Đang tải... (xem toàn văn)
BÁO CÁO NGHIÊN CỨU, ỐNG DẪN NGHIỆT
C HƯƠNG HƯƠNG HƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỐNG NHIỆT 1 Hướng nghiên cứu Năm 1944, Gaugler cấp sáng chế thiết bị truyền nhiệt nhẹ mà đường ống nhiệt Tuy nhiên, cơng nghệ thời kỳ trình bày khơng có nhu cầu rõ ràng cho thiết bị 1T nằm ngủ hai thập kỷ qua Ý tưởng sống lại kết nối với chương trình khơng gian, lần gợi ý Trefethen vào năm 1962 sau hình thức 1N ứng dụng sáng chế Wyatt 1N 1963 Cho đến Grover đồng nghiệp Phòng thí nghiệm Los Alamos khoa học độc lập phát minh khái niệm vào năm 1963 xây dựng nguyên mẫu động lực cung cấp cho công nghệ Grover đặt tên "ống nhiệt" nói, "Với số hạn chế định cách thức sử dụng, ống tản nhiệt coi hiệp đồng kỹ thuật cấu trúc mà 1s tương đương với loại vật liệu có độ dẫn nhiệt nhiều kim loại biết Ống nhiệt Grover xây dựng nước sử dụng chất lỏng làm việc theo sau ống dẫn nhiệt natri hoạt động 1100 ° K Cả nhiệt độ cao chế độ nhiệt độ môi trường xung quanh nhanh chóng khám phá nhiều người lao động lĩnh vực Đó khơng phải đến năm 1966 ống nhiệt đông lạnh phát triển Haskln Phòng thí nghiệm bay Air Force động Căn Không quân Wright-Patterson Khái niệm Nhiệt độ kiểm soát nhiệt ống dẫn điện biến đổi hay lần mô tả Hall of RCA ứng dụng sáng chế ngày Tháng 10 năm 1964 Tuy nhiên, ảnh hưởng chất khí khơng ngưng tụ thể ấn phẩm ban đầu Grover, ý nghĩa để đạt dẫn biến không immedlatly công nhận Trong năm lý thuyết công nghệ dẫn khí, dẫn nhiệt kiểm sốt biến nhiều tiến bộ, đặc biệt Bienert Brennan Dyn therm Marcus TRW Ngày 05/04/1967, lần trình diễn ống nhiệt tiến hành nhóm kỹ sư Phòng thí nghiệm khoa học Los Alamos Thành công chuyến bay thử nghiệm vượt qua ngần ngại ban đầu mà nhiều nhà thiết kế tàu vũ trụ có sử dụng công nghệ để giải vấn đề kiểm sốt nhiệt độ ln diện tàu vũ trụ Sau đó, ngày nhiều tàu vũ trụ dựa ống dẫn nhiệt, để kiểm soát nhiệt độ thành phần cá nhân toàn cấu trúc Qua ví dụ xu hướng OAO-C ATS-6 tàu vũ trụ Các ứng dụng bao gồm ống nhiệt Izers đẳng nhiệt cho I.U.E kiểm sốt nhiệt đường ống khí đốt CTS Một số loại khác dẫn cố định đường ống dẫn nhiệt biến phát triển đề xuất cho sứ mệnh tàu thoi khác bao gồm ống đựng nhiệt, LDEF Vật lý khí Cloud Lab Nhiệm vụ Galileo sử dụng ống dẫn nhiệt đồng / nước làm mát vây tản nhiệt Máy phát điện đồng vị selenua (SIG) cung cấp lượng cho tàu thăm dò Mộc Trong ngắn hạn, ống dẫn nhiệt nhận chấp nhận rộng rãi ngành công nghiệp hàng không vũ trụ Sớm phát triển ứng dụng mặt đất ống nhiệt tiến triển với tốc độ chậm muqh Năm 1968, RCA phát triển tản nhiệt ống dẫn nhiệt cho bóng bán dẫn sử dụng truyền máy bay Điều đại diện cho ứng dụng thương mại ống dẫn nhiệt Việc sử dụng đầu ống dẫn nhiệt để làm mát điện tử bị cấm chi phí cải thiện tối thiểu mật độ cơng suất tương đối thấp nhiều người số thành phần điện tử có sẵn Tuy nhiên, kể từ đó, "Năng lượng Crisis-được trải nghiệm sản xuất chi phí thấp" lực hấp dẫn hỗ trợ ống dẫn nhiệt "tiếp 1s ứng dụng đáng ý ổn định tầng đất đóng băng vĩnh cửu đường ống Alyeska Nhiệt ống nhiệt hệ thống phục hồi đại diện cho thị trường đáng kể mà 1s liên tục tăng trưởng nhu cầu nguồn lượng thay dẫn đến phát triển ống dẫn nhiệt sáng tạo Trung cấp nhiệt độ cao để thu lượng mặt trời khí hóa than Ngoài ra, đáng kể phát triển tiến hành để sử dụng ống dẫn nhiệt để làm tan băng đường cao tốc, cầu , đường băng sân bay Ngoài tiến thực từ ứng dụng khác nhau, nghiên cứu phát triển tiếp tục Cải thiện hình học phát triển đề xuất cho ống dẫn nhiệt trục rãnh Được phân loại bấc độ xốp chế tạo Một số kỹ thuật mồi cho thiết kế bấc động mạch bao gồm trút lá, Clausfus Claperon mồi C261 máy bay phản lực bơm assist, tiến hóa Kỹ thuật kiểm soát bao gồm diode chặn lỗ, điốt bẫy chất lỏng thiết bị chuyển mạch nhiệt, biến dẫn điều chế, hồ chứa hấp thụ khí hòa tan, phát triển Cuối cùng, kỹ thuật phân tích chương trình máy tính phát triển để dự đoán hiệu suất thiết lập thiết kế ống tản nhiệt cho nhiều người số hệ thống nói Về tài liệu, nhiệt Pl bảng e Oesioa Handbook cơng bố cho Tàu vũ trụ có người lái NASA Center, Houston 1N tháng năm 1972 Kể từ đó, ba ống nhiệt Hội nghị quốc tế thực hiện, tác giả hai sách ống dẫn nhiệt, nhiều báo viết đề tài Định nghĩa Một ống nhiệt thiết bị nhiệt đơn giản phận chuyển động mà chuyển lượng lớn nhiệt khoảng cách xa, nhiệt độ không đổi mà không yêu cầu lượng đầu vào Chu trình nhiệt đơng Theo phân tích ống nhiệt thơng thường, lượng nhiệt hấp thụ phần bay thh thường cho lượng nhiệt thải phần ngưng tụ tổn thất nhiệt vùng đoạn nhiệt Bởi ống nhiệt hoạt động chu tŕnh nhiệt động khép kín gây công hệ thống Vậy tổng lượng nhiệt thải phần ngưng tụ phải nhỏ tổng lượng nhiệt hấp thụ vùng bay Theo định luật nhiệt động học ta có: Trong phương tŕnh này: Tích phân vũng cụng cơng sinh thực chu tŕnh cần thiết để di chuyển chất lỏng ống nhiệt Với công sinh ra, nhiệt đầu vào phần bay phải hớn nhiệt thải phần ngưng tụ Bởi công không vượt đường bao hệ thống Nó sử dụng hết hệ chuyển đổi trở lại thành nội môi chất làm việc, tăng entropy phần ngưng tụ Bởi lư lượng nhiệt hấp thụ vùng bay thực tế phải lượng nhiệt thải vùng ngưng tụ cộng với lượng nhiệt tổn thất phần đoạn nhiệt Mặt khác, lượng nhiệt thải phần ngưng tụ phải lượng nhiệt chuyển môi chất cộng với lượng nhiệt phát độ nhít tạo chuyển động ngược dòng chất lỏng Hiệu suất nhiệt ống nhiệt: Năng lượng yêu cầu để đưa dũng mụi chất làm việc ống nhiệt theo biến đổi từ nhiệt thành công Theo định luật hai nhiệt động học Hiệu suất nhiệt ống nh động nhiệt thh giới hạn hiệu suất nhiệt chu tŕnh Carnot theo công thức sau: Trong đó: Th - nhiệt độ nguồn nóng, K; Tl – nhiệt độ nguồn lạnh, K; Trong trình ống nhiệt vận hành chênh lệch nhiệt độ vùng vùng ngưng tụ nhỏ, nên hiệu suất nhiệt bé Vậy hiệu suất ống nhiệt xác định: Công thực/nguồn nhiệt Cấu tạo nguyên lý làm việc 4.1 Cấu tạo ống nhiệt Một ống nhiệt bao gồm ba thành phần sau: - Vỏ (hay thùng chứa) - Bấc mao mạch - Mơi chất Hình Cấu tạo ống nhiệt Vỏ ống rỗng kín, lập chất lỏng hoạt động từ mơi trường bên ngồi trì khác biệt áp lực tường nó, cho phép truyền nhiệt diễn từ vào chất lỏng làm việc Bên tường container lót cấu trúc xốp, gọi cấu trúc mao mạch bấc Mục đích bấc để tạo áp lực mao mạch để vận chuyển chất lỏng làm việc từ bình ngưng thiết bị bay Cuối cùng, chất lỏng làm việc chứa container bấc cấu trúc Việc xem xét việc lựa chọn chất lỏng làm việc phù hợp hoạt động nhiệt độ Hầu hết đường ống sử dụng nước methanol/rượu chất lỏng làm việc 4.2 Nguyên lý làm việc Một đầu ống nhiệt gắn liền với nguồn nhiệt Khi nhiệt độ tăng lên đến nhiệt độ hoạt động mong muốn biến thành Khi chất lỏng bay lấp đầy trung tâm rỗng bấc, lây lan khắp đường ống nhiệt hướng tới kết thúc lạnh khác Ngưng tụ xảy nơi nhiệt độ chí thấp khu vực bốc Khi ngưng tụ, Hình Ngun lý hoạt động nhiệt có q trình bay chất lỏng làm việc cô đặc sau hút trở lại phần bay dọc theo cấu trúc bấc Chu kỳ nhiệt động lực học tiếp tục giúp trì nhiệt độ khơng đổi Gắn tản nhiệt phần ống nhiệt làm cho ngưng tụ diễn vào thời điểm nhiệt thiết lập mơ hình dòng chảy Mao dẫn bấc trả thiết bị bay (nguồn nhiệt) hoàn thành chu kỳ T P1 B P2 A C D S Hình Đồ thị T – s P1 : Áp suất phần sôi P2 : Áp suất phần ngưng Trong đó: AB-Q trình bốc vùng sơi mơi chất nhận nhiệt bên ngồi áp suất P1 BC - Quá trình chuyển động từ phần sôi tới phần ngưng, ma sát áp suất giảm từ P1 đến P2 ( áp suất phần ngưng ) CD - Quá trình ngưng tụ phần ngưng Mơi chất sẻ toả nhiệt bên ngồi tạo thành chất lỏng ngưng áp suất P2 DA - Quả trình chất lỏng chuyển động từ phần ngưng theo bề mặt ống nhiệt phần sôi nhờ lực khác Tại phần sôi chất lỏng sẻ đốt nóng lên đến nhiệt độ sơi q trình lặp lại Như xem môi chất ống nhiệt thực chu trình Bấc Cấu trúc bấc sử dụng ống dẫn nhiệt sản xuất: Rãnh Dây điện lưới Bột kim loại Sợi Chức bấc để tạo áp lực mao dẫn định hướng môi chất phân bố xung quanh khu vực thiết bị Hình 4: Một số loại bấc bay Nếu ống nhiệt để trả lại chất lỏng khoảng cách chống lại trọng lực lĩnh vực có lớn u cầu bấc Do có nhiều hình thức khác bấc phụ thuộc vào đường ống nhiệt vị trí để đáp ứng hai chức Một số hình thức bấc thể hình Mỗi đường ống cấu trúc nhiệt bấc có ưu điểm nhược điểm Khơng có ống dẫn nhiệt hồn hảo bấc Tham khảo Hình cho nhìn ngắn gọn thử nghiệm hiệu thực tế bốn ống dẫn nhiệt Mỗi ống cấu trúc nhiệt bấc có giới hạn riêng mao mạch Ống nhiệt rãnh có giới hạn thấp mao mạch, làm việc tốt điều kiện trọng lực hỗ trợ bình ngưng nằm thiết bị bay Hình 5a Hình 5b Hình 5a, 5b Kết thử ngiệm thực tế ống nhiệt với Cơ cấu Wick ngang dọc (Trọng lực hỗ trợ) định hướng khác Tỷ lệ từ thiết bị bay ống nhiệt bình ngưng bị chi phối khác biệt áp suất nước chúng Nó bị ảnh hưởng đường kính chiều dài ống nhiệt Trong ống nhiệt có đường kính lớn, cắt ngang khu vực cho phép cao khối lượng vận chuyển từ thiết bị bay ống nhiệt bình ngưng ống dẫn nhiệt đường kính nhỏ Diện tích mặt cắt ngang ống nhiệt chức trực tiếp cho giới hạn âm ống nhiệt giới hạn Hình Hiệu suất Groove nhiều ống đồng Wick nhiệt nước Hình 6, So sánh việc vận chuyển nhiệt ống dẫn nhiệt với đường kính khác Ngồi ra, nhiệt độ hoạt động ống nhiệt ảnh hưởng đến giới hạn âm Chúng ta thấy, Hình , ống dẫn nhiệt vận chuyển nhiệt nhiều nhiệt độ hoạt động cao Tỷ lệ ống tản nhiệt chất lỏng làm việc trở lại từ bình ngưng để thiết bị bay bị chi phối giới hạn mao mạch chức đối ứng chiều dài ống nhiệt Một ống nhiệt dài vận chuyển nhiệt so với đường ống nhiệt với chiều dài ngắn Trong Hình 6, đơn vị trục Y QmaxLeff (Wm) đại diện cho lượng nhiệt ống tản nhiệt mang chiều dài mét Nếu đường ống nhiệt nửa mét dài, mang khoảng hai lần theo cơng suất ống nhiệt mét dài Vì nhìn thấy, việc lựa chọn ống nhiệt thích hợp q trình phức tạp Đối với trợ giúp trình phần ống nhiệt, bạn tham khảo ý kiến với kỹ sư Enertron Bảng Đặc tính vật lý số cấu trúc bấc Kiểu Độ dẫn nhiệt (keff) Độ ( ∀) 10 xốp Bán kính Tính thẩm thấu (k) mao dẫn (rc) - Các ống nhiệt trọng trường có cánh đả ứng dụng có hiệu đẻ tận nhiệt thải từ nhà máy cơng nghệ hóa chất - Hút ẩm điều hòa nhiệt độ: Trong hệ thống điều hòa khơng khí, lạnh khơng khí qua cuộn dây làm mát (thiết bị bay hơi), độ ẩm ngưng tụ Ống nhiệt thiết kế để có phần dòng đến ấm áp khác dòng lạnh Bằng cách chuyển nhiệt từ khơng khí trở lại ấm áp khơng khí cung cấp lạnh, ống dẫn nhiệt tạo hiệu ứng đơi khơng khí làm mát trước vào thiết bị bay sau lại làm nóng lên Kích hoạt khác biệt nhiệt độ khơng có lượng tiêu thụ, ống nhiệt, hiệu ứng làm mát nó, cho phép dàn bay để hoạt động nhiệt độ thấp hơn, tăng khả loại bỏ độ ẩm hệ thống điều hòa khơng khí 50-100% Với độ ẩm tương đối thấp, tiện nghi nhà đạt cài đặt điều chỉnh nhiệt cao hơn, mà kết tiết kiệm lượng Trong công nghiệp Điện- Điện tử Ống nhiệt mao dẫn hình hợp ứng dụng có hiệu để làm mát linh kiện diện tử có cơng suất lớn:Nhiệt từ linh kiện điện tử truyền cho môi trường ống nhiệt tỏa qua cánh tỏa nhiệt gắn phần di ống nhiệt - Máy tính xách tay làm lạnh Nhiệt đường ống công nghệ ban đầu sử dụng cho ứng dụng không gian áp dụng để làm mát máy tính xách tay Đó lý tưởng, giải pháp hiệu chi phí Trọng lượng ánh sáng (thường 40 gram), hồ sơ nhỏ nhỏ gọn, 25 hoạt động thụ động nó, cho phép để đáp ứng yêu cầu khắt khe máy tính xách tay Đối với CPU watt với nhiệt độ môi trường khơng lớn 40 ° C cung cấp 6,25 ° C / watt điện trở nhiệt, cho phép xử lý chạy tốc độ đầy đủ theo điều kiện môi trường cách giữ cho trường hợp nhiệt độ 90 ° C Một đầu ống nhiệt gắn vào vi xử lý với mỏng, gắn clipon Khác gắn vào tản nhiệt, trường hợp này, bàn phím thiết kế đặc biệt RF chắn Phương pháp sử dụng phần có để giảm thiểu trọng lượng phức tạp Ống nhiệt gắn liền với thành phần vật lý khác phù hợp tản nhiệt để tiêu tan nhiệt (Xem hình ảnh bên máy tính xách tay) Vấn đề giải nhiệt cho thiết nhỏ gọn vấn đề cần phải ưu tiên giải hàng đầu cho kĩ sư thiết kế HDM-1 có giải pháp đơn giản hiệu cho vấn đề này: heat-sink giải nhiệt cho chip xử lý tiếp xúc trực tiếp với nắp kim loại hộp, nhờ diện tích lớn nắp hộp làm nơi tản nhiệt cách tự nhiên hiệu Khi tháo lắp nắp hộp HDM-1, Heat-sink có bề mặt tiếp xúc trực tiếp với vỏ máy Nhờ có thiết kế này, nhiệt lượng lớn sinh từ chip xử lý truyền lên vỏ máy, sờ tay vào nắp hộp, người sử dụng thấy chúng ấm sản phẩm khác, điều hồn tồn bình thường tốt cho HDM-1 - Máy tính xách tay nhiệt điều khiển Ống dẫn nhiệt chứng minh phương tiện trừ cung cấp kiểm sốt nhiệt máy tính xách tay Mobil máy tính hệ thống Ống dẫn nhiệt di chuyển tiêu tan CPU tạo nhiệt có chọn lọc tồn hệ thống mà 26 khơng ảnh hưởng đến nhiệt độ thành phần nhạy cảm Ống dẫn nhiệt thấp wattage (dưới 20 watt) có đầu vào tiêu chuẩn hóa đường ống dẫn nhiệt Kết nối với trao đổi nhiệt qua ống nhiệt có nhiều cấu hình để phù hợp với vị trí linh kiện, nhiều loại công suất tùy chọn fan hâm mộ Giải pháp nhiệt thường thiết kế với nhiều ống dẫn nhiệt, luồng khơng khí chun dụng khu vực đầu vào tối đa Vây ngăn xếp thường mở rộng hai mặt CPU Đầu vào tập tin đính kèm với CPU stand-off, ổ cắm chuyển đổi củng cố Các hệ điều hành 500MHz hình sử dụng hai sản phẩm nhiệt, ống dẫn nhiệt để chuyển nhiệt CPU (100 đến 300 watts) nội bên nguồn làm mát thứ hai Công suất đầu vào tạo từ nhiều CPU thành phần có nhiều ống dẫn nhiệt Nhiệt độ làm mát phạm vi sản lượng từ -0 ° C - 40 ° C Hệ thống đòi hỏi lập nhiệt tính tốn điểm sương Các ứng dụng khác: - Ống nhiệt trọng trường sử dụng việc chống đóng băng mặt đường cao tốc bãi dậu xe ôtô thay cho phương pháp củ => hạ giá thành: Người ta cấm đàu ống nhiệt xuống đất để lấy nhiệt, cón đầu đặt nằm ngang mặt đường tỏa nhiệt làm nóng mặt đường làm tan tuyết - Trong nghành ôtô, điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát động cơ, làm mát hay đốt nóng dầu xe,sưởi ấm cabin nhờ lượng nhiệt thải qua ống xả - Bào quản thực phẩm xe tải chở khơng có máy lạnh - Làm mát tường, trần nhà bê tong tòa nhà mùa hè - Làm lò bánh mì dùng nhiên liệu than, dầu, khí - Ống nhiệt ly tâm: Trục động có rơto rỗng bên (là ống nhiệt) chứa H2O, nước lấy nhiệt từ roto stato truyền qua cánh tải nhiệt => nhiệt thoát nhiều động không bị bụi bẩn 27 C HƯƠNG HƯƠNG HƯƠNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ ỐNG NHIỆT Bài tốn thiết kế Tính tốn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt để tận dụng khói thải đốt nóng khơng khí Biết lưu lượng khói V= 2268 m3/h, Chọn ống nhiệt trọng trường, môi chất nạp nước ống có cánh bên ngồi, tổng chiều dài L = 2m, ống thép không gỉ (hệ số dẫn nhiệt λ = 17.5W / m.K ) d2 = 27mm, d1 = 21mm, khoảng cách cánh t = 9mm, chiều dầy cánh δ = 1mm , đường kính cánh dc= 40mm, bước ống S1 = S2 = 70mm, chiều cao cánh h = 6.5mm ( h = dc − d2 ); t’khói = 3500C; t’’khói = 2500C; t’kk = 300C Cách giải thốn thiết kế 2.1 Tìm thơng số chung : ω max , β , tkhoi, tkk Từ bảng nhiệt dung riêng khói khơng khí ta thấy nhiệt dung riêng đẳng áp Cp khói gần kk, cho lưu lượng khói G1 = G2 Suy ra: Q1 = G1C P1 ∆t khoi = Q2 = G2 C P ∆t kk ' '' ∆t khoi = ∆t kk = t khoi − t khoi = 350 − 25 = 100 C Vậy nhiệt độ khơng khí sau đốt nóng t’’kk t kk'' = t kk' + 100 = 30 + 100 = 130 C - Nhiệt độ trung bình kk : tkk = 0.5.(30+130) = 800C - Nhiệt độ trung bình khói : tkhoi = 0.5.(350+250) = 3000C - Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình khói kk ∆t ∆t = t khoi − t kk = 300 − 80 = 220 C - Tốc độ khói kk vào thiết bị: ω= V 2268 = = 2.1m / s F 0.5 × 0.6 × 3600 V – lưu lượng khói F – diện tích mặt cặt ngang đường khói vào, chọn kích thước thiết kế vị trí (0.5*0.6) m2 - Tốc độ khói kk lớn qua khe hẹp cánh: ω ω max = d 2hδ c 1− + s1 s c s1 s c = t + δ c = + = 10mm ω max = 2.1 = 3.53[ m / s ] 27 × 6.5 × 1 1− + 70 × 10 70 Theo cách bố trí hình (phần sau đề cập đến) ta thấy hệ số tỏa nhiệt đối lưu khói α z gần α w ( α z ≈ α w ) β= Suy ra: αz ≈1 αw Ls = Ln = 2.2 L = 1m Tính cơng suất nhiệt tổng ống nhiệt QT Để xác định công suất nhiệt ống nhiệt trọng trường ta phải giải hệ phương trình sau: Q= (I) tz − tw ∆t = R E + Ri R E + Ri Q = 5,24.A.ξ ( t is − t in ) 0,75 = 5,24.A.ξ ∆t i 0, 75 ∆t i0, 25 Ri = 5,24 A.ξ Giải hệ phương trình phương pháp lặp: Bước 1: cho Ri = Suy công suất nhiệt ống nhiệt: ∆t ∆t ∆t = = = Re + Ri Re R z + Rvs + Rvn + Rw Q= ∆t de d ) ln( e ) di di 1 + + + α z F z 2π λ.Ls 2π λ Ln α z F w ln( Do chiều dài phần sôi phần ngưng Ls = Lw Suy ra: Fz = Fw Q= Tương đương: ∆t de ) di + α z F z 2π λ Ls × ln( Số cánh chiều dài phần sôi (ngưng): nc = - Lc = = 100 cánh S c 10.10 −3 Diện tích mặt ngồi ống phần sôi Fz Fz = F0 + Fc F0 = π d t.nc = 3.14 × 0.027 × 100 × 0.009 = 0.0763m πd c π d 2 .nc = π d c − d 2 nc = 0.5 × 3.14 × 0.04 − 0.027 × 100 = 0.1367 m Fc = 2. − ( ) ( ) Suy ra: Fz = Fw = 0.0763 + 0.1367 = 0.213m - Xác định hệ số tỏa nhiệt khói α z qua chùm ống nhiệt có cánh xác định với η c - hiệu suất cánh: α z = αc Fc Fz F ηc + Fz Khi ống đặt song song, hệ số tỏa nhiệt bề mặt cánh xác định: Nu f = 0.138 Re z 0.63 Re z = ω max d e vf F0 d + Fc de = Fc 2nc Fz ⇒ Re z = = 0.0763 × 0.027 + 0.1367 × 0.1367 × 100 0.213 = 0.0265[ m] 3.53 × 0.0265 = 2042.02 45.81 × 10 −6 Trong vf tra bảng thơng số vật lý khói t khoi = 300 C vf= 45.81 × 10-6 m2/s Ta tính Nu f = 0.138 × 2042.02 0.63 = 18.6 αc = Mà Nu f λ de = 18.6 × 4.84 × 10 −2 = 33.97 W/m2.K 0.0265 [trong λ tra bảng thông số vật lý, λ =4.84.10-2 W/m.K] Hiệu suất cánh η c xác định từ đồ thị hình 1.44 (trang 118, sgk Tính tốn thiết kế TB TĐ nhiệt – Bùi Hải) dc 0.04 = = 1.48 d 0.027 β= 2α c × 33.97 = = 62.31 λc δ c 17.5 × 0.001 40 − 27 (d c − d ) = = 6.5mm 2 β h = 62.31 × 6.5 × 10 −3 = 0.405 h= Tra bảng η = 0.925 Vậy hệ số tỏa nhiệt α z = αc - Fc Fz F η c + Fz 0.1367 0.0763 = 33.97 × 0.925 + = 32.33 W/m2.K 0.213 0.1367 Xác định hệ số α w αw = αc Fc Fw F η c + Fw Khi ống đặt song song, hệ số tỏa nhiệt bề mặt cánh xác định: Nu f = 0.138 Re w 0.63 ω max d e v d e = 0.0265[ m] 3.53 × 0.0265 ⇒ Re z = = 4656,3 21,09 × 10 −6 Re w = Trong vf tra bảng thơng số vật lý khói t kk = 80 C vkk = 21,09 × 10-6 m2/s Ta tính Nu w = 0.138 × 4656.30.63 = 28,2 Mà αc = Nu f λ de = 28.2 × 3.05 × 10 −2 = 32,6 W/m2.K 0.0265 [trong λ tra bảng thông số vật lý, λ = 3.05.10-2 W/m.K] Hiệu suất cánh η c xác định từ đồ thị hình 1.44 (trang 118, sgk Tính tốn thiết kế TB TĐ nhiệt – Bùi Hải) dc 0.04 = = 1.48 d 0.027 β= 2α c × 32,6 = = 61.04 λc δ c 17.5 × 0.001 40 − 27 (d c − d ) = = 6.5mm 2 β h = 61.04 × 6.5 × 10 −3 = 0.396 h= Tra bảng η = 0.925 Vậy hệ số tỏa nhiệt αw = αc Fc Fw F 0.1367 0.0763 η c + = 32.6 × 0.925 + = 31,03 W/m2.K Fw 0.213 0.1367 α w ≈ α z = 32.33 W/m2.K (Giả thiết ban đầu đúng) Vậy công suất ống nhiệt Q= ∆t d × ln( e ) di + α z F z 2π λ Ls = 300 − 80 0.027 ln 0.021 + 32.33 × 0.2131 × 3.14 × 17.5 = 746,1 W 0, 75 Bước 2: Xác định ∆t i , Ri (Q = 5,24.A.ξ ∆t i ) - Xác định A – hệ số kích thước ống nhiệt L L s n A = di L + L n /ϕ s 0, 75 1×1 = 0.021 1 + 0.44 0.75 = 0.0086 (với ϕ = 0,44 nước ) - Xác định hệ số ξ - hệ số tính chất vật lý môi chất nạp (nước) hệ số ξ xác định theo nhiệt độ làm việc ống nhiệt th th = t ns + t nn Do Rvs , Rvs nhỏ, suy ra: tns = tnn = th Q= (t khoi - t is ) R z + Rvs Suy ra: tis = tkhoi - Q.(Rz+Rvs) = 300 – 746,1 × (0,145 + 0,0023) = 190,1 0C Từ nhiệt độ th = 190,10C ta tra đồ thị hình 4.4 ta được: ξ = 7236,7 ***(do đồ khơng rõ nên ta sử dụng phương trình: y = -0.1413x2 + 45.732x + 3649.4 với x: nhiệt độ tis ;y: hệ số ξ , phương trình xác định từ đồ thị hình 4.4) - 0, 75 ∆ti = Q 5,24 A.ξ 746,1 0, 75 = 30C = 5,24.0,0086.7236,7 30, 25 ∆t i0, 25 Ri = = = 0,004 0K/W 5,24 A.ξ 5,24.0,0086.7236,7 Vậy tổng nhiệt trở R tính lại: R = RE + Ri = 0,295 + 0,004 = 0,299 0K/W Công suất nhiệt toàn ống nhiệt ∆t Qa = R = 300 − 80 0,299 = 735.8 W So sánh Q Qa: ∆Q = Q − Qa 746,1 − 735,8 = = 0,014 >10- Q 746,1 Sai số lớn nên ta tính lại kết theo phương pháp lặp : tis = tk - Q.(Rz+Rvs) = 300 – 735,8 × (0.145 + 0.0023) = 191,60C Từ nhiệt độ th = 191,60C ta tra được: ξ = 7224,4 Xác định ∆t2 , R2 Từ công thức Q = 5,24.A.ξ ∆t i 0,75 , 75 Suy ra: ∆ti = Q 5,24 A.ξ 735,8 0,75 = 2.970C = 5,24 × 0,0086 × 7224,4 2.97 0, 25 ∆t i0, 25 Ri = = = 0,0040K/W 5,24 A.ξ 5,24 × 0,0086 × 7224,4 Vậy tổng nhiệt trở R tính lại: R = RE + Ri = 0,295 + 0,004 = 0,299 0K/W Công suất nhiệt toàn ống nhiệt ∆t Qa = R = 300 − 80 0,299 = 735,8 W So sánh Q Qa: ∆Q = Q − Qa 735,8 − 735,8 = = < 10 -4 Q 735,8 Sai số nhỏ nên ta nhận Qa = 735,8 W 2.3 Giới hạn lôi ống nhiệt Để kiểm tra hoạt động ống nhiệt trọng trường ta phải tính cơng suất giới hạn (giới hạn lơi cuốn) ống nhiệt: ρ Q c.max = 0,64.Ah ρh Ah - Tiết diện dòng Ah = π d i 3,14.0,0212 = 0,00035 m2 = 4 g - Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 0,13 [ r σ g.ρ h ( ρ − ρ h ) ] , 25 Ở nhiệt độ th = 191.6 0C ta tra thơng số bão hồ khô chất lỏng sau: ρh - Khối lượng riêng hơi, ρh = 6,65 kg/m3 ρ - Khối lượng riêng nước, ρ = 873,4 kg/m3 σ - Hệ số sức căng bề mặt nước, σ = 395,5.10-4 N/m r - Nhiệt ẩn hoá nước, r = 1986,4kJ/kg Thay giá trị ta được: Qc max 873,4 = 0,64.0,00035. 6,65 0,13 [ × 1986,4 × 395,5.10 −4 × 9.81 × 6,65 2.( 873.4 − 6,65) ] 0, 25 = 9.3 kW So sánh Q Q c.max, ta nhận thấy Q < Q c.max , ống nhiệt hoạt động an tồn 2.4 Xác định lượng mơi chất nạp vào ống Lượng môi chất nạp vào ống xác định theo công thức : ξ= Vl 100, % Vs Trong đó: Vl - Thể tích chất lỏng nạp vào ống nhiệt Vs - Thể tích phần sơi ống nhiệt 2 d 0.021 Vs = π i × Ls = 3,14. × 100 = 3.462 m3 2 ξ - Lượng môi chất nạp, với nhiệt độ ống t h = 191,60C, ta chọn lượng nạp tối ưu ξtu = 50% Suy : Vl =ξ Vs = 0,50*3.462 = 1.731[lít] = 173,1 ml 2.5 Số ống nhiệt cần thiết Ta có: tkhoi = 300 0C, tra bảng thơng số vật lý khói ρ = 0.617[kg / m ] c p = 1.122[kJ / kg.đô] λ = 4.48.10 − [W / m.đô] v = 45.81.10 −6 [m / s ] Công suất nhiệt khói tỏa QT QT= V ρ Cp,(t”1 – t’1) = 2268 0,617.1,122.(350-250) = 43,61 kW 3600 43,61.10 Tổng số ống nhiệt: n= =59,26 735,8 Để đảm bảo công suất thiết bị hoạt động ổn định ta chọn thêm hệ số an tồn cơng suất thiết bị ϕ = 1,05 Vậy số ống nhiệt thiết bị n’= 59,26.1,05 = 62,23 Ta chọn n’= 63 ống nhiệt Nếu chọn số hàng ống Vậy số ống hàng m= 2.6 Mơ hình thiết bị 63 =7 dc d2 sc t’’2 = 1300C Khơng khí, t’2 = 300C Ls L Ln h Khói, t’1 = 3500C δc t t’’1 = 2500C ... nước ch ng Nó b nh hư ng đư ng k nh chiều dài ng nhiệt Trong ng nhiệt có đư ng k nh lớn, cắt ngang khu vực cho phép cao khối lư ng vận chuyển từ thiết b bay ng nhiệt b nh ng ng ng dẫn nhiệt... thiết b bay H nh 5a H nh 5b H nh 5a, 5b Kết thử ngiệm thực tế ng nhiệt với Cơ cấu Wick ngang dọc (Tr ng lực hỗ trợ) đ nh hư ng khác Tỷ lệ từ thiết b bay ng nhiệt b nh ng ng b chi phối khác biệt... – nhiệt độ nguồn l nh, K; Trong tr nh ng nhiệt vận h nh ch nh lệch nhiệt độ v ng v ng ng ng tụ nh , nên hiệu suất nhiệt b Vậy hiệu suất ng nhiệt xác đ nh: C ng thực/nguồn nhiệt Cấu tạo nguyên