Tài liệu Bài tập thiết bị trao đổi nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM BÀI TẬP THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Phương trình cân bằng nhiệt: Q  G1  c p1   t '1  t "1   G2  c p 2   t "2  t '2   C1 t1  C2 t2 C1 t2'' - t2'  t2  ' ''  C2 t1 - t1  t1 C1=G1cp1 C2=G2cp2 Nhiệt dung lưu lượng khối lượng Phương trình truyền nhiệt: dQ  k (t1 - t2 )dF  k tdF Q   k .F .t  k .F .t Q  k .F .t F Δt - Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa chất lỏng nóng và lạnh 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Phương pháp độ chênh nhiệt độ trung bình logarit Q   k.F.t  k.F.t Q F k.t F - k Heä soá truyeàn nhieät, xem laø haèng soá treân toaøn dieän tích trao ñoåi nhieät F - t : ñoä cheânh leäch nhieät ñoä trung bình giöõa löu chaát noùng vaø löu chaát laïnh. Tính t ??? 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Trường hợp 1: lưu động cùng chiều và lưu động ngược chiều t  t max  t min t ln max t min Trong ñoù: Cuøng chieàu Nếu Δtmax/ Δtmin <2 ta có thể xem:  t min  Min t a , t b    t max  Max t a , t b  Ngöôïc chieàu 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Trường hợp 2: lưu động phức tạp t tính theo sô ñoà löu ñoäng song song ngöôïc chieàu coù nhaân theâm heä soá hieäu chænh t t   t .t ng Δt ng - Theo sô đồ ngöôïc chieàu t = f (P; R)- heä soá hieäu chænh Tra thoâng soá theo ñoà thò bieãu dieãn caùc quan heä cho saün Trong ñoù: t2''  t2'  t2 P ' '  t1  t2  tmax t1'  t1''  t1 R  '' '  t2  t2  t2 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Phương pháp hiệu suất  - NTU Hieäu quaû truyeàn nhieät cuûa thieát bò  Nhieät löôïng thöïc teá truyeàn qua thieát bò Nhieät löôïng lôùn nhaát truyeàn ñöôïc Q C1  t'1  t"1  C2  t"2  t'2     Q max C min  t'1  t'2  C min  t'1  t'2  Trong ñoù: Q  G1  c p1  t '1  t"1   C1  t '1  t"1  Q  G 2  c p 2  t"2  t '2   C 2  t"2  t '2  Qmax  Cmin  t '1 t '2   C min  Min C 2 , C1    C max  Max C 2 , C1  8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Hieäu quaû truyeàn nhieät  laø haøm soá cuûa nhöõng quan heä sau:   f  C , NTU  Cmin  C   Cmax    NTU  k .F  Cmin NTU: ñôn vò chuyeån nhieät (Number of Transfer Units) Haøm f: laø haøm phuï thuoäc sô ñoà chuyeån ñoäng cuûa chaát loûng noùng vaø laïnh trong thieát bò 9 10 11 NTU NTU 12 NTU NTU 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 khoáng chảy ngược chiều trong phần hình xuyến giữa 2 vỏ bọc với cp1 = 4,31 kJ/kgđộ. Ống trong có 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. 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 2: Moät boä saáy khoâng khí baèng khoùi noùng loaïi löu ñoäng ngöôïc chieàu coù caùc thoâng soá sau: - Phía khoùi: G1 = 9 kg/s; cp1 = 1,1 kJ/kgñoä; t’1 = 300 oC - Phía khoâng khí: G2 = 7,35 kg/s; cp2 = 1,01 kJ/kgñoä; t’2 = 30 oC Toång dieän tích truyeàn nhieät F = 160 m2; heä soá k = 40 W/m2ñoä Haõy tính nhieät löôïng truyeàn cuûa thieát bò, nhieät ñoä ra cuûa khoùi vaø khoâng khí. 14 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 nóng chuyển động trong ống nhỏ, nhiệt độ giảm từ t’1 = 280oC đến t’’1 = 160oC, hệ số toả nhiệt 1 = 250W/m2K. - Nước chuyển động bên ngoài ống nhỏ với tốc độ  = 1,5m/s nhiệt độ tăng từ t’2 = 30oC đến t’’2 = 70oC. Hãy xác định: a/ Hệ số toả nhiệt về phía nước 2. Cho phép bỏ qua ảnh hưởng của phương hướng dòng 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 nóng thu được trong 1giờ và diện tích truyền nhiệt của thiết bị. e/ Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt. 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 4: Khảo sát thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc chùm ống, hơi nước bão hoà khô ngưng tụ bên ngoài ống trở thành lỏng sôi, nước giải nhiệt đi bên trong chùm ống. – Hơi nước có lưu lượng Gh; hệ số toả nhiệt đối lưu  = 4500W/m2K, áp suất hơi p = 1,2bar. – Nước giải nhiệt có tổng lưu lượng Gn = 18000kg/h, nhiệt độ nước vào t’2 = 32oC, nhiệt độ nước ra t’’2 = 38oC, 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 dòng 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 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Bài 5: Cho thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc chùm ống. Hơi nước bão hoà ngưng tụ phía vỏ bọc thành lỏng sôi, nước giải nhiệt đi trong ống. Hơi nước có hệ số toả nhiệt đối lưu h = 8000W/m2K, áp suất ph = 3bar. Nước chảy trong chùm ống có lưu lượng V = 12m3/h, nhiệt độ nước vào t’2 = 30oC, Nước ra t’’2 = 60oC, 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 thông số khác không thay đổi. Hãy xác định chiều dày lớp cáu, biết hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu c = 0,15W/mK 17