Bài tập thiết bị trao đổi nhiệt

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM BÀI TẬP THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM    1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2' " " 'p pQ G c t t G c t t C t C t           Phương trình cân bằng nhiệt: . . . . F Q k F t k F t    '' ' 1 2 2 2 ' '' 2 11 1 - - C t t t C tt t     . .Q k F t  Δt - Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa chất lỏng nĩng và lạnh Phương trình truyền nhiệt: 1 2( - )dQ k t t dF k tdF   C 1 =G 1 c p1 C 2 =G 2 c p2 Nhiệt dung lưu lượng khối lượng 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Phương pháp độ chênh nhiệt độ trung bình logarit t.F.kt.F.kQ F   t.k Q F   - k Hệ số truyền nhiệt, xem là hằng số trên toàn diện tích trao đổi nhiệt F t- : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa lưu chất nóng và lưu chất lạnh. tTính ??? 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Trường hợp 1: lưu động cùng chiều và lưu động ngược chiều min max minmax t t ln tt t              bamax bamin t,tMaxt t,tMint Trong đó: Cùng chiều Ngược chiều Nếu Δtmax/ Δtmin <2 ta cĩ thể xem: 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Trường hợp 2: lưu động phức tạp tính theo sơ đồ lưu động song song ngược chiều có nhân thêm hệ số hiệu chỉnh t t ngt t.t   t = f (P; R)- hệ số hiệu chỉnh Tra thông số theo đồ thị biễu diễn các quan hệ cho sẵn Trong đó: '' ' 2 2 2 ' ' max1 2 t t t P tt t       ' '' 1 1 1 '' ' 22 2 t t t R tt t       - Theo sơ đồ ngược chiều Δtng 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Phương pháp hiệu suất  - NTU đượctruyềnnhấtlớnlượngNhiệt bịthiếtquatruyềntếthựclượngNhiệt  Hiệu quả truyền nhiệt của thiết bị         21min 222 21min 111 max 't'tC 't"tC 't'tC "t'tC Q Q                12max 12min C,CMaxC C,CMinC Trong đó:        222222p2 111111p1 't"tC't"tcGQ "t'tC"t'tcGQ    21minmax 't'tCQ  9 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Hiệu quả truyền nhiệt  là hàm số của những quan hệ sau:  ,f C NTU  min max min . C C C k F NTU C        NTU: đơn vị chuyển nhiệt (Number of Transfer Units) Hàm f: là hàm phụ thuộc sơ đồ chuyển động của chất lỏng nóng và lạnh trong thiết bị 10 11 12 NTU NTU NTU NTU 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 1 (Bài 12.13): Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống, nước chảy trong ống với lưu lượng G2 = 1,2 kg/s, nhiệt độ nước vào t’2 = 20 oC, nhiệt độ nước ra t’’2 = 80 oC, nhiệt dung riêng của nước cp2 = 4,18 kJ/kgđộ. Nước khống chảy ngược chiều trong phần hình xuyến giữa 2 vỏ bọc với cp1 = 4,31 kJ/kgđộ. Ống trong cĩ đường kính d = 1,5 cm và tương đối mỏng, hệ số truyền nhiệt k = 640 W/m2K. Xác định diện tích truyền nhiệt của thiết bị và tổng chiều dài cần thiết của ống. Biết : G1 = 2 kg/s, t’1 = 160 oC. 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 2: Một bộ sấy không khí bằng khói nóng loại lưu động ngược chiều có các thông số sau: - Phía khói: G 1 = 9 kg/s; c p1 = 1,1 kJ/kgđộ; t’ 1 = 300 o C - Phía không khí: G 2 = 7,35 kg/s; c p2 = 1,01 kJ/kgđộ; t’ 2 = 30 o C Tổng diện tích truyền nhiệt F = 160 m 2 ; hệ số k = 40 W/m 2 độ Hãy tính nhiệt lượng truyền của thiết bị, nhiệt độ ra của khói và không khí. 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 3: Một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống, lưu động ngược chiều: - ống nhỏ d = 19/21mm; ống lớn D = 38/42mm - Dầu nĩng chuyển động trong ống nhỏ, nhiệt độ giảm từ t’1 = 280 oC đến t’’1 = 160 oC, hệ số toả nhiệt 1 = 250W/m 2K. - Nước chuyển động bên ngồi ống nhỏ với tốc độ  = 1,5m/s nhiệt độ tăng từ t’2 = 30 oC đến t’’2 = 70 oC. Hãy xác định: a/ Hệ số toả nhiệt về phía nước 2. Cho phép bỏ qua ảnh hưởng của phương hướng dịng nhiệt, tức là (Prf/Prw) 0,25 = 1. b/ Hệ số truyền nhiệt k. Biết nhiệt trở dẫn nhiệt của vách là Rv = 0,0002m2K/W. c/ Vẽ sơ đồ phân bố nhiệt độ (đồ thị t-F) d/ Tính lưu lượng nước nĩng thu được trong 1giờ và diện tích truyền nhiệt của thiết bị. e/ Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt. 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 4: Khảo sát thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc chùm ống, hơi nước bão hồ khơ ngưng tụ bên ngồi ống trở thành lỏng sơi, nước giải nhiệt đi bên trong chùm ống. – Hơi nước cĩ lưu lượng Gh; hệ số toả nhiệt đối lưu  = 4500W/m 2K, áp suất hơi p = 1,2bar. – Nước giải nhiệt cĩ tổng lưu lượng Gn = 18000kg/h, nhiệt độ nước vào t’2 = 32oC, nhiệt độ nước ra t’’2 = 38 oC, tốc độ nước chảy trong ống  = 2m/s, đường kính trong ống dtr = 20mm. – Bỏ qua nhiệt trở vách ống và ảnh hưởng của phương hướng dịng nhiệt. a/ Xác định hệ số truyền nhiệt k của thiết bị b/ Xác định diện tích truyền nhiệt của thiết bị và chiều dài một ống c/ Xác định lưu lượng hơi ngưng tụ Gh 17 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 5: Cho thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc chùm ống. Hơi nước bão hồ ngưng tụ phía vỏ bọc thành lỏng sơi, nước giải nhiệt đi trong ống. Hơi nước cĩ hệ số toả nhiệt đối lưu h = 8000W/m 2K, áp suất ph = 3bar. Nước chảy trong chùm ống cĩ lưu lượng V = 12m3/h, nhiệt độ nước vào t’2 = 30 oC, Nước ra t’’2 = 60 oC, hệ số toả nhiệt đối lưu của nước n = 6000W/m2K. Bỏ qua nhiệt trở vách ống a/ Xác định diện tích trao đổi nhiệt cần thiết F b/ Theo thời gian, thành ống về phía nước bị bám cáu làm giảm hệ số truyền nhiệt nên nhiệt độ nước ra chỉ đạt 55oC. Các thơng số khác khơng thay đổi. Hãy xác định chiều dày lớp cáu, biết hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu c = 0,15W/mK