Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT. 5.2 Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn cánh

Transcript

1 p. Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK p HCM 8/009 Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 5. Các ạng bài oán Truyền nhiệ ổng hợp 5. Tính oán hiế bị rao đổi nhiệ loại vách ngăn cánh a) Các p cơ bản để ính oán TB rao đổi nhiệ b) Độ chênh nhiệ độ rung bình c) Phương pháp hiệu suấ

2 ĐHBK p HCM 5. Các ạng bài oán ruyền nhiệ ổng hợp a) TRUYỀN NHIỆT UA VÁCH PHẲNG Xé vách phẳng lớp, ày δ, HSDN 8/009 Môi chấ nóng có, ; Môi chấ lạnh có, Bài oán kế hợp vừa đối lưu và ẫn nhiệ k( ) (W) hay q ( ) k (W/m ) Muốn ính q phải xác định HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT k (W/m.độ) p.

3 Tính hệ số ruyền nhiệ k ( ) ( ) ( ) δ (W) / / / / / / δ δ q (W/m ) Hệ số ruyền nhiệ / / / δ k (W/m.độ) Hoặc ính heo pp nhiệ rở ương đương: R đ q Δ với: R R R R đ δ (m.độ/w) Nhiệ độ bề mặ vách: q δ q q và Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK p HCM 8/009 p.3 p.3

4 b) TRUYỀN NHIỆT UA VÁCH TRỤ Xé vách rụ có chiều ài L, đường kính /. Môi chấ nóng rong ống có, HSTN Môi chấ lạnh bên ngoài có, HSTN Ta có: ( ) L π ln L π ( ) L π Nhiệ lượng ruyền cho m chiều ài ống là: ln ln q L π π π π π π Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK p HCM 8/009 p.4 p.4

5 ĐHBK p HCM 8/009 Hoặc ính heo pp nhiệ rở ương đương cho m ài ống: q L Δ R với: R đ R R R (m.độ/w) đ π ln π π Ngoài ra có hể ính q L heo hệ số ruyền nhiệ đường k L q L ( ) ln klπ với: k L (W/m.độ) CHÚ Ý: Đối với vách nhiều lớp: Sau khi có q L, có hể ính được, k L p.5 n ln i i i i n

6 Xeù moä VP aøy δ, HSDN. Moä beân ñöôïc laøm caùnh baèng vaä lieäu coù HSDN raá lôùn. Dieän ích BM khoâng laøm caùnh, beà maë coù caùnh (goàm caû phaàn caùnh vaø phaàn khoâng caùnh). ( ) ( ) ( ) δ (a) c) Truyền nhiệ qua vách có cánh Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK p HCM 8/009 p.6 p.6 Nhieä rôû cuïc boä: δ (b)

7 Coäng öøng veá cuûa (b) a coù Nhieä rôû oaøn phaàn: R δ Vaø ính ñöôïc : δ Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK p HCM 8/009 p.7 p.7 k ca δ ) (W K k ca ( ) (W) Cũng có hể viế: với: Hoặc neáu ính heo ñôn vò ieän ích BM khoâng caùnh hì: ( ) k q m W k δ với:

8 p.8 Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK p HCM 8/009 Nếu heo ñôn vò ieän ích BM coù caùnh hì: q ( W m ) ( ) k với k (W m K) δ Heä soá laøm caùnh : / β c.

9 p.9 Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK p HCM 8/ Tính oán hiế bị Trao đổi nhiệ loại vách ngăn cánh Giới hiệu TBTÑN loaïi vaùch ngaên cánh Caùc chaá aûi nhieä chuyeån ñoäng caùch bieä bôûi vaùch ngaên laø BMTN. TBTÑN LOAÏI VOÛ BOÏC CHUØM OÁNG (Tubes & Shell): coâng suaá nhoû: aïng oáng loàng oáng, CS lôùn: aïng voû boïc chuøm oáng (nhö sô ñoà)

10 ĐHBK p HCM 8/009 Tubes & Shell p.0

11 ĐHBK p HCM THIEÁT BÒ TRAO ÑOÅI NHIEÄT KIEÅU DAØN OÁNG COÙ CAÙNH 8/009 p.

12 ĐHBK p HCM 8/009 DÀN NGƯNG NH 3 TẠI NHÀ MÁY SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ p.

13 ĐHBK p HCM Nồi hơi công nghiệp 8/009 p.3

14 PHÂN LOẠI Theo hướng löu ñoäng cuûa oøng MC: löu ñoäng huaän chieàu, ngöôïc chieàu, caé nhau vaø löu ñoäng phöùc aïp Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK p HCM 8/009 p.4

15 ĐHBK p HCM a) CÁC PT CƠ BẢN ĐỂ TÍNH TOÁN NHIỆT TBTĐN LOẠI VÁCH NGĂN CÁNH Tính oaùn TBTÑN höôøng coù hai aïng: 8/009 - Tính hieá keá: xaùc ñònh (ôû cheá ñoä ñònh möùc). - Tính kieåm ra: xaùc minh, nhieä ñoä cuoái (nhieä ñoä ra) cuûa MC. phöông rình cô baûn: PT caân baèng nhieä vaø PT ruyeàn nhieä. Phöông rình caân baèng nhieä Boû qua TT nhieä ra moâi röôøng hì: nhaû nhaän Khi khoâng coù bieán ñoåi pha, acoù: ( ) G c ( ) G c (W) p p C Gc p : nhieä ung löu löôïng khoái löôïng (ñöông löôïng khoâng khí cuûa chaá loûng). p.5 C C δ δ MC naøo coù C lôùn hì nhieä ñoä bieán ñoåi í vaø ngöôïc laïi.

16 ĐHBK p HCM 8/009 Phöông rình ruyeàn nhieä Nhieä löôïng rao ñoåi qua phaân oá BM ruyeàn nhieä : ( ) k Δ k ( ) ñoä cheânh nhieä ñoä giöõa MC reân beà maë. Tích phaân reân oaøn beà maë : k Δ o heä soá k hay ñoåi í (k cons): Δ kδ : ñoä cheânh nhieä ñoä rung bình giöõa MCN vaø MCL. Δ Trò soá uøy huoäc vaøo sô ñoà chuyeån ñoäng cuûa caùc chaá loûng. Tính Δ p.6

17 ĐHBK p HCM 8/009 b) TÍNH ÑOÄ CHEÂNH NHIEÄT ÑOÄ TRUNG BÌNH CT chung cho caû löu ñoäng huaän chieàu laãn ngöôïc chieàu: Δ Δ max Δ Δ max ln Δ min min ΔΤ min ΔΤ max ΔΤmin ΔΤ max p.7

18 ĐHBK p HCM 8/009 max min Tröôøng hôïp (Δ max /Δ min < ) coù heå uøng: Δ ( Δ Δ ) Ñoái vôùi sô ñoà phöùc aïp: Δ ε Δ Δ ng Trong ñoù Δ ng ε Δ heo sô ñoà ngöôïc chieàu heä soá hieäu chænh Haøm ε Δ (P, R) ñöôïc laäp ñoà hò saün P δ δ max R δ δ p.8

19 ĐHBK p HCM 8/009 Heä soá hieäu chænh ε Δ (P, R) p.9

20 VD: Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK p HCM Caàn gia nhieä aàu G 000 kg/h öø 0 o C ñeán 80 o C baèng khoùi noùng coù 80 o C. Bieá 00 o C; k 35 W/(m K); c p, kj/(kgk); c p,3 kj/(kgk). Tính ieän ích TÑN () khi boá rí oøng chuyeån ñoäng ngöôïc chieàu. GIAÛI: Söû uïng PT TRUYEÀN NHIEÄT Cheânh leäch nhieä ñoä aïi hai ñaàu hieá bò: o C Δ min o C Δ max Δ Δ ln Ñoä cheânh nh/ñoä rung bình: Nhieä löôïng caáp cho aàu: G c p ( - ) 000.,3 (80 0)/3600 0, kw Vaäy kδ 0, / (0, ,),46 m p.0 Δ Δmax Δ kδ min ln 00 max min 8/009 o 36 C

21 ĐHBK p HCM 8/009 c) PHÖÔNG PHAÙP HIEÄU SUAÁT (phương pháp NTU) Tröôøng hôïp coù saün TBTĐN, bieá nhieä ñoä vaøo,, ieän ích vaø heä soá ruyeàn nhieä k (öôùc ính). Caàn xaùc ñònh, vaø Hieäu suaá TBTĐN: ε max Doøng nhieä ruyeàn qua hieá bò Doøng nhieä oái ña coùheå ruyeàn Doøng nhieä höïc ruyeàn rong hieá bò. max Doøng oái ña hay löôïng nhieä ruyeàn giaû hieá. với max min ( ) C max min ( ) ε εc p.

22 ĐHBK p HCM 8/009 Hieäu suaá TBTĐN laø haøm cuûa NTU vaø C* C min / C max : NTU k C min ε ( NTU, C NTU : laø ñôn vò chuyeån nhieä (Number o Transer Unis): * ) p.

23

24 VD: Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK p HCM 8/009 Thieá bò ñun nöôùc noùng baèng khoùi haûi öø ÑCÑT, loaïi löu ñoäng ngöôïc chieàu, coù caùc hoâng soá sau: Phía khoùi noùng: G 0,8 kg/s; c p, kj/(kgk); 450 o C. Phía nöôùc: G 3, kg/s; c p 4,8 kj/(kgk); 50 o C Dieän ích ruyeàn nhieä 5 m ; k 85 W/(m K). a) Haõy ính ; nhieä ñoä ra cuûa khoùi vaø nöôùc. b) Neáu ñoäng cô vaän haønh non aûi vôùi G * 0,5G, caùc ñieàu kieän ban ñaàu khaùc khoâng hay ñoåi hì nhieä löôïng rao ñoåi vaø nhieä ñoä nöôùc ra seõ laø bao nhieâu? GIAÛI: a) Tính vaø nhieä ñoä cuoái caùc chaá, uøng pp NTU Cheânh leäch nhieä ñoä aïi hai ñaàu hieá bò: C G c p 0,8., 0,896 kw/k C min C G c p 3,. 4,8 3,376 kw/k C max Nhieä löôïng ruyeàn cöïc ñaïi: max C min ( - ) 0,896 (450 50) 358,4 kw p.4

25 ĐHBK p HCM 8/009 * C C min C max 0,896 / 3,376 0,067 NTU k/c min / 896,4 Hieäu suaá hieá bò (ra ñoà hò): ε 0,7 Nhieä löôïng rao ñoåi: ε max 0,7. 358,4 58 kw Nhieä ñoä khoùi hoaù: Nhieä ñoä nöôùc ra: /C / 0,896 6 o C /C / 3,376 69,3 o C b) Neáu ñoäng cô vaän haønh non aûi vôùi G * 0,5G C min giaûm laàn -> C* giaûm laàn 0,033 NTU aêng laàn,84 max giaûm laàn HS ruyeàn nhieä luùc ñoù 0,9 Do vaäy: 0,9. 358,4 / 64,8 kw 50 64,8 / 3,376 6,3 o C p.5