Bài tập dài môn thiết bị trao đổi nhiệt

Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19


1
Bài tập dài môn thiết bị trao đổi nhiệt

Nhóm 19:

Đặng Nhật Anh 20090066
Nguyễn Thanh Tuấn 20093006


Đề bài
Thiết kế dàn ngưng tụ
Thiết kế dàn ngưng tự Freon kiểu ống vỏ giải nhiệt bằng nước
Tải lạnh 190 kW, môi chất lạnh R134a, nhiệt độ 29
o
C, áp suất trung bình
của Freon là 0,702 MPa
Nước làm mát nhiệt độ vào 20
o
C, nhiệt độ ra 25
o
C, áp suất trung bình của
nước 0,4Mpa.
Quá trình ngưng tụ xảy ra ở phần vỏ. Tự chọn thiết bị kiểu vỏ
Báo cáo cuối cùng bao gồm tính toán nhiệt, thủy lực so sánh phương án tối
ưu, giá cả,…

Tóm tắt:
Thiết bị ống vỏ ngưng hơi Freon 190

o
Q kW
Hơi R134a
1
29 ; 0,702
o
ng tb
t C p MPa 
Nước làm mát
2 2 2
20 ; 25 ; 0,4
o o
tb
t C t C p MPa
 
  
Tính , , , , ...Q k L N n

Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19


2
Bài làm:
Tính toán cân bằng nhiệt
*Tính lưu lượng môi chất lạnh và nhiệt trao đổi bình ngưng
Giả sử máy lạnh làm lạnh nước xuống 10
o
C chọn 5
o
bh

t C  ta có:
10 5 5( )
o
o
t C  
Chu trình lạnh của máy lạnh Freon:

Từ đồ thị trên ta tra được các thông số:
Vị trí Nhiệt độ
(
o
C)
Entanpy
(kJ/kg)
Entropy
(kJ.kg.K)
1 Sau khi ra khỏi
dàn bay hơi
5 401,7 1,7252
2 Trước khi vào
bình ngưng
417,48 1,7252
3 Sau khi ra khỏi
bình ngưng
29 240,4
4 Trước khi vào dàn
bay hơi
5 240,4
(số liệu lấy từ cuốn Môi chất lạnh – Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy)
Ta có lưu lượng môi chất lạnh R134a

Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19


3
1
1 4
190
1,178( / )
401,7 240,4
o
Q
g kg s
i i
  
 

Nhiệt tỏa ra ở dàn ngưng:
2 3
1 4
417,48 240,4
190. 208,6( )
401,7 240,4
k o
i i
Q Q kW
i i
 
  
 

*Tính lưu lượng nước làm mát ở bình ngưng
Nước làm mát
2 2
2 2 2
20 25
20 ; 25 22,5( )
2 2
o o o
tb
t t
t C t C t C
 
 
 
     
Tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa theo nhiệt độ
2
22,5
o
tb
t C ta được
3
2 2
997,575(kg/m ); 4,18(kJ/kg.K)
p
C

 
2 6 2
2 2 2

60,375.10 (W / . ); 0,95575.10 (m / );Pr 6,62
f
m K s
 
 
  
Ta có
 
2 2 2 2k p
Q g C t t
 
 
 
2
2 2 2
208,6
9,98( / )
. 4,18.(25 20)
k
p
Q
g kg s
C t t
   
 
 


Tính hệ số trao đổi nhiệt trong ống
Chọn ống có đường kính

19
16
o
i
d
mm
d
 làm bằng thép có hệ số truyền nhiệt
60W / .m K

 , đặt trong thiết bị ống vỏ, ận tốc nước làm mát chảy trong
ống
2
1,5 /m s

 nhằm đảm bảo tránh ăn mòn
*Tính hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát
Kích thước xác định 16
i
d mm
Tính hệ số Reynolds:
3
4
2
2
6
2
. 1,5.16.10
Re 25111,17 10
0,95575.10

i
d




   
=> nước chảy trong ống là chảy rối
Ta có công thức tính Nusselt cho dòng chảy rối chảy trong ống
Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19


4
0,25
0,8 0,43
w
Pr
0,021.Re .Pr . .
Pr
f
f f f R
Nu
 
 

 
 


Do ống thằng nên 1

R


Giả sử
1
50d thì ta có 1




Môi chất có nhiệt độ không đổi
1 1 1
29
o
tb
t t t C
 
  
Nhiệt độ của thành ống trong có thể tính xấp xỉ:
1 2
w
29 22,5
25,75( )
2 2
o
tb tb
t t
t C
 
  

Tra nhiệt theo nhiệt độ
w1
25,75
o
t C bảng thống số vật lý của nước trên
đường bão hòa ta tra được
w
Pr 6,1
0,25
0,8 0,43
2
2
2 2
2
2
6,62
0,021.25111,17 .6,62 . 159,942
6,1
.
159,942.60,375.10
6035,31(W / . )
0,016
f
f
i
Nu
Nu
m K
d




 
 
 
 
  

*Tính hệ số tỏa nhiệt bên hơi ngưng
Với nhiệt độ 29
o
k
t C tra bảng thông số vật lý của chất lỏng R134a
3 3
1
3 6
1
1191,5 / ; 174,2.10 /
80,1.10 W / . ; 203,2.10 .
kg m r J kg
m K Pa s

 
 
 
 

Ta thấy
2 3
( )r i i  nên ta có thể bỏ qua phần nhiệt tỏa ra khi hơi quá nhiệt

trở về trạng thái hơi bão hòa. Coi quá trình chỉ có ngưng tụ hơi bão hòa
Ta có công thức tính hệ số tỏa nhiệt khi ngưng vói ống đặt nằm ngang
0,25
2 3
1 1
w
0,25
2 3 3 3
2
6
. . .
0,728.
.( )
1191,5 .9,81.174,2.10 .(80,1.10 )
0,728. 2298.486(W / . )
203,2.10 .(29 25,75).0,019
N
k o
N
g r
t t d
m K
 





 


 

 
 
 
 

 

Do
2 1
/ 19 /16 1,1875 1,4d d    nên ta có thể coi như vách phẳng chiều
dày
2 1
19 16
1,5( )
2 2
d d
mm

 
  
Bài tập dài thiết bị trao đổi nhiệt Nhóm 19


5
Nếu không xét đến bám bẩn thì ta có hệ số truyền nhiệt của thiết bị:
2
3
1 2

1 1
1598,055(W / . )
1 1
1 1,5.10 1
2298,486 60 6035,31
k m K

  

  
 
 

Xét thêm bám bẩn và ta coi hệ số bám bẩn trong ống và ngoài ống lần lượt
là: 0,000176; 0,000352
fi fo
R R 
3
1 2
2
1 1
1 1
1 1,5.10 1
0,000352 0,000176
2298,486 60 6035,31
866,731(W / . )
fo fi
k
R R
m K


  

 
   
   


Tính toán ống vỏ
Chiều dài thiết bị giới hạn L
max
=5m chọn ống L=4m
Khoảng cách vách ngăn B=0,25m vách ngăn bị cắt 25%
Chọn cách sắp xếp ống song song bố trí hình vuông với bước ống
p
T
=1 inch=25,4 mm
*Tính chiều dài ống
Nhiệt độ trung bình logarit ngược chiều:
(29 25) (29 20)
6,166( )
29 25
ln
29 20
o
nc
t C
  
  


 
 

 

Ta có coi 0,9


3
2
. . .
208,6.10
43,37( )
. . 0,9.6,166.866,731
k nc
k
nc
Q t F k
Q
F m
t k


 
   


16 19
17,5( )
2 2

i o
tb
d d
d mm
 
  
*Tính đường kính vỏ