TIỂU LUẬN môn học TÍNH TOÁN tổn THẤT NHIỆT TRONG hệ THỐNG làm LẠNH của NHÀ máy BIA

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÝ TỰ TRỌNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN LẠNH

SVTH: 1. TRẦN TRIỆU VỸ
2. NGUYỄN VĂN HƠN

- MSSV: 20002835
- MSSV:20003243

3.VÕ VĂN NHẬT

–MSSV: 20004906

Ngành học: Kỹ Thuật Máy Lạnh Và Điều Hịa Khơng Khí
Lớp học: 20C1-KML1
Mơn học: TRUYỀN NHIỆT

TIỂU LUẬN MƠN HỌC
TÍNH TỐN TỔN THẤT NHIỆT TRONG HỆ THỐNG
LÀM LẠNH CỦA NHÀ MÁY BIA

GVHD: NGUYỄN THANH HẢI
Thành phố Hồ Chí Minh – 7/2021


Nhận xét của giảng viên 1
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................

................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................


............................................................................................................
Nhận xét của giảng viên 2
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................

................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................


Lời nói đầu
Kỹ thuật lạnh hiện đang ở thời kì ứng dụng rộng rãi vào sản suất và đời sống của nhiều
nước, nhất là ở các nước đang phát triển, phần lớn nằm trong vùng nhiệt đới Châu Á,
Châu Phi. Ngày nay, kỹ thuật lạnh là nhu cầu thiết yếu cho việc phát triển công nghiệp,
đặc biệt là công nghiệp thực phẩm.
Với môn học truyền nhiệt chuyên nghiên cứu các quá trình truyền nhiệt năng xảy
ra trong thiên nhiên và trong nhiều thiết bị khoa học kỹ thuật. Truyền nhiệt là một quá
trình phức tạp thường xảy ra trong nhiều chủng loại thiết bị của các ngành khác nhau
như: thiết bị năng lượng, thiết bị luyện kim, thiết bị hóa chất, thiết bị chế biến thực
phẩm... Do nhu cầu phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật nhiều vấn đề mới
được đặt ra trong đó có vấn đề truyền nhiệt , vì vậy mơn học này ngày càng gắn bó chặt
chẽ với nhiều ngành kỹ thuật và khơng thể thiếu được.
Quá trình trình truyền nhiệt trong thiết bị là một quá trình phức tạp xảy ra đồng
thời của ba dạng trao đổi nhiệt cơ bản: trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt, trao đổi nhiệt bằng
đối lưu, trao đổi nhiệt bằng bức xạ. Trong tiểu luận này sẽ trình bày phần lý thuyết cơ bản
của từng dạng nêu trên, phương pháp tính tốn, những yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến quá
trình truyền nhiệt nhằm giúp cho chúng em hiểu biết kỹ bản chất của vấn đề và có thể
tính tốn thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt thường được sử dụng trong các q trình cơng
nghệ.

MỤC LỤC

TRANG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ....................................................................... 1

1.1 Lý do vì sao chọn đề tài này : ................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu : ................................................................................... 1
1.3 Phạm vi nghiên cứu. ...................................................................................... 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu:............................................................................ 2
1.5 Kết cấu của chuyên đề. ................................................................................. 2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................... 3
2.1 Truyền nhiêṭ bằng dẫn nhiêṭ : .................................................................... 3
2.1.1 Khái niê ̣m ................................................................................................. 3
2.1.2 Phương pháp tính toán bài toán dẫn nhiê ̣t ....................................... 4
2.1.3 Các dạng truyền nhiê ̣t bằng dẫn nhiê ̣t cơ bản:................................ 9
2.2 Truyền nhiêṭ bằng đối lưu ......................................................................... 16
2.2.1 Khái niệm................................................................................................... 16
2.2.2 Phương pháp tính bài toán đối lưu................................................... 17
2.2.3 Các dạng truyền nhiê ̣t bằng đối lưu cơ bản ....................................... 19
2.3 Truyền nhiêṭ bằng bức xạ .......................................................................... 38
2.3.1:Khái niê ̣m .................................................................................................. 38
2.3.2 Phương pháp tính toán bài toán truyền nhiê ̣t hỗn hợp ................... 39
2.4 Truyền nhiêṭ hỗn hợp ................................................................................... 44
2.4.1 Khái niê ̣m................................................................................................... 44
2.4.2 Phương pháp tính tốn cho các dạng trao đổi hỗn hợp :................ 44


CHƯƠNG 3: NỘI DUNG THỰC HIỆN.............................................................

3.1 Giới thiệu chung về (hệ thống).......................................................................
3.2 Sơ đồ hệ thống nhiệt của (hệ thống)...............................................................
3.2.1 Máy nén..........................................................................................................
3.2.2 Thiết bị ngưng tụ............................................................................................
3.2.3 Thiết bị bay hơi..............................................................................................
….
3.3 Tính phụ tải nhiệt của hệ thống ....................................................................
3.4 Tính tốn chu trình nhiệt của hệ thống.........................................................
3.5 Chế độ vận hành – bảo quản hệ thống...........................................................
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN..............................................................
4.1 Tự đánh giá đề tài
4.1.1 Ưu điểm
4.1.2 Khuyết điểm
4.2 Kết luận và đề nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................
PHỤ LỤC...............................................................................................................


CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU
1.1Lý do vì sao chọn đề tài
Nhóm em chọn đề tài TÍNH TỐN TỔN THẤT NHIỆT TRONG HỆ THỐNG LÀM
LẠNH CỦA NHÀ MÁY BIA vì nhóm muốn tìm hiểu nhiều hơn về các hệ thống làm
lạnh trong các nhà máy lớn và hiểu rõ hơn về hệ thống lạnh truyền nhiệt làm bia trong
nhà máy với nhưng hệ thống này đem lại rất nhiều lợi ích cho xã hội và con người hiện
nay
1.2 Mục Tiêu Nghiên Cứu
Mục tiêu nghiên cứu về hệ thống làm lạnh trong nhà máy bia tính tốn tổn thất nhiệt
Vận dụng những kiến thức được học vào những hệ thống lạnh trong thực tế nhằm nắm
vững những kiến thức, áp dụng vào những môn học chuyên ngành và thực tế khi ra
trường

1.3 Phạm vi nghiên cứu
Về chỉ số tồn thất nhiệt trong hệ thống làm lạnh của nhà máy bia
1.4 Phương Pháp Nghiên Cứu
Tim hiểu về các tổn thất nhiệt mà hệ thống thải ra ngồi tổn thất những gì và có lợi gì trong đó
hiểu rõ hơn về hệ thống để sau này thống kê trên lý thuyết và vận dụng vào công việc
1.5 Kết câu chuyên đề

Tiểu luận gồm 4 chương
Chương 1 Giới thiệu
Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết
Chương 3 Nội Dung Thực Hiện
Chương 4 Kết Quả Thực Hiện


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Truyền nhiêṭ bằng dẫn nhiêṭ :
2.1.1 Khái niê ̣m
Dẫn nhiệt là dạng trao đổi nhiệt khi các vật hoặc các phần của một vật có sự khác
nhau và tiếp xúc trực tiếp với nhau. Do đó, trước tiên chúng ta cần tìm hiểu một số khái
niệm cơ bản về dẫn nhiệt.
Trường nhiệt độ: là tập hợp giá trị nhiệt độ của tất cả các điểm khác nhau trong
không gian tại một thời điểm. Nhiệt độ có thể được biểu diễn theo tọa độ Descartes tạo độ
trụ hoặc tọa độ cầu (Hình 2.1)

Mặt đẳng nhiệt: là quỹ tích của các điểm có nhiệt độ như nhau tại một thời điểm
nào đó. Tại một thời điểm, một điểm trong vật không thể tồn tại hai giá trị nhiệt độ. Do
đó, các mặt đẳng nhiệt khơng bao giờ cắt nhau. Hơn nữa, nhiệt độ của vật chỉ thay đổi
theo phương cắt của các mặt đẳng nhiệt và độ biến thiên nhiệt độ theo phương pháp tuyến
của các mặt đẳng nhiệt có giá trị lớn nhất.

2.1.2: Phương pháp tính toán bài toán dẫn nhiê ̣t
Định luật fourier và phương trình vi phân dẫn nhiệt :
Định luật Fourier được phát biểu như sau: “Nhiệt lượng 𝑑𝑄𝜏 truyền qua phần
tử bề mặt đẳng nhiệt 𝑑𝐴 trong khoảng thời gian 𝑑𝜏 tỷ lệ thuận với Gradient
nhiệt độ”
𝑑𝑄𝜏 = −𝑛𝑜𝜆 𝜕𝑇 𝜕𝑛 𝑑𝐴𝑑𝜏 (𝐽)
Nhiệt lượng truyền truyền qua một đơn vị bề mặt đẳng nhiệt trong một đơn
vị thời gian được gọi là mật độ dòng nhiệt: 𝑞 = −𝑛𝑜𝜆 𝜕𝑇 𝜕𝑛 (𝑊/𝑚2 )


Điều kiện đơn trị
+ Điều kiện biên loại 1: điều kiện này cho biết nhiệt độ bề mặt khi chưa biết dịng
nhiệt truyền qua bề mặt diện tích. Nhiệt độ bề mặt thường được xác định bằng cách
đo một cách trực tiếp và rất dễ dàng.

+ Điều kiện biên loại 2: điều kiện này cho biết dòng nhiệt truyền qua bề mặt nhưng
chưa biết nhiệt độ trên bề mặt (Hình 2.8). Khi có đầy đủ dữ liệu về truyền năng
lượng tại bề mặt thì dịng nhiệt tại bề mặt có thể được sử dụng như là một điều kiện
biên. Kiều kiện biên dịng nhiệt xác định có thể được thể hiện bởi định luật Fourier
trong dẫn nhiệt.


+ Điều kiện biên loại 3: điều kiện này cho biết nhiệt độ môi trường và quy luật trao
đổi nhiệt giữa bề mặt vật với môi trường xung quanh. Quá trình trao đổi nhiệt giữa
bề mặt và mơi trường sẽ diễn ra đồng thời cả ba dạng trao đổi nhiệt cơ bản là dẫn
nhiệt, đối lưu và bức xạ. Khi đó phương trình cân bằng năng lượng được sử dụng.

+ Điều kiện biên loại 4: Trong quá trình dẫn nhiệt, một số vật được tạo nên bởi

các lớp vật liệu khác nhau. Điều kiện biên về tiếp xúc được xác định thông qua hai
điều kiện: nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc của cả hai vật liệu như nhau và tại bề mặt tiếp
xúc khơng tích trữ năng lượng.


2.1.3 Các dạng truyền nhiê ̣t bằng dẫn nhiê ̣t cơ bản:
Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt ổn định một chiều qua vách phẳng :

Kết hợp với định luật Fourier ta có:
𝑄̇ 𝑐𝑜𝑛𝑑, = −𝜆𝐴 𝑑𝑇/ 𝑑𝑥
(3.2)
Áp dụng những điều kiện biên và lấy tích phân phương trình (3.2). Ta có:


Vách phẳng nhiều lớp Trong thực tế những vách phẳng thường được tạo ra bởi
nhiều vách phẳng ghép lại với nhau. Như vách tường bao gồm lớp gạch, lớp hồ, lớp
sơn…Việc tính tốn đối với vách phẳng nhiều lớp được áp dụng những nhiệt điện trở
nối tiếp. Xét một vách phẳng gồm 2 lớp, những điều kiện như đối với trường hợp một
lớp


Mạng nhiệt điện trở Với cách lập luận tương tự như vậy, bài toán trao đổi
nhiệt bằng dẫn nhiệt trong thực tế có thể được giải quyết như một mạng nhiệt. Mỗi
một vách phẳng như một nhiệt điện trở có thể được mắc nối tiếp (Hình 3.2), mắc
song song (Hình 3.3) hoặc mắc hỗn hợp (Hình 3.4). Khi đó, bài toán được giải
quyết một cách đơn giản.


Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt ổn định một chiều qua vách trụ :
- Vách trụ một lớp Xét một ống trụ đồng chất, đẳng hướng, chiều dài ống 𝐿, bán

kính trong và ngoài lần lượt là 𝑟1; 𝑟2, hệ số dẫn nhiệt 𝜆 là hằng số, nhiệt độ bề mặt
vách 𝑇1; 𝑇2 (Hình 3.6). Quá trình truyền nhiệt qua ống trụ là ổn định và chỉ xảy ra
theo chiều trục bán kính.
o Dựa vào phương trình cân bằng năng lượng cho vách trụ ta có:

Kết hợp với định luật Fourier ta có:

Áp dụng những điều kiện biên và lấy tích phân phương trình (3.9). Ta có:


o

Trong đó: 𝐴 = 2𝜋𝑟𝐿 là diện tích của vách trụ. Chú ý rằng đối với vách trụ

thì diện tích của mỗi mặt đẳng nhiệt không bằng nhau, nhưng nhiệt lượng trao đổi
qua các mặt đẳng nhiệt thì bằng nhau.

o Tương tự như vậy đối với vách trụ 𝑛 lớp:

-

Bảng 3.1: Hệ số hình dạng dẫn nhiệt

2.2 Truyền nhiêṭ bằng đối lưu
2.2.1 Khái niệm
Trao đổi nhiệt đối lưu là dạng trao đổi nhiệt giữa bề mặt vật rắn và môi chất
chuyển động. Q trình trao đổi nhiệt đối lưu ln gắn với sự chuyển động của
môi chất. Nếu môi chất chuyển động là do nhân tạo (quạt, bơm, máy nén …) thì
được gọi là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức. Nếu môi chất chuyển động là do sự
thay đổi khối lượng riêng của môi chất (do thay đổi nhiệt độ) thì được gọi là trao

đổi nhiệt đối lưu tự nhiên.


2.2.2 Các phương pháp tính bài toán đối lưu
Để thuận tiện cho việc tính tốn trong trao đổi nhiệt đối lưu thường
sử dụng công thức Newton :

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu :
Do đó, hệ số truyền nhiệt đối lưu có thể được hiểu là một hàm của rất nhiều các
thông số :
𝛼 = ( , 𝑇∞, 𝜇, 𝜆, 𝜌, 𝑐𝑝, 𝜔, 𝑙1, 𝑙2 … )

(4.3)

Tiêu chuẩn Nusselt: Đặc trưng cho quá trình truyền nhiệt tại lớp biên giữa vách và
dịng mơi chất:


Tiêu chuẩn Reynolds: Đặc trưng cho mối quan hệ giữa lực qn tính và tính nhớt
của mơi chất.

Tiêu chuẩn Grashof: Đặc trưng cho lực đẩy Archmedes xuất hiện trong dòng môi
chất do sự chênh lệch về tỷ trọng

Tiêu chuẩn Prandtl: Đặc trưng cho ảnh hưởng của các thông số vật lý của mơi chất
đến q trình tỏa nhiệt đối lưu

Tiêu chuẩn Rayleigh: Ra = Gr * Pr

Trong trao đổi nhiệt đối lưu ổn định, qua phép biến đổi đồng dạng ta xác định

được phương trình tiêu chuẩn có dạng:

2.2.3 Các dạng truyền nhiê ̣t bằng đối lưu cơ bản
- Đổi nhiệt đối lưu tự nhiên
Trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên là dạng trao đổi nhiệt đối lưu mà môi chất chuyển
động do sự trên lệch khối lượng riêng của môi chất khi nhiệt độ thay đổi.


Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên trong không gian vô hạn
Đối với bài toán trao đổi nhiệt đối lưu, chúng ta áp dụng công thức Newton. Để
làm được điều này thì việc trước tiên và quan trọng nhất là xác định hệ số trao đổi
nhiệt đối lưu. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiện phụ thuộc vào hình dạng hình
học và hướng của bề mặt vật rắn; sự thay đổi nhiệt độ bề mặt; tính chất nhiệt vật lý
của mơi chất. Bằng thực nghiệm, chúng ta có thể xác định hệ số Nusselt theo cơng
thức:

Trong đó: 𝐶; 𝑛: là các giá trị phụ thuộc vào hình dạng bề mặt và chế độ chảy của
mơi chất. Trình tự tính toán đối với bài toán trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên trong
khơng gian rộng được trình bày chi tiết trong Bảng 5.1.
BẢNG 5.1: MỘT SỐ MƠ HÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN TRONG
KHÔNG GIAN RỘNG





BẢNG 5.2: TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN TRONG KHÔNG GIAN HẸP

-

Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức:
Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức là dạng trao đổi nhiệt đối lưu mà môi chất
chuyển động do nhân tạo (bơm, quạt, máy nén…).


Trường hợp trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức được chia làm hai phần: dịng chảy
bên ngồi và dịng chảy bên trong ống.
- Dịng chảy trong ống:
- Nhiệt độ tính tốn: trong q trình tính tốn bài tốn trao đổi nhiệt đối lưu bên trong
ống, nhiệt độ tính tốn được xác định là nhiệt độ trung bình của mơi chất:
𝑇𝑐 = 𝑇∞
- Kích thước tính tốn được xác định phụ thuộc vào hình dạng ống:
+ Đối với ống trịn: 𝐿𝑐 = 𝐷
+ Đối với những ống khác hình trịn: 𝐿𝑐 = 𝐷𝑡𝑑 =

4 AC
U

Trong đó: 𝐴𝑐 (𝑚2 ) là diện tích của mơi chất lưu động qua; 𝑈(𝑚) là chu vi ướt.

- Việc xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu qua tiêu chuẩn 𝑁𝑢 và hàm của nó phụ
thuộc vào chế độ chảy của dòng chảy bên trong ống. Chế độ chảy của dịng mơi chất
được xác định thông qua hệ số Raynolds:
+ Chảy tầng: 𝑅𝑒 =

ω LC
< 2.200
v

+ Chảy quá độ: 2.200 < 𝑅𝑒 =

ω LC
< 104
v


+ Chảy rối: 𝑅𝑒 =

ω LC
<104 Trình tự xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu và
v

quá trình truyền nhiệt được xác định qua:
Dịng chảy ngồi ống trịn đơn
Đối với dịng chảy bên ngồi ống đơn việc xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
qua tiêu chuẩn 𝑁𝑢 và hàm của nó được cho trong Bảng 5.4:
BẢNG 5.4: TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC DÒNG CHẢY BÊN NGOÀI
ỐNG ĐƠN