ’’ Cl2 t2 ’ 12 - Dạng vi phân: δQ = k(t1 – t2)dFx = k. Δtx . dFx , W - Dạng tích phân: 3.1.3. Tính nhiӋt cho thiӃt bӏ trao đәi nhiӋt 3.1.3.1. Các bước tính thiết kế thiết bị TĐN Khi tính toán thiết kế TBTĐN cũng cần phải tuân thủ theo các bước sau: tính công nghệ, tính chọn sơ bộ, tính nhiệt thiết kế, tính kết cấu, tính sức bền, tính thuỷ lực, điều khiển, tính kinh tế. 3.1.3.2. Tính thiết kế nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt : Bao gồm phần tính nhiệt độ đầu ra của hai chất lӓng theo phương trình: - Tính Δt theo sơ đồ đã chọn: - Tính α1, α2 chất lӓng 1,2 theo thực nghiệm - Tính hệ sӕ truyền nhiệt k = k( α1, α2, δi, λi ). - Tính diện tích trong quá trình trao đổi nhiệt: 3.2. TÍNH TOÁN NHIӊT CHO CÁC LOҤI ӔNG CÓ CÁNH 3.2.1. Cѫ sӣ lý thuyӃt đӇ tính toán truyӅn nhiӋt qua vách trө 3.2.1.1. Vách trụ không có cánh Nhiệ