Chuong 8 thiet bi trao doi nhiet

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

CHƯƠNG 8
THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

1. Truyền nhiệt phức tạp
2. Thiết bị trao đổi nhiệt
3. Phương pháp tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn:
•

Phương pháp độ chênh nhiệt độ trung bình logarit

•

Phương pháp hiệu suất ε - NTU
1

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

1. Truyền nhiệt phức tạp:
Khi các phương thức trao đổi nhiệt cơ bản diễn ra đồng thời

Dẫn nhiệt
Đối lưu
Bức xạ

2
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

2. Thiết bị trao đổi nhiệt:
Nhiệm vụ: đem nhiệt lượng của lưu chất nóng truyền cho lưu chất lạnh

3
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

4
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Chiều chuyển động của dòng lưu chất:

5
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

3. Phương pháp tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn:

a) Lưu chất chuyển

động cùng chiều
b) Lưu chất chuyển
động ngược chiều

6
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM



Ký hiệu cho lưu chất nóng



Ký hiệu cho lưu chất lạnh

G1, G2

Lưu lượng khối lượng của lưu chất nóng và lạnh, kg/s

cp1, cp2

Nhiệt dung riêng của lưu chất nóng và lạnh, kJ/(kg.K)

t’1, t’2

Nhiệt độ của lưu chất nóng và lạnh ở đầu vào, oC

t”1, t”2

Nhiệt độ của lưu chất nóng và lạnh ở đầu ra, oC

Phương trình cân bằng nhiệt:
Xét từng lưu chất:

Q = G1 ⋅ c p1 ⋅ (t '1 − t"1 ) = G 2 ⋅ c p 2 ⋅ (t"2 − t '2 )
Giữa hai lưu chất:

Q = ∫ k.F.∆t = k.F.∆t
F

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Quy trình Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt:
Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt có 2 loại bài tốn:
 Bài tốn thiết kế:
–

Biết G1, G2, cp1, cp2, t’1, t’2, t”1, t”2

–

(có thể tính t”1, t”2 có thể xác định từ pt cân bằng

nhiệt)

–

k : hệ số truyền nhiệt, dựa vào dạng bề mặt,quy luật
truyền nhiệt của lưu chất

–

Tính diện tích F: căn cứ theo yêu cầu công nghệ, quy
mô công nghệ  lựa chọn cấu trúc thiết bị, lựa chọn
vật liệu sử dụng…

–

Tính sức bền

–

Tính trở kháng thuỷ lực chọn bơm, quạt…

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Bài tốn kiểm tra:
–

Có sẵn thiết bị, cần phải kiểm tra xem có đạt u cầu
về năng lượng hay khơng?

–

Biết diện tích F, G1, G2, cp1, cp2, t’1, t’2

–

Biết hệ số truyền nhiệt k (xác định theo bề mặt truyền
nhiệt và quy luật truyền nhiệt)

–

Cần tính:
+ Tính nhiệt lượng truyền Q
+ Tính nhiệt độ của lưu chất ở đầu ra t”1, t”2

9
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

3.1 Phương pháp độ chênh nhiệt độ trung bình logarit
Q = ∫ k.F.∆t = k.F.∆t

Q
F=

k.∆t

F

- k Hệ số truyền nhiệt, xem là hằng số trên toàn diện tích trao đổi nhiệt F
-

∆t : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa lưu chất nóng và lưu chất lạnh.

Tính

∆t

???

10
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Trường hợp 1: lưu động cùng chiều và lưu động ngược chiều
∆t =

∆t max − ∆t min
∆t max
ln
∆t min

∆t min = Min [∆t a , ∆t b ]

Trong đó: 
∆t max = Max [∆t a , ∆t b ]
Cùng chiều

Ngược chiều

11
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

 Trường hợp 2: lưu động phức tạp

∆t tính theo sơ đồ lưu động song song ngược chiều có nhân thêm
hệ số hiệu chỉnh ε∆t

∆t = ε ∆t .∆t ng
ε∆t = f (P; R): Tra thông số theo đồ thị biễu diễn các quan hệ cho sẵn
Trong đó:

t"2 − t '2
t '1 − t"1
; R=
P=
t '1 − t '2
t"2 − t '2
12
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

13
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

14
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

3.2 Phương pháp hiệu suất ε - NTU
Hiệu quả truyền nhiệt của thiết bị
ε=

Nhiệt lượng thực tế truyền qua thiết bị
Nhiệt lượng lớn nhất truyền được

Q
C1 ⋅ (t'1 − t"1 )
C 2 ⋅ (t"2 − t' 2 )
=
ε=
=
Q max C min ⋅ (t'1 − t' 2 ) C min ⋅ (t'1 − t' 2 )
Trong ñoù:

Q = G1 ⋅ c p1 ⋅ (t '1 − t"1 ) = C1 ⋅ (t '1 − t"1 )

Q = G 2 ⋅ c p 2 ⋅ (t"2 − t '2 ) = C 2 ⋅ (t"2 − t '2 )

Q max = C min ⋅ (t '1 − t '2 )

C min = Min [C 2 , C1 ]

C max = Max [C 2 , C1 ]
15

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Hiệu quả truyền nhiệt ε là hàm số của những quan hệ sau:

ε = f (C, NTU )
C min

=
C

C max


 NTU = k F ⋅ F


C min

NTU: đơn vị chuyển nhiệt
Hàm f: là hàm phụ thuộc sơ đồ chuyển động của chất lỏng
nóng và lạnh trong thiết bị
16
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


17


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Tài liệu tham khảo:
1. Hoàng Đình Tín, truyền nhiệt và tính tốn thiết bị trao đổi
nhiệt, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2001
2. Hà Anh Tùng, Bài Giảng môn học truyền nhiệt, Trường Đại
học Bách Khoa TpHCM
3. Nguyễn Tồn Phong, Bài Giảng mơn học truyền nhiệt, Trường
Đại học Bách Khoa TpHCM
4. J.P.Holman, heat transfer, Ninth edition, Mc Grew Hill.
18
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

HẾT CHƯƠNG 8

19
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân