intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán tháp giải nhiệt ứng dụng trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí

Chia sẻ: ViMessi2711 ViMessi2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

45
lượt xem
6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm phù hợp với lượng nhiệt thải bình ngưng của hệ thống lạnh, xây dựng các lưu đồ thuật toán và thiết lập chương trình tính toán mô phỏng tháp giải nhiệt. Chương trình cho phép người sử dụng có nhiều lựa chọn với nhiều công suất khác nhau, giúp rút ngắn thời gian tính toán và đạt độ chính xác cao nhất.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán tháp giải nhiệt ứng dụng trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí

Nguyễn Công Vinh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 189(13): 59 - 65<br /> <br /> NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THÁP GIẢI NHIỆT<br /> ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ<br /> Nguyễn Công Vinh, Nguyễn Lê Châu Thành*<br /> Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - ĐH Đà Nẵng<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí, tháp giải nhiệt đóng vai trò rất quan trọng để làm mát<br /> nước trong bình ngưng. Tuy nhiên, trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam, khi tháp giải<br /> nhiệt làm việc kém hiệu quả sẽ gây ra những hạn chế cho tổ hợp hệ thống máy lạnh. Để giải quyết<br /> những vấn đề này, cần phải nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm phù hợp với lượng<br /> nhiệt thải bình ngưng của hệ thống lạnh, hay nói cách khác là tháp giải nhiệt phải thải được toàn<br /> bộ lượng nhiệt do bình ngưng thải ra. Mặt khác, cần tính toán tối ưu về mặt kinh tế nghĩa là phải<br /> chọn tháp giải nhiệt sao cho tổng thể tiêu tốn điện năng để sản xuất ra một đơn vị lạnh là thấp nhất.<br /> Trong khi đó, để xác định các đại lượng của tháp giải nhiệt có sử dụng nhiều thông số, công thức<br /> phức tạp và tốn khá nhiều thời gian. Vì vậy để thuận lợi cho việc này, chúng tôi xây dựng các lưu<br /> đồ thuật toán và thiết lập chương trình tính toán mô phỏng tháp giải nhiệt. Chương trình cho phép<br /> người sử dụng có nhiều lựa chọn với nhiều công suất khác nhau, giúp rút ngắn thời gian tính toán<br /> và đạt độ chính xác cao nhất.<br /> Từ khóa: Tháp giải nhiệt; hệ số trao đổi nhiệt; nhiệt độ; chương trình; hệ thống lạnh.<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ*<br /> Hiện nay, tháp giải nhiệt (TGN) là thiết bị<br /> trao đổi nhiệt hỗn hợp loại dùng đệm được sử<br /> dụng rộng rãi, trong các ngành như điện lạnh;<br /> ngành nhựa; thủy hải sản; luyện kim; dược<br /> phẩm ...Đối với hệ thống lạnh, TGN là một<br /> thiết bị trao đổi nhiệt dùng để làm mát nước<br /> tuần hoàn cho bình ngưng tụ bằng cách bay<br /> hơi một phần nước vào không khí và trao đổi<br /> nhiệt với không khí khi cho nước tiếp xúc<br /> trực tiếp với không khí của môi trường. Cũng<br /> như các thiết bị trao đổi nhiệt khác, năng suất<br /> giải nhiệt của TGN không phải cố định mà<br /> thay đổi theo điều kiện làm việc. Trong đó chi<br /> phí điện năng cung cấp cho máy nén, bơm<br /> nước, quạt gió, chi phí đầu tư ban đầu, chi phí<br /> vận hành… cần phải tính toán kỹ để vừa đảm<br /> bảo về mặt kỹ thuật vừa mặt kinh tế. Nghĩa là<br /> phải tính chọn tháp giải nhiệt sao cho tổng thể<br /> tiêu tốn điện năng để sản xuất ra một đơn vị<br /> lạnh là thấp nhất. Ở trong bài báo này, chủ<br /> yếu đi sâu nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt<br /> và trao đổi ẩm trong TGN kiểu tròn ứng dụng<br /> trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí.<br /> Dựa trên cơ sở từ các tài liệu, chúng tôi xây<br /> *<br /> <br /> Tel: 0989 296540, Email: nguyenlechauthanh@gmail.com<br /> <br /> dựng sơ đồ thuật toán, giao diện chương trình<br /> tính toán các thông số của tháp bằng ngôn<br /> ngữ phần mềm Visual basic 6.0.<br /> NỘI DUNG NGHIÊN CỨU<br /> Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tháp<br /> giải nhiệt<br /> <br /> Hình 1. Cấu tạo tháp giải nhiệt<br /> <br /> Tháp giải nhiệt là một thiết bị làm mát nước,<br /> dựa theo nguyên tắc tạo mưa và làm mát bằng<br /> gió. Luồng không khí theo hướng ngược với<br /> lưu lượng nước. Nước nóng sau khi ra khỏi<br /> bình ngưng được đưa lên cao rồi phun qua<br /> các lỗ nhỏ tạo thành các giọt nước, các giọt<br /> nước này rơi trên các lá chắn tạo thành các<br /> hạt nhỏ hơn hoặc chảy thành từng lớp mỏng<br /> 59<br /> <br /> Nguyễn Công Vinh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> qua lớp đệm từ trên xuống dưới. Mặt khác<br /> không khí từ ngoài tháp (là không khí ẩm của<br /> môi trường xung quanh chưa bão hòa, φ <<br /> 100%) nhờ quạt gió hút vào đi từ dưới lên và<br /> ra khỏi tháp. Không khí tiếp xúc với nước sẽ<br /> thực hiện quá trình trao đổi nhiệt. Nước sẽ tỏa<br /> nhiệt cho không khí, hạ thấp nhiệt độ và quay<br /> về bình ngưng. Qúa trình truyền nhiệt giữa<br /> nước và không khí được thực hiện bằng hai<br /> cách: cách thứ nhất là truyền nhiệt bằng đối<br /> lưu do chênh lệch nhiệt độ giữa nước và<br /> không khí; và cách thứ hai là truyền nhiệt<br /> bằng truyền ẩm nghĩa là do nước bay hơi vào<br /> trong không khí. Thực tế trong TGN thì nhiệt<br /> truyền từ nước vào không khí bằng cách bay<br /> hơi là chủ yếu [1].<br /> <br /> 189(13): 59 - 65<br /> <br /> số tưới (m3/m2.h); ∆pk- trở kháng khối đệm<br /> (mm H2O); β- hệ số truyền ẩm (kg/m2.s); αhệ số tỏa nhiệt (W/m2.0K); ω- tốc độ không<br /> khí (m/s).<br /> Xác định các thông số của nước và không khí<br /> Khi không khí vào tháp có độ ẩm φ ≤ 100%<br /> thì nhiệt độ t’k ≥ tu , nghĩa là nhiệt độ thấp<br /> nhất của không khí vào tháp t’k = tu. Vậy điều<br /> kiện để kiểm tra chương trình, thì nhiệt độ<br /> nước ra khỏi tháp t”n phải lớn hơn nhiệt độ<br /> nhiệt kế ướt của không khí vào tháp tu và<br /> được chọn như sau:<br /> - Nhiệt độ của nước ra khỏi tháp:<br /> <br /> Cơ sở tính toán<br /> Khi tính toán TGN chúng ta cần xem xét một<br /> số giả thiết gần đúng và để tiện lợi trong quá<br /> trình tính toán, tên các đại lượng và đơn vị<br /> được ký hiệu như sau:<br /> - Hệ số trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm cũng như<br /> các thông số vật lý, nhiệt ẩn hóa hơi, nhiệt<br /> dung riêng của không khí ẩm được xem là<br /> không đổi trên toàn bộ diện tích (Fx) tiếp xúc<br /> giữa không khí và nước.<br /> - Nhiệt độ màng nước trên bề mặt cắt ngang<br /> bất kỳ của tháp được xem là nhiệt độ trung<br /> bình của nước trên tiết diện (F) này.<br /> Qk- công suất bình ngưng (kW); η- hiệu suất<br /> tháp (%); ∆t- hiệu nhiệt độ vào ra (0C); Cknhiệt dung riêng của không khí (kJ/kg.K); Cnnhiệt dung riêng của nước (kJ/kg.K); t- nhiệt<br /> độ (0C); ε- hệ số dính ướt của nước trên bề<br /> mặt đệm; φ- độ ẩm tương đối (%); B- áp suất<br /> khí trời (bar); I- entanpy (kJ/kg); d- độ chứa<br /> ẩm (kg ẩm/kg kk); v- thể tích tự do khối đệm<br /> (m3/m3); f- bề mặt của một đơn vị thể tích<br /> khối đệm (m3/m2); μ- độ nhớt động lực của<br /> không khí (N.s/m2); ρ- khối lượng riêng<br /> (kg/m3); g- gia tốc trọng trường (m/s2); νk độ nhớt động học của không khí (m2/s); pbphân áp suất (bar); Re- hệ số Reynold; Ar- hệ<br /> số Arximed; M- mật độ tưới (m3/m2.h); Ψ- hệ<br /> 60<br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ trao đổi nhiệt giữa nước và không<br /> khí trong tháp giải nhiệt<br /> <br /> t"n = tu + ∆t ; với ∆t = (3 ÷ 5)<br /> <br /> (1)<br /> <br /> - Nhiệt độ nước vào tháp:<br /> <br /> t 'n  t u <br /> <br /> t<br /> 1 <br /> <br /> (2)<br /> <br /> - Lượng nước phun trong tháp chính là lượng<br /> nước làm mát của bình ngưng:<br /> <br /> Gn <br /> <br /> Qk<br /> C n t 'n  t"n <br /> <br /> (3)<br /> <br /> - Lượng không khí vào ra là bằng nhau:<br /> Qk<br /> (4)<br /> Gk <br /> I' 'k  I'k C n .t 0 d ' 'k d 'k <br /> - Lượng nước tưới bổ sung:<br /> Gbs = Gk(dk” – dk’)<br /> <br /> (5)<br /> <br /> Xác định các thông số của tháp<br /> Để tính diện tích trao đổi nhiệt của bề mặt<br /> đệm (F) ta phải biết hệ số truyền nhiệt kF.<br /> <br /> Nguyễn Công Vinh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Việc xác định thông số này khá phức tạp, bởi<br /> vì ngoài quá trình trao đổi nhiệt bằng đối lưu<br /> còn xảy ra quá trình trao đổi ẩm giữa không<br /> khí và nước. Tuy nhiên, chúng ta có thể lý<br /> luận dựa trên cơ sở là: lượng nhiệt trao đổi<br /> giữa không khí và nước (Q) bao gồm lượng<br /> nhiệt trao đổi bằng đối lưu của không khí khô<br /> (Qđ) và lượng nhiệt trao đổi qua việc trao đổi<br /> ẩm (Qa). Trên thực tế, vì (Qa) nhỏ hơn rất<br /> nhiều so với Qđ [1], nên có thể xem gần đúng<br /> Q = Qđ.<br /> Qđ = Gk.Ck(t”k - tk’)<br /> <br /> 189(13): 59 - 65<br /> <br /> Đường kính và chiều cao của tháp được tính<br /> chọn trên cơ sở chiều cao và đường kính của<br /> đệm đồng thời đảm bảo một số yêu cầu như:<br /> khoảng cách để lắp đặt quạt hút, mô tơ,<br /> khoảng trống để không khí hút vào, bố trí dàn<br /> phun nước…<br /> - Tiêu chuẩn Reynold được xác định từ<br /> phương trình chuẩn:<br /> <br /> (6)<br /> <br /> - Mặt khác theo công thức Newton về trao đổi<br /> nhiệt đối lưu giữa không khí và nước qua bề<br /> mặt đệm F bằng:<br /> Qđ = α.F.∆t<br /> <br /> R e  0,045.Ar<br /> <br /> 0 , 57<br /> <br />  Gk<br /> <br />  Gn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0 , 43<br /> <br /> (12)<br /> <br /> - Tiêu chuẩn Arximed:<br /> <br /> (7)<br /> <br /> d 3tđ . k . n .g<br /> Ar <br /> 2<br /> <br /> - Diện tích của bề mặt khối đệm:<br /> <br /> (13)<br /> <br /> - Tốc độ khí đi qua lỗ rỗng được xác định<br /> theo tiêu chuẩn Reynold:<br /> <br /> R e.f .<br /> 4. k<br /> <br /> 'k <br /> <br /> (14)<br /> <br /> - Đường kính tương đương của lỗ đệm:<br /> <br /> d tđ <br /> Hình 3. Trao đổi nhiệt hỗn hợp dùng đệm<br /> <br /> Q<br /> Q<br /> F<br />  đ<br /> k F .t. .t<br /> <br /> (8)<br /> <br /> - Thể tích khối đệm:<br /> <br /> V<br /> <br /> F<br /> f<br /> <br /> (15)<br /> <br /> - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu tính theo công thức<br /> gần đúng của Luic [1]. Quan hệ của Luic nêu<br /> lên sự đồng dạng giữa quá trình truyền nhiệt<br /> và quá trình truyền ẩm.<br /> α = Ck.β<br /> <br /> (9)<br /> <br /> (16)<br /> <br /> - Hệ số truyền ẩm được xác định:<br /> <br /> - Chiều cao khối đệm:<br /> <br /> 4.V<br /> h<br /> .D 2<br /> 4.G k<br /> .k . k<br /> <br />   . <br />   0,0047 k k  .d tđ0, 2<br />  v <br /> 0,8<br /> <br /> (10)<br /> <br /> - Đường kính khối đệm:<br /> <br /> D<br /> <br /> 4.v<br /> f<br /> <br /> - Mật độ tưới được các định:<br /> <br /> M<br /> (11)<br /> <br /> (17)<br /> <br /> 4.G n<br /> .D 2 . n<br /> <br /> (18)<br /> <br /> 61<br /> <br /> Nguyễn Công Vinh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 189(13): 59 - 65<br /> <br />   1,2  0,04.M<br /> <br /> (19)<br /> <br /> - Mật độ tưới tối thiểu theo kinh nghiệm:<br /> Mmin = 0,12.f<br /> <br /> (20)<br /> <br /> - Mật độ tưới tối đa theo kinh nghiệm:<br /> Mmax = (4 ÷ 6).Mmin<br /> <br /> (21)<br /> <br /> - Trở lực của dòng khí khi đi qua khối đệm<br /> xếp tự do được xác định:<br /> <br /> p  .p k<br /> <br /> (22)<br /> <br /> - Trở kháng của khối đệm khi không khí đi<br /> qua đệm không có nước:<br /> <br /> 7,6. k .' 2k . 0k, 2<br /> p k  h.<br /> khi Re < 7000 (23)<br /> g.d tđ .v1,8<br /> 1,3. k .'2k . 0k, 2<br /> p k  h.<br /> khi Re ≥ 7000 (24)<br /> g.d tđ .v 2<br /> XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH<br /> Xây dựng lưu đồ thuật toán và giao diện<br /> <br /> Hình 4. Lưu đồ thuật toán chương trình<br /> <br /> - Hệ số tưới được xác định:<br /> <br /> Trên cơ sở lý thuyết ở mục 2, chúng tôi chọn<br /> phần mềm Visual Basic 6.0 để xây dựng lưu<br /> đồ thuật toán tính toán, thiết kế giao diện của<br /> chương trình. Chương trình gồm ba phần:<br /> phần nhập số liệu ban đầu, phần xác định các<br /> thông số của nước và không khí, phần xác<br /> định các thông số của tháp [3].<br /> <br /> Hình 5. Giao diện chính của chương trình<br /> <br /> 62<br /> <br /> Nguyễn Công Vinh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 189(13): 59 - 65<br /> <br /> Chạy chương trình<br /> <br /> Hình 6. Nhập thông số đầu vào<br /> <br /> Hình 7. Xác định các thông số của nước và không khí<br /> <br /> Sau khi nhập hoặc chọn xong các dữ liệu ban đầu (hình 6) thì chương trình chuyển qua xác định<br /> thông số trạng thái của nước và không khí (hình 7) và xác định các đại lượng cơ bản của tháp<br /> (hình 8). So sánh các số liệu nhập vào và các kết quả thu được từ phần mềm, chúng tôi rút ra<br /> được một số nhận xét sau đây:<br /> <br /> Hình 8. Xác định các thông số của tháp<br /> <br /> - Khi nhiệt độ không khí vào tháp không đổi nhưng độ ẩm tương đối φ của không khí tăng thì khả<br /> năng hoạt động của tháp giảm, nghĩa là nhiệt độ nước ra khỏi tháp (vào bình ngưng) tăng lên và<br /> làm giảm quá trình ngưng tụ của môi chất lạnh trong bình ngưng [2]. Muốn nhiệt độ nước ra khỏi<br /> tháp không đổi khi độ ẩm không khí vào tháp tăng, chúng ta phải tăng lượng không khí vào tháp<br /> tức là điều chỉnh tốc độ gió. Khi nhiệt độ kế ướt càng nhỏ nghĩa là độ ẩm tương đối không khí<br /> càng nhỏ, nước càng dễ bay hơi vào không khí và năng suất tháp tăng lên. Tuy nhiên điều này<br /> phụ thuộc vào môi trường xung quanh.<br /> 63<br /> <br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2