thiết kế hệ thống lạnh, chương 7

Chia sẻ: Nguyen Van Binh Binh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

183
lượt xem 71
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đặc điểm Bình ngưng dùng để truyền nhiệt lượng của tác nhân lạnh ở nhiệt độ cao cho môi chất giải nhiệt. Hơi đi vào bình ngưng là hơi quá nhiệt, cho nên trước tiên nó phải được làm lạnh đến nhiệt độ hơi bão hòa, rồi đến quá trình ngưng tụ, sau cùng là bị quá lạnh vài độ trước khi ra khỏi bình ngưng. 7.1.2. Chọn thiết bị ngưng tụ Ở đây ta chọn thiết bị ngưng tụ kiểu bốc hơi. Loại này nên sử dụng ở những có khí hậu nóng và khô, nên rất thích...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: thiết kế hệ thống lạnh, chương 7

CHƯƠNG VII TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 7.1. Thiết kế thiết bị ngưng tụ của hệ thống NH3 7.1.1. Đặc điểm Bình ngưng dùng để truyền nhiệt lượng của tác nhân lạnh ở nhiệt độ cao cho môi chất giải nhiệt. Hơi đi vào bình ngưng là hơi quá nhiệt, cho nên trước tiên nó phải được làm lạnh đến nhiệt độ hơi bão hòa, rồi đến quá trình ngưng tụ, sau cùng là bị quá lạnh vài độ trước khi ra khỏi bình ngưng. 7.1.2. Chọn thiết bị ngưng tụ Ở đây ta chọn thiết bị ngưng tụ kiểu bốc hơi. Loại này nên sử dụng ở những có khí hậu nóng và khô, nên rất thích hợp.  Ưu điểm: - Tiết kiệm được rất nhiều nước bổ sung. - Không cần thêm các thiết bị làm lạnh nước giải nhiệt.  Nhược điểm: Hệ số truyền nhiệt tương đối nhỏ do đó phải tiêu tốn nhiều kim loại. 7.1.3.Tính toán thiết kế bình ngưng
7.1.3.1) Các thông số ban đầu : - Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất : tk = t1 = 40C. - Áp suất môi chất trong bình ngưng : pk = 15,56at. - Nhiệt độ của nước giải nhiệt : tw1 = 34C. - Nhiệt độ của nước ra khỏi bình ngưng : tw2 = 37C. - Phụ tải nhiệt của bình ngưng là tổng tải nhiệt của máy đá vảy, IQF, Tủ đông tiếp xúc, Tủ đông gió Qk =80,9+87,3+142,8+26,45=337,4 kW 7.1.3.2) Tính toán : 1. Các thông số của không khí bên ngoài : t1 = 37,7C 1 = 77% ; d1 = 34g/kgk.khí i1 = 126 kJ/kg tư = 34C. 2. Giới hạn làm lạnh : tgh = 34C = tư. 3. Lưu lượng không khí : mkk = 3,25.kk.Qk.10-2 , kg/s. Khối lượng riêng của không khí : p1 1  d1  9,81.10 4 1  0,034   kk    1,081kg / m 3 R.T1 1  1,61.d1  287.310,71  1,61.0,034  Vậy : mkk = 3,25.1,081.337,4.10-2 = 11,85 kg/s. 4. Entanpi của không khí ra : Qk 337,4 i2  i1   126   154,4kJ / kg mkk 11,85 5. Hệ số toả nhiệt phía ngoài : 1 = 0,85.9750.m11/3 = 0,85.9750.0,051/3= 3053W/m2.K m1= 0,05kg/s : lưu lượng tưới nước trên 1m chiều dài ống theo kinh nghiệm. 6. Xác định bề mặt trao đổi nhiệt Fng : -Hệ số toả nhiệt về phía NH3 :  i  9733.qi0, 2 .d10,3 , W/m2.K.
Để tính được i cần thiết chọn sơ bộ mật độ dòng nhiệt qi về phía nước, theo kinh nghiệm : qa= 1400  2300 W/m2. Chọn qa = 1900W/m2 , lúc đó : q a .d 2 1900.25 qi    2262 W/m2 d1 21 và  i  9733.2262 0, 2.0,0210,3  6617 - Hệ số truyền nhiệt qua vách ống : 1 1 2 k   765 W/m .K 1 d2 i 1 1 25 1 .    0,8.10 3   i d1  i  1 6617 21 3056 - Nhiệt độ của nước giải nhiệt được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt : qa 1900 qa = k.(tk-tw)  tw  tk   40   37,5C k 765  iw = 160 kJ/kg. - Entanpi của không khí ở trạng thái trung bình được xác định theo công thức i 2  i1 154  126 i w  itb    16kJ / kg i w  i1 160  126 ln ln iw  i2 160  154 Ở trạng thái này không khí có các thông số như sau : ttb= 36C ; Ck= 1,005kJ/kg.K :Nhiệt dung riêng k = 1,1363kg/m3 :Khối lượng riêng k= 0,0274W/m.K : Hệ số dẫn nhiệt k= 16,635.10-6m2/s :Độ nhớt động Pr = 0,7: Trị số Prandtl - Diện tích bề mặt ngoài của dàn ống ngưng tụ yêu cầu là : Qk 337,4.10 3 Fng    177,6m 2 qa 1900 - Tính kiểm tra Fng theo điều kiện truyền nhiệt, truyền chất giữa nước và không khí : mkk i i Fng  ln w 1 , m2 A. . i w  i 2 Trong đó : A= 0,935 : hệ số phụ thuộc vào tw.
 = 1,6 : hệ số kể đến sưü tăng diện tích mặt ngoài của màng nước do tạo thành tia và giọt. Để xác định hệ số bay hơi  cần xác định hệ số toả nhiệt k đối với dòng không khí đi ngang qua chùm ống trơn đặt so le. Trong trường này ta có : Nu = C.Rem.Pr0,34.z Chọn vận tốc không khí đi qua chùm ống k = 5m/s và ta có :  k .d 2 5.0,025 Re    7514  16,635.10  6 Ở chế độ quá độ : C = 0,4 ; m = 0,6 và n = 0,36. Chọn số hàng ống theo chiều chuyển động của không khí z = 8 từ đó z = 0,96. Vậy : Nu  0,4.7514 0, 6.0,7 0,36.0,96  71,5 . Nu. 71,5.0,0274 Hệ số toả nhiệt : k    73,4 d2 0,025 k 73,4 Hệ số bay hơi :     0,087 kg / m 2 .s C k 1,005.10 3 Diện tích bề mặt ngoài dàn ngưng là : 11.85 160  126 Fng  ln  176,1m 2 0,935.0,078.1,6 160  154 177,6  176,1 Fng  .100%  0,85% 177,6 So sánh Fng được chọn và Fng tính toán gần giống nhau, cho nên chúng ta chọn Fng= 180 m2 -Lượng nước phun : 2,3.Qk 337,4 m wp   2,3.  7,76kg / s 100 100 - Lượng nước bay hơi : mwbh = mkk.(d2-d1) = 11,85.(44-34).10-3 = 0,12 kg/s - Lượng nước bị gió cuốn theo ra ngoài nếu kể đến thì tổng lượng nước bay hơi theo gió sẽ là : mbh  1,1.m wbh  1,1.0,12  0,13kg / s . ' - Các kích thước chủ yếu của bình ngưng :
 Tổng chiều dài 1 hàng ống trên mặt cắt ngang : m wp 7,76 L   77,6m 2.m1 2.0,05  Số ống trên mặt cắt ngang của thiết bị khi chọn chiều dài mỗi ống thẳng l= 2,8m L 77,6 Z   27,7 ống l 2,8 Vì số ống trên mặt cắt ngang quá lớn sẽ không đảm bảo cho nước phun tưới đều đồng thời gây khó khăn cho vệ sinh nên ta chia làm 2 dàn ngưng, nên mỗi dàn gồm z= 14 ống  Bề rộng : B = z.s1 = 14.0,058 = 0,81 m Chọn s1 = (22,3).dng = 0,058m Số ống trong 1 dàn ống theo chiều thẳng đứng : Fng 177,6 nc    28 ống.  , d ng .l.z  .0,025.2,8.28 Như vậy mỗi dàn gồm 14 ống. Chiều cao dàn ống : H = s2.nc = 0,028.14 = 0,39m Chọn s2 = (1,11,15).dng = 0,028 m Vận tốc không khí thực tế trong tháp : mkk 11,85  kk    1,87m / s  kk .Fkk 1,075.5,88 Trcng đó : Fkk : diện tích để không khí đi qua. Fkk= 2.l(B-dng.z) = 2.2,8(1,4-0,025.14) = 5,88m2 Tổng số ống mỗi dàn : n = nc.z = 14.15 = 210 ống. Diện tích mắt cắt ngang của thiết bị : S = B.l = 1,4.2,8 = 3,92 m2. Mật độ mũi phun : 20 mũi/m2. Số mũi phun : N = 20.3,92= 79 mũi. 7.2. Tính thiết kế dàn bay hơi tủ đông gió 250kg/mẻ
Dàn bay hơi là 1 thiết bị trao đổi nhiệt chính trong hệ thống lạnh. Trong hệ thống lạnh này ta chọn phương pháp xử lý lạnh là bay hơi trực tiếp, không khí chuyển động cưỡng bức qua dàn lạnh nhờ các quạt gió. Môi chất NH3 sôi trong các dàn ống thép có cánh tản nhiệt để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị. + Các số liệu ban đầu: Năng suất lạnh: Qo = 21,7 KW. Nhiệt độ buồng: tb = -33oC Sự thay đổi trạng thái của không khí trong buồng lạnh được biểu diễn trên đồ thị i-d I1 I (kJ/kG) t1 1 I2 2 t2 Iv tv v dv d2 d1 d(g/kG) Hình 7 - 2: ĐỒ THỊ I-d BIỂU DIỄN SỰ THAY ĐỔI TRẠNG THÁI KHÔNG KHÍ TRONG BUỒNG LẠNH Điểm 1: trạng thái không khí vào dàn lạnh. Điểm 2: trạng thái không khí ra khỏi dàn lạnh. Điểm v: trạng thái không khí tại bề mặt dàn lạnh. Góc nghiêng của các đường thẳng  được biểu diễn bởi phương trình: i1  i 2 i i   1 v d1  d 2 d1  d v Lấy nhiệt độ không khí vào và ra khỏi dàn lạnh là: t1 = - 34oC t2 = - 32oC
Xác định thông số của không khí vào dàn lạnh t1 = - 32oC độ ẩm 1 = 0,9 d1 = 1 . d”1 = 0,9 . 0,188 . 103 = 0,17 . 103 kg/kg Với d”1:độ chứa hơi của không khí bảo hoà i1 = ik1 + 1 . i”1 = -32,19 + 0,9 . 0,46= - 31,7KJ/kg Thông số không khí ra khỏi dàn lạnh t2 = -34oC độ ẩm 2 = 0,95 d2 = 2 . d”2 = 0,95 . 0,15 . 103 = 0,14 . 103 kg/kg Với d”2:độ chứa hơi của không khí bảo hoà i2 = ik2 + 2 . i”2 = -34,2 + 0,95 . 0,37 = -33,84 KJ/kg Trong đó: d1”, ik1, i1”, d2”, ik2, i2” tra bảng 7-10 TL2 Tỉ số nhiệt ẩm: i1  i2  31,7  33,84    71333 d1  d 2 0,17  0,14.10 3 Nhiệt độ bề mặt dàn lạnh tv được xác định bằng phương pháp đồ thị tìm quan hệ i1  iv   f t v   d1  d v Sơ bộ ta lấy một vài giá trị tv để vẽ đường cong  = f(tv) Khi tv = -36oC thì: iv = -35,68 KJ/kg dv = v . dv” = 1.0,12.103 = 0,12.103 kg/kg Khi tv = -37oC thì: iv = -36,62 KJ/kg dv = v . dv” = 1.0,11.103 = 0,11.103 kg/kg Khi tv = -38oC thì: iv = -37,72 KJ/kg dv = dv” = 0,1.103 kg/kg Lập bảng: tv(oC) -38 -37 -36 i1  iv 36425 51687 53478  d1  d v
 53478 =71333 51687 36425 tv,0C -38 -37 -36 Hình 7 -3: XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT DÀN LẠNH tV BẰNG ĐỒ THỊ Ứng với giá trị  = 71333 đã tìm được ta xác định được trên đồ thị nhiệt độ vách: tvt = -37,05oC  -37oC Đăc tính của bề mặt truyền nhiệt: các ống trao đổi nhiệt dàn lạnh, làm bằng thép có cánh phẳng tỏa nhiệt hình tròn. Các ống được bố trí song song trong chùm ống Đường kính ngoài d1 = 25 mm. Đường kính trong d2 = 21 mm. Bước cánh SC = 10 mm. Bề dày ống C = 0,3 mm. Bước ống theo chiều cao và chiều sâu S1 = S2 = 50 mm Chiều cao cánh hC = 12 mm. Diện tích cánh trên một mét chiều dài ống
 D 2 d 1 2  Fe  2   .n (6-2)  4 4    2 hC  hC d 1 . 2  S1   0,1  2. . 0,012 2  0,012.0,025 . 01 e 2 = 0,279 m /m 1 Với n = là số cánh trên một mét dài ống SC Diện tích bề mặt ống giữa các cánh    F0   .d1 1  C  (6-3)  SC   0,0003  =  .0,0251    0,076n / m 2  0,01  Diện tích bề mặt bên trong của 1m ống F2 = .d22 .l (6-4) = .0,021 .l = 0,066 m2/m Hệ số làm cánh  được xác định theo F F  F0 =  C (6-5) F2 F2 0,279  0,0762 0,3552 =   5,4 0,066 0,066 Trị số Nutselt: Nu = C.Cz.Cc.1-m.Ren (6-6) Đối với chùm ống bố trí song song ta có: C = 0,18 m = 0,7 Cz = 1: khi số hàng ống theo chiều chuyển động của không khí z>4 ống. S d  Cc =  1 1   1 (vì S1 = S2)  S 2  d1  F c  F0 0,3552 1 =   4,2 F1  .0,025
n = 0,6.10,07 = 0,6.4,520,07 = 0,667 Chiều dài quy ước của ống: lq = F0 FC  F0 .d1  FC FC  F0  . 0,785 D 2  d1 2  (m) (6-7) lq = 0,0762 0,3552 .0,025  0,279 0,3552  . 0,785 0,05 2  0,05 2  = 0,0443 m. Chọn tốc độ của không khí qua dàn làm lạnh k = 3m/s Trị số Reynolds sẽ là: .l q 3.0,0443 Re =   13175 (6-8)  10,08.10 6 Do 500 < Re < 25000 nên trị số Nutselt được xác định theo phương trình: Nu = 0,18.1.1.4,250,7.131750,667 = 35 Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí Nu 35.2,14.10 2 2 k    16,9 W/m .K (6-9) lq 0,0443 Với  = 2,14.10-2 w/mk: hệ số dẫn nhiệt của không khí ở nhiệt độ -33oC (tra bảng 2 TL7) Hệ số tách ấm trong trường hợp tv < 0oC d1  d 2   1  2880 (6-10) t1  t 2 = 1+2880 0,17  0,14.10 3  1,042  32  34 Hệ số tỏa nhiệt quy ước về phía không khí 1 2  q1   13,15 W/m .K 1   1  RC  k . 1 Trong đó ta chọn: Bề dày lớp tuyết : 1 = 0,005 m Hệ số dẫn của lớp tuyết : 1 = 0,2 W/mk Nhiệt trở tiếp xúc giữa cánh và ống : Rc = 0,005 m2 0k/W
Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí được quy đổi theo bề mặt trong của ống q2 = q1  FC .  F0    [W/m2 0k] (6-11) F  2 F 2  Với :  = 0,85 : hệ số kể đến sự tỏa nhiệt không đồng của cánh E = 0,87 : hệ số hiệu quả của cánh Thay vào biểu thức (6-11) ta đựơc :  0,279 0,0762  20 q2 = 13,15  .0,87.0,85   = 66,3 W/m k  0,066 0,066  Mật độ dòng điện về phía không khí quy đổi theo bề mặt trong của ống qtr = q2 (tb - tv) = 66,3(-33+37) = 265W/m2 (6-12) Diện tích bề mặt trong ống: Q0 21,7.10 3 Ftr    81,8 m2 q tr 265 Lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh: Q0 G0  i1  i2 21,58   10,1 kG/s (6-13)  31,7  33,84 Lưu lượng thể tích không khí đi qua dàn lạnh Gk 10,1 Vk    6,95 m3/s (6-14)  k 1,452 Với k = 1,452 kG/m3 khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t = -330C (Tra bảng 7-10 TL2) Diện tích tiết diện để không khí đi qua: Vk 6,95 2 fk    2,31 m  3 Diện tích truyền nhiệt của một cụm ống:
 .d 2 Ftr  f k . (6-15)  2. c .hc  S1   d 1      Sc  3,14.0,021  2,31.  3,95 m2  2.0,3.10 .0,012  3 0,05   0,025      0,01  Số cụm ống đặt song song trong dàn lạnh: Ftr 81,8 z   20,7 F 'tr 3,95 Chọn z = 21 Chiều dài ống trong một cụm: fk L1  (6-16)  2. c .hc  S1   d 1      Sc  2,31   95,1 m  2.0,3.10 3.0,012  0,05   0,025      0,01  Số hàng ống trong 1 cụm: L1 95,1 m  S1 .K 0,05.K B Với K  H B Khi K   1 thì m = 35,3 H B Khi K   1,5 thì m = 28,6 H B Khi K   2 thì m = 24,7 H 95,1 Chọn m = 27 Suy ra K  2,6 0,05.27 2 Chiều dài của một ống trong cụm: L1 95,1 l   3,52 m m 27
Các kích thước hình học của dàn lạnh: Chiều dài L = l + lf = 3,52 + 0,5 = 4,02 m Chiều rộng B = S2.Z + bf = 0,05.21 + 0,5 = 1,55 m Chiều cao H = S1.m + hf = 0,05.27 + 0,2 = 1,55 m