ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU - CHƯƠNG 6 TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI doc

Hệ số trao đổi nhiệt khô đối lưu từ không khí đến bề mặt cánh... Hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt cánh.Theo công thức 7-57 Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng

CHƯƠNG 6 TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI

6.1 CHỌN KIỂU DÀN BAY HƠI

+) Thực nghiệm cho thấy khi rút ngắn thời gian làm lạnh sản phẩm thì thời hạn bảo quản càng lâu, chất lượng càng bảo đảm, đặc biệt là đối với các

12-2010sản phẩm sống có thở rau, hoa, quả… Để đảm bảo làm lạnh và bảo quản nhanh sản phẩm đến nhiệt độ bảo quản thì thiết bị làm lạnh không khí phải có diện tích trao đổi nhiệt lớn Chính vì lý do này và sự lựa chọn ở chương 4 ta chọn chế độ làm lạnh và bảo quản sản phẩm là làm lạnh không khí bằng bay hơi trực tiếp

+) Chọn kiểu dàn bay hơi cho các buồng:

Với chế độ làm lạnh không khí bằng bay hơi trực tiếp Có hai kiểu dàn bay hơi đó là:

- Kiểu dàn quạt đối lưu không khí cưỡng bức

- Kiểu dàn đối lưu không khí tự nhiên

Kiểu dàn quạt đối lưu không khí cưỡng bức có nhiều ưu điểm hơn so với kiểu dàn đối lưu không khí tự nhiên như:

- Có thể bố trí ở trong buồng hoặc ngoài buồng lạnh

- Buồng III là buồng trống, mục đích làm lạnh buồng III là tránh cho người làm việc trong kho lạnh chịu sự thay đổi đột ngột từ môi trường có nhiệt

độ cao (nhiệt độ hành lang) tKK= 34oC sang buồng bảo quản đông lạnh có nhiệt độ thấp: tII= -180C

+) Phụ tải yêu cầu của dàn bay hơi

Theo thiết kế ở chương 2, 3 ta có:

Bảng 6.1 Bảng phụ tải yêu cầu của dàn bay hơi

Buồng Nhiệt độ buồng bảo quản (0C) độ ẩm ϕ(%) Tải nhiệt Qiyc (W)

6.2 TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI BUỒNG I

6.2.1 Các thông số ban đầu.

- Nhiệt độ không khí trong buồng bảo quản: t1 = 2 (0C)

- Độ ẩm không khí đã chọn: ϕ = 90 %

` - Nhiệt độ công chất sôi trong ống: ts1 = -3 (0C)

- Nhiệt độ không khí đi vào dàn bay hơi tk1:

- Công chất ra khỏi thiết bị ở trạng thái hơi bão hoà khô:

+ Độ khô: x = 1

6.2.2 Hiệu nhiệt độ logarit trung bình.

- Theo công thức (7-30) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) có:

kθ =

1105, 25

- Sơ bộ chọn dàn quạt: BO- 8C

- Các thông số cơ bản của dàn quạt BO- 8C theo lý lịch như sau:

+Tổng diện tích trao đổi nhiệt: F = 8 (m2)

+ Vật liệu chế tạo ống cánh: Đồng

+ Kích thức ống:

- Đường kính: 15x1

- Chiều dài: l = 340 (mm) + Số ống: 48 ống

- Chiều cao: h = 7,5 (mm)+ Diện tích cánh: Fc = 7,2908 (m2)

Hình 6.1 Chùm ống kiểu ô vuông với cánh là hình vuông

6.2.4 Hệ số trao đổi nhiệt khô đối lưu từ không khí đến bề mặt cánh.

- Ống bố trí kiểu ô vuông theo công thức (7-61) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) có:

+ dn - Đường kính ngoài của ống: dn = 0,015 (m)

12-2010 + ωk- tốc độ của không khí cưỡng bức qua dàn

tg k

F

V

= ω Sản lượng quạt: V = 0,25 (m3/s)

Diện tích thoáng gió: Ftg = 0,05742 (m2)

+ λk- Hệ số dẫn nhiệt của không khí λk = 2,45 10-2 (W/m.K)

+ v k- Độ nhớt động lực học của không khí ở nhiệt độ ttb:

k

v = 13,456 10-6 (m2/s)Vậy => ' 0, 21 . k ( k. n)0,65

6.2.6 Hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt cánh.

Theo công thức (7-57) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

'

12-2010

1

1

+ αc- Hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt cánh.

+ ε α- Hệ số tính đến sự trao đổi nhiệt không đều theo chiều cao cánh:

α

δ λ

- αc- hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt

- δ - Chiều dày của cánh: δ = 0,3 mm

- λc- Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cánh (đồng):

c

=> m = 3

2 136,61 0,3 10− 390

− − × +

×

6.2.8 Hệ số trao đổi nhiệt từ bề mặt trong của ống đến công chất sôi.

Theo công thức trang 77 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

ω : Vận tốc công chất đi trong ống, (m/s)

ρ: Khối lượng riêng của công chất, (kg/m3)

a

G : Lưu lượng công chất qua dàn bay hơi (kg/h)

1105, 25 3,6 703,7 538,0

12-2010

δd - chiều dày lớp màng dầu bám trên thành ống

δd = 0,05 ÷ 0,08 (mm)Chọn δd = 0,05 (mm)

λd - hệ số dẫn nhiệt của lớp màng dầu bôi trơn:

λd = 0,13956 (W/m.K)

6.2.10 Kiểm tra nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống.

Theo công thức (7-70) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

+ tT’: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống tính lại

+ tT: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống đã chọn sơ bộ

+ts: Nhiệt độ sôi công chất, ts = -3 ( 0 C)

+ ς : Tỷ số nhiệt trở từ phía không khí và môi chất làm lạnh.

δt - chiều dày lớp tuyết:

=> Thỏa mãn điều kiện về nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống

6.2.11 Hệ số truyền nhiệt tính cho diện tích bề mặt phẳng ngoài ống k.

Theo công thức (7-49) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

6.2.12 Nhiệt tải của dàn bay hơi BO-8C ở chế độ công tác.

- Phụ tải nhiệt yêu cầu buồng I: Q Iyc = 1105,25 (W)

- Nhiệt tải làm lạnh ở chế độ công tác

Q0TB = k.F.θ = 36,01×8×4,721

= 1359,86 (W) > Q I = 1105,25 (W)Vậy dàn BO-8C thoả mãn yêu cầu tải nhiệt

6.2.13 Kiểm nghiệm lưu lượng không khí qua dàn BO-8C

tk2

+ r - nhiệt ẩm hoá hơi của hơi nước: r = 2500 (kJ/kg)

Theo tính toán ở mục (6.2.5) có:

d1= 4,588.10-3 (kg/kg)

Vậy các thông số nhiệt độ, độ ẩm ban đầu chọn là hợp lý.

6.3 TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI BUỒNG II

6.3.1 Các thông số ban đầu.

- Nhiệt độ không khí trong buồng bảo quản: t2 = -18 (0C)

- Độ ẩm không khí đã chọn: ϕ = 95 %

` - Nhiệt độ công chất sôi trong ống: ts2 = -26 (0C)

- Nhiệt độ không khí đi vào dàn bay hơi tk1:

Theo trang 74 sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL ta có:

T

t

∆ = (0,5 ÷ 3,0) (0C) Vậy ta chọn sơ bộ ∆t T = 2,86 (0C) => tT = -26 + 2,86 = -23,14 (0C)

- Công chất ra khỏi thiết bị ở trạng thái hơi bão hoà khô:

+ Nhiệt độ: ts2 = -26 (0C)

+ Độ khô: x = 1

6.3.2 Hiệu nhiệt độ logarit trung bình.

- Theo công thức (7-30) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ

Q

kθ =

921,54

- Sơ bộ chọn dàn quạt: BO- 8C

- Các thông số cơ bản của dàn quạt BO- 8C theo lý lịch như sau:

+Tổng diện tích trao đổi nhiệt: F = 8 (m2)

+ Vật liệu chế tạo ống cánh: Đồng

+ Kích thức ống:

- Đường kính: 15x1

12-2010

- Chiều dài: l = 340 (mm) + Số ống: 48 ống

6.3.4 Hệ số trao đổi nhiệt khô đối lưu từ không khí đến bề mặt cánh.

- Ống bố trí kiểu ô vuông theo công thức (7-61) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) có:

+ dn - đường kính ngoài của ống: dn = 0,015 (m)

+ ωk- tốc độ của không khí cưỡng bức qua dàn

tg k

F

V

= ω Sản lượng quạt: V = 0,25 (m3/s)

Diện tích thoáng gió: Ftg = 0,05742 (m2)

+ λk- Hệ số dẫn nhiệt của không khí λk = 2,28 10-2 (W/m.K)

+ v k- Độ nhớt động lực học của không khí ở nhiệt độ ttb :

k

v = 11,79 10-6 (m2/s)Vậy => ' 0, 21 . k ( k. n)0,65

6.3.6 Hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt cánh.

Theo công thức (7-57) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

'

α = ξ α α + (W/m2.K) + ξ: Hệ số tách ẩm

+ '

k

α : Hệ số trao đổi nhiệt khô đối lưu từ không khí đến bề mặt cánh.

+ αb: Hệ số trao đổi nhiệt bằng bức xạ.

Do ta chọn kiểu dàn quạt đối lưu không khí cưỡng bức nên khi tính toán ta có thể bỏ qua giá trị αb(vì hệ số trao đổi nhiệt bức xạ không lớn)

12-2010 + ε α- Hệ số tính đến sự trao đổi nhiệt không đều theo chiều cao cánh:

- δ - Chiều dày của cánh: δ = 0,3 mm

- λc- Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cánh (đồng):

0, 46

t t t

− − × +

×

6.3.8 Hệ số trao đổi nhiệt từ bề mặt trong của ống đến công chất sôi.

Theo công thức trang 77 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

ω : Vận tốc công chất đi trong ống, (m/s)

ρ: Khối lượng riêng của công chất, (kg/m3)

a

G : Lưu lượng công chất qua dàn bay hơi

12-2010

921,54 3,6 693,9 538,0

IIyc IIyc a

λd - hệ số dẫn nhiệt của lớp màng dầu bôi trơn:

λd = 0,13956 (W/m.K)

6.3.10 Kiểm tra nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống.

Theo công thức (7-70) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

+ tT’: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống tính lại

+ tT: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống đã chọn sơ bộ

+ts: Nhiệt độ sôi công chất, ts = -26 ( 0 C)

+ ς : Tỷ số nhiệt trở từ phía không khí và môi chất làm lạnh.

12-2010

= 0,92 Trong đó:

δt - chiều dày lớp tuyết:

=> Thỏa mãn điều kiện về nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống

6.3.11 Hệ số truyền nhiệt tính cho diện tích bề mặt phẳng ngoài ống k.

Theo công thức (7-49) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

6.3.12 Nhiệt tải của dàn bay hơi BO-8C ở chế độ công tác.

- Phụ tải nhiệt yêu cầu buồng II: Q IIyc = 921,54 (W)

- Nhiệt tải làm lạnh ở chế độ công tác

Q0TB = k.F.θ = 26,27×8×5,098

= 1071,14 (W) > Q IIyc= 921,54 (W)Vậy dàn BO-8C thoả mãn yêu cầu tải nhiệt

6.3.13 Kiểm nghiệm lưu lượng không khí qua dàn BO-8C

+ ρ- Khối lượng riêng của không khí tra theo nhiệt độ trung bình không

= 0,031 (m3/s) < VTB = 0,25 (m3/s)

Vậy các thông số nhiệt độ, độ ẩm ban đầu chọn là hợp lý

6.4 TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI BUỒNG III.

12-2010

6.4.1.Các thông số ban đầu.

- Nhiệt độ không khí trong buồng bảo quản: t3 = 8 (0C)

- Độ ẩm lkhông khí đã chọn: ϕ = 90 %

` - Nhiệt độ công chất sôi trong ống: ts3 = 0 (0C)

- Nhiệt độ không khí đi vào dàn bay hơi tk1:

6.4.2 Hiệu nhiệt độ logarit trung bình.

- Theo công thức (7-30) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng

- Với dàn lạnh ống có cánh bay hơi trực tiếp, chọn hệ số truyền nhiệt từ không khí đến bề mặt thành ống theo phụ lục 7 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL

- Các thông số cơ bản của dàn quạt CLD- 4,6B theo lý lịch như sau:

+Tổng diện tích trao đổi nhiệt: F = 4,6 (m2)

+ Vật liệu chế tao ống cánh: Đồng

+ Kích thức ống:

- Đường kính: 18x1

- Chiều dài: l = 1190 (mm) + Số ống: 14 ống

+ Diện tích phần ống giữa các cánh: F0 = 0,805367 (m2)

+ Hệ số cánh: B = 5,3

+ Sản lượng quạt: V = 0,07 (m3/s)

12-2010 + Diện tích thoáng gió: Ftg = 0,03262 (m2)

Hình 6.5 Chùm ống kiểu ô vuông với cánh là hình vuông

6.4.4 Hệ số trao đổi nhiệt khô đối lưu từ không khí đến bề mặt cánh.

- Ống bố trí kiểu ô vuông theo (7-61) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) có:

+ dn - đường kính ngoài của ống: dn = 0,018 (m)

+ ωk- tốc độ của không khí cưỡng bức qua dàn

tg k

F

V

= ω Sản lượng quạt: V = 0,07 (m3/s)

Diện tích thoáng gió: Ftg = 0,03262 (m2)

=> ωk = 2,146 (m/s)

+ Nhiệt độ trung bình không khí đi qua bộ làm lạnh tK:

Tk = 0,5.( tk1 + tk2) = 0,5.(8 + 4) = 6 (0C)Xác định λk, v k theo tk và tra bảng 19 (Sách Tính Chất Vật Lý và Nhiệt Động) ta có:

+ λk- Hệ số dẫn nhiệt của không khí λk = 2,482.10-2 (W/m.K)

+ v k- Độ nhớt động lực học của không khí ở nhiệt độ ttb :

k

v = 13,808.10-6 (m2/s)Vậy => ' 0, 21 . k ( k. n)0,65

6.4.6 Hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt cánh.

Theo công thức (7-57) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

'

α = ξ α α + (W/m2.K) + ξ: Hệ số tách ẩm

+ '

k

α : Hệ số trao đổi nhiệt khô đối lưu từ không khí đến bề mặt cánh.

+ αb: Hệ số trao đổi nhiệt bằng bức xạ.

Do ta chọn kiểu dàn quạt đối lưu không khí cưỡng bức nên khi tính toán ta có thể bỏ qua giá trị αb(vì hệ số trao đổi nhiệt bức xạ không lớn)

k

r c

Hình 6.6 Sơ đồ ống có cánh

+ αc- Hệ số quy ước trao đổi nhiệt ướt từ không khí đến bề mặt cánh.

+ ε α- Hệ số tính đến sự trao đổi nhiệt không đều theo chiều cao cánh:

12-2010 h’ – Chiều cao quy ước của cánh:

k

r c

− × + +

×

6.4.8 Hệ số trao đổi nhiệt từ bề mặt trong của ống đến công chất sôi.

Theo công thức trang 77 ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

ω : Vận tốc công chất đi trong ống, (m/s)

ρ: Khối lượng riêng của công chất, (kg/m3)

12-2010Vậy => αt = A q 0,6F ( ) ω ρa 0,2d t− 0,2 = 5, 40 128,06 × 0,6 × 2,509 0,2 × 16 − 0,2

λd - hệ số dẫn nhiệt của lớp màng dầu bôi trơn:

λd = 0,13956 (W/m.K)

6.4.10 Kiểm tra nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống.

Theo công thức (7-70) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

+ tT’: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống tính lại

+ tT: Nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống đã chọn sơ bộ

+ts: Nhiệt độ sôi công chất, ts = 0 ( 0 C)

+ ς : Tỷ số nhiệt trở từ phía không khí và môi chất làm lạnh.

=> Thỏa mãn điều kiện về nhiệt độ trung bình mặt ngoài ống.

6.4.11 Hệ số truyền nhiệt tính cho diện tích bề mặt phẳng ngoài ống k.

Theo công thức (7-49) ( Sách Thiết Kế Hệ Thống LL và Tái Ngưng Tụ KGHL) ta có:

- Phụ tải nhiệt yêu cầu buông III: Q IIIyc = 440,73 (W)

- Nhiệt tải làm lạnh ở chế độ công tác

Q0TB = kt.F θ = 24,75 ×4,6×5,098 = 580,33 (W) > Q IIIyc= 440,73 (W) Vậy dàn CLD - 4,6B thoả mãn yêu cầu tải nhiệt

12-2010 + i1; i2 - Lần lượt là entanpi của không khí tương ứng với nhiệt độ tk1; tk2. + tk1; tk2 - Lần lượt là nhiệt độ không khí đi vào và ra khỏ dàn bay hơi

tk1 = 4 0C ϕ = 90 %

tk2 = 00C ϕ = 90 % + d1;d2 - Lần lượt là độ chứa hơi của không khí tương ứng với nhiệt độ tk1;