Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.1 p.1 5.1 Các dạng bài toán Truyền nhiệt tổng hợp 5.2 Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn cánh a) Các pt cơ bản để tính toán TB trao đổi nhiệt b) Độ chênh nhiệt độ trung bình c) Phương pháp hiệu suất Q 5.1 Các dạng bài toán truyền nhiệt tổng hợp a) TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG Xét vách phẳng 1 lớp, dày δ, HSDN λ Môi chất nóng có t f1 , α 1 ; Môi chất lạnh có t f2 , α 2 Bài toán kết hợp vừa đối lưu và dẫn nhiệt ( ) FttkQ ff 21 − = (W) ( ) 21 ff ttkq − = (W/m 2 )hay Muốn tính q phải xác định HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT k (W/m 2 .độ) Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.2 p.2 ¾ Tính hệ số truyềnnhiệt k () ( ) ( ) FttF tt FttQ fw ww wf 222 21 111 −= − =−= α δ λ α (W) 21 21 2 22 21 1 11 /1//1/1//1 αλδααλδα ++ − = − = − = − = fffw ww wf tttt tt tt q (W/m 2 ) Hệ số truyền nhiệt 21 /1//1 1 αλδα ++ =k (W/m 2 .độ)  Hoặc tính theo pp nhiệt trở tương đương: tđ R t q Δ = với: 21 αλα RRRR tđ + + = 21 11 αλ δ α ++= (m 2 .độ/W) Nhiệt độ bề mặt vách: 1 11 α q tt fw −= 2 2 1 1 2 11 αλ δ α qtqtt ffw += ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +−= và Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.3 p.3 Q b) TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH TRỤ Xét vách trụ có chiều dài L, đường kính d 1 /d 2 . Môi chất nóng trong ống có t f1 , HSTN α 1 Môi chất lạnh bên ngoài có t f2 , HSTN α 2 Ta có: ( ) LdttQ wf 1111 π α − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = 1 2 21 ln 2 1 d d L tt ww πλ ( ) Ldtt fw 2222 π α − = Nhiệt lượng truyền cho 1m chiều dài ống là: 221 2 11 21 22 22 1 2 21 11 11 1 ln 2 11 1 ln 2 1 1 dd d d tt d tt d d tt d tt q fffw ww wf L παπλπα πα πλ πα + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − = − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = − = Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.4 p.4  Hoặc tính theo pp nhiệt trở tương đương cho 1m dài ống: 221 2 11 1 ln 2 11 dd d d παπλπα + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ += tđ L R t q Δ = với: 21 αλα RRRR tđ + + = (m.độ/W) 1 ln 2 11 1 221 2 11 dd d d k L αλα ++ =  Ngoài ra có thể tính q L theo hệ số truyền nhiệt đường k L ( ) 21 ffLL ttkq −= π với: (W/m.độ) CHÚ Ý : Đối với vách nhiều lớp: 1 ln 2 11 1 12 1 1 11 + = + ++ = ∑ n n i i i i L dd d d k αλα Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.5 p.5 Sau khi có q L , có thể tính được t w1 , t w2 Xét một VP dày δ, HSDN λ. Một bên được làm cánh bằng vật liệu có HSDN rất lớn. Diện tích BM không làm cánh F 1 , bề mặt có cánh F 2 (gồm cả phần cánh và phần không cánh). ( ) () () ⎪ ⎪ ⎭ ⎪ ⎪ ⎬ ⎫ −α= − δ λ = −α= 2222 211 1111 fw ww wf ttFQ ttFQ t t FQ (a) c) Truyền nhiệt qua vách có cánh Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.6 p.6 Nhiệt trở cục bộ: ⎪ ⎪ ⎪ ⎭ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ ⎫ α = − λ δ = − α = − 22 22 1 21 11 11 1 1 1 FQ tt FQ tt FQ tt fw ww wf (b) Cộng từng vế của (b) ta có Nhiệt trở toàn phần: ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +⋅+= − = 22111 21 111 FFFQ tt R ff αλ δ α Và tính được Q: 22111 2f1f F 1 F 1 F 1 t t Q α +⋅ λ δ + α − = Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.7 p.7 22111 111 1 FFF k ca α +⋅ λ δ + α = )KW( Q = k ca (t f1 –t f2 ) (W) Cũng có thể viết: với: Hoặc nếu tính theo 1 đơn vò diện tích BM không cánh thì: () 2f1f1 1 1 ttk F Q q −== 2 mW 2 1 21 1 F F 11 1 k α + λ δ + α = với: Nu theo 1 ủụn vũ dieọn tớch BM coự caựnh thỡ: () 2f1f2 2 2 ttk F Q q == )( 2 mW vi 21 2 1 2 1 2 1 F F F F 1 1 k + + = )m(W 2 K Heọ soỏ laứm caựnh : F 2 /F 1 = c . Ngi son: TS. H anh Tựng HBK tp HCM 8/2009 p.8 p.8 ¾ Giới thiệu TBTĐN loại vách ngăn cánh Các chất tải nhiệt chuyển động cách biệt bởi vách ngăn là BMTN. TBTĐN LOẠI VỎ BỌC CHÙM ỐNG (Tubes & Shell): công suất nhỏ: dạng ống lồng ống, CS lớn: dạng vỏ bọc chùm ống (như sơ đồ) 5.2 Tính tốn thiết bị Trao đổi nhiệt loại vách ngăn cánh Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.9 p.9 Tubes & Shell Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.10 p.10 [...]... Tùng ĐHBK tp HCM a) CÁC PT CƠ BẢN ĐỂ TÍNH TỐN NHIỆT TBTĐN LOẠI VÁCH NGĂN CÁNH Tính toán TBTĐN thường có hai dạng: - Tính thiết kế: xác đònh F (ở chế độ đònh mức) - Tính kiểm tra: xác minh Q, nhiệt độ cuối (nhiệt độ ra) của MC 2 phương trình cơ bản: PT cân bằng nhiệt và PT truyền nhiệt Phương trình cân bằng nhiệt Bỏ qua TT nhiệt ra môi trường thì: Khi không có biến đổi pha, tacó: Qnhả = Qnhận ′ ′ ′ Q... (t′2 − t′2 ) C = Gcp : nhiệt dung lưu lượng khối lượng (đương lượng không khí của chất lỏng) p.15 (W) C1 t′′ − t′ δt 2 = 2 2 = ′ ′ C2 t1 − t1′ δt1 MC nào có C lớn thì nhiệt độ biến đổi ít và ngược lại Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 Phương trình truyền nhiệt Nhiệt lượng trao đổi qua phân tố BM truyền nhiệt dF: dQ = k (t1 − t 2 )dF = k Δt dF (t1 – t2) − độ chênh nhiệt độ giữa 2 MC trên... Dòng nhiệt truyền qua thiết bò Q = Q max Dòng nhiệt tối đa có thể truyền − Dòng nhiệt thực truyền trong thiết bò Qmax − Dòng tối đa hay lượng nhiệt truyền giả thiết với ′ 2 Q max = C min (t1 − t ′ ) ′ 2 Q = εQ max = εC min (t1 − t ′ ) p.21 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM Hiệu suất TBTĐN là hàm của NTU và C* = Cmin / Cmax: NTU = kF Cmin 8/2009 ε = f ( NTU , C * ) NTU : là đơn vò chuyển nhiệt (Number... hành non tải với G1* = 0,5G1, các điều kiện ban đầu khác không thay đổi thì nhiệt lượng trao đổi và nhiệt độ nước ra sẽ là bao nhiêu? GIẢI: a) Tính Q và nhiệt độ cuối các chất, dùng pp NTU Chênh lệch nhiệt độ tại hai đầu thiết bò: C1 = G1 cp1 = 0,8 1,12 = 0,896 kW/K = Cmin C2 = G2 cp2 = 3,2 4,18 = 13,376 kW/K = Cmax Nhiệt lượng truyền cực đại: Qmax = Cmin (t’1 - t’2 ) = 0,896 (450 – 50) = 358,4 kW p.24... 896 = 1,42 Hiệu suất thiết bò (tra đồ thò): ε = 0,72 Nhiệt lượng trao đổi: Q = ε Qmax = 0,72 358,4 = 258 kW Nhiệt độ khói thoát: Nhiệt độ nước ra: t1’’ = t1’ – Q/C1 = 450 – 258 / 0,896 = 162 oC t2’’ = t2’ + Q/C2 = 50 + 258 / 13,376 = 69,3 oC b) Nếu động cơ vận hành non tải với G1* = 0,5G1 Cmin giảm 2 lần -> C* giảm 2 lần = 0,033 NTU tăng 2 lần = 2,84 Qmax giảm 2 lần HS truyền nhiệt lúc đó = 0,92 Do... 8/2009 Thiết bò đun nước nóng bằng khói thải từ ĐCĐT, loại lưu động ngược chiều, có các thông số sau: Phía khói nóng: G1 = 0,8 kg/s; cp1 = 1,12 kJ/(kgK); t’1 = 450 oC Phía nước: G2 = 3,2 kg/s; cp2 = 4,18 kJ/(kgK); t’2 = 50 oC Diện tích truyền nhiệt F = 15 m2; k = 85 W/(m2K) a) Hãy tính Q; nhiệt độ ra của khói và nước b) Nếu động cơ vận hành non tải với G1* = 0,5G1, các điều kiện ban đầu khác không thay đổi. .. min Nhiệt lượng cấp cho dầu: Q = G2 cp2 (t’’2 - t’2 ) = 1000 2,3 (180 – 20)/3600 = 102,2 kW Vậy F = Q k Δt = 102,2 / (0,035 136,1) = 21,46 m2 p.20 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 c) PHƯƠNG PHÁP HIỆU SUẤT (phương pháp NTU) ′ Trường hợp có sẵn TBTĐN, biết nhiệt độ vào t1 , t ′2 , diện tích F và hệ số ′ truyền nhiệt k (ước tính) Cần xác đònh Q , t 1′ và t ′2′ Hiệu suất TBTĐN: Q ε= Dòng nhiệt. .. Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM VD: Cần gia nhiệt dầu G2 = 1000 kg/h từ t’2 = 20 oC đến t’’2 = 180 oC bằng khói nóng có t’1 = 280 oC Biết t’’1 = 200 oC; k = 35 W/(m2K); cp1 = 1,1 kJ/(kgK); cp2 = 2,3 kJ/(kgK) Tính diện tích TĐN (F) khi bố trí dòng chuyển động ngược chiều GIẢI: Sử dụng PT TRUYỀN NHIỆT Q = kF Δt Chênh lệch nhiệt độ tại hai đầu thiết bò: t’1 - t’’2 = 280 – 180 = 100 oC = Δtmin t’’1...Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT KIỂU DÀN ỐNG CÓ CÁNH p.11 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 DÀN NGƯNG NH3 TẠI NHÀ MÁY SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ p.12 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM Nồi hơi cơng nghiệp... nhiệt độ giữa 2 MC trên bề mặt dF Tích phân trên toàn bề mặt F: ∫ Q = kΔtdF F do hệ số k thay đổi ít (k = const): Q = kFΔt Δt : độ chênh nhiệt độ trung bình giữa MCN và MCL Trò số Δt tùy thuộc vào sơ đồ chuyển động của các chất lỏng p.16 Tính Δt 8/2009 Người soạn: TS Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM b) TÍNH ĐỘ CHÊNH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH Δt = CT chung cho cả lưu động thuận chiều lẫn ngược chiều: ΔΤmax Δt max − . Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.1 p.1 5.1 Các dạng bài toán Truyền nhiệt tổng hợp 5.2 Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt loại vách. cánh a) Các pt cơ bản để tính toán TB trao đổi nhiệt b) Độ chênh nhiệt độ trung bình c) Phương pháp hiệu suất Q 5.1 Các dạng bài toán truyền nhiệt tổng hợp a) TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG Xét. thiết bị Trao đổi nhiệt loại vách ngăn cánh Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.9 p.9 Tubes & Shell Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 8/2009 p.10 p.10 THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT KIỂU