Tiểu luận thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm

Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

I.Các thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp:
Dựa vào cấu tạo của bề mặt truyền nhiệt ta có thể chia thiết bị truyền nhiệt
gián tiếp thành các loại chính sau đây:
-

Loại có vỏ bọc

-

Loại tấm

-

Loại xoắn ốc

-

Loại ống gân

-

Loại ống

1)Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp loại có vỏ bọc
a) Cấu tạo
- Vỏ ngoài (2) được ghép chắc vào vỏ thiết bị (1) bằng mặt bích (3), giữa 2

lớp vỏ tạo thành khoảng trống kín. Chất tải nhiệt sẽ vào khoảng trống để đun
nóng hoặc làm nguội
- Chiều cao của vỏ ngoài không được thấp hơn mực chất lỏng trong thiết bị

Hình1: Thiết bị truyền nhiệt loại có vỏ bọc
1.Thiết bị

2. Vỏ bọc

3.Mặt bích

1


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

- Khi cần làm việc ở áp suất cao thì vỏ bọc ngoài cần có cấu tạo đặc biệt

Hình 3: Sơ đồ kết cấu của thiết bị truyền nhiệt loại vỏ bọc ngoài làm việc ở
áp cao
1. Vỏ thiết bị

2.Bỏ bọc ngoài

Vỏ bọc (2) là tấm thép có khoét nhiều lỗ, các lỗ này hàn lền vào vỏ (1).
Thiết bị truyền nhiệt qua vỏ thiết bị còn có loại khác như thiết bị có ống xoắn
lên ngoài vỏ(hình 3), để truyền nhiệt từ ống xoắn vào vỏ thiết bị được, ta lót

thêm miếng lót 3 bằng kim loại để tăng bề mặt tiếp xúc(hình 3.a) hoặc đúc
ống xoắn vào trong vỏ thiết bị (hình 3.d) loại này có áo suất làm việc trog
ống xoắn lên đến 250at. Đôi khi ống xoắn thường được bổ đôi rồi hàn vào vỏ
thiết bị(hình 3.b), hoặc là là thép góc hàn vào vỏ thiết bị(hình 3.c), các loại
này áp suất làm việc của hơi trong ống xoắn thường tới 60at
b) Nguyên lý:
- Chiều cao của vỏ ngoài không được thấp hơn mực chất lỏng trong thiết bị
- Bề mặt truyền nhiệt không lớn quá 10m2, và áp suất làm việc của hơi đốt
không quá 10 at
- Đặt cánh khuấy để tăng tốc độ tuần hoàn
2


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

- Khi cần làm việc ở áp suất cao thì vỏ bọc ngoài cần phải có cấu tạo đặc biệt
(áp suất làm việc ở đây có thể đến 75 at)
c) Ưu, nhược điểm
•

Ưu điểm

- Chế tạo đơn giản, dễ vận hành
- Dễ bảo dưỡng sửa chữa
•

Nhược điểm:

-Hệ số truyền nhiệt không cao
-Thiết bị cồng kềnh

3


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

4


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

2.Thiết bị trao đổi nhiệt loại tấm:
a) Cấu tạo:
-

Bề mặt truyền nhiệt làm bằng các tấm kim loại

-

Các khe giữa các tấm tạo thành hai hệ thống không thông với nhau

b) Hoạt động:
-

Hai dòng lưu chất nóng và lạnh chảy xen kẽ với nhau giữa các tấm, các tấm
này được dập rãnh để tạo nên dòng chảy rối cho hai lưu chất nhằm đạt được
năng suất trao đổi nhiệt lớn nhất.

5


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2
-

Nhóm 2 – L

Được dùng để trao đổi nhiệt ở áp suất thường, chủ yếu là để đốt nóng không
khí bằng khói lò.

-

Dùng để trao đổi nhiệt giữa các khí trong hệ thống lạnh thâm độ.
c) Ưu, nhược điểm:

•

Ưu điểm:

-

Gọn, tốc độ trao đổi nhiệt hai phía đều lớn.

•

Nhược điểm:

-

Không làm việc được ở áp suất cao, khó ghép kín.
3) Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống xoắn ốc:
a) Cấu tạo:

-Loại này bề mặt truyền nhiệt làm bằng những tấm kim loại cuốn theo dạng
xoắn ốc.Thiết bị gồm 2 tấm kim loại 1 và 2,đầu trong của hai tấm kim loại
này được hàn vào tấm ngăn 3,giữa hai tấm 1 và 2 tạo thành một khe có tiết
6


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

diện hình chữa nhật,chữa tải nhiệt sẽ đi trong các khe đó.Hai đầu thiết bị
được ghép kín.
b) Ưu, nhược điểm
•

Thiết bị truyền nhiệt kiểu xoắn ốc có ưu điểm là gọn và có vận tốc
lớn,hai chất tải nhiệt có thể chuyển động ngược chiều nhau hoàn

toàn,trở lực thủy lực nhỏ hơn trong ống chùm.

•

Nhược điểm là chế tạo và sửa chữa phức tạp,không làm việc ở áp suất
cao trên 6at (cấu tạo đặc biệt có thể làm việc được ở 10at )

4) Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp loại ống có gân:
a) Cấu tạo:

Thiết bị truyền nhiệt loại ống có gân thường có 2 kiểu: gân dọc 1 và
gân ngang 2. Đôi khi truyền nhiệt giữa 2 chất khí, nghĩa là α1 và α2 đều nhỏ,
người ta cấu tạo gân ở cả 2 bên, trường hợp này gân thường có dạng hình
kim 3 gọi là thiết bị truyền nhiệt hình kim.
b) Hoạt động:
-

Khi truyền nhiệt giữa 2 chất tải nhiệt mà hệ số cấp nhiệt một phía thì rất nhỏ
so với phía kia, ta cần tăng bề mặt truyền nhiệt ở phía có α nhỏ để tang hiệu
quả truyền nhiệt bằng cách them các gân lên bề mặt truyền nhiệt.
7


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2
-

Nhóm 2 – L

Khi đun nóng không khí hoặc khí bằng hơi nước bão hòa thì hệ số cấp nhiệt

từ hơi đến bề mặt truyền nhiệt α1
khí α2

11600W/m2.độ, còn từ bề mặt ra không

5,7 -58W/m2.độ nghĩa là α2<<α1, khi đó ta phải gắn gân ở phía α2:

thiết bị như vậy gọi là thiết bị truyền nhiệt loại ống có gân. Cách bố trí gân
cũng phải chú ý chiều chuyền động của khí để khí có thể đi sâu vào giữa các
gân, gân phải làm bằng vật liệu dẫn nhiệt tốt.
5) Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp loại ống:
5.1)Thiết bị ống xoắn ruột gà
a)
-

Cấu tạo:

Bộ phận quan trọng nhất của thiết bị là các ống được uốn thành hình
renốc được gọi là ống xoắn ruột gà. Các ống này được giữ bằng các nẹp giữ
ống.- Đường kính của ống xoắn ruột gà thường không quá 100 mm

-

Ốn g 2 có t á c d ụ n g g iả m d u n g t í c h c ủa t h i ế t b ị đ ể t ă n g vậ n
t ố c c ủa l ư u t h ể chuyển động bên ngoài ống xoắn ruột gà.

8


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN

ĐH2CM2

b)

Nhóm 2 – L

Nguyên lý hoạt động:
Một lưu thể đi bên trong ống xoắn và một lưu thể đi bên ngoài ống
xoắn.Hailưu thể có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều.
9


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

Tốc độ chuyển độngcủa chất lỏng trong ống khoảng 0,5 đến 1 m/s.- Khi
mà yêu cầu bề mặt truyền nhiệt lớn, người ta thiết kế nhiều ống xoắn
songsong hoặc đồng tâm.
c)

Ưu điểm va nhược điểm :
• Ưu

điểm:

+ Bề mặt truyền nhiệt lớn.+Thiết kế đơn giản, có thể chế tạo bằng những vật liệu chống ăn mòn.
+Dễ kiểm tra hoặc sửa chữa.
• Nhược

điểm:

+Thiết bị cồng kềnh.
+Chế tạo ống xoắn khó khăn.
+Khó làm sạch bên trong ống xoắn.
+Trở lực thủy lực bên trong ống xoắn lớn.
+Hệ số truyền nhiệt nhỏ vì hệ số cấp nhiệt bên ngoài ống nhỏ.
5.2) Loại ống lưới:

10


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

Loại này thường dùng để làm lạnh và ngưng tụ, chất lỏng phun bên ngoài

-

thường là nước. Nước tưới ở ngoài ống chảy lần lượt từ ống trên xuống ống
dưới rồi chảy vào máng. Trong trao đổi nhiệt sẽ có khoảng từ 1-2% lượng
nước đưa vào tưới bị bay hơi, khi bay hơi nó sẽ lấy một phần nhiệt từ chất tải
nhiệt nóng ở trong ống do đó lượng nước dùng làm nguội ở thiết bị này ít
hơn so với các thiết bị làm nguội khác, mật độ nước tưới trong khoảng từ
200-1500 lít/h. trên một mét chiều dài ống trên cùng của dãy.Lương nước
bay hơi có thể xác định:
G= Fψ(x2-x1) kg/h

Trong đó: ψ là hệ số bay hơi, kg/m2h
F bề mặt bay hơi = bề mặt chuyền nhiệt
x2,x1hàm ẩn của không khí ở môi trường xung quanh và hàm ẩn của
kk bão hòa của nhiệt độ của nước chảy trên bề mạt ống truyền nhiệt.
d)

Cấu tạo:gồm máng tưới,ống truyền nhiệt,khuỷu nối,máng chứa nước và
bích nối

11


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

e)

Nhóm 2 – L

Ưu điểm: lượng nước làm lạnh ít, cấu tạo đơn giản, dễ quan sát và làm
sạch bên

ngoài ống và dễ sửa chữa thay thế.
f)

Nhược điểm: Cồng kềnh, lượng nước không tưới đều trên toàn bộ bề
mặt khi lượng nước

quá ít thì các ống dưới sẽ khô,hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống được xác định:
α=

W/

.độ

α-hệ số cấp nệt phía ngoài của ống
C-nhiệt dung riêng chất lỏng
U-mật độ tưới.
5.3)Loại ống lồng ống:

12


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

a)

Cấu tạo:

-

gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau.

-

Nhóm 2 – L

Chất tải nhiệt l đi trong ống từ dưới lên còn chất tải nhiệt II đi trong ống

ngoài từ trên xuống.
-

Khi năng suất lớn, đặt nhiều dãy làm việc song song.

b)

Hoạt động:

-

Nước chuyển động ở ống bên trong, môi chất lạnh chuyển động ngược lại

ở phần không gian giữa các ống.
c)

Ưu, nhược điểm:

•

Ưu điếm:
13


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

+ Hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể tạo ra tốc độ lớn cho cả hai chất tải nhiệt.

+ Cấu tạo độ đơn giản .
•

Nhược điểm:
+ cồng kềnh.
+ giá thành cao.
+ khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống.

5.4) Loại ống chum
a)

-

Cấu tạo.

Ống trao đổi nhiệt.
Thường được làm bằng đồng hoặc thép hợp kim.
Bề mặt của ống trao đổi nhiệt chính là bề mặt truyền nhiệt giữa lưu thể
chảy bên trong ống và bên ngoài ống.

-

Mặt sàng ống.
Các ống được định vị cố định nhờ được gắn chặt vào các lỗ trên mặt sàng.
Mặt sàng ống thường là một tấm kim loại phẳng hình tròn, được khoan lỗ
và soi rãnh để cố định ống, lắp vòng đệm, bu lông mặt bích và các thanh
đỡ tấm chia dòng.

-

Vỏ thiết bị trao đổi nhiệt.
14


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

Là một bộ phận chứa lưu chất phía ngoài ống trao đổi nhiệt.
Có tiết diện hình tròn, được chế tạo từ thép tấm.
-

Cửa lưu chất vào/ra.
Là nơi đưa lưu chất trao đổi nhiệt phía ngoài ống vào và ra khỏi thiết bị.

-

Tấm chắn dòng.
Đặt ngay sát dưới cửa vào của lưu chất.
Mục đích: chuyển hướng chuyển động của dòng lưu thể vào có vận tốc
lớn có thể ảnh hưởng tới phần đầu của ống trao đổi nhiệt.

-

Khoang đầu và đầu đưa chất lỏng vào/ra phía trong ống.
Mục đích: kiểm soát dòng lưu chất chảy phía trong lòng ống.
Thường được chế tạo bằng vật liệu hợp kim.

-

Tấm chia khoang.
Tấm chia khoang được sử dụng khi thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thiết
kế với số khoang ống từ 2 trở lên.
Phải đảm bảo: số lượng ống ở mỗi khoang là như nhau, đảm bảo bề mặt
chịu nén thích hợp lắp đặt vòng đệm, không quá gây khó khăn cho việc
chế tạo và không làm ảnh hưởng nhiều đến chi phí chế tạo, vận hành và
bảo dưỡng.

-

Vách ngăn.
Tạo thành cơ cấu để định vị ống trao đổi nhiệt ở vị trí thích hợp
khi lắp đặt cũng như khi vận hành và giữ cho bó ống không bị rung do sự
chuyển động xoáy của lưu chất.
Định hướng chuyển động của lưu chất phía ngoài ống chuyển động qua lại
theo phương vuông góc với chùm ống làm tăng vận tốc chuyển động của
lưu chất và hệ số truyền nhiệt.

b)

Nguyên lý hoạt động.

15


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm dựa trên nguyên lý trao đổi nhiệt gián
tiếp giữa hai lưu thể chuyển động bên trong và bên ngoài ống trao đổi nhiệt.
Để tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt, người ta tạo ra chiều chuyển động
của lưu thể trong và ngoài ống theo phương vuông góc hoặc chéo dòng.
Để phân phối lưu thể trong và ngoài ống người ta tạo ra hai khoang để phân
phối lưu chất trong và ngoài ống khác nhau.Lưu chất chảy ngoài ống được
chứa trong vỏ trụ, còn lưu chất chảy trong lòng ống được chứa khoang đầu
và trong lòng ống.toàn bộ bó ống được đặt trong vỏ trụ.
c)

Ưu nhược điểm.

• Ưu

điểm.

+ Kết cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn.
+ Có khoảng áp dụng rất rộng, gần như ở mọi công suất, trong mọi điều
kiện hoạt động từ chân không đến siêu cao áp, từ nhiệt độ rất thấp đến
nhiệt độ rất cao và cho tất cả các dạng lưu thể ở nhiệt độ, áp suất khác
nhau ở phía trong và ngoài ống.
+ Vật liệu để chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm chỉ phụ thuộc vào
điều kiện hoạt động, vì vật cho phép thiết kế để đáp ứng được các yêu
cầu khác như độ rung, khả năng sử dụng cho các lưu thể có những tính

16


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN

ĐH2CM2

Nhóm 2 – L

chất đóng cặn, chất có độ nhớt cao, có tính xâm thực, tính ăn mòn, tính
độc hại và hỗn hợp nhiều thành phần.
+ Có thể được chế tạo từ vât liệu là các loại kim loại, hợp kim cho tới các
vật liệu phi kim với bề mặt truyền nhiệt từ 0,1m2 đến 100.000m2.
•

Nhược điểm.
+ Bề mặt trao đổi nhiệt tính trên một đơn vị thể tích của thiết bị thấp so
với các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu mới, vì vậy, cùng một bề mặt trao đổi
nhiệt như nhau, thiết bị troa đổi nhiệt kiểu ống chùm thường có kích
thước lớn hơn nhiều.


Cách bố trí ống trên lưới.

17


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2
 Chia ngăn trong thiết bị ống
•

Nhóm 2 – L

chùm.

Khi cần tăng tốc độ của chất tải nhiệt để tăng hiệu quả
truyền nhiệt, thường chia thiết bị ra làm nhiều ngăn.

•

Khi chia ngăn ngang đối với chất tải nhiệt đi ngoài ống,
ngoài tác dụng tăng tốc độ còn có tác dụng làm cho chất
tải nhiệt đi chéo góc với phương của trục ống truyền
nhiệt.



Bù giãn nở.

18


Trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường HN
ĐH2CM2
a)

Vòng bù giãn nở

b)

Đầu phao hở

c)

Đầu phao kín

d)

Loại hộp đệm

e)

Loại chữ U

f)

Loại ống kép

Nhóm 2 – L

19


Nhóm 2
trường HN

Trường ĐH Tài Nguyên &Môi

Thiết bị ống chùm khi ống

lắp chắc vào lưới ống đỡ ống chỉ làm việc ổn định khi hiệu số nhiệt độ giữa
vỏ thiết bị và ống không quá 500C, nếu vượt quá giới hạn này ống hoặc vỏ
thiết bị biến dạng do sự giãn nở không đều nhau. Vì vậy, khi thiết bị làm
việc có sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa vỏ và ống thiết bị, ta cần cấu tạo

thêm bộ phận bù giãn nở.

20


Nhóm 2
trường HN
II.

Trường ĐH Tài Nguyên &Môi

Tính thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm

Tính thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt nói chung và thiết bị ống chùm nói riêng
đều gồm các bước chính sau: tính nhiệt, tính và kết cấu thiệt bị, tính bền
các chi tiết, và tính tổn thất thủy lực.
1)

Tính nhiệt

Tính nhiệt cho thiết bị trao đổi nhiệt là căn cứ vào các điều kiện cụ thể của
quá trình trao đổi nhiệt như: lưu lượng, và các thông số nhiệt vật lí của các
lưu thể,điều kiện nhiệt độ để xác định bề mặt trao đổi nhiệt trên cơ sở giải
các phương trình cân bằng nhiệt.
Khi tính nhiệt ta cần kết hợp với các phép tính về cấu tạo và thủy lực.
♦

Trước hết ta chọn kiểu và các kích thước chính( như đường kính,chiều dài
của vỏ thiết bị,đường kính của ống truyền nhiệt ).Việc chọn cấu tạo có ý
nghĩa quan trọng vì nếu chọn phù hợp sẽ có giá trị kinh tế cao.Nghĩa là ta

chọn cấu tạo sao cho đơn giản,dễ chế tạo,dễ lắp đặt và sửa chữa mà vẫn có
cường độ trao đổi nhiệt cao giữa 2 lưu thể.Các kích thước chính như
đường kính,chiều dài(hoặc chiều cao) của vỏ thiết bị nên dựa vào các tiêu
chuẩn cho trước.
- Khi xác định vị trí của các lưu thể ta cho lưu thể gây bám bẩn đi ở
không gian nào dễ dàng làm sạch bề mặt trao đổi nhiệt.Đối với thiết bị
trao đổi nhiệt ống chùm đều đễ dàng làm sạch bề mặt trong của các ống
truyền nhiệt bằng cơ học(trừ loại ống hình chữ U).
- Vận tốc của các lưu thể chọn sao cho có cường độ trao đổi nhiệt cao
nhưng không làm tăng nhiều tổn thất trở lực sẽ dẫn tới tốn công suất cho
bom hay quạt vận chuyển lưu thể qua thiết bị .Trong thực tế ta lấy vận tốc
của chất lỏng v1 =0,5÷3 m/s; với các chất khí vk =8÷25 m/s ;còn với hơi
nước nóng là vh=10m/s.

21


Nhóm 2
trường HN
♦

Trường ĐH Tài Nguyên &Môi

Tính lưu lượng của các lưu thể: Muốn tính lưu lượng của các lưu thể tham
gia trao đổi nhiệt cho nhau,ta dựa vào công suất nhiệt và các phương trình
cân bằng nhiệt của thiết bị .Tùy từng trường hợp cụ thể mà áp dụng
phương trình cân bằng nhiệt cho phù hợp. Phương trình cân bằng nhiệt
trong thực tế nói rằng: nhiệt lượng của lưu thể có nhiệt độ cao hơn mất đi
đúng bằng nhiệt lượng mà lưu thể có nhiệt dộ thấp hơn thu được cộng với
tổn thất nhiệt ra môi trường chung quanh(hoăc trừ đi nhiệt lượng từ bên

ngoài xâm nhập vào thiết bị ,trường hơp này xảy ra khi làm lạnh vật thể).

♦

Xác định hiệu nhiệt độ trung bình của 2 lưu thể.Hiệu nhiệt độ trung bình
∆ttb giữa 2 lưu thể cũng được xác định tùy thuộc vào điều kiện cụ thể.

Hình 1: Chiều chuyển động và sự thay đổi của nhiệt độ của các lưu thể
trong thiết bị

22


Nhóm 2
trường HN

Trường ĐH Tài Nguyên &Môi

Hình 1 thể hiện chiều chuyển động và sự thay đổi nhiệt độ của 2 lưu thể
dọc theo bề mặt truyền nhiệt từ cửa vào đến cửa ra của 2 lưu thể trong
từng trường hợp.
+) Hình 1-a ứng với quá trình trao đổi nhiệt giữa 2 lưu thể cùng thay
đổi pha trong đó lưu thể thứ nhất ngưng tụ ,lưu thể thứ 2 bay hơi.
+) Nếu chỉ có lưu thể thứ nhất thay đổi trạng thái ta có đồ thị hình 1b.
+) khi cả 2 lưu thể không thay đổi trạng thái và chuyển động cùng
chiều dọc theo bề mặt truyền nhiệt ta có hình 1-c.
+)Hai lưu thể không thay đổi pha nhưng chuyển động ngược chiều ta
có hình 1-d.
+) Hình 1-e là trường hợp 2 lưu thể chéo nhau.
+) Hình 1-f là trường hợp 2 lưu thể chuyển động phức tạp(trong thiết

bị có nhiều lối).
Trong trường hợp cả 2 lưu thể đều thay đổi pha (hình 1-a) thì hiệu nhiệt độ
trung bình chính là hiệu nhiệt độ chuyển pha của chúng.
Đối với các trường hợp trao đổi nhiệt giữa 2 lưu thể thể hiện ở các hình 1b,1-c,và 1-d thì hiệu nhiệt độ trung bình ∆ttb được tính theo công thức:
∆ttb

=

(1)

23


Nhóm 2
trường HN

Trường ĐH Tài Nguyên &Môi

Trong đó :∆tL,∆tN là hiệu nhiệt độ lớn và nhỏ ở cửa vào và ra của các
lưu thể.Nếu trong quá trình trao đổi nhiệt mà nhiệt độ của các lưu thể
ít thay đổi dọc theo bề mặt truyền nhiệt ,nghĩa là

< 2 thì ta có

thể tính gần đúng ∆ttbtheo công thức:
∆ttb=

(2)

Muốn tính ∆ttbtrong trường hợp 2 lưu thể chảy chéo nhau (hình 1-e) và

chảy có chiều phức tạp (hình 1-f ) thì trước tiên ta vẫn tính hiệu nhiệt độ
trung bình như đối với dòng ngược chiều (hình 1-d) theo công thức (1)
rồi nhân với hệ số điều chỉnh Ψ.Hệ số Ψphụ thuộc vào hai thông số P và
R ; [Ψ=f(P,R)],tra theo đồ thị cho sẵn .Muốn tra Ψ,ta phải tính P và R
theo công thức:

Khi thiết kế và tính toán đối với thiết bị trao đổi nhiệt mà cả 2 lưu thể
không thay đổi pha thì việc chọn chiều chuyển động của chúng là rất
quan trọng đối với hiệu quả truyền nhiệt .Hiệu nhiệt độ trung bình trong
trường hợp dòng ngược chiều là lớn nhất và nhỏ nhất đối với dòng chảy
xuôi chiều ,còn trong trường hợp dòng chéo nhau hoặc dòng phức tạp là
trung bình trong 2 trường hợp trên.
Nếu trong quá trình trao đổi nhiệt mà 1 hoặc 2 lưu thể thay đổi pha (có
nhiệt độ không đổi) thì chiều chuyển động của chúng không có ảnh

24


Nhóm 2
trường HN

Trường ĐH Tài Nguyên &Môi

hưởng gì cả ,nghĩa là giá trị của dòng ngược chiều chéo nhau hay phức
tạp đều là tương đương.
Khi tính hiệu nhiệt độ trung bình của thiết bị bay hơi trong máy lạnh thì
các đường nhiệt độ ở hình 1-b sẽ là đường đứt đoạn .
Các phương trình (1) và (2) chỉ áp dụng trong trường hợp trên toàn bộ bề
mặt truyền nhiệt của thiết bị các hệ số truyền nhiệt K và nhiệt dung riêng
của lưu thể C1và C2đều là không đổi(K=const ,C1=const,C2=const) hoặc có

thay đổi ít.Nếu giá trị của chúng thay đổi hơn 2 lần thì việc tính hiệu nhiệt
độ trung bình phải thực hiện theo tích phân trung bình.
♦

Xác định hệ số truyền nhiệt K

Trong quá trình tính nhiệt cho thiết bị trao đổi nhiệt thì tính hệ số truyền
nhiệt K là phần chủ yếu.Hệ số K phụ thuộc vào các yếu tố như: các hệ
số tỏa nhiệt ở 2 phía vách,hệ số dẫn nhiệt của vách, vách nhiều lớp
hay một lớp,vách phẳng hay vách trụ .Đối với thiệt bị trao đổi nhiệt
ống chùm thì vách nhiệt là vách trụ.
Đối với vách trụ 1 lớp ta có công thức sau:
K=

,

(3)

Đối với vách trụ nhiều lớp ta có:

25