Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập 2 nguyễn bin, đỗ văn đài, long thanh hùng

% so TAY

QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT Bị
Ẳ -
CONG NGHẸ

HOA CHAT

so TAY
QUA TRINH VA THIET Bl■

CỊNG NGHỆ HĨA CHẤT

TẬP 2

(Sửa chửa và tái bản lần thứ' hai)
Hiệu đinh: |TS Trần Xoa, Pgs, TS Nguyền Trọng KhuôngỊ

TS Phạm Xuân Toản

NHÀ XUẤT BẨN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
HÀ NỘI

Tham gia biên soạn :
GS, TSKH Nguyễn Bin
PGS, TS Đỗ Văn Đài
KS Long Thanh Hùng
TS Dinh Văn Huỳnh
PGS, TS Nguyễn Trọng Khuông
TS Phan Văn Thơm
TS Phạm , Xuân Toàn

TS Trần Xoa

PHẦN THỬ BA

CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT

CHƯỚNG V

TRUYỀN NHIỆT

§1 . Q trình truyền nhiệt ổn đ|nh

1. Lượng nhiệt Q truyền qua tường phảng trong một giây khi K = const:

Q = K.r.ÃĨ? W; (V.l)

trong đó K - hệ số truyền nhiệt, w/m2.độ; F - diện tích bẽ mặt truyèn nhiệt, m2;
Át - hiệu số nhiệt độ trung binh, độ.

2. Nhiệt tài riêng (nhiệt lưu) qua tường phảng khi K = const:

q - Q/F = K. M = bt/R, ; (V.2)
mz

trong đo' R - tổng nhiệt trở của tưịng, m2.độ/w.

3. Tổng nhiệt trờ tính theo cơng thức:

1 n ỏi 1

R - — +rt+ V —- + r2 + —- , m2.độ/W; (V.3)

dị i = 1 Ấ-

trong đó ữp « - hệ số cấp nhiệt (ở hai phía của tường, giữa lưu thể và bề mật

tường), w/m2.độ; rp r1 - nhiệt trở cùa cận bấn ở hai phía của tường, m2.độ/W;

X Ồ/A - nhiệt trở của tưòng, m2.độ/W; ố - bề dày của tường, m; A - hệ số dẫn

nhiệt, w/m.độ.

Đổi với tường nhiều lớp có A khác nhau thì:

n ỗ' ỏ, đ, ỏ. ố„ m2.độ
i —L_ = _ịL +—2 + ... +-2- + ... +-2L , . (V.4)

Aị *2 Ân w

ở đây ổp ỏ2... - bề dày của các lớp tường, m; Ấp Ấ2... - hệ số dẫn nhiệt tương ứng,
w/m.độ.

4. Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức:

, w/m2.độ. (V.5)

3

Nhiệt trở của cận bấn bám trên bề mật truyèn nhiệt phụ thuộc vào tính chất,
nhiệt độ và tốc độ của chất tải nhiệt, phụ thuộc vào vật liệu làm bề mật truyền

nhiệt, nhiệt độ của mơi trường đun nóng và tính chất của cặn bẩn.

Số liệu chính xác của nhiệt trở phải xác định bảng thực nghiệm.
Giá trị nhiệt trở trung bỉnh của một số cặn bẩn cho ở bảng v.l.

lỉàng V.] Trị số nhiệt trờ trung bình của một số chất (28.521 ]

Chất r.103, m2.độ/w

Các chất bám trên bề mặt truyền nhiệt (be dày khoảng 0,5mm): 0,387
- Cặn bần 0,966
- CaCl2 0,966
- DHu nhờn (bề dày o,lmm) 0,483
- Dá vôi 0 193
- NaCt 0,290
- Nước đá
- Sắt sunfai 1,16
- Than cốc 0,828
Các chất tài nhiệt:
- Các sàn phầm dSu mỏ sạch, dầu nhờn, hơi các tác nhân làm lạnh 1,16
- Hơi các chất hữu cơ 0,116
- Hơi nước (lẫn dầu nhờn) 0,232
- Nước cất 0,116
- Nước sạch 0,232 - 0,464 , ■
- Nước thường (chưa sạch) 0,464 - 0,725 , '
- Nước bằn 0,725 - 0,966 v '

(1) ờ nhiệt độ thấp lấy tri số nhỏ, nhiệt độ cao lẩy tri số lớn.

Đối với các thiết bị lâu khơng được làm sạch, bị ăn mịn mạnh cũng như các

thiết bị làm việc trong điều kiện không tốt (ví dụ, tưới nước khơng đêu trong thiết
bị làm lạnh loại tưới sẽ co' một phần nước bay hơi, do đo' dễ dàng tạo thành cặn)
nhiệt trở của lớp cặn có thể đến 2,32.10“3m2.độ/W hoặc lớn hơn nữa.

5. Phương trình truyền nhiệt qua tường hình trụ nhièu lớp khi nhiệt trỏ không đổi:

Q = 7Cl.Ã7.L,W; (V.6)

trong đõ - hệ só truyền nhiệt của Im chiều dài ống, w/m.độ; L - chiều dài ống, m.

Hê số truyền nhiệt KL đối với tường hỉnh trụ có n lớp xác định theo công thức:

3,14

=—-----------------------------—---------------------------------------- ------ , w/m.độ; (V.7)

1 , rl , ị 1 . rf1+l r2 1

------- +—— + 2, -------- ■ *n — + —— + -----------

ardl rfi I =1 2Aj dị dn+1 a2dn+i

4

trong đó rp r2 - nhiệt trở của cặn ở phía trong và ngồi của ống, m2.độ/W; dỵ và
rfn+1 - đường kính trong và ngồi của ống, m; tíị, dj+1 - đường kính trong và ngồi
của mỗi lớp, m; Ấị - hệ số đản nhiệt của các lớp tương ứng, w/m.độ; ứp a2 - hệ
số cấp nhiệt, w/m2.độ.

Khi dị > 0,5 dn+J thi hệ số truyền nhiệt có thể tính theo cơng thức tường phẳng,

bề mật truyền nhiệt tính theo đường kính trung bình:

—J d,I + n+1
a —---------------- .

2

6. Hiệu số nhiệt độ trung bình khi lưu thể chuyển động thuận chiều và ngược

chiều:

— At. - At, (V.8)
At = —------- — , độ;

In —-
At2

trong dó Atị và At, - hiệu số nhiệt độ lớn và nhỏ giữa các chất tải nhiệt, độ.

KhiAt|/At2 < 2 thì hiệu só nhiệt độ trung bình có thể tính theo trung bình cộng:

__ (At. + At,) (V.9)
At = ——----- - , độ .

2

7. Khi hai lưu thể chun đơng chéo nhau hay chuyển động hỗn hợp thì hiệu
só nhiệt độ trung bình (củng nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối) sẽ bé hơn so với ngược
chiều và lớn hơn so với thuận chiều.

Hiệu số nhiệt độ trung bình xác định theo cơng thức:

At = EAtn, độ; (V.10)

trong đó Atn - hiệu số nhiệt độ trung bỉnh tính như đối với ngược chiều; £ - hệ số
hiệu chỉnh, phụ thuộc vào sơ đồ chuyển động cùa các chất tải nhiệt và phụ thuộc
vào các thơng số phụ R và p, trong đó:

T, - mức độ làm nguội dịng nóng

R =—------- = —- -----—----- —--------------------- (V.ll)

t, - tj mức độ đun nóng dịng nguội

t, - t. mức độ đun no'ng dòng nguội
p = -£ =----- ------ °-------—---- -— (V.12)

- tị hiệu sổ nhiệt độ đàu của hai dòng

Hệ số e xác định bằng đồ thị (tù hình V. 1 đến hỉnh V. 11). Khi các giá trị cần
thiết nằm ngoài giới hạn đõ thị, ta không thể dùng phương pháp ngoại suy đê’ giải
quyết được. Trong trường hợp này cần tách thành nhiều phần riêng biệt đê' tính,
trong đó nhiệt độ của hai lưu thể ở vùng quá độ từ xuôi chiều sang ngược chiều
phải xác định bằng phương pháp chọn lọc.

Trên các hình thể hiện sơ đồ chuyển động của hai lưu thể, tương ứng với nó là
quan hệ phụ thuộc:

5

f = f(P, R).

Trong tất cả các sơ đồ không qui định khơng gian chuyển động (trong ống hay
ngồi ống) của hai lưu thể.

Nếu nhiệt độ của một chất tài nhiệt không đổi (khi sôi hoậc ngưng tụ) thỉ tất
cả các dạng chuyển động (ngược, thuận, chéo dòng, hỗn hợp) đều như nhau.

Nếu sổ ngăn ở hai phía của bề mặt truyền nhiệt (trong ống hay ngồi ống) bàng
nhau thì tính At như trường hợp thuận chiêu hay ngược chiều đơn giản.

8. Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình của dòng chảy chéo nhau và dòng chảy
hỗn hợp bàng các cơng thức sau đây.

Đối với dịng chảy hồn hợp đơn giản nghỉa là khi phía ngồi ống co' một ngàn

cịn phía trong chia làm nhiều ngàn thl hiệu số nhiệt độ trung bình xác định theo

cơng thức sau:

— M

A'hh = ----- ỉ (V.13)
At. + At, + M

In —-------- —-------—

Atj + At2 - M

M = - r2)2 + (t2 - íÉ)2;

trong đó: Atp At2 - hiệu số nhiệt độ lớn và nhỏ khi chảy ngược chiều; Tp 7, -
nhiệt độ đầu và cuối của lưu thể nóng; tp t, - nhiệt độ đàu và cuối của lưu thể
nguội.

6

€

Hình V.4

Hình V.6
7

ỉ.
Hình V.7
Hình v.x

Hình V.10
8

Hình v.ll

Khi dịng chảy hỗn hợp có N ngân ở phía ngồi và số ngăn chản ở trong ống

thỉ hiệu sổ nhiệt độ trung bình tính theo cơng thức sau:

— M (V.14)
Azhh

= —í
At + M

N.ln ------------
At - M

Nr— Nr—
VAT + VAtj

trong đó At = (At. - At,) . -j-—! — (V.15)

vÃĨỊ - tVÃFz

Khi chảy chéo dịng đơn giản (khơng có ngàn) hiệu số nhiệt độ trung bình tính
theo cơng thức sau: (một dịng phân nhánh chảy trong chùm ống, dịng kia chảy
ngồi chùm ống).

(V.16)

trong đo' Att = Tị - T-, - hiệu só nhiệt độ của dòng chảy trong ống, °C; Atn = t2
- tj - hiệu số nhiệt độ của dịng chảy ngồi ống, °C; Atd = Tỵ - tị - hiệu số nhiệt
độ đầu của hai dịng nóng và lạnh, °C.

Không nên lấy nhiệt độ cuối của nưác làm lạnh lớn hơn 40 - 50°C để tránh kết
tủa một số mi hịa tan trong nước làm tảng chiều dày lớp cặn bần do đo' làm
táng nhiệt trở.

9. Nhiệt độ trung bình của các dịng chất tài nhiệt

Nhiệt độ trung bình của các dịng chất tải nhiệt xác định theo cơng thức sau:

khi Tị - T2 < t2 - t( thỉ:

T = (Tị - T2)/2 (V.17)

và t = T - Ãt; (V.18)

khi Tỵ - Tz > t2 - tj thì

t = (í, + í2)/2; (V.19)

9

và T = t + Ai; (V.20)

trong đó T và t - nhiệt độ trung bình của hai dịng, °C; At - hiệu số nhiệt độ trung
bình giữa hai dịng, xác định theo công thức (V.8).

Nếu nhiệt độ của một dịng khơng đổi, ví dụ khi ngưng tụ:

t = Tị - ÃT (V.21)

10. Khi tính tốn nhiệt ta thường coi hệ số truyền nhiệt và nhiệt dung riêng ít
thay đổi theo bề mặt truyền nhiệt và chấp nhận giá trị của chúng là không thay
đổi. Trường hợp các giá trị trên thay đổi nhiều theo bề mát truyền nhiệt thì phương
trình (V.l) viết thành dạng vi phân:

dQ = G.c.dt = K’ . dF. (T - í); (V.22)

trong do' G - lượng chất lỏng (khí), kg/s; c - nhiệt dung riêng của chất lỏng (khí),
J/kg.độ; F - bề mạt truyền nhiệt, m2; T, t - nhiệt độ của dõng nóng và dòng lạnh,

°C; K’ - hệ số truyền nhiệt ở thời điểm xác định, w/m2.độ.

Lấy tích phân phương trình (V.22) trong giới hạn từ nhiệt độ đầu Tị đến nhiệt
độ cuối T2 của dịng nóng:

c-dt (V.23)
F = G í -—-------- , m2.

ỉị K' . (T - t)
Giải phương trình này bàng phương pháp tích phân đồ thị.

§2 . Q trình truyền nhiệt khơng ốn định

11. Đun nóng. Khi dùng một chất lỏng khác chảy trong ống xốn hoặc trong
thiết bị có vỏ bọc ngoài dê’ đun một chất lỏng chứa trong thiết bị đo' thì nhiệt độ
cuối của chất lỏng nguội tăng dàn theo thời gian đun nóng.

Phương trình truyèn nhiệt trong trường hợp này có dạng: (V.24)
Q = K . F . Ã7đ . ĩ, J;

trong đõ K - hệ số truyền nhiệt w/m2.độ; F - bè mặt truyền nhiệt; m2; Atj - hiệu
số nhiệt dộ trung bình khi đun nóng, độ; hiệu số nhiệt độ trung bình khi đun nóng
tỉnh theo cơng thức:

In ------ L
T1 - t2

ở đây A = (Tj - t}l{T2 - 0; t - nhiệt độ cùa chất lỏng được đun no'ng ở thời điểm
nào đo', °C. Đối với cả quá trình truyền nhiệt, nghỉa là sau thời gian đun no'ng T
thì t =

Nhiệt độ cuối trung bình của chắt lỏng nóng tỉnh theo cơng thức: (V.26)
T2 = T, - Ã7d.lnA.

Xác định lượng chất lỏng nóng dùng để đun từ phương trình cân bàng nhiệt:

10

Q = Gị . ct(í2 - íj) = Gđ.cd (Tị - T2); (V.27)

trong đo' Gp Gđ - lượng chất lỏng lạnh và nóng, kg; Cị, cđ - nhiệt dung riêng tương
ứng, J/kg.độ.

12. Làm ngi. Nếu chất lịng nóng chứa trong thiết bị được làm nguội từ nhiệt
độ Tị đến T? bầng một chất lỏng lạnh chảy trong ổng xoắn hoặc vỏ bọc ngồi cùa
thiết bị thì nhiệt độ cuối của chất lòng lạnh sẽ giảm dàn theo sự giảm nhiệt độ
của chất lỏng no'ng trong thiết bị. Nhiệt độ cuối của chất lòng lạnh sau thời gian
làm nguội ỉ là tỵ.

Phương trinh truyên nhiệt trong trường hợp này có dạng: (V.28)
Q = K . FÃivĩ, J;

trong đó K - hệ số truyền nhiệt, w/m2.độ; F - bè mặt truyền nhiệt, m2; A/j - hiệu

sổ nhiệt độ trung bính khi làm nguội gián đoạn:

_ T. - T, a- 1
Ai. =—!---- — . ------ - , độ; (V.29)

T. - í, A.lnA

In -----—

r2 - tị

ỏ đày A - đại lượng khơng đổi trong tồn bộ q trình truyền nhiệt. Ị thời điểm
nào đo' ứng với nhiệt độ T của chất lịng được làm ngi, đại lượng A được xác
định như sau:

A = ; (V.30)

T- t2

khi tính bề mật truyền nhiệt lấy T = 7\ là nhiệt độ cuối của chất lòng càn làm nguội.

Nhiệt, độ cuối trung bỉnh của chất lòng lạnh:

ỉ2 = í; + Aij.lnA. (V.31)

Lượng chất lịng lạnh xác định từ phương trình cân bàng nhiệt. (V.32)
Q = G^c^Tị - T2) = Gvcv(t2 -

Các ký hiệu xem cơng thức (V.27).

§3 . Các chuẩn sổ địng dạng trong quá trình cáp nhiệt

13. Chuẩn số Nuyxen: đặc trưng cho cường độ cấp nhiệt trên biên giới tiếp xúc
giữa dòng chất tải nhiệt và bề mặt cấp nhiệt

Nu = (a.l)/Â; (V.33)

trong đo' a - hệ số cấp nhiệt, w/m2.độ; ỉ - kích thước hình học chủ yếu, m; Ấ - hệ
số dẫn nhiệt của chất lỏng, w/m2.độ.

14. Chuẩn số chuyển pha: dặc trưng cho quá trình truyền nhiệt của một chất

khi chuyển pha ồ nhiệt độ hơi bão hòa:

r (V.34)
K =-------- ;

Cp.Aí

11

trong đo' r - ắn nhiệt ngưng tụ, J/kg; At - hiệu số nhiệt độ giưa hơi bão hòa và
bề mặt truyền nhiệt, độ; Cp - nhiệt đung riêng của chất lịng ngưng, J/kg.độ.

15. Chuẩn sơ' Pran:

V (V.35)

Pr = —
a -Ấ

Chuẩn số này đậc trưng cho

tính chất vật lý của dòng chãt

120—\ -700 tải nhiệt, trong đó

ị-500
110— Ấ ’
-400
100- \-300 a =-------hệ số dẵn nhiệt độ, m2/s;

cp.p

36 200 V —---------độ nhớt động lực học của
p
00— 1 100
o chất tải nhiệt m2/s; ụ- độ nhớt
70— động,N.s/m , ; p - khối lượng
2 t50 riêng, kg/m3; Cp - nhiệt dung
50- o riêng đảng áp. J/kg.độ.

40— \-3ữ Có thể xác định chuẩn số
Pran bằng toán đồ (trên h.v.12).
20 3o 20
10 Cách dùng. Ví dụ, tỉm chuẩn
0- í:í. lOOfr- só Pr của axit axetic 50% ở nhiệt
-10- độ 20°C tiến hành như sau. Tìm
2- trong bảng dưới đây ta thấy axit
12° ' axetic 50% ứng với điểm 9 trên
toán đồ. Nói điểm 9 với điểm 20
/«o trên cột nhiệt độ. Đường thảng
này cắt cột bên phải ở điểm có
I6°s giá trị 20. Đó là giá trị chuẩn số
17 Pr cùa axit axetic 50% mà ta
-10 mn tìm.

20 16 022

’-5

2^262? L*

ọ

30 ~2

Hình V.12. (iiá trị chuần số Pr của một số chăt lỏng

Tên chất . Ị Tên Cbấc Điềm

Điềm

Amyl axetat 31 Etyl iođua 27

Amoniac 14 Glycol 36

Anihn 5 Glyxerin 6

Axeton 25 Heptan 32

Axit axctic 100% 15 Xilèn 19

Axit axetlc 50% 9 Nước 17

Axtl clohiđric 21 Octan

12

Tên chất Điềm Tên chất Điềm

Axil sunfuric 111% 1 Pentan 26
Axil sunfuric 98% 2 Rượu butylic 11
Axil sunfunc 60% 4 Rượu etylic 100% 13
Benzen 22 Rượu ctylic 50% 8
C.lobenzcn 35 Rượu izoamylic 3
Canxi clorua 16 Rượu izopropylic 7
Natri clorua 12 Rượu metylic 100% 20
Clorofom 34 Rượu metylic 40% 10
Etcdictyl 28 Cacbon sunfua 30
F.tyl axetat 24 Tolucn 23
Ely) bromua 29 Cxtcbon tetraclorua 18

16. Chuần số Râynôn:

C1J.L tu.l.p

Re =— =—— ; (V.36)

V p

đặc trưng cho tương quan giữa lực ỳ và lực ma sát ph&n tử trong dịng.

17. Chuẩn só Frut: (V.37)

cu2
Fr =— ;

g I

đặc trưng cho tỷ số giữa lực ỳ và trọng lực trong dòng.

18. Chuẩn số Galilê:

Re2 g.l3 g-P-p2 (V.38)

Ga =— = ;
Fr V2 p2

đặc trưng cho tương quan giữa lực ma sát phân tử và trọng lực trong dòng.

19. Chuẩn số Gratkov:

g - l3- g . z3 , p2 . /?.Aí

Gr = Ga.p.ĩxt =-■ -- ------- = ----------- —- --------- ; (V.39)

V2 p2

đặc trưng cho tác dụng tương hỗ của lực ma sát phân tử và lực nâng do sự chênh
lệch khối lượng riêng ở các điểm có nhiệt độ khác nhau của dịng.

Trong các công thức (V.36) -ỉ- (V.39): cu - tốc độ của dịng, m/s; l - kích thước hình
học chủ yếu, m; p - khối lượng riêng, kg/m3; p - độ nhớt (hệ số nhớt) động lực, N.s/m2;
V - độ nhớt động học, m2/s; g - gia tốc trọng trường g = 9,8m/s2; ộ - hệ số dân nở thê'
tích, độ’1; Aí - hiệu số nhiệt độ giữa bề mật trao đổi nhiệt và dịng, độ.

§4 . Cấp nhiệt khi dòng chảy cưởng bức

a) Chẽ độ chảy xoáy (rối)
20. Cấp nhiệt khi dịng chảy xốy trong ống hoặc rành thảng (Re > 10 000)

13

tính theo cồng thức:

Pr

Nu = 0,021c. J?e0 8.Pr0-43 ( — )0-25 ; (V.40)

Prt

trong đo' Pr{ - chuẩn số Pran của dòng tính theo nhiệt độ trung bình của tường,

các thơng số khác tính theo nhiệt độ trung bình của dịng; Cị - hệ số hiệu chỉnh

tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài l và đường kính d của ống. Trị số

cho trong bảng V.2.

/0000- z 600 - Nu
500^1
400-i 100000
80000
300 60000
50000
40000

30000

20000

200001 10000
8000
30000-^ 6000
3000
40000 -I 4000
50000 -Ị 3000

6OOOƠ —= - 2000

70000 -I 10 1000
80000 -1 800
2 600
30000-^ 1 500
WOOOO— 400
0.5 300
200000^
lự ZOO
300000-^ 0.1^

400000%
500000-ĩ
600000
700000- =
800000—%
900000-^
1000000-^

Hình V.13. Tốn đồ đề xác định hệ số cáp nhiệt trong ống thảng {Re > 104; íị = 1)
14

Nếu ống khơng trịn thỉ thay đường kính bằng đường kính tương đương:
dld = 4/7n , m;

trong đó f • thiết diện dòng chảy, m2; n - chu vi thấm ướt của dòng, m.

Bảng V.2. Trj số «1 troog cơng thức (V.40) J21.99, 40.558]

Ud

Re 1 2 5 10 15 20 30 40 50

Đến 2000 1,90 1,70 1,44 138 1,18 1,13 1,05 1,02 1
L104
2.104 1,65 1,50 134 1,23 1,17 1,13 1,07 1,03 1
5.104
LI05 ựl 1,40 1,27 1,18 1,13 1,10 1,05 102 1
L106
134 1,27 1,18 1,13 1,10 1,08 1,04 1,02 1

128 1,22 1,15 1,10 1,08 1,06 1,03 1,02 1

1,14 1,11 1,08 1,05 1,04 1,03 1,02 101 1

Ghi chú: Cơng thức (V.40) tinh cho các ổng cố hình dang mặt cắt bát kỳ như: trịn, vng, chữ nhật, tam
giác, vành khăn (d2/d{ = 1 -ỉ- 5,6), rânh (đ/6 = 1 -ỉ- 40) và khi dịng chảy dọc phía ngồi chùm ống.

Ănh hưởng về hướng của dịng nhiệt (đun nóng hoặc làm nguội) được tính bảng
tỉ số Pr/Prc

Khi chênh lệch nhiệt độ giữa tường và dịng nhỏ thl (Pr/Pr( )0,25« 1. Từ toán đồ
(h.v.12) ta thấy rằng khi nhiệt độ tăng thỉ Pr của chất lỏng giọt giảm, do đó đối với
các chất lỏng giọt khi đun no'ng có PrìPr{ > 1 và khi làm nguội co' Pr!Pry < 1. Công
thức (V.40) có thể xác định bằng tốn đồ (h.v.13).

Cách dùng. Nễ một đường thảng qua hai điểm ứng với Pr và Pr/Prt ta xác định
được điểm A trên cột /3. Vẽ một đường thảng qua hai điểm ứng với Re và A, đường
thảng này cất cột Nu tại một điểm, điểm đó ứng với giá trị Nu ta muốn tìm.

21. Đối với các chất khí cơng thức (V.40) có dạng đơn giản hơn, vì nếu co' cùng
sổ nguyên tử và ở áp suãt không cao lám Pr là một đại lượng gần như không đổi,
không phụ thuộc vào áp suẫt và nhiệt độ, (-Pr/P^ichi “ ỉ-

Trị số gàn đúng của Pr đới với khí:

khí một nguyên tử 0,67

khí hai nguyên tử 0,72

khí ba nguyên tử 0,80

khí nhiều nguyên tử 1,0

Trị số chính xác của Pr đối với khơng khí cho trong bảng V.3.

Như vậy cơng thức (V.40) đổi với khí có dạng đơn giản như sau:

Nu = c. Eị. «e°'8; (V.41)

15

filing V.3. Trị số Pr cùa khơng khí khơ à p = 760 mmHg [40.561)

í,°C Pr ị /,°c Pr r,°c Pr

- 50 0,728 40 0,699 160 0,682
- 40 0698
• 50 b,728 50 0,696 180 0,681
- 20 0,694
■ 10 0,723 60 0,692 200 0,680
0690
0 0,716 70 0688 250 0,677
10 0,686
20 0,712 80 0,684 300 0,674
30
0707 90 350 0,676

0,705 100 400 0,678

0703 120 500 0,687

0701 140 600 0,699

ị

vi dụ, đôi với khơng khí:

Nu = 0,018 . í^.Pe0'8 . (V.42)

22. Cơng thức (V.40) dùng để tính a cho ống thảng, đối với ống xốn a cũng
tính theo (V.40), nhưng cần nhản thêm hệ sổ hiệu chỉnh x:

X = 1 + 3,54. d/D; (V.43)

trong đd d - đường kính trong cùa ống xoắn, m; D - đường kính của vịng xốn,
m. Thơng thường các ống xốn trun nhiệt co' chiêu dài lớn nên sức cản thủy lực
lớn. Người ta thường chọn tốc độ chất tải nhiệt khoảng 0,3 - 0,8m/s (cho chát
lịng) và 3 - 10 kg/m2.s (cho chất khí ỏ áp suất khí quyển)

b) Chẽ đơ chảy quá đô

23. Khi chảy quá độ (2300 < Re < 10000) quá trình cấp nhiệt phụ thuộc nhiều

ngun nhân, vì vậy khơng có cơng thức tính chính xác. Để tính gần đúng ta có

thể dùng công thức sau:

Pr (V.44)
Nu - Ếo.ErPr0'43 ( — )0.25

Prt
hệ số k(ì phụ thuộc Re:

Re 2200 2300 2400 2500 3000 4000 5000 6000 8000 10000

2,2 3,3 3,8 4,4 6,0 15,0 15,5 197 27 33,3

£| cũng tra theo bảng V.2.

Dơn giản hơn ta cũng có thể dùng công thức gàn đúng sau:

Nu = 0,008Pe0-8.Pr0-43 (V.44a)

Nhiệt độ xác định để tính các thơng số vật lý là nhiệt độ trung bình của chẫt
lỏng; kích thước hình học xác định là đường kính tương đương d J xem cơng thức
(V.40)],

lơ

c) Chẽ đỏ chày dòng

24. Trong điêu kiện không đẳng nhiệt sự chuyển động song song và thành tia
của địng chảy khơng tồn tại vì có xuất hiện hiện tượng đối lưu tự nhiên làm cho
dòng chảy bị rói loạn, sự rối loạn này phụ thuộc cách sáp xếp của óng (nằm ngang
hoặc thảng đứng), phụ thuộc chiều chuyển động của dòng: ngược hoặc cùng chiều
nhau giữa chuyển động tự nhiên và chuyển động cưỡng bức v.v. Tính tốn chính
xác về ảnh hưởng của các yếu tố này rất khó. Dê’ tính tốn thực tế khi 10 < Re
< 2000 ta ứng dụng công thức gân đúng sau:

Nu = O,15ep.Reo’33.Pro-43.Gr0'2. (Pr/Pr,)®'25 ; (V.45)

adtđ „ „ gđ^^; Cu

trong đó Nu =---- — ; Re =-----— ; Gr =----- —----- ; Pr =---- — ; ổ - hệ số dản nở

A V ụ2 Ả

thể tích, 1/độ; A/ - hiệu số nhiệt độ giữa chất lỏng và tường (hoặc ngược lại), độ; tị -

hệ số hiệu chinh tra theo bảng V.2. Các thơng số vật lý tính theo nhiệt độ của mặt

tường tiếp xúc với dòng cho Pr( và nhiệt độ trung bình của dịng cho các chuẩn số khác.

Cẵp nhiệt ở chế độ chảy dịng trong óng dẫn thảng và kênh máng (Re < 2300)
cịn có thể tính theo cơng thức sau đây:

a) Khi ảnh hưởng của đối lưu tự nhiên khơng rõ rệt, khi đó Gr << AReNu với
Re > 10 và L/d > 10 thỉ có thể tính theo cơng thức sau:

Nu = 1,4

trong đó L - chiêu dài ống, m.

Nhiệt độ xác định là
nhiệt độ trung bình của
chăt lỏng, kích thước xác
định là đường kính ống
hoặc chiều rộng cùa kênh
máng.

Công thức <^y.46a) chỉ
áp dụng khi Re— Pr 5/6> 15

Nếu Re Prĩ/b < 15 thi

nên dùng công thức gần
đúng sau đây:

Pr
Nu = 4 (— )°’25 (V.46b)

^t

b) Khi Gr > 4 Re Nu chiêu); 2- õng nằm ngang; 3- ống thẳng đứng (hướng chuyền động
nghĩa là ảnh hưởng cùa đối tự do và cưởng bức ngược chiêu);/1-/1-khơng có chuyền động tự do
lưu tự nhiên đã rõ rệt.
Trong trường hợp này thì
nên xác định chuẩn số Nu

17

2.STQT /T2-A

theo đồ thị (hlnh V.14). Bồ thị xây dựng trên cơ sở sô liệu thực nghiệm với khoảng
giá trị Gr.Pr = (8 -ỉ- 25).10 s. Các thông sổ vật lý lấy ở nhiệt đơ lớp biên bằng 0,5
^lỏng + 2tng)’ Phép tính sẽ được đơn giản hóa nếu tích số Re.Pr L/d = (ajd2)/aL
(a - hệ số dẫn nhiệt độ) gần như không đổi trong phạm vi nhiệt độ thay đổi không
lớn

Trên hlnh V. 14 đường A - A xây dựng theo phương trình Nu = 1,4 (Re Pr d/L)0,i
rất gàn với phương trình (V.46a) khi (Pr/Prt)0,25 = 1.

25. Dối với nước cơng thức (V.45) có dạng:

w0,33 AÍO.1

a = A ----- —— -------- (PrlPr)0,25 . w/m2.độ; (V.46c)

W0.37 1
a tù 1 :

trị số cùa A phụ thuộc nhiệt độ trung binh của nước tK:

ínc 10 20 30 40 60 80 100 200
A 144 166 183 193 .208 221 230 251

§5. Cắp nhiệt khi dịng cháy cưởng bức ở phía ngồi chùm ống

26. Hệ só cấp nhiệt từ dăy thứ ba trở đi (khi dịng chảy khơng song song bao
phía ngồi chùm ống xếp thảng hàng) co' thể tính theo cơng thức:

Nu = O,23.£^.fíeo<,5Pr0'33 (Pr/Pr()0’25 . (V.47)

27. Đối với chùm ống xếp xen kẽ có thể xác định hệ sổ cấp nhiệt từ dãy thứ ba
và các dăy sau theo công thức:

Nu « 0,41.e .Ke<,'6Pr0'3Wr)0-25 (V.48)

Các thông số vật lý trong các chuẩn số tính theo nhiệt độ trung bình của dịng,
Prt tính theo nhiệt độ cùa bề mặt tường phía tiếp xúc với dịng. Kích thước hình
học trong các chuẩn số láy theo đường kính ngồi của ống. Tốc độ của dịng trong
chuẩn số Re tính theo mạt cát hẹp nhất của chùm ống. Khoảng cách tương đổi
giữa các ống thực tế không co' ảnh hưởng đến quá trinh cấp nhiệt.

28. Hệ sỗ £ tính đến ảnh hưởng của góc tới

dịng và đường trục của ống, xem hỉnh V. 15) có trị số như sau:

e
1 1 0,98 0,94 0,88 0,78 0,67 0,52 0,42

Các công thức (V.47) và (V.48) ứng dụng trong phạm vi ■
Re = 200 - 2.105 cho mọi chất lỏng và khí. s'
Hình V.1S. Góc tớl
29. Trị số a đối với dãy thứ nhất của chũm ống cũng xác
định theo cồng thức (V.47) và (V.48) rồi nhân thêm với hệ
sô hiệu chỉnh £a = 0,60; đối với dãy thứ hai xếp thẳng hàng
ea = 0,90; xếp xen kẽ ea = 0,70.

30. Hệ số cấp nhiệt trung bỉnh của chùm ống xác định
theo công thức sau:

18

2.STQT /T2-B

ô1F1 + a2F2 + a3F3 * ããã . (V.49)
Fj + F2 + F3 + ...
a<:h "

trong đó a J, a2, ay.. - hệ số cáp nhiệt của mỏi dày, Fp Fj, Fy.. - bề mặt truyền

nhiệt của các dăy tương ứng.

Khi số dày lớn thi «ch ~ ay
31. Đối với khí cơng thức (V.47) và (V.48) đơn giản hơn.

Đối với khơng khí khi ống xếp thảng hàng: (V.50)

Nu = 0,21.ựKe°’65;

khi ống xếp xen kẽ:

Nu = 0,37.^/ỉe0-60. (V.51)

32. Dòng chảy bên ngồi chùm ống có tấm chán chia ngân. Các tăm chán có
thể là hình viên phân, hình trịn hay hỉnh vành khăn (h. V.16).

Trong trường hợp này hệ số cẫp nhiệt xác định theo phương trình:

Nu = C.D(d0-6 . «e0-6 . Pr0,33. Ợ
trong đó hệ số c phụ thuộc dạng tấm chán, tấm chán hình viên phân c — 1,72,
hlnh vành khan c = 2,08; ơ|d - đường kính tương đương ở phía ngồi ống; Pi -
độ nhớt động lực của dịng tính theo nhiệt độ của
bề mật Ống tiếp xúc với dòng; các thơng số vật lý
cịn lại tính theo nhiệt độ trung bình của dịng.
Tốc độ của dịng co trong chuẩn số Re tính theo
mặt cát hữu ích, diện tích mạt cát này được xác
định theo công thức sau:

F = /f, . F2, m2; (V.53)

trong đó Fị - bê mật tiết diện tự do để chất lỏng
chảy qua lúc vng góc với chùm ống, m2; F, -
bề mạt tiết diện tự do ở vị trí có tấm chán (khơng
tính tiết diện bị các ống chiếm), m2.

Đổi với tấm chán hình viên phân: (V.54) Hình V. 16. Chùm ống có chia ngăn

Fị = hD(ỉ - d/í); (V.55) ngoài:

Đối với tấm chán hỉnh vành khân: I- tấm chắn hình viên phán;
F, = jr.Dlb.A(l - d/i); II-tấm chắn hình trịn và vành khàn

trong đó D - đường kính trong của thiết bị, m; h - thoảng cách giữa các tấm chán
m; t - bước ống, m; d - đường kính ngồi của ống, m; z?lb = Dị + D2/2; Dị -
đường kính trong của tấm chán hỉnh vành khăn; D-, - đường kính của tẵm chắn
hình trịn (h.v.16).

33. Dịng chảy dọc phía ngồi chùm ống. Trường hợp này co' thê’ tính theo cơng
thức gân đúng:

19