Tóm tắt Luận văn Nghiên cứu, tính toán và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các phương án sử dụng thiết bị ngưng tụ khác nhau trong hệ thống lạnh
1
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
PHAN VĂN THẢO
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA CÁC
PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
KHÁC NHAU TRONG HỆ THỐNG LẠNH
Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt
Mã số: 60.52.80
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2011
2
Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Võ Chí Chính
Phản biện 1: TS. Nguyễn Thành Văn
Phản biện 2: GS.TSKH. Phan Quang Xưng
Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn
tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng
vào ngày 21 tháng 11 năm 2011.
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng.
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.
3
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
- Xuất phát từ tầm quan trọng và tính cấp bách trong việc lựa chọn
thiết bị trao ñổi nhiệt nói chung và thiết bị ngưng tụ nói riêng trong
các hệ thống lạnh.
- Các giải pháp về phương án lựa chọn thiết bị ngưng tụ trong
thực tế lâu nay ñược thực hiện bằng những kinh nghiệm. Do ñó ñộ
chính xác chưa cao, chưa phát huy ñược hiệu quả làm việc của các
thiết bị. Do vậy, cần phải xây dựng ñược bài toán phân tích hiệu quả
kinh tế kỹ thuật của các phương án sử dụng thiết bị ngưng tụ khác
nhau trong hệ thống lạnh nhằm lựa chọn ñược thiết bị ngưng tụ phù
hợp nhất.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
- Nhằm nâng cao hiệu quả về việc sử dụng thiết bị ngưng tụ trong
các hệ thống lạnh.
- Xây dựng cơ sở ñể tính toán hệ số truyền nhiệt của các loại thiết
bị ngưng tụ khác nhau trong các hệ thống lạnh. Qua ñó, ta tính toán
ñược hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các loại thiết bị ngưng tụ.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết.
- Nghiên cứu dựa trên phương pháp khảo sát từ thực tế các loại
thiết bị ngưng tụ ñược sử dụng trong hệ thống lạnh.
4. TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
- Tài liệu chuyên môn về thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh.
- Các sách chuyên khảo và giáo trình về thiết bị lạnh.
- Catalogue các nhà sản xuất hệ thống thiết bị lạnh.
4
- Các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống lạnh và ñiều hòa không khí.
- Tài liệu từ nguồn Internet.
- Tạp chí chuyên ngành nhiệt lạnh.
5. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
- Góp phần xây dựng các cơ sở lý thuyết cho việc lựa chọn các
thiết bị ngưng tụ một cách hợp lý và hiệu quả.
- Giảm giá thành ñầu tư và chi phí vận hành bảo dưỡng các hệ
thống nhiệt lạnh.
- Nâng cao tuổi thọ của các thiết bị.
- Góp phần tiết kiệm năng lượng.
6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Ngoài phần mở ñầu và kết luận, luận văn bao gồm 4 chương:
Chương 1. Tổng quan về các thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh.
Chương 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ñộ ngưng tụ tới hiệu quả
của hệ thống lạnh.
Chương 3. Tính toán so sánh hệ số truyền nhiệt của các loại thiết bị
ngưng tụ.
Chương 4. Đánh giá, phân tích hiệu quả năng lượng của các phương
án sử dụng thiết bị ngưng tụ khác nhau.
5
6
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
TRONG HỆ THỐNG LẠNH
1.1 VAI TRÒ, VỊ TRÍ CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
1.1.1 Vai trò của thiết bị trao ñổi nhiệt
Trong các hệ thống lạnh thông thường (có máy nén) các thiết bị
trao ñổi nhiệt chiếm một tỉ lệ rất lớn: 52 ñến 68% về khối lượng và 45
ñến 62% về thể tích của toàn bộ hệ thống lạnh.
1.1.2 Vai trò của thiết bị ngưng tụ
Có nhiệm vụ ngưng tụ hơi quá nhiệt sau máy nén thành môi chất
lạnh trạng thái lỏng. Khi thiết bị ngưng tụ làm việc kém hiệu quả, các
thông số của hệ thống sẽ thay ñổi theo chiều hướng không tốt
1.2 CÁC LOẠI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
1.2.1 Bình ngưng ống chùm nằm ngang
1.2.1.1 Đặc ñiểm cấu tạo
Hình 1.1: Bình ngưng ống chùm nằm ngang
1.2.1.2 Ưu ñiểm
- Mật ñộ dòng nhiệt lớn q=3000÷6000W/m2, k=800÷1000W/m2K
- Hiệu quả trao ñổi nhiệt khá ổn ñịnh, ít phụ thuộc vào thời tiết.
1.2.1.3 Nhược ñiểm
- Chi phí ñầu tư và vận hành lớn.
- Đối với hệ thống lớn sử dụng bình ngưng không thích hợp vì khi
ñó ñường kính bình quá lớn, không ñảm bảo an toàn.
- Yêu cầu khối lượng nước làm mát lớn và nhanh tạo cáu bẩn
7
1.2.1.4 Những hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
- Dễ bị bám cáu bẩn và tắt nghẽn ñường nước.
- Khi áp suất ngưng tụ tăng cao, kim áp kế rung mạnh, không ổn
ñịnh thì phải xả khí không ngưng qua bình tách khí.
1.2.2 Bình ngưng ống vỏ thẳng ñứng
1.2.2.1 Đặc ñiểm cấu tạo
1.2.2.2 Ưu ñiểm
- Hiệu quả trao ñổi nhiệt khá lớn, k = 800 ÷ 1000 W/m2.K.
- Không yêu cầu chất lượng nguồn nước cao lắm.
- Do kết cấu thẳng ñứng nên lỏng môi chất và dầu chảy ra ngoài
khá thuận lợi, việc thu hồi dầu cũng dễ dàng.
1.2.2.3 Nhược ñiểm
- Vận chuyển, lắp ñặt, chế tạo, vận hành tương ñối phức tạp.
- Lượng nước tiêu thụ khá lớn
1.2.2.4 Những hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
1.2.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
1.2.3.1 Đặc ñiểm cấu tạo
Hình 1.3: Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
1.2.3.2 Ưu ñiểm
- Có kết cấu gọn gàng, an toàn.
- Có hiệu quả trao ñổi nhiệt khá lớn.
- Sử dụng thiết bị này không cần dùng bộ quá lạnh mà cho nước
và môi chất lưu ñộng ngược chiều.
1.2.3.3 Nhược ñiểm
- Chế tạo tương ñối khó khăn.
8
- Suất tiêu hao kim loại lớn, ñộ kín khít nhỏ vì có nhiều mối nối.
- Do môi chất chỉ chuyển ñộng vào ra một ống duy nhất nên lưu
lượng nhỏ, do ñó chỉ thích hợp ñối với hệ thống nhỏ và trung bình.
1.2.3.4 Những hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
- Nếu không có biện pháp chế tạo ñặc biệt các ống dễ bị móp.
- Dễ bám bẩn và ăn mòn bề mặt, thường xuyên bảo dưỡng.
1.2.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi
1.2.4.1 Đặc ñiểm cấu tạo
1.2.4.2 Ưu ñiểm
- Do cấu tạo dạng dàn ống nên công suất của nó có thể thiết kế ñạt
rất lớn mà không bị hạn chế vì bất cứ lý do gì.
- Ít tiêu tốn nước hơn, vì nước sử dụng theo kiểu tuần hoàn.
- Các dàn ống kích cỡ nhỏ nên làm việc an toàn.
1.2.4.3 Nhược ñiểm
- Chỉ thích hợp lắp ñặt ngoài trời
- Các cụm ống trao ñổi nhiệt thường xuyên tiếp xúc với nước và
không khí, ñó là môi trường ăn mòn mạnh, nên chóng bị hỏng.
1.2.4.4 Những hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
- Trong loại này nếu không dùng ñộng cơ bơm hoặc quạt loại ñặc
biệt chống nước hoặc mưa thì ñộng cơ sẽ nhanh hỏng và gây sự cố.
- Cũng phải thường xuyên bảo dưỡng và sửa chữa
1.2.5 Dàn ngưng kiểu tưới
1.2.5.1 Đặc ñiểm cấu tạo
1.2.5.2 Ưu ñiểm
- Hiệu quả trao ñổi nhiệt cao, k = 700÷900 W/m2.K.
- Cấu tạo ñơn giản, chắc chắn, dễ chế tạo và có khả năng sử dụng
cả nguồn nước bẩn vì dàn ống ñể trần rất dễ vệ sinh.
- Lượng nước bổ sung ít, khoảng 30% lượng nước tuần hoàn.
9
1.2.5.3 Nhược ñiểm
- Trong quá trình làm việc, nước bắn tung tóe xung quanh
- Tiêu thụ nước khá nhiều do phải thường xuyên xả bỏ nước.
- Do tiếp xúc thường xuyên với nước và không khí,ăn mòn nhanh
- Hiệu quả giải nhiệt chịu ảnh hưởng của thời tiết.
1.2.5.4 Những hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
1.2.6 Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí
1.2.6.1 Đặc ñiểm cấu tạo
a) Dàn ngưng ñối lưu tự nhiên
b) Dàn ngưng ñối lưu cưỡng bức
1.2.6.2 Ưu ñiểm
- Không sử dụng nước nên chi phí vận hành giảm.
- Hệ thống sử dụng dàn ngưng không khí có trang thiết bị ñơn giản
hơn và dễ sử dụng.
- Dàn ngưng không khí ít hư hỏng và ít bị ăn mòn.
1.2.6.3 Nhược ñiểm
- Mật ñộ dòng nhiệt thấp, nên kết cấu khá cồng kềnh và chỉ thích
hợp cho hệ thống công suất nhỏ và trung bình.
- Hiệu quả giải nhiệt phụ thuộc nhiều vào ñiều kiện khí hậu.
1.2.6.4 Những hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
Bề mặt truyền nhiệt rất dễ bị bám bẩn và khó vệ sinh do các cánh
trao ñổi nhiệt nhỏ và dày. Vì vậy tránh ñặt thiết bị ở nơi bụi bặm.
1.3 KẾT LUẬN
Qua nghiên cứu tổng quan về các loại thiết bị ngưng tụ, ta thấy
mỗi loại có một ưu nhược ñiểm khác nhau. Do vậy, cần phải xây dựng
ñược bài toán phân tích hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các phương án
sử dụng thiết bị ngưng tụ khác nhau trong hệ thống lạnh.
10
Chương 2
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ
NGƯNG TỤ TỚI HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG LẠNH
Mục ñích của chương này là nghiên cứu tính toán ñể xác ñịnh ảnh
hưởng về mặt ñịnh lượng của nhiệt ñộ ngưng tụ tới hiệu quả của hệ
thống lạnh, từ ñó có cách nhìn nhận chính xác hơn vai trò của thiết bị
ngưng tụ ñến hiệu quả kinh tế của toàn hệ thống lạnh.
Chúng tôi ñã tiến hành tính toán ε, l, qk, q0 và N của chu trình lạnh
một cấp sử dụng NH3 và R22 ở các chế ñộ nhiệt khác nhau với tk =30,
35, 40, 45 oC; to = -10, -15, -20oC; ∆tql= 50C, ∆tqn = 100C
2.1 HỆ THỐNG LẠNH SỬ DỤNG MÔI CHẤT NH3
2.1.1 Ảnh hưởng của tk tới hệ số lạnh ε
Hệ số làm lạnh ε là tỉ số giữa năng suất lạnh ñạt ñược trên công
tiêu tốn cho chu trình:
(2-1)
ε
= q0 /l
Bảng 2.1 Kết quả tính toán
tk
30
35
40
45
t0
-10
-15
-20
5,58 4,86 4,29 3,82
4,76 4,20 3,75 3,36
4,11 3,66 3,29 2,98
Hình 2.1: ε = f(tk, to) , NH3
Nhận xét: Khi tăng tk thì hệ số lạnh giảm, trung bình nếu tăng 10oC
thì hệ số lạnh ε giảm từ 1 ÷ 1,3 (tương ñương khoảng 20%).
2.1.2 Ảnh hưởng của tk tới l
Công nén riêng l là công lý thuyết mà máy nén phải sản ra ñể nén
1kg hơi môi chất theo quá trình ñoạn nhiệt từ áp suất p0 lên pk:
l = h2 − h , kJ/kg
(2-2)
1
11
Bảng 2.2 Kết quả tính toán (ảnh hưởng của tk tới l, môi chất NH3)
tk
t0
30
35
40
45
-10
-15
-20
206
241
278
234
269
306
258
294
334
284
322
361
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tk và l
Hình 2.2: Quan hệ l = f(tk, to) môi chất NH3
Nhận xét: Công nén riêng sẽ tăng khi nhiệt ñộ ngưng tụ tăng, trung
bình nếu tăng 10oC thì công nén riêng l tăng khoảng 50 ÷ 56kJ/kg
(tương ñương khoảng 18% ÷ 25%).
2.1.3 Ảnh hưởng của tk tới qk
Năng suất nhiệt riêng qk là lượng nhiệt mà 1 kg môi chất thải nhiệt
cho nước (hoặc không khí) làm mát ñể làm mát ngưng tụ và quá lạnh
trong thiết bị ngưng tụ:
, kJ/kg
(2-3)
qk = h2 − h3
Bảng 2.3 Kết quả tính toán (ảnh hưởng của tk tới qk, môi chất NH3)
tk
t0
30
35
40
45
-10
-15
-20
1365
1393
1422
1369
1397
1428
1371
1400
1432
1373
1404
1435
12
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tk và qk
Hình 2.3: Quan hệ qk = f(tk, to) môi chất NH3
Nhận xét: Khi tk tăng qk tăng không ñáng kể, trung bình nếu tăng
10oC thì qk tăng 4 ÷ 10kJ/kg tương ñương khoảng 0,05%.
2.1.4 Ảnh hưởng của tk tới q0
Năng suất lạnh riêng q0 là năng suất lạnh của 1kg môi chất lạnh
lỏng p cao và t0 cao tạo ra sau khi qua van tiết lưu và bay hơi hết trong
thiết bị bay hơi thành hơi bão hòa khô ở t0 và p0.
, kJ/kg
(2-4)
q0 = h − h4
1'
Bảng 2.4 Kết quả tính toán (ảnh hưởng của tk tới q0, môi chất NH3)
tk
t0 t
30
35
40
45
-10
-15
-20
1158,67
1151,89
1144,82
1135,17
1128,40
1121,32
1111,63
1104,85
1097,78
1087,78
1081,01
1073,94
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tk và q0
Hình 2.4: Quan hệ
q0 = f(tk, to) môi chất NH3
13
Nhận xét: Khi tăng tk thì q0 giảm, trung bình nếu tăng 10oC thì năng
suất lạnh riêng q0 giảm 47 ÷ 48kJ/kg tương ñương khoảng 4%.
2.1.5 Ảnh hưởng của tk tới chi phí năng lượng N
Bảng 2.5.Kết quả tính toán (ảnh hưởng của tk tới N, môi chất NH3)
t0
tk
30
35
40
45
-10
-15
-20
207,69
241,83
278,38
233,41
268,45
305,96
259,03
294,95
336,41
284,51
321,31
360,71
Hình 2.5: Quan hệ
N = f(tk, to) môi chất NH3
Nhận xét: Khi tk tăng thì N tăng, trung bình nếu tăng 10oC thì chi phí
năng lượng tăng 51 ÷ 58kJ/kg tương ñương khoảng 18 ÷ 25%.
2.2 HỆ THỐNG LẠNH SỬ DỤNG MÔI CHẤT R22
2.2.1 Ảnh hưởng của tk tới ε
Nhận xét: Khi tăng nhiệt ñộ ngưng tụ thì ε, trung bình nếu tăng 10oC
thì hệ số lạnh ε giảm 0,7 ÷ 1,4 tương ñương khoảng 20 ÷ 24%.
2.2.2 Ảnh hưởng của tk tới l
Nhận xét: l tăng một lượng tương ñối lớn khi tăng tk. Cụ thể, trung
bình nếu tăng 10oC thì l tăng khoảng 7 - 8kJ/kg (khoảng 17% -23%).
2.2.3 Ảnh hưởng của tk tới qk
Nhận xét: Khi tăng tk thì năng suất nhiệt riêng tăng, trung bình nếu
tăng 10oC thì qk tăng 5 - 7kJ/kg tương ñương khoảng 3%.
14
2.2.4 Ảnh hưởng của tk tới q0
Nhận xét: Khi tăng tk thì năng suất lạnh riêng giảm, trung bình nếu
tăng 10oC thì q0 giảm 12 - 13kJ/kg tương ñương khoảng 7-8%.
2.2.5 Ảnh hưởng của tk tới chi phí năng lượng N
Nhận xét: Khi tăng tk thì chi phí năng lượng tăng, trung bình nếu tăng
10oC thì N tăng 7 – 8kJ/kg tương ñương khoảng 16- 22%.
2.3 KẾT LUẬN
Qua nghiên cứu ảnh hưởng của tk ñến các thông số nhiệt chu trình
của hệ thống lạnh một cấp. Có thể rút ra các kết luận sau:
1. Nhiệt ñộ ngưng tụ tk và nhiệt ñộ bay hơi t0 có ảnh hưởng rất lớn
ñến hiệu quả của hệ thống lạnh.
2. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ngưng tụ tới ε, l, q0 và N của chu trình
lạnh một cấp sử dụng môi chất NH3 và R22 gần như tương tự nhau.
Tuy nhiên, ñối với môi chất R22 thì tk ảnh hưởng ñến qk với tỉ lệ lớn
hơn rất nhiều so với môi chất NH3. (Khi tk tăng 100C thì năng suất
nhiệt riêng qk tăng 0,05% ñối với môi chất NH3, tăng khoảng 3% ñối
với môi chất R22).
3. Khi tk tăng thì l và N còn ε, q0 và qk giảm. Điều này có nghĩa là
tk tỷ lệ thuận với l và N; tỷ lệ nghịch với ε, q0 và qk
4. Dựa vào các kết quả tính toán trên ta thấy ñược tk ảnh hưởng rất
lớn ñến 3 thông số sau: ε, l và N. Cụ thể khi nhiệt ñộ ngưng tụ tk tăng
khoảng 100C thì các thông số trên thay ñổi khoảng 20%.
15
Chương 3
TÍNH TOÁN SO SÁNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT CỦA
CÁC LOẠI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
3.1 HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT CỦA CÁC LOẠI THIẾT BỊ
NGƯNG TỤ SỬ DỤNG MÔI CHẤT NH3
Hệ số truyền nhiệt ñược tính theo công thức:
1
(3-1)
k =
,W /m2K
1
1
d2
1
+
ln
+
π
d1α1
2
πλ d1
π
d
2α 2
3.1.1 Bình ngưng ống chùm nằm ngang
* Xác ñịnh hệ số tỏa nhiệt về phía các môi trường
1. Xác ñịnh hệ số tỏa nhiệt khi ngưng tụ môi chất trong TBNT
Bình ngưng ống chùm nằm ngang môi chất NH3 có cấu tạo là các
ống thép chịu lực. Do ñó α1 ñược tính theo công thức:
∆i.ρ.λ
3.g
.
ψ h'
(3-2)
4
α
1 = 0,72
ν
.θ
n.d2
2. Xác ñịnh hệ số tỏa nhiệt về phía môi trường giải nhiệt
Hệ số tỏa nhiệt α ñược xác ñịnh theo:
(3-5)
α 2 = Nu.λ / d2
2
ꢀ Hệ số truyền nhiệt k ñược tính như sau:
1
k =
,W / m2K
1
1
d2
1
+
ln
πλ d1
+
0,25
∆i.ρ.λ
3.g
2
Pr
0,43
.
ψ h'
f
π
.0,021Re0,8 .Pr
.εl .ε R .λ
4
π
d10,72
ν .θn.d2
Prw
3.1.2 Bình ngưng ống vỏ thẳng ñứng
1
2
k=
,W/m K
1
1
d2
1
+
ln
+
4/3
0,25
2
πλ
d
Pr
n
1
0,43
H.θ
n
f
r
.
µ
0,8
0,5
π
.0,021.Re .Pr
.εl.εR.λ
π
d 400.
1+0,625Pr
−1
(
1
Pr
H.
θ
H.θn
)
th
w
3.1.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
Hệ số truyền nhiệt k của thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống ñược
tính giống như của thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm nằm ngang.
16
3.1.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi
1
k =
,W / m2 K
(3-28)
(3-35)
1
1
d2
d1
1
+
ln
+
.0,1.Re0,63 .Pr0,48
.λ
2
r.
ν
.
λ3
2
πλ
π
4
π
d1 4,99
µ
.∆t.d1
3.1.5 Dàn ngưng kiểu tưới
Giống như dàn ngưng kiểu bay hơi
3.1.6 Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí
1
k =
,W / m2K
1
1
d2
1
+
ln
πλ d1
+
π
d1.2100.θa−0,167.d−0,25
2
π .α 2.d2
tr
3.2 HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT CỦA CÁC LOẠI THIẾT BỊ NGƯNG
TỤ SỬ DỤNG MÔI CHẤT FRÊON
3.2.1 Bình ngưng ống chùm nằm ngang
1
k =
,W / m2 K
(3-46)
1
1
d2
1
+
ln
πλ d1
+
∆i.ρ.
λ3.g
2
π
.d2α 2
4
π
d10.72
.ψ h.
' ψ c
ν .θn.d2
3.2.2 Bình ngưng ống vỏ thẳng ñứng
Hệ số k ñược tính giống như bình ngưng ống vỏ thẳng ñứng NH3
3.2.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
1
2
k=
,W/mK
1
1
d
1
2
(3-51)
(3-54)
+
ln +
πλ
0,25
r.
ρ
.
λ
3.g
2
d
1
Pr
f
0,43
0,15
0,8
πd1.0,72
4 ν
.0,25q
tr
π
.0,021Re .Pr
.εl.εR.λ
.
θn.d
Pr
ng
w
3.2.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi
1
k =
,W / m2K
1
1
d2
1
+
ln
πλ d1
+
2
π .λ
.0,1.Re0,63 .Pr0,48
r.ν 2
.
λ3
.∆t.d1
4
π
d16,47
µ
17
3.2.5 Dàn ngưng kiểu tưới
Hệ số k ñược tính giống như dàn ngưng kiểu bay hơi freon
3.3 MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ TÍNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT K CỦA
CÁC THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
3.3.1 Ví dụ 1: Tính k của thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống trong hệ
thống lạnh sử dụng môi chất R22. Biết Qk = 25kW, tk = 30, 35, 40,
450C, nhiệt ñộ nước vào t’n = 300C, nhiệt ñộ nước ra t”n = 350C.
* Trường hợp tk = 300C
Kết quả:
Bảng 3.3 Kết quả tính toán cho các trường hợp tk khác nhau
k = 1198 W/m2K
tk, 0C
30
35
40
45
k, W/m2K
1198
1178
1153
1138
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tk và k
Hình 3.2: Quan hệ tk = f(k)
3.3.2 Ví dụ 2: Tính k của dàn ngưng giải nhiệt gió cho biết: Qk =
100kW, nhiệt ñộ không khí vào 300C, tk= 400C, môi chất lạnh R22.
k = 43W /m2.K
Kết quả:
3.3.3 Ví dụ 3: Tính k của bình ngưng ống vỏ thẳng ñứng. Cho biết Qk
= 100kW tk = 400C, nhiệt ñộ nước lạnh vào tw1 = 300C, NH3.
k = 940W /m2.K
Kết quả:
18
3.3.4 Ví dụ 4: Tính k của bình ngưng kiểu tưới không có quạt. Cho
biết Qk = 75kW, tk=410C, nhiệt ñộ nước lạnh vào tw1=300C, NH3
k = 826W /m2K
Kết quả:
3.4 KẾT LUẬN
Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả tính toán
Hệ số truyền
Hệ số truyền
Thiết bị ngưng tụ
nhiệt tính toán nhiệt tra bảng
ktt , W/m2K
1776
43
[4] kss , W/m2K
1600÷1800
30
Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống
Dàn ngưng giải nhiệt không khí
Bình ngưng ống vỏ thẳng ñứng
Thiết bị ngưng tụ kiểu tưới
940
800
826
700 ÷ 930
- Qua nghiên cứu ta thấy khi tăng nhiệt ñộ ngưng tụ thì hệ số
truyền nhiệt giảm, trung bình nếu tăng 10oC thì k giảm khoảng 8%.
- Việc tính toán k ñối với bài toán phức tạp ta phải tiến hành xác
ñịnh hệ số tỏa nhiệt phía trong ống và ngoài ống α1, α2.
- Hệ số tỏa nhiệt phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Chính vì vậy việc
tính toán phải ñi ñôi với các giả thiết về hình dạng bề mặt trao ñổi
nhiệt, hình dạng kết cấu của thiết bị ngưng tụ. Sau ñó tính toán mật ñộ
dòng nhiệt phía trong ống và ngoài ống với ẩn số là hiệu nhiệt ñộ vách
∆tv, lập hệ phương trình q1= f(∆tv), q2 = (∆tv), giải hệ phương trình
trên bằng ñồ thị ñể tìm kết quả.
- Dựa vào bảng tổng hợp kết quả tính toán ta thấy việc tính toán k
trong các ví dụ với kết quả tương ñối phù hợp so với giá trị kinh
nghiệm trong các tài liệu. Tuy nhiên, thiết bị thiết bị ngưng tụ kiểu
bay hơi có hệ số truyền nhiệt lớn nhất, dàn ngưng giải nhiệt bằng
không khí hiệu quả trao ñổi nhiệt kém nhất. Do ñó, trong các thiết kế
nên ưu tiên sử dụng kiểu bay hơi xét về hiệu quả trao ñổi nhiệt.
19
Chương 4
ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG
CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG THIẾT BỊ
NGƯNG TỤ KHÁC NHAU
4.1 TÍNH TOÁN SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG THIẾT
BỊ NGƯNG TỤ KHÁC NHAU TRONG HỆ THỐNG LẠNH 1 CẤP
4.1.1 Tính toán so sánh hệ thống lạnh 1 cấp môi chất R22
Bài toán
Tính toán thiết bị ngưng tụ cho kho lạnh 100 tấn. Biết hệ
thống lạnh sử dụng môi chất R22 với công suất lạnh Q0 = 10kW, t0 = -
220C, tqn = -150C, tk = 450C, tql = 350C.
A. Phương án 1: Sử dụng dàn ngưng giải nhiệt gió
1. Sơ ñồ và chu trình biểu diễn trên ñồ thị T-s và lgp-h:
Hình 4.1: Đồ thị lgp-h và T-s của chu trình 1 cấp
2. Tính toán chu trình:
Bảng 4.1 Các ñiểm nút của chu trình 1 cấp môi chất R22, tk=450C
1’
-22
2,26
697
-
1
2
3
4
-22
2,26
556
-
Nhiệt ñộ t, 0C
-15
2,26
703
0,1
86
45
Áp suất p, bar
17,29 17,29
Entanpy, kJ/kg
Thể tích riêng, m3/kg
757
-
556
-
20
Bảng 4.2 Kết quả tính toán của chu trình 1 cấp R22, tk=450C
TT
Đại lượng
Công thức
Đáp số
q0 = h, − h4
q0 =144 kJ / kg
1 Năng suất lạnh riêng
1
Lưu lượng nén qua
m = Q0 / q0
m = 0,106 kg / s
2
máy nén
qk = 201kJ / kg
Qk = 21,3 kW
qk = h2 − h3
3 Năng suất nhiệt riêng
4 Nhiệt thải ra ở TBNT
5 Công nén riêng
Qk = m.qk
l = 54 kJ / kg
l = h2 − h
1
ε
= q0 /l
ε = 2,6
6 Hệ số lạnh
Ns = m.l
Ns = 5,72 kW
Ni = 6,7 kW
Nms = 0,5 kW
Ne = 7,2 kW
Nel = 8 kW
7 Công nén ñoạn nhiệt
8 Công suất chỉ thị
9 Công suất ma sát
10 Công suất hữu ích
11 Công suất tiếp ñiện
Ni = Ns /ηi
Nms = pmz .m.v1
Ne = Ni + Nms
Nel = Ne/ηtd .ηel
3. Tính toán thiết bị ngưng tụ:
Qk 21,3.103
= 49,8 m2
Kết quả
F =
=
q
328
B. Phương án 2: Sử dụng bình ngưng ống chùm nằm ngang giải
nhiệt nước
Từ phương án 1 ta tính ñược diện tích bề mặt trao ñổi nhiệt của
dàn ngưng không khí là 49,8 m2. Khi ta sử dụng bình ngưng ống chùm
nằm ngang thì tk sẽ giảm kéo theo một số thông số khác cũng thay ñổi
theo chiều hướng có lợi (
). Điều này ñược thể hiện rõ
ε ↑,...
F ↓, Ne ↓,
qua phần phân tích dưới ñây:
- Xác ñịnh nhiệt ñộ ngưng tụ và diện tích bề mặt trao ñổi nhiệt:
Chọn bình ngưng dùng nước giếng khoan có nhiệt ñộ vào tw1=270C
tw2 = 27 + 5 = 320 C
ꢀ Nhiệt ñộ nước ra:
Tải về để xem bản đầy đủ
27 trang
16140
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tóm tắt Luận văn Nghiên cứu, tính toán và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các phương án sử dụng thiết bị ngưng tụ khác nhau trong hệ thống lạnh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- tom_tat_luan_van_nghien_cuu_tinh_toan_va_danh_gia_hieu_qua_k.pdf
