Tính toán thiết kế tháp giải nhiệt

Chào mừng thầy và các bạn đến với buổi thuyết trình

Tính toán thiết kế tháp giải nhiệt
GVHD : Võ Kiến Quốc
Nhóm 7


Nội dung thuyết trình
1/ Khái quát nội dung tháp giải nhiệt bằng không khí
2/ Tính toán thiết kế tháp
3/ Tính trở lực và công suất quạt


1.Khái quát nội dung tháp giải nhiệt bằng không khí
1-1: Chức năng tháp giải nhiệt
1-2: Phân loại tháp giải nhiệt
1-3: Phạm vi sử dụng
1-4: Nguyên lý hoạt động
1-5: Cách thức trao đổi nhiệt
1-6: Các bộ phận chính của tháp
1-7: Yếu tố ảnh hưởng đến khả năng giải nhiệt


1-1:Chức năng tháp giải nhiệt
 Tháp

giải nhiệt là một thiết bị được sử dụng để
giảm nhiệt độ của dòng nước bằng cách trích nhiệt
từ nước và thải ra khí quyển.
 Tháp giải nhiệt tận dụng sự bay hơi nhờ đó nước
được bay hơi vào không khí và thải ra khí quyển.

 Kết quả là, phần nước còn lại được làm mát đáng
kể.



1-2:Phân loại tháp giải nhiệt
Tháp giải nhiệt tự nhiên:
Không khí chuyển động
qua tháp là chuyển động
tự nhiên.
Loại tháp này vận hành
đơn giản nhưng thường có
kích thước lớn


Tháp giải nhiệt cưỡng bức:
Không khí chuyển động qua tháp
dưới tác dụng của quạt
Kết cấu có nhiều dạng khác nhau và
việc bố trí hướng chuyển động của
dòng không khí-dòng nước cũng
khác nhau.
Có một số kết cấu sau:
+tháp có quạt gió đặt ở trên
+tháp có quạt gió đặt ở dưới
+thân hình tròn hoặc hình vuông.


1-3:Phạm vi sử dụng
Tháp giải nhiệt được sử dụng rộng rải trong nhiều ngành công nghiệp như:

lạnh công nghiệp, chế biến thủy sản, dược phẩm, luyện kim, nhiệt điện….

Nhà máy thép-KCN Tịnh Phong-Quảng Ngãi


1-4:Nguyên lý hoạt động
Nước cần được giải nhiệt được phun ra các lỗ phân phối nước và được
đánh tơi nhờ các thanh đệm hoặc chảy thành màng mỏng (nhằm tăng
diện tích truyền nhiệt và tiếp xúc giữa nước và không khí). Không khí
từ môi trường xung quanh được thổi vào tháp và tiếp xúc với màng
nước, do có sự chênh lệch nhiệt độ giữa nước và không khí nên xảy ra
quá trình trao đổi nhiệt, không khí vào tháp chưa bảo hòa nên xảy ra
quá trình bốc hơi của nước, khi nước bốc thành hơi cần lấy đi một
nhiệt lượng bằng ẩn nhiệt hóa hơi do đó làm cho nhiệt độ nước giảm



1-5:Cách thức trao đổi nhiệt
Nước cần giải nhiệt và không khí thực hiện 2 quá trình
trao đổi nhiệt:
+ truyền nhiệt bằng đối lưu do chênh lệch nhiệt độ của
nước và không khí
+ truyền chất: nước bay hơi tỏa nhiệt vào không khí
Cách thức chủ yếu là truyền chất nên nhiệt độ không
khí ra tháp tăng lên không đáng kể khoảng 0,5 đến 1
độ


1-6:Các bộ phận chính tháp giải nhiệt cưỡng bức
Khung và thân tháp: bao

che, nâng đỡ các chi tiết
khác

Thân
tháp

Khối đệm: hỗ trợ việc trao đổi
nhiệt giữa nước và không khí
bằng việc làm nước bắn ra
thành các hạt hoặc chảy thành
màng (tăng thời gian và diện
tích trao đổi nhiệt)
Khối
đệm



Bể chứa nước lạnh: Bể nước
lạnh được đặt gần hoặc ngay
tại đáy tháp, bể nhận nước
mát chảy xuống qua khối
đệm trong tháp
Tấm chắn nước:thiết bị này thu
những giọt nước kẹt trong dòng
không khí, nếu không chúng sẽ
bị mất vào khí quyển

Tấm
chắn
nước

Bể chứa
nước
lạnh



Cửa không khí vào:
lấy không khí để giải
nhiệt nước

Vòi
phun

Vòi phun: vòi phun nước để
làm ướt khối đệm. Phân phối
nước đồng đều ở phần trên của
khối đệm.
Quạt: hút không khí bên ngoài
vào tháp.
Cửa
không khí
vào

Quạt


Vòi phun

Bộ phận khí vào


1-7:Yếu tố ảnh hưởng đến khả năng giải nhiệt

Khả năng giải nhiệt của tháp chịu ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt
kế ướt.
Nhiệt độ nhiệt kế khô và độ ẩm của không khí vào tháp có ảnh
hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của tháp vì nó ảnh hưởng
đến tốc độ bốc hơi.


2. Tính toán thiết kế tháp


Phương trình bảo toàn khối lượng :
Không khí khô : Gn1 + Gbs 5 + Gh 3 = Gn 2 + Gh 4

Gkk 3 = Gkk 4

Nước :

Trong đó :
+ Gkk
+ Gn1

: lưu lượng không khí qua tháp
: lưu lượng nước nóng vào tháp
+ Gn 2 : lưu lượng nước lạnh ra khỏi tháp
+ Gbs : lưu lượng nước bổ sung

+ Gh 3 : lưu lượng hơi nước chứa trong
dòng không khí ẩm vào tháp
Gh1 = Gkk d1
+ Gh 4 : lưu lượng hơi nước chứa trong dòng không khí ẩm thải ra môi trường
Gh 4 = Gkk d 4


Gkk 3 = Gkk 4 = Gkk = const
Vì
Gbs = Gh 4 − Gh3 = Gkk (d 4 − d3 )
nên ta có :
Phương trình cân bằng năng lượng có dạng :

Gn1c pn tn1 + Gkk I 3 + Gbs c pntnbs = Gn 2c pntn 2 + Gkk I 4

Gkk ( I 4 − I 3 ) = Gn c pn (tn1 − t n 2 ) + Gbs c pntnbs
Vì Gn1 = Gn 2 = Gn và Gbs = Gkk (d 4 − d 3 ) nên ta có :

Gkk ( I 4 − I 3' ) + (d 4 − d 3 )c pnt nbs  = Gn c pn (tn1 − t n 2 )
Gn c pn (tn1 − tn 2 )

Qk
Gkk =
=
'
( I 4 − I 3 ) + (d 4 − d3 )c pntnbs  ( I 4 − I 3' ) + (d 4 − d 3 )c pntnbs 
Lưu lượng nước qua tháp Gw bằng nước qua bình ngưng :
Qk
Gn =
c pn (tn1 −tn 2 )

Các thông số ban đầu:

Qk = 100 kW
tn1 = 360 C
tn 2 = 30 C
0

c pn = 4,174 kJ / kgK
Trạng thái không khí vào tháp: Tháp đặt tại thành phố Hồ Chí Minh

tkk 3 = 33

o

ϕ 3 = 81%
==> I 3 = 100,5 kJ / kg
==> d3 = 0,0262 kg hn / kg kk


Trạng thái không khí ra khỏi tháp :
ϕ4 = 90%
tkk 4 = tkk 3 + 1 = 33 + 1 = 34 oC
==> I 4 = 113,5 kJ / kg
==> d 4 = 0, 031 kg hn / kg kk
Chọn nhiệt độ nước bổ sung tnbs = 28 oC
Lưu lượng không khí qua tháp :
Gkk =

Qk
100
=
( I 4 − I 3' ) + (d 4 − d3 )c pntnbs  [ (113,5 − 100,5) + (0, 031 − 0, 0262).4,174.28]

Gkk = 7, 614 kg / s

Lưu lượng nước bổ sung :

Gbs = Gkk (d 4 − d3 ) = 7, 614.(0, 031 − 0, 0262) = 0, 0365 kg/ s24


Lưu lượng nước qua tháp :
Qk
100
Gn =
=
= 4 kg / s
c pn (tn1 − tn 2 ) 4,174.6

Tiết diện nước phun (hay là tiết diện không khí)
Gkk = ωkk ρ kk f k
Gkk
7, 614
fk =
=
= 2.538 m 2
ωkk ρ kk 2.5.1, 2

Tháp hình trụ , với đường kính D được xác định :

4 fk
4.2,538
D=
=
= 1,8 m

π

π