Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo Bài tập dài môn thiết bị trao đổi nhiệt
Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19 1 Bài tập dài môn thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19: Đặng Nhật Anh 20090066 Nguyễn Thanh Tuấn 20093006 Đề bài Thiết kế dàn ngưng tụ Thiết kế dàn ngưng tự Freon kiểu ống vỏ giải nhiệt bằng nước Tải lạnh 190 kW, môi chất lạnh R134a, nhiệt độ 29 o C, áp suất trung bình của Freon là 0,702 MPa Nước làm mát nhiệt độ vào 20 o C, nhiệt độ ra 25 o C, áp suất trung bình của nước 0,4Mpa. Quá trình ngưng tụ xảy ra ở phần vỏ. Tự chọn thiết bị kiểu vỏ Báo cáo cuối cùng bao gồm tính toán nhiệt, thủy lực so sánh phương án tối ưu, giá cả,… Tóm tắt: Thiết bị ống vỏ ngưng hơi Freon 190 o Q kW Hơi R134a 1 29 ; 0,702 o ng tb t C p MPa Nước làm mát 2 2 2 20 ; 25 ; 0,4 o o tb t C t C p MPa Tính , , , , .Q k L N n Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19 2 Bài làm: Tính toán cân bằng nhiệt *Tính lưu lượng môi chất lạnh và nhiệt trao đổi bình ngưng Giả sử máy lạnh làm lạnh nước xuống 10 o C chọn 5 o bh t C ta có: 10 5 5( ) o o t C Chu trình lạnh của máy lạnh Freon: Từ đồ thị trên ta tra được các thông số: Vị trí Nhiệt độ ( o C) Entanpy (kJ/kg) Entropy (kJ.kg.K) 1 Sau khi ra khỏi dàn bay hơi 5 401,7 1,7252 2 Trước khi vào bình ngưng 417,48 1,7252 3 Sau khi ra khỏi bình ngưng 29 240,4 4 Trước khi vào dàn bay hơi 5 240,4 (số liệu lấy từ cuốn Môi chất lạnh – Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy) Ta có lưu lượng môi chất lạnh R134a Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19 3 1 1 4 190 1,178( / ) 401,7 240,4 o Q g kg s i i Nhiệt tỏa ra ở dàn ngưng: 2 3 1 4 417,48 240,4 190. 208,6( ) 401,7 240,4 k o i i Q Q kW i i *Tính lưu lượng nước làm mát ở bình ngưng Nước làm mát 2 2 2 2 2 20 25 20 ; 25 22,5( ) 2 2 o o o tb t t t C t C t C Tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa theo nhiệt độ 2 22,5 o tb t C ta được 3 2 2 997,575(kg/m ); 4,18(kJ/kg.K) p C 2 6 2 2 2 2 60,375.10 (W / . ); 0,95575.10 (m / );Pr 6,62 f m K s Ta có 2 2 2 2k p Q g C t t 2 2 2 2 208,6 9,98( / ) . 4,18.(25 20) k p Q g kg s C t t Tính hệ số trao đổi nhiệt trong ống Chọn ống có đường kính 19 16 o i d mm d làm bằng thép có hệ số truyền nhiệt 60W / .m K , đặt trong thiết bị ống vỏ, ận tốc nước làm mát chảy trong ống 2 1,5 /m s nhằm đảm bảo tránh ăn mòn *Tính hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát Kích thước xác định 16 i d mm Tính hệ số Reynolds: 3 4 2 2 6 2 . 1,5.16.10 Re 25111,17 10 0,95575.10 i d => nước chảy trong ống là chảy rối Ta có công thức tính Nusselt cho dòng chảy rối chảy trong ống Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19 4 0,25 0,8 0,43 w Pr 0,021.Re .Pr . . Pr f f f f R Nu Do ống thằng nên 1 R Giả sử 1 50d thì ta có 1 Môi chất có nhiệt độ không đổi 1 1 1 29 o tb t t t C Nhiệt độ của thành ống trong có thể tính xấp xỉ: 1 2 w 29 22,5 25,75( ) 2 2 o tb tb t t t C Tra nhiệt theo nhiệt độ w1 25,75 o t C bảng thống số vật lý của nước trên đường bão hòa ta tra được w Pr 6,1 0,25 0,8 0,43 2 2 2 2 2 2 6,62 0,021.25111,17 .6,62 . 159,942 6,1 . 159,942.60,375.10 6035,31(W / . ) 0,016 f f i Nu Nu m K d *Tính hệ số tỏa nhiệt bên hơi ngưng Với nhiệt độ 29 o k t C tra bảng thông số vật lý của chất lỏng R134a 3 3 1 3 6 1 1191,5 / ; 174,2.10 / 80,1.10 W / . ; 203,2.10 . kg m r J kg m K Pa s Ta thấy 2 3 ( )r i i nên ta có thể bỏ qua phần nhiệt tỏa ra khi hơi quá nhiệt trở về trạng thái hơi bão hòa. Coi quá trình chỉ có ngưng tụ hơi bão hòa Ta có công thức tính hệ số tỏa nhiệt khi ngưng vói ống đặt nằm ngang 0,25 2 3 1 1 w 0,25 2 3 3 3 2 6 . . . 0,728. .( ) 1191,5 .9,81.174,2.10 .(80,1.10 ) 0,728. 2298.486(W / . ) 203,2.10 .(29 25,75).0,019 N k o N g r t t d m K Do 2 1 / 19 /16 1,1875 1,4d d nên ta có thể coi như vách phẳng chiều dày 2 1 19 16 1,5( ) 2 2 d d mm Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19 5 Nếu không xét đến bám bẩn thì ta có hệ số truyền nhiệt của thiết bị: 2 3 1 2 1 1 1598,055(W / . ) 1 1 1 1,5.10 1 2298,486 60 6035,31 k m K Xét thêm bám bẩn và ta coi hệ số bám bẩn trong ống và ngoài ống lần lượt là: 0,000176; 0,000352 fi fo R R 3 1 2 2 1 1 1 1 1 1,5.10 1 0,000352 0,000176 2298,486 60 6035,31 866,731(W / . ) fo fi k R R m K Tính toán ống vỏ Chiều dài thiết bị giới hạn L max =5m chọn ống L=4m Khoảng cách vách ngăn B=0,25m vách ngăn bị cắt 25% Chọn cách sắp xếp ống song song bố trí hình vuông với bước ống p T =1 inch=25,4 mm *Tính chiều dài ống Nhiệt độ trung bình logarit ngược chiều: (29 25) (29 20) 6,166( ) 29 25 ln 29 20 o nc t C Ta có coi 0,9 3 2 . . . 208,6.10 43,37( ) . . 0,9.6,166.866,731 k nc k nc Q t F k Q F m t k 16 19 17,5( ) 2 2 i o tb d d d mm *Tính đường kính vỏ Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19 6 1 2 2 .( ) 0,637 o s CL F PR d D CPT L Ống xếp vuông góc nên CL=1 Giả sử số hành trình ống 2 p N thì CPT = 0,9 25,4 1,337 19 T o p PR d 1 2 3 2 1 43,37.1,337 .19.10 0,637 0,407( ) 0,9 4 s D m * Tính tổng số ống 2 2 2 2 2 3 2 0,9 0,407 0,785 0,785. . 181,36 182 ( ) . 1 1,337 .(19.10 ) s t o CTP D N CL PR d Tính tổn thất áp suất *Tính tổn thất áp suất phía vỏ Bố trí ống hình vuông nên đường kính thủy lực bằng 2 2 2 2 4 4 .19 4 25,4 4 24,23( ) .19 o T e o d p D d mm 25,4 19 6,4( ) T o C p d mm Mặt cắt ngang qua đường ống 3 2 . . 0,407.6,4.10 .0,25 0,0256( ) 0,0254 s s T D C B A m p Suy ra lưu lượng Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19 7 2 1 1,178 46,0156( / . ) 0,0256 s s g G kg m s A 3 6 . 46,0156.24,23.10 Re 5487,0 203,2.10 s e s G D Tổn thất áp suất 2 . .( 1). 2. . . s b s s e s f G N D p D Với 0,576 0,19lnRe 0,576 0,19ln5487,0 0,3465 s f e e 0,14 w s Nhiệt độ thành ống w 25,75 o t C tra bảng thông số vật lý của R134a ở thể lỏng 6 2 w 210,5.10 ( . / )N s m 0,14 6 6 203,2.10 0,995 210,5.10 s 4 1 1 15 0,25 b L N B 2 3 0,3465.46,0156 .(15 1).0,407 83,162( ) 2.1191,5.24,23.10 .0,995 s p Pa *Tính tổn thất áp suất phía ống 2 2 . . 4. 4. 2 p m t p i L N u p f N d Với 2 2 1 1 0,00617 (1,58lnRe 3,28) (1,58.ln25111,17 3,28) f 2 2 2 2 9,98 0,548( / ) . .0,016 182 . . 997,575. . 4 4 2 m i t p g u m s d N N Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19 8 2 4.2 997,575.0,548 4.0,00617 4.2 3046,686( ) 0,016 2 t p Pa Tính toán giá thành thiết bị * Tính khối lượng tổng số ống Khối lượng 1 ống 2 2 2 2 0,019 0,016 . . . 7800.4. . 2,573( ) 4 4 o i t thep d d m L kg Chọn vỏ là ống thép có OD/ID=0,42/0,41m, khối lượng vỏ 2 2 2 2 0,43 0,41 . . . 7800.4,5. . 463,129( ) 4 4 t thep s OD ID m L kg Khối lượng 1 vách ngăn: 2 2 2 2 0,41 182.0,019 .0,75 7800.0,75. . 0,003 1,411( ) 4 4 t o B thep ID N d m kg Ta có bảng giá thiết bị STT Chi tiết Số lượng Đơn giá (đồng/kg) Thành tiền (đồng) 1 Vỏ 1 20,500 8,440,000 2 Ống 182 20,200 10,640,000 3 Vách ngăn 15 14,000 300,000 4 Phụ kiện 3,000,000 22,380,000 Tổng giá trị của thiết bị ngưng tụ là 22,380,000 vnđ