Bài giảng Trao đổi nhiệt phức tạp

Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 1 TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC COÂNG NGHIEÄP TPHCM KHOA COÂNG NGHEÄ HOAÙ HOÏC VAØ MOÂI TRÖÔØNG CHƯƠNG V TRAO ĐỔI NHIỆT PHỨC TẠP Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 2 Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 3 Nồi hơi đáy khô 2-pass Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 4 TRUYỀN NHIỆT PHỨC TẠP Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 5 CHÖÔNG V: TRUYEÀN NHIEÄT PHỨC TẠP 1. Truyeàn nhieät qua vaùch phaúng: t tf1 tf2 tw2 tw1   1 x Truyeàn nhieät qua vaùch phaúng 1 lôùp Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 6 2. Truyeàn nhieät qua vaùch truï t tf1 tf2 2 1 tw2 tw1 Q r2r1 x Truyeàn nhieät qua vaùch truï 1 lôùp Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 7 3. Truyeàn nhieät qua caùnh: 1 2 tw2 tf2 tf1 tw1  F1 F2 Truyeàn nhieät qua caùnh. 4. Taêng cöôøng truyeàn nhieät: Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 8 • Tuỳ theo sự thay đổi nhiệt độ làm việc của hai môi chất: – truyền nhiệt khi nhiệt độ không đổi (TN đẳngnhiệt) – truyền nhiệt khi nhiệt độ thay đổi (TN biến nhiệt) Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 9 Truyền nhiệt đẳng nhiệt • Truyền nhiệt đẳng nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra khi hiệu nhiệt độ của hai môi chất không đổi theo không gian và thời gian. Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 10 Truyền nhiệt đẳng nhiệt • Ví dụ: trong thiết bị bốc hơi. Một phía thiết bị TĐN là hơi ngưng tụ, một phía là chất lỏng sôi. Nhiệt độ ngưng tụ của hơi và nhiệt độ sôi của chất lỏng gần như không đổi trong suốt quá trình truyền nhiệt. Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 11 Thermodynamic Cycle Evaporator Condenser CompressorTXV Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 12 Vapor-Compression Refrigeration Cycle • Refrigerant • Receiver • Thermostatic expansion valve (TXV) • Evaporator • Compressor • Condenser Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 13 Refrigeration Cycle Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 14 Components • Refrigerant • Evaporator/Chiller • Compressor • Condenser • Receiver • Thermostatic expansion valve (TXV) Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 15 Truyền nhiệt biến nhiệt • Thông thường, ta sẽ gặp loại thiết bị TĐN mà trong đó, nhiệt độ của môi chất sẽ thay đổi dọc theo bề mặt TĐN, khi đó ta có dạng truyền nhiệt biến nhiệt. – Nếu tại một điểm trên bề mặt của thiết bị đó, nhiệt độ không biến đổi theo thời gian thì ta có truyền nhiệt biến nhiệt ổn định; – Nếu nhiệt độ lại biến đổi theo thời gian thì ta và truyền nhiệt biến nhiệt không ổn định. Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 16 truyền nhiệt biến nhiệt ổn định; • Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định: hiệu nhiệt độ giữa hai môi chất chỉ biến đổi theo vị trí nhưng không biến đổi theo thời gian, và chỉ xảy ra đối với thiết bị làm việc liên tục; • Truyền nhiệt biến nhiệt không ổn định: hiệu nhiệt độ giữa hai môi chất biến đổi theo cả không gian và thời gian. Qúa trình này xảy ra trong các thiết bị làm việc gián đoạn. Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 17 Basic Steam Cycle Components • Boiler • Turbines (HP/LP) • Condenser • Main condensate pump (MCP) • Main air ejector condenser • Deaerating feed tank (DFT) • Main feed booster pump (MFBP) • Main feed pump (MFP) • Economizer Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 18 PUMP HEAT SOURCE ENGINE HEAT RECEIVER Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 19 M ain Shaft Reduction Gears HPTurbine LP Turbine Condenser M U Feed Tank Condensate Pump Air Ejector Condenser DFT B oost er Pum p Feed Pump SG/ Boiler Superheater Economizer Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 20 Thermo Cycle Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 21 P-V DIAGRAM P R E S S U R E VOLUME Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 22 Four Phases of the Steam Cycle • Generation • Expansion • Condensation • Feed Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 23 SG/ Boiler Superheater Economizer GENERATION (Boilers) Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 24 • Do giới hạn của chương trình, giáo trình này không trình bày sâu về truyền nhiệt biến nhiệt không ổn định. Trong trường hợp cần thiết, có thể tham khảo quá trình này trong các sách chuyên sâu về truyền nhiệt. Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 25 TRUYỀN NHIỆT KHI NHIỆT ĐỘ KHÔNG ĐỔI • Truyền nhiệt khi nhiệt độ không đổi qua vách phẳng Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 26 Truyền nhiệt khi nhiệt độ không đổi qua vách phẳng Vách phẳng có các thông số: • Chiều dày vách, m; • Diện tích truyền nhiệt F, m2; • Hệ số dẫn nhiệt λ, W/m.K; • Nhiệt độ môi chất nóng, oC; • Nhiệt độ vách phía môi chất nóng oC; • Nhiệt độ của vách phía môi chất lạnh oC; • Nhiệt độ môi chất lạnh oC; • Hệ số cấp nhiệt của môi chất nóng tới vách α1, W/m 2K; • Hệ số cấp nhiệt của vách tới môi chất nguội α2, W/m 2K; Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 27 Truyền nhiệt khi nhiệt độ không đổi qua vách phẳng Quá trình truyền nhiệt từ môi chất nóng tới môi chất lạnh gồm ba giai đoạn: • Cấp nhiệt từ môi chất nóng tới vách; • Dẫn nhiệt qua vách; • Toả nhiệt từ vách tới môi chất nguội. Gỉa sử xét quá trình truyền nhiệt là ổn định, do đó lượng nhiệt vận chuyển qua mỗi giai đoạn trong khoảng thời gian là không đổi. Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 28 Truyền nhiệt khi nhiệt độ không đổi qua vách phẳng  1 1 2 1 1 f fF t tQ         Dòng nhiệt qua vách phẳng 1 lớp va ̀ nhiều lớp  1 11 2 1 1 f f n i i F t t Q         Vách phẳng 1 lớp Vách phẳng nhiều lớp Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 29 Truyền nhiệt khi nhiệt độ không đổi qua vách trụ • Xét một vách trụ có bán kính trong r1, bán kính ngoài r2, chiều dày , độ dẫn nhiệt và chiều dài vách L. Môi chất nóng đi trong ống có nhiệt độ t1, hệ số cấp nhiệt . Môi chất lạnh đi ngoài ống, có nhiệt độ t2 và hệ số cấp nhiệt . Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 30 Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 31 Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 32 TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH TRỤ 1 LỚP   221 2 11 21 1ln 2 11 dd d d Ltt Q ff     Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 33 TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH TRỤ NHIỀU LỚP 1 2 1 11 1 2 1 ( ) (W/m) 1 1 1ln 2 f f n i i i i n t t L Q d d d d             Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 34 Hệ số truyền nhiệt của vách trụ nhiều lớp 12 1 111 1ln 2 11 1       ni i n i i dd d d K  Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 35 Tổn thất nhiệt từ vách ra môi trường và nhiệt độ bề mặt vách • Dòng nhiệt ổn định, một chiều, do đó q chung: q1=q2=…=qn • qvách-môi trường  1v mt v mt n v m chq d t t q         1 v mt v m n qt t d        v mt v mtQ q l   Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 36 TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH • Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định: hiệu nhiệt độ giữa hai môi chất không biến đổi theo thời gian nhưng biến đổi theo vị trí. Tương ứng từng vị trí của bề mặt TĐN, hiệu nhiệt độ giữa hai môi chất có giá trị khác nhau. • Không tính lượng nhiệt trao đổi với t = t1 – t2 như trong truyền nhiệt đẳng nhiệt, mà tính theo hiệu số nhiệt độ trung bình logarithm tlog. Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 37 Chiều chuyển động của môi chất 1 2 1 2 2 2 1 2 1 c b a 1 Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 38 t1d t1c t2c t2d t1d t1c t2d t2c a b Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 39 Chiều chuyển động của môi chất G1 t2d t1d t2c t1c G1 t2d t1d t2c t1c t1d t1c t2ct2d t1d t1c t2c t2d Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 40 Hai dòng môi chất song song, nguợc chiều Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 41 Hai dòng môi chất song song, nguợc chiều dq iT oT hdT cdT T Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 42 • Ta xét trường hợp hai môi chất chảy xuôi chiều dọc bề mặt trao đổi nhiệt. Trong qúa trình TĐN, nhiệt độ của môi chất nóng giảm dần và nhiệt độ của môi chất lạnh tăng dần (hình 4.11a). Nhiệt độ của hai môi chất đều biến đổi dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt nhưng ở từng điểm thì nhiệt độ sẽ không biến đổi theo thời gian. h tb t t ttt min max minmax ln     dqiT oT hdT cdT T Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 43 Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 44 TĂNG CƯỜNG TRUYỀN NHIỆT 1 2 1 2 1 2 1 1 ik          • Giả sử 2 lớn hơn 1 rất nhiều, khi đó k = 1. Như vậy, hệ số truyền nhiệt chỉ có thể nhỏ hơn hay bằng hệ số tỏa nhiệt nhỏ nhất. Vì vậy, để tăng k ta cần tăng hệ số tỏa nhiệt ở phía vách có giá trị nhỏ nhất, hoặc làm cánh ở phía bề mặt này. Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 45 CÁCH NHIỆT Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 46 • Ứng với dth thì tổn nhiệt là lớn nhất, vậy muốn cách nhiệt phải lưu ý đến điều kiện trên, nghĩa là dcn > dth. Từ hình 4.14 chúng ta nhận thấy chỉ khi nào chọn cn để d2 > dth thì việc bọc cách nhiệt mới dẫn đến giảm q1. Điều này có nghĩa là chọn vật liệu nhiệt phải bảo đảm điều kiện . Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 47 Ly Ngoc Minh, Senior Lecturer 48 Nöôùc ngöng tuï 60 14 0 Hôi vaøo 60 90 Daàu vaøo  50 8 34 90 Ñôn vò söû duïng: Duyeät K.tra Th.keá Tr.nhieäm BG - 500Leâ Thieän Caûm CÔ SÔÛ KINH LUAÂN BOÄ GIA NHIEÄT THAÙI DÖÔNG 14 m/h Ngaøy Ngoâ Tieán Ñöùc Ngoâ Tieán Ñöùc Nguyeãn Tieán NgaVeõ Hoï Teân Kyù BAÛN VEÕ KEÁT CAÁU Kh.löôïng Tôø soá:01Soá tôø: 01 S.löôïng 1/10 Tyû leä TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 VAÄT LIEÄU Bích gheùp 2 Theùp 43 Theùp CT3 C20 OÁng nöôùc ngöng tuï Theùp 60x3.51 OÁng daàu vaøo TEÂN GOÏI OÁng daàu ra Chaân ñeá Thaân Theùp 90x3.51 Theùp 90x3.51 Theùp 500x101 2 Theùp 12 118 OÁng gia nhieät Choûm elip OÁng xaû ñaùy OÁng hôi vaøo Taám ngoaët doøng Theùp 21,3x2.7 Theùp 34x3.51 2 Theùp 12 Theùp 60x3.51 5 Theùp 6 QUY CAÙCH 4550 35 34 Taám ngoaët doøng phía döôùi TL:1/5 12 13 Baùt caåu OÁng laép nhieät keá Theùp  Theùp  2 1 SB450 - JIS G3103 CT3 SB450 - JIS G3103 SB450 - JIS G3103 C20 C20 C20 ASTM - A106B ASTM - A53 C20 11 5 2950 150 250300250 Maët saøng caém oáng TL:1/5 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 17 ÑAËC TÍNH KYÕ THUAÄT AÙp suaát thieát keá phaàn hôi P = 10 Kg/cm Dieän tích tieáp nhieät : F = 35 m Löu löôïng daàu vaøo : V = 14 m/h Nhieät ñoä daàu vaøo : t = 50 C Nhieät ñoä daàu ra : t = 100 C OÁng laép van xaû khí14 Theùp 1 250 70 15 Vaùch ngaên hôi Theùp 115 HÌNH CAÉT ÑÖÙNG Taám ngoaët doøng phía treân TL:15 500 375 20 150 913 11 5 16 16 OÁng laép nhieät keá 1 Theùp  HÌNH CHIEÁU CAÏNH TL:1/5 0 0 3 100 350 3700 3 2 17 Maët saøng caém oáng 1 Theùp  C20 C20 SB450 - JIS G3103 SB450 - JIS G3103 C20 2