Bai tap NLTT di in potx

Bài tập Sử dụng NLTT Dơng Thành
Huân CTh 49
Tính Diện tích Collector
Đề bài: Một thiết bị nông sản dùng năng lợng mặt trời có năng suất sấy N
s
(kg/mẻ), độ ẩm trớc khi sấy
0

và sau khi sấy
2

. Nhiệt độ sấy lớn nhất cho
phép t
max
; thời gian sấy t
s
, collector có chiều cao H
c
, chiều rộng B
c
, chiều dài L
c
.
? Xác định diện tích cần thiết của Collector F
c
.
Các số liệu cho theo bảng sau:
Số liệu Nhóm 2
Vật liệu sấy Đỗ tơng
N
s

(kg/mẻ) 500
0

(%) 22
2

(%) 11

0
(%) ( khụng khớ )
80

2
(%) ( khụng khớ )
92
t
s
(ngày) 3
t
0
(giờ/ngày) 8
Nơi đặt thiết bị Thanh Hoá
* Sơ đồ hệ thống quá trình sấy Đỗ tơng bằng năng lợng mặt trời:
I. Tính toán nhiệt cho quá trình sấy:
Nhit lng cn thit cho qúa trình sy c xác nh theo quan h gia din
tích ca tm hp th vi nhit lng hu ích do không khí mang ra khi collector.
1
Đỗ tơng
Chuẩn bị
Sấy

- Xử lý cơ học
- Xử lý hoá học
- Diệt men, oxy hoá
khử .
Tác nhân sấy
Năng lợng
mặt trời
Xử lý
Sản
Phẩm
Làm nguội
i
0
i
1
A
B
C
t
1
= t
m
= 90%
t
2
I
0

t
0

Bài tập Sử dụng NLTT Dơng Thành
Huân CTh 49
Hình 1 biu din quá trình sấy lý thuyt vi tác nhân sy l không khí trên
th I - d. Có th chia quá trình sy l m hai giai on:
+ Giai đoạn đốt nóng không khí (on AB trên th ): Trong giai on n y
không khí môi trng im A có nhit t
0
, m tng i
0

, cha
m d
0
, c t nóng không tng m n im B có nhit t
1
. c trng
ca quá trình t nóng l nhi t tng nhng cha m d không i. Vì
vy, trng thái ca khụng khí ti im B c xác nh bi ng t
1
v
ng d
1
=

d
0
. Sau giai on n y không khí có nhi t sy t
1
, m gim
xung. Nh vy, nhit tng v m gim ó l m cho không khí không

nhng có th cung cp nhit cho vt liu sy m còn l m t ng kh nng nhn
thêm m hay tng kh nng sy.
+ Giai đoạn sấy (on BC): Lúc n y không khí ã c t nóng tip xúc vi
vt liu sy làm hơi nớc trong vật liệu sấy bay hơi. Nhiệt độ không khí giảm từ
t
1
xuống t
2
và độ chứa ẩm tăng lên d
2
. Đặc điểm giai đoạn này là I = const do
không khí nóng nhả nhiệt cho vật liệu sấy nhng li nhn li chính nhit lng
ó do hi nc mang theo.
Hỡnh 1: Quỏ trỡnh sy lý thuyt trờn th I - d
Nhit t
2
ca khụng khớ sau khi ra khi bung sy c chn sao cho
nh tit kim nhit lng mang ra, nhng cng xa trạng thỏi bóo
hũa trỏnh hin tng ng sng cú th xy ra. Vỡ nhit t
2
bao gi
2
d
o
=d
1
d
2
d
= 100%

Bài tập Sử dụng NLTT Dơng Thành
Huân CTh 49
cng ln hn nhit khụng khớ vo b cp nhit t
0
nờn trong quỏ trỡnh sy
lý thuyt bao gi cng cú tn tht nhit do khụng khớ mang i.
Với nhiệt độ môi trờng t
o
= 31
o
C và
o

= 80(%). Tra đồ thị i - d ta có:
d
o
= d
1
= 27.10
-3
(kgm/kg.k
3
); d
2
= 41.10
-3
(kg m/kg.k
3
).
I

o
= 24 (kcal/kg.k
3
) ; I
1
= 31 (kcal/kg.k
3
) ; t
2
= 39
o
C.
Tổng xạ E = 1597 (kwh/m
2
năm) = 4375 (wh/m
2
.ngày).
* Nhiệt lợng cần thiết cho quá trình sấy:
Q
s
= W.Q (kJ)
- Lng nc cn bc hi t vt liu sy l:
W = G
2
2
1

o
= 500
11,01
11,022,0


= 61,8 ( kg).
- Nhit lng cn thit lm bay hi 1kg nc t vt sy l:
Với 1 Kcal = 4,186 kJ nên ta có:
Q = G
k
.q =
02
01
dd
II


=
3
10).2741(
186,4).2431(



= 2093 ( kJ/kg).

Q
s
= 61,8 . 2093 = 129,35.10

3
( kJ).
Trong đó:+ G
k
: Lợng không khí khô cần thiết để làm bay hơi 1 Kg nớc.
+ Q: Lợng nhiệt cần thiết để đốt nóng1 Kg không khí khô.
+ G: Khối lợng vật liệu trớc khi đa vào sấy( kg)
+
0

: Độ ẳm ban đầu của vật liệu sấy (%).
+
2

: Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy (%).
Để thuận tiện cho quá trình tính toán và bỏ qua tổn thất nhiệt trên đờng
ống từ colelltor dẫn xuống thiết bị sấy ta có thể coi:
Q
u
= Q
s
= Q
v
= 129,35.10
3
(kJ).
Với: + Q
v
: Nhiệt lơng cần để tăng nhiệt độ của không khí.
+ Q

u
: Dòng nhiệt sử dụng.
II. Tính diện tích collector:
Din tích collector c tính toán da trên nng lng cn cung cp cho
qúa trình sy v nhi t khi sy.
Quỏ trỡnh vn chuyn vt lý trong collector c biu din trờn Hỡnh 2.
Nng lng bc x vo collector ch c s dng mt phn thnh nng
lng hu ớch, phn cũn li b hao tn do tớnh khụng trong sut lý tng ca
3
Bài tập Sử dụng NLTT Dơng Thành
Huân CTh 49
tm che v khụng hp th lý tng ca tm hp th cng nh hao tn nhit
ra mụi trng.
Cõn bng nng lng ca collector phng c to bi dũng n G,
dũng nng lng quang hc Q
m-qh
, dũng nhit hao tn Q
m-n
, nhit lng tớch
ly Q
s
v dũng nhit hu ớch Q
u
.
Tr
Qm_n
Qm_qh
G
Tmt
Tv

Tht
Qu
Qs
Hỡnh 2: S cõn bng nng lng ca collector
* Phơng trình cân bằng năng lợng:
G = Q
m_n
+ Q
m_gh
+ Q
s
+ Q
u
(1)
Năng lợng đến đợc tính theo bức xạ toàn phần E (W/m
2
)
G = E.F
c
(2)
Hao tổn quang học tính theo độ trong suốt của tấm che D, độ hấp thụ của
tấm hấp thụ

, và theo tích số trong suốt - hấp thụ (D.

):
Q
m_gh
= G.(1 - D.

) (3)
Tổn thất nhiệt tổng cộng đợc xác định bằng hệ số hao tổn nhiệt toàn phần
K
G
giữa tấm hấp thụ và môi trờng, có liên quan đến dòng nhiệt hao tổn trên
diện tích collector.
Q
m_n
= F
c
.K
G
.(T
ht
- T
mt
) (4)
Trong đó: T
ht
nhiệt độ tấm hấp thụ (
0
K).
T
mt
nhiệt độ môi trờng (
0
K).
Từ (1) và (2) ta có:
G.D.

= Q
m_n
+ Q
s
+ Q
u
(5)
Đối với mô hình đơn chiều trên hớng chuyển động dòng khí và bỏ qua
nhiệt lợng tích luỹ của collector, ta có thể xác định đợc nhiệt lợng hữu ích do
không khí mang ra khỏi collector. Từ (5) suy ra:
4
Bài tập Sử dụng NLTT Dơng Thành
Huân CTh 49
Q
u
= G.(D.

) - F
c
.K
G
.(T
ht
- T
mt
) (6).
Từ (4) và (6) ta có:
F
c
=

).(
mthtGht
u
TTKDE
Q


(7)
* Xác định các đại lợng trong biểu thức (7):
- Tính toán hệ số hao tổn nhiệt toàn phần K
G
:
1

2


R.Ht-k
Kd
Ttb
Tht
Tmt
S
R.Ht-bt

Tr
Hình 3: S biu din quá trình truyn nhit trên collector phng.
i vi tm che thì hao tn i lu
W

n môi trng cng nh hao tn
bc x n bu tri
.R k bt


c mô t trong h s hao tn mt trên K
ch
(Hình
3).
Do collector c cách nhit tt nên hao tn mt lng v m t bên so vi hao
tn mt trên l r t nh, do ó s sai khác gia h s hao tn nhit to n ph n v
h s hao tn mt trên cng rt nh nên ta có th b qua các giá tr K
d
v K
s
.
K
G
=
khtRchkhtR
dbthtRchkhtRkhtRchdbthtR
K
KKKK


+++
+++++++
.2.21
21.2 21.
).(

))(.() )(


Trong đó:
- Hệ số hao tổn nhiệt mặt lng K
d
= 0,1 đến môi trờng.
- Hệ số truyền nhiệt đối lu
21
,

đến dòng khí và đến tấm che.
* Vận tốc dòng khí (V
1
):
5
Bài tập Sử dụng NLTT Dơng Thành
Huân CTh 49
V
1
=
3600
0
S
L

(m/s).
* Khối lợng không khí cần cho qúa trình sấy L
0
: ( kg/h)

L
o
= G
k
.W =
W
dd
02
1


L
o
=
8,61
10).2441(
1
3

= 3,64.10
3
( kg/h).
* Bán kính thuỷ lực D
h
:
D
h
=4.
U
S

h
= 4.
5,4
5,0
= 0,45 (m)
S
h
= b.h = 2 x 0,25 = 0,5 (m
2
).
U = 2( b + h) =2( 2 + 0,25) = 4,5 (m).
Suy ra : V
1
=
3600.5,0.698,0
10.64,3
3
= 2,9

( m/s).
* Độ nhớt động học của không khí :

= 17,95.10
-6
( m
2
/s).
* Giá trị hệ số Reynol:
R
e

=

h
DV .
1
=
6
10.95,17
45,0.9,2

= 7,3.10
4
.
R
e
> 10
4
nên dòng chảy rối.
Nu = 0,0158.Re
0,8
Nu = 0,0158.( 7,3 .10
4
)
0,8
= 122,8
* Hệ số truyền nhiệt đối lu:

h
Nu

.
2,1
=
=
25,0
10.83,2.8,122
2
= 13,9.
+ Khoảng cách các tấm: h = 0,25 m.
+ Hệ số dẫn nhiệt:

= 2,83.10
-2
.
- Hệ số truyền nhiệt bức xạ giữa tấm hấp thụ và tấm che cản bức xạ nhiệt:
1
11
))((
22
.
+
++
=

kht
chhtchht
khtR
TTTT

Trong đó:
+

: Hằng số bức xạ của vật đen tuyệt đối,

= 5,67.10
-8
W/m
2
.K
4
.
+
ht

: Độ đen của tấm hấp thụ (của thép
ht

= 0,52).
+
k

: Độ đen của tấm che ( lây vật liệu kính
k

= 1 D =1 - 0,9 =
0,1 )

6
Bài tập Sử dụng NLTT Dơng Thành
Huân CTh 49
T
ch
= T
mt
+ 5 = 34 + 273 + 5 = 312
o
k
T
ht
= T
tb
+
1
.


DE
ht
= 309,5 +
9,13
48,0.6,443.52,0
= 317,5
o
k = 44,5
o
C
T

tb
=
2
rv
TT +
=
2
)27339()27334( +++
= 309,5
o
k
Thay vao công thức trên ta có:
1
1,0
1
52,0
1
)3125,317)(3125,317(10.67,5
22
8
.
+
++
=

khtR

= 0,65
- Hệ số truyền nhiệt từ tấm hấp thụ đến bầu trời:

btch
btchht
bthtR
TT
TTD


=

).(
44
.


Với D = 0,9 (độ trong suốt của tấm che).
T
bt
= T
mt
- 6 = 34 + 273 6 = 301
o
K (nhiệt độ bầu trời).

301312
)301312.(10.67,5.52,0.9,0
448
.


=

bthtR

= 3,05
- Hệ số hao tổn trên mặt trên K
ch
:
K
ch
=
btkRw
+
.

Trong đó: +
w

= 2,8 + 3.v
n
+ v
n
: Vận tốc gió bên trong collector
v
n
=
S
L
o
.

=
25,0.2.093,1
64,3
= 6,67 ( m/s)

w

= 2,8 + 3.v
n
= 2,8 + 3.6,67 = 56

tbch
btchk
btkR
TT
TT


=

)(
44
.
.


bthtR .

=
5,309312

)5,309312(10.67,5.1,0
448



= 0,68.
K
ch
= 56 + 0,68 = 56,68.
- Hệ số tổn thất nhiệt mặt lng K
d
đến môi trờng:
K
d
=
mtht
htbtbthtRhtchkhtRhttb
TT
TTTTTTS

+++
) 1
()()(

Với S : Năng lợng hấp thụ trên toàn bộ bề mặt tính cho 1m
2
.
S = E.D.

= 4375 . 0,1 . 0,9 = 394 (wh)

K
d
= 0,1
7
Bài tập Sử dụng NLTT Dơng Thành
Huân CTh 49
Thay vào biểu thức trên ta có:
K
G
=
65,0.9,13)68,5665,09,13(9,13
)9,139,13)(1,005,3(68,56)65,09,13.9,13)(68,561,005,3(
+++
++++++


K
G
= 16,5.
Vậy diện tích collector cần tính là:
F
c
=
).(
mthtGht
u
TTKDE
Q

F
c
=
3600
1000
.
))3075,317.(5,1652,0.9,0.4375(
10.35,129
3

= 19,16 m
2
.
Khi ú ta cú chiu di b phn tm hp th là:
L
c
=
c
c
B
F
c
=
2
16,19
= 9,58 (m).
Trong đó B
c

là chiều rộng collector thờng chọn theo kinh nghiệm thực tế.
Vì bề mặt collector hay bị bám bụi bẩn nên để thuận tiện cho việc lau chùi,
vệ sinh bề mặt của collector thờng lấy B
c
= 2 (m).
8