bài tập lớn thủy lực và nhiệt động công trình

bài tập lớn thủy lực và nhiệt động công trình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY ĐÔ KHOA KỸ THUẬT- CÔNG NGHỆ

GV HƯỚNG DẪN

TS PHAN VĂN THƠM

CẦN THƠ 03/2014

ĐỀ Tính lượng nhiệt Q tỏa ra môi trường xung quanh trong một thời gian từ một

hầm sấy bằng gạch nung và công xuất của quạt hút Cho biết các số liệu sau: Hệ số giãn

nở thể tích của không khí β =(0.5÷0.8), hiệu suất của quạt ly tâm η =(0,7÷0,8)

-Nhiệt lượng tổn thất qua tường: qt

-Nhiệt lượng tổn thất qua trần hầm sấy: qtr

-Nhiệt lượng tổn thất qua nền: qn

-Nhiệt lượng tổn thất qua tương cửa: qtc

-Nhiệt lượng tổn thất qua cửa: qc

-Nhiệt lượng tổn thất do mở cửa: qmc

-Nhiệt lượng tổn thất động học: qđh

qxq = qt + qtr+ qn+ qtc+qc+ qmc+ qđh (VI-29)

1. Nhiệt tổn thất qua tường :

a Cấu tạo của tường và bề mặt truyền nhiệt:

Tường của hầm sấy gồm có một lớp gạch dày 230mm Ngoài ra, còn có lớp bảo

ôn ở bên ngoài( Chiều dài của lớp bảo ôn tùy yêu yêu cầu chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài).

Ta có bề mặt truyền nhiệt của tường là:

Ft = 2.Hh Lh , (m )

(VI-30)

 Ft = 2.1,1.33 =72,6 m2

b Vận tốc của tác nhân sấy trong hầm sấy(ω=1m/s)ω=1m/s).

 Nhiệt tổn thất qua tường của hầm sấy :

HVI-4 Sơ đồ truyền nhiệt qua tường hầm sấy.

 Hiệu số nhiệt độ trung bình : ΔTttb

K t = Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức:

α1 : Hệ số cấp nhiệt từ TNS đến tường hầm sấy, w/m 2 độ.

α2 : Hệ số cấp nhiệt từ mặt tường ngoài của hầm sấy ra môi trường, w/m 2 độ.

δi : Bề dày của các lớp tường, m (i= 1 ¿ n).

λi : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm các lớp tường, w/mđộ.

A: Hệ số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí Khi chế độ chảy xoáy vào tường

: Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên, w/m 2 độ

+Hệ số cấp nhiệt TNS chuyển động cưỡng bức:

λT :Hệ số dẫn nhiệt của TNS ở nhiệt độ trung bình, w/m 2 độ

Tra bảng (tính theo nhiệt độ trung bình)

Đối với không khí thì chuẩn số Nu ’

1 có dạng đơn giản hơn:

Nu ' 1=c×R e n

(VI-41)

 c,n: là các hệ số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của TNS.

Khi Re < 4 ¿ 10 4 thì c = 0,66 và n = 0,5 Khi Re > 4 ¿ 10 4 thì c = 0,032 và n = 0,8 Chuẩn số Re tính theo công thức:

ρT, μT: Khối lượng riêng và độ nhớt của TNS tra theo nhiệt độ trung bình.

Tra bảng (tính theo nhiệt độ trung bình) Với ttb= 79,5 ∘C

Ta được: ρt=1,01 kg/m3 , μt=20 ,91×10−6N s/m

Ta suy ra Nu1 , công thức (VI-41)

ta được:

Nu

' 1

=c×R e n

= 0,032 ¿ (56155,25114) 0,8

= 201,679

α1''

= Nu1 ''× λT

Hh , w/m 2 độ (VI-44) Với : Nu1 ''= ε×(Gr× Pr)m (VI-45)

Công thức trên được dùng trên khi P r ¿ 0,7.

 Công thức tính chuẩn của Pran (Pr):

Pr= Cp× μT

λT (VI-47)

Trong đó:

C p : Nhiệt dung riêng đẳn áp, j/kg độ.

(Chuẩn số Pran Có thể tra trong sổ tay theo nhiệt độ trung bình của TNS.)

+ Nhiệt tải riêng truyền từ TNS vào tường hầm sấy :

C1−2 : Hệ số bức xạ chung

Kiểm tra lại giả thuyết về nhiệt độ:

-Bằng cách so sánh nhiệt tải riêng q 1 và q 2 , nếu sai số <5% là đạt.

70 ,1112 +

0,23 0,5345 +

Trong đó: - K t : hệ số truyền nhiệt

- F t: bề mặt của 2 tường hầm sấy(kể cả chiều dày vòm hầm la 0,45m)

-w :lượng ẩm bóc hơi trong hầm sấy ( kg/h)

- ΔTttb : hiệu số nhiệt độ trung bình

δ t : Bề dày của tường hầm sấy , m

r : Bán kính cong của vòm trần hầm sấy , r=1m

Kiểm tra giả thiết về nhiệt độ và tính tổn thất qua trần:

Phương pháp kiểm tra gống như trường hợp tổn thất nhiệt qua tường Sauk hi kiểm tra thấy hợp lý ta

có thể xác định nhiệt tổn thất qua trần hầm sấy theo công thức sau:

Vậy n hiệt tổn thất qua trần là:

Nhiệt tổn thất qua tường hai đầu hầm sấy (tường cửa) tính theo 1kg hơi ẩm bốc lên là:

qt.c =

K t×F t c ⋅ΔTttb×3600

ƯW , j/kg (VI-71)

Trong đó:

K t : Hệ số truyền nhiệt qua tường, w/m 2 độ (đã tính theo VI-37) ,(Kt = 1,878 w/m 2 độ)

Δt tb : Hiệu số nhiệt trung bình (đã tính theo côngthức VI-64) , Δt tb = 71,534 o C

W : Lượng ẩm bốc hơi trong toàn hệ thống, kg/h

F t.c : Diện tích các mặt tường cửa , m 2

F tc = 2 ¿ (F đh - ∑f c )

mà F đh = H h B h , là diện tích một đầu hệ thống hầm sấy.

H h : Chiều cao hầm sấy , m

B đ : Chiều rộng đầu hệ thống hầm , m (có thể một hay nhiều hầm)

∑f c : Tổng diện tích các cửa ở một đầu hệ thống hầm sấy m 2

( chiều cao H c =0,8, chiều rộng B c = 0,8)

Do cách tính hệ số truyền nhiệt qua cửa giống như qua tường nên: các giá trị của ρT, μT , λT cũng

có giá trị như của tường

( tra theo nhiệt độ trung bình Với ttb= 100 ∘C )

R e =

dc×ωT× ρT

0,8×1×0,946 21,9.10−6 = 34557,07763 < 4 ¿ 10 4

Ta suy ra Nu1 , công thức (VI-41) ta được:

=> Kiểm tra giả thiết về nhiệt độ theo công thức (VI-59) và (VI-60): nhưng ta có

thể kiểm tra lai bằng công thức này:

Hệ số truyền nhiệt: (ta chọn bề dày của cửa δ = 0,23 m và hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm các lớp tường λ = 0,349 w/m.độ)

Từ (VI-37) => Kc=

1 1

=

1

62,6616 +

0 ,23 0,349 +

1

11,236 = 1,309 W/m2độ

 F c: Diện tích tất cả các c ửa của hệ thống hầm sấy , m2

Fc = ∑ (Hc ¿ Bc) = 2 ¿ 0,64= 1,28 m2

 W: Lượng hơi ẩm bốc lên trên toàn hệ thống, kg/h

 Δ t tb: Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình của TNS và không khí ngoài hầm sấy , 0 C ( Δ t tb = 71,534 0 C)

Vậy : qc =

K c Fc ΔTttb 3600

ƯW

= 1,309 ¿ 1,28 ¿ 71,534 ¿ 3600 = 431,484 kj/kg

X1, X2 :Hàm ẩn của TNS ở trước và sau hầm sấy, kg ẩm/kg.K3

(tra theo nhiệt dộ đầu và cuối, với ⱷ =77(nhiệt độ Cần Thơ ở tháng 5)

T1, T2: Nhiệt độ của TNS ở trước và sau hầm sấy, 0K

X1 = 0,31152 , X2 = 0,283

Từ: (VI-74) =>q đh = A(x2 - x1) ¿ (T1 + T2)

= 0,0055 ( 0,283 - 0,31152) ¿ ( (110+273)+ (90 +273) = -0,1170176 j/kg

= - 11,70176 ¿ 10-5 kj/kg Vậy Nhiệt lượng Q tỏa ra môi trương xung quanh của hầm sấy là:

+ Về vận tốc:

Tại mặt cặt A-A chất không khí di chuyển nên wA= 0

Do đó, phương trình (1) được viết lại là:

0,61 + 0,72 ) =7 ,20

(m) + h m 2=h l 2+h cb2=

0,57 +0, 63 ) =5,9

(m) Suy ra: hm=hm1+hm2=7 , 20+5, 90=13,1 (m)

3- Nhiệt tổn thất qua nền ……… 12

4- Nhiệt tổn thất qua hai đầu hầm sấy………13

5- Nhiệt tổn thất qua cửa……… ……… 13

6- Nhiệt tổn thất do mở cửa và tổn thất động học … 16

7-Nhiệt động học ……… 17

B- Công suất của quạt hút ………18

Mô hình hầm sấy

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1-Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng “biên soạn:T.S PHAN VĂN THƠM-2004”

2-giáo trình thuỷ lực và nhiệt động công trình.

“biên soạn:T.S PHAN VĂN THƠM-trường ĐH TÂY ĐÔ”