ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU - CHƯƠNG 6 TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI doc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 76
12-2010
CHƯƠNG 6
TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI
6.1. CHỌN KIỂU DÀN BAY HƠI
+) Thực nghiệm cho thấy khi rút ngắn thời gian làm lạnh sản phẩm thì
thời hạn bảo quản càng lâu, chất lượng càng bảo đảm, đặc biệt là đối với các
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 77
12-2010
sản phẩm sống có thở rau, hoa, quả… Để đảm bảo làm lạnh và bảo quản nhanh
sản phẩm đến nhiệt độ bảo quản thì thiết bị làm lạnh không khí phải có diện
tích trao đổi nhiệt lớn. Chính vì lý do này và sự lựa chọn ở chương 4 ta chọn
chế độ làm lạnh và bảo quản sản phẩm là làm lạnh không khí bằng bay hơi trực
tiếp.
+) Chọn kiểu dàn bay hơi cho các buồng:
Với chế độ làm lạnh không khí bằng bay hơi trực tiếp.

Có hai kiểu dàn
bay hơi đó là:
- Kiểu dàn quạt đối lưu không khí cưỡng bức.
- Kiểu dàn đối lưu không khí tự nhiên.
Kiểu dàn quạt đối lưu không khí cưỡng bức có nhiều ưu điểm hơn so với
kiểu dàn đối lưu không khí tự nhiên như:
- Có thể bố trí ở trong buồng hoặc ngoài buồng lạnh.
- Ít tốn thể tích bảo quản sản phẩm.
- Nhiệt độ đồng đều, hệ số trao đổi nhiệt lớn.
- Ít tốn nguyên vật liệu.
Hiện nay kiểu dàn quạt đối lưu không khí cưỡng bức được sử dụng rất

rộng rãi => Ta chọn kiểu dàn quạt đối lưu không khí cưỡng bức cho cả ba
buồng.
- Buồng III là buồng trống, mục đích làm lạnh buồng III là tránh cho
người làm việc trong kho lạnh chịu sự thay đổi đột ngột từ môi trường có nhiệt
độ cao (nhiệt độ hành lang) t
KK
= 34
o
C sang buồng bảo quản đông lạnh có
nhiệt độ thấp: t
II
= -18
0
C
+) Phụ tải yêu cầu của dàn bay hơi
Theo thiết kế ở chương 2, 3 ta có:
Bảng 6.1. Bảng phụ tải yêu cầu của dàn bay hơi
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 78
12-2010
Buồng Nhiệt độ buồng bảo quản (
0
C) độ ẩm
ϕ
(%) Tải nhiệt Q
iyc
(W)
I 2 90 1105,25

II -18 95 921,54
III 8 90 440.73
6.2. TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI BUỒNG I
6.2.1. Các thông số ban đầu.
- Nhiệt độ không khí trong buồng bảo quản: t
1
= 2 (
0
C)
- Độ ẩm không khí đã chọn:
ϕ
= 90 %
` - Nhiệt độ công chất sôi trong ống: t
s1
= -3 (
0
C)
- Nhiệt độ không khí đi vào dàn bay hơi t
k1
:
Chọn t
k1
= 4 (
0
C);
ϕ
= 90 %
- Nhiệt độ không khí đi ra khỏi dàn bay hơi t
k2
:

Chọn t
k2
= 0 (
0
C);
ϕ
= 90 %
- Nhiệt độ trung bình không khí đi qua bộ làm lạnh t
k
:
Lấy: t
k
= 0,5 × ( t
K1
+ t
k2
) = 0,5 × (4 + 0) = 2 (
0
C)
- Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống t
T
:
t
T
= t
s1
+
T
t∆

Theo trang 74 sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL ta
có:
T
t∆
= (0,5 ÷ 3,0) (
0
C)
Vậy ta chọn sơ bộ
T
t∆
= 2,7 (
0
C) => t
T
= -3 + 2,7 = -0,3 (
0
C)
- Công chất ra khỏi thiết bị ở trạng thái hơi bão hoà khô:
+ Nhiệt độ: t
s1
= -3 (
0
C)
+ Độ khô: x = 1
6.2.2. Hiệu nhiệt độ logarit trung bình.
- Theo công thức (7-30) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) có:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 79
12-2010

1 2
1 1
2 1
4 0
4 ( 3)
ln
ln
0 ( 3)
k k
tb
k s
k s
t t
t t
t t
θ
−
−
= =
− − −
− −
−
= 4,721 (
0
C)
6.2.3. Xác định sơ bộ thiết bị làm lạnh không khí (kiểu dàn quạt).
- Dàn quạt Frêon cỡ nhỏ: t

s1
= -3 (
0
C)
- Với dàn lạnh ống có cánh bay hơi trực tiếp, chọn hệ số truyền nhiệt từ
không khí đến bề mặt thành ống theo phụ lục 7 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL
và Tái Ngưng Tụ KGHL) có:
k = (30

45) W/m
2
.độ; chọn k = 30 (W/m
2
.độ)
- Diện tích trao đổi nhiệt cần thiết:
F =
.
Iyc
tb
Q
k
θ
=
1105,25
30 4,721×
= 7,804 (m
2
)
- Sơ bộ chọn dàn quạt: BO- 8C
- Các thông số cơ bản của dàn quạt BO- 8C theo lý lịch như sau:

+Tổng diện tích trao đổi nhiệt: F = 8 (m
2
)
+ Vật liệu chế tạo ống cánh: Đồng
+ Kích thức ống:
- Đường kính:

15x1
- Chiều dài: l = 340 (mm)
+ Số ống: 48 ống
+ Bố trí ống kiểu ô vuông:
- Bước ống: S = 30 (mm)
- Số ống theo chiều đứng: n
1
= 12
- Số ống theo chiều ngang: n
2
= 4
+ Số cách:
- Bước cánh: t = 3 (mm)
- Chiều dày:

= 0,3 (mm)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 80
12-2010
- Chiều cao: h = 7,5 (mm)
+ Diện tích cánh: F

c
= 7,2908 (m
2
)
+ Diện tích phần ống giữa các cánh: F
0
= 0,69781 (m
2
)
+ Hệ số cánh: B = 10,4
+ Sản lượng quạt: V = 0,25 (m
3
/s)
+ Diện tích thoáng gió: F
tg
= 0,05742 (m
2
)

Hình 6.1. Chùm ống kiểu ô vuông với cánh là hình vuông
6.2.4. Hệ số trao đổi nhiệt khô đối lưu từ không khí đến bề mặt cánh.
- Ống bố trí kiểu ô vuông theo công thức (7-61) ( Sách Thiết Kế Hệ
Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) có:

' 0,65
.
0,21. . ( )
k k n
k
n k

d
d v
λ ω
α
= Ψ

(W/m
2
.K)
+
Ψ
- hệ số kể đến ảnh hưởng của số dãy ống theo đường đi của không
khí theo trang 72 có:
Ψ
= (n-0,5)/n; với dàn BO- 8C có n = n
2
= 4 =>
Ψ
=
0,875
+ d
n
- Đường kính ngoài của ống: d
n
= 0,015 (m)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 81
12-2010

+
k
ω
- tốc độ của không khí cưỡng bức qua dàn.
tg
k
F
V
=
ω

Sản lượng quạt: V = 0,25 (m
3
/s)
Diện tích thoáng gió: F
tg
= 0,05742 (m
2
)
=>
k
ω
= 4,354 (m/s)
+ Nhiệt độ trung bình không khí đi qua bộ làm lạnh t
k
:
t
k
= 0,5.(t
k1

+ t
k2
) = 0,5.(4+0) = 2 (
0
C)
Xác định
k
λ
,
k
v
theo t
k
và tra bảng 19 (Sách Tính Chất Vật Lý và Nhiệt
Động CCLL) ta có:
+
k
λ
- Hệ số dẫn nhiệt của không khí
k
λ
= 2,45. 10
-2
(W/m.K)
+
k
v
- Độ nhớt động lực học của không khí ở nhiệt độ t
tb
:

k
v
= 13,456. 10
-6
(m
2
/s)
Vậy =>
' 0,65
.
0,21. . ( )
k k n
k
n k
d
d v
λ ω
α
= Ψ

2
0,65
6
2,45. 10 4,354 0,015
0,21 0,875 ( )
0,015 13,456. 10
−
−
×
= × ×

=
74,81
(W/m
2
.K)
6.2.5. Hệ số tách ẩm.
Theo công thức trang 70 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) ta có:

1 2
1 2
1 2880.
k k
d d
t t
ξ
−
= +
−

(W/m
2
.K)
+ t
k1
; t
k2
- lần lượt là nhiệt độ không khí đi vào và ra khỏ dàn bay hơi.
+ d
1

; d
2
- lần lượt là độ chứa hơi của không khí tương ứng với nhiệt độ
t
k1
và t
k2
.
t
k1
= 4
0
C
ϕ
= 90 %
t
k2
= 0
0
C
ϕ
= 90 %
d
1
bh
,d
2
bh
Lần lượt là độ chứa hơi của không khí bão hòa tương ứng với
nhiệt độ t

k1
và t
k2
.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 82
12-2010
Tra bảng 20 (Sách Tính Chất Vật Lý và Nhiệt Động Các CCLL)
d
1
bh
= 5,098.10
-3
(kg/kg)
d
2
bh
= 3,823.10
-3
(kg/kg)
→ d
1
= d
1
bh
×
ϕ
= 5,098.10

-3

×
0,9 = 4,588.10
-3
(kg/kg)
→ d
2
= d
2
bh
×
ϕ
= 3,823.10
-3

×
0,9 = 3,441.10
-3
(kg/kg)
Vậy =>
3 3
1 2
1 2
4,588.10 3,441.10
1 2880. 1 2880.
4 0
k k
d d
t t

ξ
− −
− −
= + = +
− −
= 1,826
6.2.6. Hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt cánh.
Theo công thức (7-57) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) ta có:
'
.
c k b
α ξ α α
= +

(W/m
2
.K)
+
ξ
: Hệ số tách ẩm
+
'
k
α
: Hệ số trao đổi nhiệt khô đối lưu từ không khí đến bề mặt cánh.
+
b
α
: Hệ số trao đổi nhiệt bằng bức xạ.

Do ta chọn kiểu dàn quạt đối lưu không khí cưỡng bức nên khi tính
toán ta có thể bỏ qua giá trị
b
α
(vì hệ số trao đổi nhiệt bức xạ không lớn)
Vậy =>
1,826 74,81
c
α
= × =
136,61
(W/m
2
.K)
6.2.7. Hệ số trao đổi nhiệt từ không khí ẩm
k
α
tính cho bề mặt (ngoài) cơ
bản của các ống.
Theo công thức (7- 40) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) ta có:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 83
12-2010
1
( . )
1
.

c o
k
t r
c
F F
E
F F
R R
α
α
α ε
= +
+ +
(W/m
2
.K)
+ Theo lý lịch dàn BO-8C có:
F = 8 (m
2
)
F
c
= 7,2908 (m
2
)
F
0
= 0,69781 (m
2
)

Hình 6.2. Sơ đồ ống có cánh
1: Ống 2: Cánh
+
c
α
- Hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt cánh.
+
α
ε
- Hệ số tính đến sự trao đổi nhiệt không đều theo chiều cao cánh:
α
ε
= 0,85 ( Theo trang 68 sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL)
+ E - hệ số hiệu quả của cánh: E =
( . ')
. '
th m h
m h
- m - hệ số: m =
2.
.
c
c
α
δ λ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 84
12-2010
-
c
α
- hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt
cánh.
c
α
=

136,61
(W/m
2
.K)
-
δ
- Chiều dày của cánh:
δ
= 0,3 mm
-
c
λ
- Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cánh (đồng):
c
λ
= 390 (W/m.K)
=> m =
3
2 136,61

0,3 10 390
−
×
× ×
= 48,32
h’ – Chiều cao quy ước của cánh:
Công thức (7.54):
h’= r.(
R
r
-1).[1+0,35.ln(1,28.
R
r
.
( 0,2)
L
R
−
]
R và L – Một nửa khoảng cách lớn và bé giữa các ống
Theo lý lịch thiết bị, dàn BO-8C có:
L = R = S/2 =15 (mm)
r = d/2 = 7,5 (mm)
=> h’= 7,5×(
15
7,5
-1)×[1+0,35×ln(1,28×
15
7,5
×.

15
( 0,2)
15
−
= 9,67 mm
=> E = 0,9687
+
t
R
- nhiệt trở của tuyết. Theo bảng 7-6
0,003
0,46
t
t
t
R
δ
λ
= = =
6,52.10
-3

(m
2
.K/W)
Trong đó:
δ
t
- chiều dày lớp tuyết:
δ

t
= 3 (mm)
λ
t
- hệ số dẫn nhiệt của lớp tuyết:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 85
12-2010
λ
t
= 0,46 (w/m.K)
+
r
R
- nhiệt trở lớp rỉ.
Theo bảng 7-6 ta có:
r
R
= 0,17.10
-3

(m
2
.K/W)
Vậy =>
1
( . )
1

.
c o
k
t r
c
F F
E
F F
R R
α
α
α ε
= +
+ +
=
3 3
1 7,2908 0,69781
( 0,9687 )
1
8 8
6,52.10 0,17.10
136,61 0,85
− −
× +
+ +
×
= 63,388
(W/m
2
.K)

6.2.8. Hệ số trao đổi nhiệt từ bề mặt trong của ống đến công chất sôi.
Theo công thức trang 77 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) ta có:
0,6 0,2 0,2
. ( . )
t F a t
A q d
α ω ρ
−
=
(W/m
2
.K)
+
t
d
: Đường kính trong của ống,
t
d
= 13 (mm)
+ A: Hệ số thực nghiệm.
A = 5,121 Tra bảng 7-9
+
2
4.
.
3600. . .
a
a
t

G
z d
ω ρ
π
=
( Theo công thức trang 77)

a
ω
: Vận tốc công chất đi trong ống, (m/s)
ρ
: Khối lượng riêng của công chất, (
kg/m
3
)
a
G
: Lưu lượng công chất qua dàn bay hơi. (kg/h)
1 7 6
1105,25 3,6
703,7 538,0
Iyc Iyc
a
Q Q
G
q i i
×
= = =
− −
= 32,017 (kg/h)

z : Số cửa song song dẫn công chất chảy vào các ống bộ làm lạnh
không khí.
Chọn z = n
1
= 12 ống
n
1
: Số ống theo chiều đứng; n
1
= 12 ống
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 86
12-2010
=>
2 2
4.
4 32,017
.
3600. . . 3600 12 0,013
a
a
t
G
z d
ω ρ
π π
×
= =

× × ×
= 5,58
+
F
q
: Dòng nhiệt đơn vị qua bề mặt làm lạnh của bộ làm lạnh không khí.
Theo công thức 7.68 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL)
ta có:
.( )
F K k T
q t t
α
= −
(W/m
2
)
k
α
: Hệ số trao đổi nhiệt từ không khí ẩm tính cho bề mặt (ngoài)
cơ bản của các ống,
k
α
= 63,388
(W/m
2
.K)
t
k
: Nhiệt độ trung bình không khí đi qua bộ làm lạnh.
t

k
= 2 (
0
C)
t
T
: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống.
Ta đã chọn sơ bộ ở trên t
T
= -0,3 (
0
C)
=>
.( )
F K k T
q t t
α
= −
= 63,388×(2-(-0,3))
= 145,79 (
W/m
2
)
Vậy =>
0,6 0,2 0,2 0,6 0,2 0,2
. ( . ) 5,121 145,79 5,58 13
t F a t
A q d
α ω ρ
− −

= = × × ×
= 85,94
(W/m
2
.K)
6.2.9. Tổng nhiệt trở
R
∑
.

0,001 0,00005
390 0,13956
i o d
i o d
R
δ δ δ
λ λ λ
= = + = +
∑ ∑
= 0,36.
10
-3

(m
2
.K/W)
δ
o
- chiều dày thành ống:
δ

o
= 1 (mm)
λ
o
- hệ số dẫn nhiệt của ống:

λ
o
= 390 (W/m.K)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 87
12-2010
δ
d
- chiều dày lớp màng dầu bám trên thành ống
δ
d
= 0,05
÷
0,08 (mm)
Chọn
δ
d
= 0,05 (mm)
λ
d
- hệ số dẫn nhiệt của lớp màng dầu bôi trơn:
λ

d
= 0,13956 (W/m.K)
6.2.10. Kiểm tra nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống.
Theo công thức (7-70) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) ta có:
'
.
1
T
k s
t t
t
ς
ς
+
=
+

(
0
C)
+
t
T
’: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống tính lại.
+ t
T
: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống đã chọn sơ bộ.
t
T

= -0,3 (
0
C)
+

t
s
: Nhiệt độ sôi công chất, t
s
= -3
(
0
C)
+
ς
: Tỷ số nhiệt trở từ phía không khí và môi chất làm lạnh.
3
1
1
63,388
0,003 1
1
0,36.10
0,46 85,94
k
t
t t
R
α
ς

δ
λ α
−
= =
+ +
+ +
∑
= 0,852
Trong đó:
δ
t
- chiều dày lớp tuyết:
δ
t
= 3 (mm)
λ
t
- hệ số dẫn nhiệt của lớp tuyết:
λ
t
= 0,46 (W/m.K)
=>
'
.
2 0,852 ( 3)
1 1 0,852
T
k s
t t
t

ς
ς
+
+ × −
= =
+ +
= -0,300053
(
0
C)
Vậy | t
T
’- t
T
|= | -0,300053
−
(-0,3)| = 0,000053 < 0,01 (
0
C)
=> Thỏa mãn điều kiện về nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống.
6.2.11. Hệ số truyền nhiệt tính cho diện tích bề mặt phẳng ngoài ống k.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 88
12-2010
Theo công thức (7-49) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) ta có:
3
1 1

1 1 1 1
0,36.10
63,388 85,94
k t
k
R
α α
−
= =
+ + + +
∑
= 36,01
(W/m
2
.K)
6.2.12. Nhiệt tải của dàn bay hơi BO-8C ở chế độ công tác.
- Phụ tải nhiệt yêu cầu buồng I:
Iyc
Q
= 1105,25 (W)
- Nhiệt tải làm lạnh ở chế độ công tác.
Q
0TB
= k.F.
θ
= 36,01
×
8
×
4,721

= 1359,86 (W) >
I
Q
= 1105,25 (W)
Vậy dàn BO-8C thoả mãn yêu cầu tải nhiệt.
6.2.13. Kiểm nghiệm lưu lượng không khí qua dàn BO-8C
- Theo công thức (7-19) ta có: V
k
=
1 2
.( )
Iyc
Q
i i
ρ
−
(m
3
/h)
+
ρ
- Khối lượng riêng của không khí tra theo nhiệt độ trung bình không
khí đi qua bộ làm lạnh t
k
: (kg/ m
3
)
t
k
= 2

0
C =>
ρ
= 1,2838 (kg/ m
3
)
+ i
1
; i
2
- lần lượt là entanpi của không khí tương ứng với nhiệt độ t
k1
; t
k2.

+ t
k1
; t
k2
- lần lượt là nhiệt độ không khí đi vào và ra khỏ dàn bay hơi.
t
k1
= 4
0
C
ϕ
= 90 %
t
k2
= 0

0
C
ϕ
= 90 %
+ d
1
; d
2
- lần lượt là độ chứa hơi của không khí tương ứng với nhiệt độ t
k1
;
t
k2

+ r - nhiệt ẩm hoá hơi của hơi nước: r = 2500 (kJ/kg)
Theo tính toán ở mục (6.2.5) có:
d
1
= 4,588.10
-3
(kg/kg)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 89
12-2010
d
2
= 3,441.10
-3

(kg/kg)
→ i
1
=1,055.t
k1
+(2500+1,89.t
k1
).d
1
=1,055
×
4 +(2500+1,89
×
4 )
×
4,588.10
-3

= 15,73 (kJ/kg)
→ i
2
=1,055.t
k2
+(2500+1,89.t
k2
).d
2
=1,055
×
0 +(2500+1,89

×
0 )
×
3,441.10
-3

= 8,602 (kJ/kg)
=> V
k
=
1 2
.( )
I
Q
i i
ρ
−
=
1105,25
1,2838 (15,73 8,602 ) 3600× − ×
= 0,034 (m
3
/s) < V
TB
= 0,25(m
3
/s)
Vậy các thông số nhiệt độ, độ ẩm ban đầu chọn là hợp lý.
6.3. TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI BUỒNG II
6.3.1. Các thông số ban đầu.

- Nhiệt độ không khí trong buồng bảo quản: t
2
= -18 (
0
C)
- Độ ẩm không khí đã chọn:
ϕ
= 95 %
` - Nhiệt độ công chất sôi trong ống: t
s2
= -26 (
0
C)
- Nhiệt độ không khí đi vào dàn bay hơi t
k1
:
Chọn t
k1
= -18 (
0
C);
ϕ
= 95 %
- Nhiệt độ không khí đi ra khỏi dàn bay hơi t
k2
:
Chọn t
k2
= -22 (
0

C);
ϕ
= 95 %
- Nhiệt độ trung bình không khí đi qua bộ làm lạnh t
k
:
Lấy: t
k
= 0,5 × ( t
k1
+ t
k2
) = 0,5 × (-18 + (-22)) = -20 (
0
C)
- Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống t
T
:
t
T
= t
s2
+
T
t∆

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 90

12-2010
Theo trang 74 sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL ta
có:
T
t∆
= (0,5 ÷ 3,0) (
0
C)
Vậy ta chọn sơ bộ
T
t∆
= 2,86 (
0
C) => t
T
= -26 + 2,86 = -23,14 (
0
C)
- Công chất ra khỏi thiết bị ở trạng thái hơi bão hoà khô:
+ Nhiệt độ: t
s2
= -26 (
0
C)
+ Độ khô: x = 1
6.3.2. Hiệu nhiệt độ logarit trung bình.
- Theo công thức (7-30) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) có:

1 2

1 2
2 2
( 18) ( 22)
( 18) ( 26)
ln
ln
( 22) ( 26)
k k
tb
k s
k s
t t
t t
t t
θ
−
− − −
= =
− − − −
− − −
−
= 5,098 (
0
C)
6.3.3. Xác định sơ bộ thiết bị làm lạnh không khí (kiểu dàn quạt).
- Dàn quạt Frêon cỡ nhỏ: t
s2
= -26 (
0
C)

- Với dàn lạnh ống có cánh bay hơi trực tiếp, chọn hệ số truyền nhiệt từ
không khí đến bề mặt thành ống theo phụ lục 7 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL
và Tái Ngưng Tụ KGHL) có:
k = (30

45) W/m
2
.độ; chọn k = 30 (W/m
2
.độ)
- Diện tích trao đổi nhiệt cần thiết:
F =
.
I
tb
Q
k
θ
=
921,54
30 5,098×
= 6,026 (m
2
)
- Sơ bộ chọn dàn quạt: BO- 8C
- Các thông số cơ bản của dàn quạt BO- 8C theo lý lịch như sau:
+Tổng diện tích trao đổi nhiệt: F = 8 (m
2
)
+ Vật liệu chế tạo ống cánh: Đồng

+ Kích thức ống:
- Đường kính:

15x1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 91
12-2010
- Chiều dài: l = 340 (mm)
+ Số ống: 48 ống
+ Bố trí ống kiểu ô vuông:
- Bước ống: S = 30 (mm)
- Số ống theo chiều đứng: n
1
= 12
- Số ống theo chiều ngang: n
2
= 4
+ Số cách:
- Bước cánh: t = 3 (mm)
- Chiều dày:

= 0,3 (mm)
- Chiều cao: h = 7,5 (mm)
+ Diện tích cánh: F
c
= 7,2908 (m
2
)

+ Diện tích phần ống giữa các cánh: F
0
= 0,69781 (m
2
)
+ Hệ số cánh: B = 10,4
+ Sản lượng quạt: V = 0,25 (m
3
/s)
+ Diện tích thoáng gió: F
tg
= 0,05742 (m
2
)

Hình 6.3. Chùm ống kiểu ô vuông với cánh là hình vuông
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 92
12-2010
6.3.4. Hệ số trao đổi nhiệt khô đối lưu từ không khí đến bề mặt cánh.
- Ống bố trí kiểu ô vuông theo công thức (7-61) ( Sách Thiết Kế Hệ
Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) có:

' 0,65
.
0,21. . ( )
k k n
k

n k
d
d v
λ ω
α
= Ψ

(W/m
2
.K)
+
Ψ
- hệ số kể đến ảnh hưởng của số dãy ống theo đường đi của không
khí theo trang 72 có:
Ψ
= (n-0,5)/n; với dàn BO- 8C có n = n
2
= 4 =>
Ψ
=
0,875
+ d
n
- đường kính ngoài của ống: d
n
= 0,015 (m)
+
k
ω
- tốc độ của không khí cưỡng bức qua dàn.

tg
k
F
V
=
ω

Sản lượng quạt: V = 0,25 (m
3
/s)
Diện tích thoáng gió: F
tg
= 0,05742 (m
2
)
=>
k
ω
= 4,354 (m/s)
+ Nhiệt độ trung bình không khí đi qua bộ làm lạnh t
k
:
t
k
= 0,5.(t
k1
+ t
k2
) = 0,5 × (-18 + (-22)) = -20 (
0

C)
Xác định
k
λ
,
k
v
theo t
k
và tra bảng 19 (Sách Tính Chất Vật Lý và Nhiệt
Động) ta có:
+
k
λ
- Hệ số dẫn nhiệt của không khí
k
λ
= 2,28. 10
-2
(W/m.K)
+
k
v
- Độ nhớt động lực học của không khí ở nhiệt độ t
tb
:
k
v
= 11,79. 10
-6

(m
2
/s)
Vậy =>
' 0,65
.
0,21. . ( )
k k n
k
n k
d
d v
λ ω
α
= Ψ

2
0,65
6
2,28. 10 4,354 0,015
0,21 0,875 ( )
0,015 11,79. 10
−
−
×
= × × ×
=
75,74
(W/m
2

.K)
6.3.5. Hệ số tách ẩm.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 93
12-2010
Theo công thức trang 70 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) ta có:

1 2
1 2
1 2880.
k k
d d
t t
ξ
−
= +
−

(W/m
2
.K)
+ t
k1
; t
k2
- lần lượt là nhiệt độ không khí đi vào và ra khỏ dàn bay hơi.
+ d

1
; d
2
- lần lượt là độ chứa hơi của không khí tương ứng với nhiệt độ
t
k1
và t
k2
.
Tra bảng 20 (sách Tính Chất Vật Lý và Nhiệt Động Các CCL)
t
k1
= -18
0
C
ϕ
= 95 %
t
k2
= -22
0
C
ϕ
= 95 %
d
1
bh
,d
2
bh

Lần lượt là độ chứa hơi của không khí bão hòa tương ứng với
nhiệt độ t
k1
và t
k2
.
d
1
bh
= 0,7763.10
-3
(kg/kg)
d
2
bh
= 0,5279.10
-3
(kg/kg)
→ d
1
= d
1
bh
×
ϕ
= 0,7763.10
-3

×
0,95 = 0,7375.10

-3
(kg/kg)
→ d
2
= d
2
bh
×
ϕ
= 0,5279.10
-3

×
0,95 = 0,502.10
-3
(kg/kg)
Vậy =>
3 3
1 2
1 2
0,7375.10 0,502.10
1 2880. 1 2880
( 18) ( 22)
k k
d d
t t
ξ
− −
− −
= + = + ×

− − − −
= 1,136
6.3.6. Hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt cánh.
Theo công thức (7-57) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) ta có:
'
.
c k b
α ξ α α
= +

(W/m
2
.K)
+
ξ
: Hệ số tách ẩm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 94
12-2010
+
'
k
α
:
Hệ số trao đổi nhiệt khô đối lưu từ không khí đến bề mặt cánh.
+
b

α
: Hệ số trao đổi nhiệt bằng bức xạ.
Do ta chọn kiểu dàn quạt đối lưu không khí cưỡng bức nên khi tính
toán ta có thể bỏ qua giá trị
b
α
(vì hệ số trao đổi nhiệt bức xạ không lớn)
Vậy =>
1,136 75,74
c
α
= × =
86,033
(W/m
2
.K)
6.3.7. Hệ số trao đổi nhiệt từ không khí ẩm
k
α
tính cho bề mặt (ngoài) cơ
bản của các ống.
Theo công thức (7- 40) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) ta có:
1
( . )
1
.
c o
k
t r

c
F F
E
F F
R R
α
α
α ε
= +
+ +
(W/m
2
.K)
+ Theo lý lịch dàn BO-8C có: F = 8 (m
2
)
F
c
= 7,2908 (m
2
)
F
0
= 0,69781 (m
2
)

Hình 6.4. Sơ đồ ống có cánh
1: Ống 2: Cánh
+

c
α
- Hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt cánh.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 95
12-2010
+
α
ε
- Hệ số tính đến sự trao đổi nhiệt không đều theo chiều cao cánh:
α
ε
= 0,85 ( Theo trang 68 sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái
Ngưng Tụ KGHL)
+ E - hệ số hiệu quả của cánh: E =
( . ')
. '
th m h
m h
- m - hệ số: m =
2.
.
c
c
α
δ λ
-
c

α
- hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt
cánh.
c
α
=

86,033
(W/m
2
.K)
-
δ
- Chiều dày của cánh:
δ
= 0,3 mm
-
c
λ
- Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cánh (đồng):
c
λ
= 390 (W/m.K)
=> m =
3
2 86,033
0,3 10 390
−
×
× ×

= 38,34
h’ – Chiều cao quy ước của cánh:
Công thức (7.54):
h’= r.(
R
r
-1).[1+0,35.ln(1,28.
R
r
.
( 0,2)
L
R
−
]
R và L – Một nửa khoảng cách lớn và bé giữa các ống
Theo lý lịch thiết bị, dàn BO-8C có:
L = R = S/2 =15 (mm)
r = d/2 = 7,5 (mm)
=> h’= 7,5×(
15
7,5
-1)×[1+0,35×ln(1,28×
15
7,5
×.
15
( 0,2)
15
−

= 9,67 mm
=> E = 0,950
+
t
R
- nhiệt trở của tuyết.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 96
12-2010
0,003
0,46
t
t
t
R
δ
λ
= = =
6,52.10
-3

(m
2
.K/W)
Trong đó:
δ
t
- chiều dày lớp tuyết:

δ
t
= 3 (mm)
λ
t
- hệ số dẫn nhiệt của lớp tuyết:
λ
t
= 0,46 (w/m.K)
+
r
R
- nhiệt trở lớp rỉ.
Theo bảng 7.6 ta có:
r
R
= 0,17.10
-3

(m
2
.K/W)
Vậy =>
1
( . )
1
.
c o
k
t r

c
F F
E
F F
R R
α
α
α ε
= +
+ +
=
3 3
1 7,2908 0,69781
( 0,950 )
1
8 8
6,52.10 0,17.10
86,033 0,85
− −
× +
+ +
×
= 46,793
(W/m
2
.K)
6.3.8. Hệ số trao đổi nhiệt từ bề mặt trong của ống đến công chất sôi.
Theo công thức trang 77 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) ta có:
0,6 0,2 0,2

. ( . )
t F a t
A q d
α ω ρ
−
=
(W/m
2
.K)
+
t
d
: Đường kính trong của ống,
t
d
= 13 (mm)
+ A: Hệ số thực nghiệm.
A = 4,126 Tra bảng 7-9
+
2
4.
.
3600. . .
a
a
t
G
z d
ω ρ
π

=
( Theo công thức trang 77)

a
ω
: Vận tốc công chất đi trong ống, (m/s)
ρ
: Khối lượng riêng của công chất, (
kg/m
3
)
a
G
: Lưu lượng công chất qua dàn bay hơi.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 97
12-2010
2 9 8
921,54 3,6
693,9 538,0
IIyc IIyc
a
Q Q
G
q i i
×
= = =
− −

= 28,373 (kg/h)
z : Số cửa song song dẫn công chất chảy vào các ống bộ làm lạnh
không khí.
Chọn z = n
1
= 12 ống
n
1
: Số ống theo chiều đứng; n
1
= 12 ống
=>
2 2
4.
4 28,373
.
3600. . . 3600 12 0,013
a
a
t
G
z d
ω ρ
π π
×
= =
× × ×
= 4,95
+
F

q
: Dòng nhiệt đơn vị qua bề mặt làm lạnh của bộ làm lạnh không khí.
Theo công thức 7.68 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL)
ta có:
.( )
F K k T
q t t
α
= −
(W/m
2
)
k
α
: Hệ số trao đổi nhiệt từ không khí ẩm tính cho bề mặt (ngoài)
cơ bản của các ống,
k
α
= 46,793
(W/m
2
.K)
t
k
: Nhiệt độ trung bình không khí đi qua bộ làm lạnh.
t
k
= -20 (
0
C)

t
T
: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống.
Ta đã chọn sơ bộ ở trên t
T
= -23,14 (
0
C)
=>
.( )
F K k T
q t t
α
= −
= 46,793×((-20)-(-23,14))
= 123,53 (
W/m
2
)
Vậy =>
0,6 0,2 0,2 0,6 0,2 0,2
. ( . ) 4,126 123,53 4,95 13
t F a t
A q d
α ω ρ
− −
= = × × ×
= 61,19
(W/m
2

.K)
6.3.9. Tổng nhiệt trở
R
∑
.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 98
12-2010

0,001 0,00005
390 0,13956
i o d
i o d
R
δ δ δ
λ λ λ
= = + = +
∑ ∑
= 0,36.
10
-3

(m
2
.K/W)
δ
o
- chiều dày thành ống:

δ
o
= 1 (mm)
λ
o
- hệ số dẫn nhiệt của ống:

λ
o
= 390 (W/m.K)
δ
d
- chiều dày lớp màng dầu bám trên thành ống
δ
d
= 0,05
÷
0,08 (mm)
Chọn
δ
d
= 0,05 (mm)
λ
d
- hệ số dẫn nhiệt của lớp màng dầu bôi trơn:
λ
d
= 0,13956 (W/m.K)
6.3.10. Kiểm tra nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống.
Theo công thức (7-70) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ

KGHL) ta có:
'
.
1
T
k s
t t
t
ς
ς
+
=
+

(
0
C)
+
t
T
’: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống tính lại.
+ t
T
: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống đã chọn sơ bộ.
t
T
= -23,14 (
0
C)
+

t
s
: Nhiệt độ sôi công chất, t
s
= -26
(
0
C)
+
ς
: Tỷ số nhiệt trở từ phía không khí và môi chất làm lạnh.
3
1
1
46,793
0,003 1
1
0,36.10
0,46 61,19
k
t
t t
R
α
ς
δ
λ α
−
= =

+ +
+ +
∑
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 99
12-2010
= 0,92
Trong đó:
δ
t
- chiều dày lớp tuyết:
δ
t
= 3 (mm)
λ
t
- hệ số dẫn nhiệt của lớp tuyết:
λ
t
= 0,46 (W/m.K)
=>
'
.
( 20) 0,92 ( 26)
1 1 0,92
T
k s
t t

t
ς
ς
+
− + × −
= =
+ +
= -23,1357
(
0
C)
Vậy |t
T
’- t
T
|= |-23,1357
−
(-23,08)| = 0,0043 < 0,01 (
0
C)
=> Thỏa mãn điều kiện về nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống
6.3.11. Hệ số truyền nhiệt tính cho diện tích bề mặt phẳng ngoài ống k.
Theo công thức (7-49) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ
KGHL) ta có:
3
1 1
1 1 1 1
0,36.10
46,793 61,19
k t

k
R
α α
−
= =
+ + + +
∑
= 26,27
(W/m
2
.K)
6.3.12. Nhiệt tải của dàn bay hơi BO-8C ở chế độ công tác.
- Phụ tải nhiệt yêu cầu buồng II:
IIyc
Q
= 921,54 (W)
- Nhiệt tải làm lạnh ở chế độ công tác.
Q
0TB
= k.F.
θ
= 26,27
×
8
×
5,098
= 1071,14 (W) >
IIyc
Q
= 921,54 (W)

Vậy dàn BO-8C thoả mãn yêu cầu tải nhiệt.
6.3.13. Kiểm nghiệm lưu lượng không khí qua dàn BO-8C
- Theo công thức (7-19) ta có: V
k
=
1 2
.( )
Iyc
Q
i i
ρ
−
(m
3
/h)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 100
12-2010
+
ρ
- Khối lượng riêng của không khí tra theo nhiệt độ trung bình không
khí đi qua bộ làm lạnh t
k
: (kg/ m
3
)
t
k

= -20
0
C =>
ρ
= 1,395 (kg/ m
3
)
+ i
1
; i
2
- Lần lượt là entanpi của không khí tương ứng với nhiệt độ t
k1
; t
k2.

+ t
k1
; t
k2
- Lần lượt là nhiệt độ không khí đi vào và ra khỏ dàn bay hơi.
t
k1
= -18
0
C
ϕ
= 95 %
t
k2

= -22
0
C
ϕ
= 95 %
+ d
1
; d
2
- Lần lượt là độ chứa hơi của không khí tương ứng với nhiệt độ t
k1
;
t
k2

+ r - nhiệt ẩm hoá hơi của hơi nước: r = 2500 (kJ/kg)
Theo tính toán ở mục (6.3.5) có:
d
1
= 0,7375.10
-3
(kg/kg)
d
2
= 0,502.10
-3
(kg/kg)
→ i
1
=1,055.t

k1
+(2500+1,89.t
k1
).d
1
=1,055
×
(-18

) +(2500+1,89
×
(-18

))
×
0,7375.10
-3

= -17,17 (kJ/kg)
→ i
2
=1,055.t
k2
+(2500+1,89.t
k2
).d
2
=1,055
×
(-22

)+(2500+1,89
×
(-22

))
×
0,502.10
-3

= -23,033 (kJ/kg)
=> V
k
=
1 2
.( )
IIyc
Q
i i
ρ
−
=
921,54
1,395 (( 17,17 ) ( 23,033 )) 3600× − − − ×
= 0,031 (m
3
/s) < V
TB
= 0,25 (m
3

/s)
Vậy các thông số nhiệt độ, độ ẩm ban đầu chọn là hợp lý.
6.4. TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI BUỒNG III.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2