LVTS - Nghiên cứu thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh sử dụng trong kỹ thuật lạnh
22 thg 11, 2016 | 15:00

LVTS - Nghiên cứu thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh sử dụng trong kỹ thuật lạnh


1- Tổng hợp được các kết quả đã nghiên cứu về các loại ống có cánh khác nhau được sử dụng trong thực tế, qui trình chế tạo ống có cánh, ống lồng ống loại trơn và loại có cánh, các nghiên cứu về trao đổi nhiệt trong không gian hẹp.
2- Nghiên cứu đánh giá so sánh khả năng trao đổi nhiệt khi ngưng tụ của các môi chất lạnh khác nhau, nhất là các môi chất lạnh mới thay thế cho các môi chất lạnh cũ bị cấm sử dụng, khẳng định sự cần thiết phải làm cánh về phía môi chất lạnh có khả năng trao đổi nhiệt kém, xác định được tỉ lệ làm cánh hợp lý khi sử dụng thiết bị ngưng tụ ống lồng ống dùng các loại môi chất lạnh freon khác nhau với nước là môi trường giải nhiệt.
3- Đưa ra phương pháp mới để tính toán trao đổi nhiệt trên vách trụ có cánh bằng cách xác định bán kính tương đương, từ đó tính toán được các loại cánh có biên dạng phổ biến hay được sử dụng trong thực tế hiện nay như cánh hình thang, cánh hình tam giác, cánh hình chữ nhật.

4- Giải bài toán tính trao đổi nhiệt của các thiết bị ống lồng ống có cánh khác nhau như ống có cánh ngang thân, ống có cánh thẳng và cánh xoắn dọc thân sử dụng trong thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống, đặc biệt đã xây dựng được công thức để tính toán mật độ dòng nhiệt q và hệ số truyền nhiệt K của các thiết bị ống lồng ống có cánh mà chưa có tài liệu nào công bố trước đó.
5- Xây dựng được mô hình thí nghiệm thực nghiệm để so sánh với tính toán lý thuyết. Chứng minh được tính ưu việt của thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh so với các loại thiết bị ngưng tụ khác. Trên cơ sở tính toán đó có thể ứng dụng triển khai vào thực tế ( Hệ thống sấy dầu kiểu ống lồng ống dùng năng lượng mặt trời, dàn lạnh trao đổi nhiệt trong hệ thống điều hòa không khí dùng nước biển, hệ thống thanh trùng dùng cho các loại đồ uống…)
6- Nghiên cứu áp dụng phần mềm DHEX để tính thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống trơn lẫn ống có cánh (Loại ống có cánh ngang) với các qui mô khác nhau về kích thước, chủng loại, thay đổi các loại môi chất khác nhau thường dùng trong thực tế, từ đó giúp ta tiết kiệm được thời gian trong tính toán thiết kế với kết quả có thể dùng để tham khảo tương đối chính xác. Tác giả đã thành công trong việc áp dụng phần mềm DHEX để tính toán, so sánh với thiết bị thí nghiệm ống lồng ống thực tế tại trường Đại học kỹ thuật xây dựng TUCEB, Rumani.

1. Lý do chọn đề tài........................................................................................................
2. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................................
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................................
4. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................................
5. Bố cục của luận án.....................................................................................................
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................................
1.1. TỔNG QUAN VỀTHIẾT BỊNGƯNG TỤTRONG HỆTHỐNG LẠNH........ 6
1.1.1. Vai trò của thiết bị ngưng tụ............................................................................... 6
1.1.2. Phân loại thiết bị ngưng tụ:.................................................................................
1.1.2.1. Bình ngưng tụ giải nhiệt bằng nước.......................................................... 6
1.1.2.2. Dàn ngưng tụ giải nhiệt bằng nước........................................................... 8
1.1.2.3. Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí....................................................... 9
1.2.TỔNG QUAN VỀ ỐNG CÓ CÁNH VÀ THIẾT BỊTRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG CÓ CÁNH........................................................................................ 14
1.2.1. Chủng loại ống có cánh và chế tạo ống có cánh............................................ 14
1.2.1.1. Ống có cánh ngang................................................................................... 15
1.2.1.2. Ống có cánh nan hoa................................................................................. 16
1.2.1.3. Ống có cánh dọc thân bên trong và bên ngòai ống............................... 17
1.2.1.4. Ống có cánh đặc biệt................................................................................. 18
1.2.1.5. Giới thiệu công nghệ chế tạo ống có cánh............................................. 19
1.2.2. Tổng quan vềthiết bịTĐN ống lồng ống....................................................... 20
1.2.2.1. Các chủng loại ống lồng ống................................................................... 20
1.2.2.2. Cấu tạo và phân loại các thiết bị ống lồng ống..................................... 23
1.2.3. Tình hình sử dụng thiết bịtrao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống........................ 28
1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu ống lồng ống trong nước và trên thếgiới......... 28
1.2.3.2. Ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống trong thực tế............... 33
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢNĂNG TRAO ĐỔI NHIỆT
KHI NGƯNG CỦA CÁC MÔI CHẤT LẠNH............................................................ 35
2.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU....................................................................................
2.2. MÔI CHẤT LẠNH VÀ MÔI CHẤT LẠNH MỚI............................................... 36
2.2.1. Các môi chất lạnh truyền thống....................................................................... 36
2.2.2. Môi chất lạnh mới thay thế...............................................................................
2.2.2.1. Các môi chất lạnh đềnghịthay thế......................................................... 37
2.2.2.2. Tính chất cơbản của một sốmôi chất lạnh mới.................................... 37
2.3. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU CỦA NƯỚC KHI CHUYỂN
ĐỘNG BÊN TRONG VÀ BÊN NGOÀI ĐƯỜNG ỐNG............................................ 39
2.3.1. Cơ sở lý thuyết...................................................................................................
2.3.1.1. Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức khi môi chất chuyển động trong ống.....39
2.3.1.2. Tỏa nhiệt đối lưu khi môi chất chuyển động cưỡng bức ngoài ống....40
2.3.2. Kết quảxác định hệsốtỏa nhiệt đối lưu......................................................... 40
2.3.2.1. Khi nước chuyển động bên trong đường ống......................................... 40
2.3.2.2. Khi nước chuyển động bên ngoài đường ống......................................... 42
2.4. XÁC ĐỊNH HỆSỐTỎA NHIỆT ĐỐI LƯU KHI NGƯNG CỦA CÁC MÔI
CHẤT LẠNH.
2.4.1. Mục đích.............................................................................................................
2.4.2. Các cơ sở lý thuyết............................................................................................
2.4.2.1. Ngưng tụ bên ngoài chùm ống trơn nằm ngang................................... 45
2.4.2.2. Ngưng tụ bên ngoài chùm ống có cánh nằm ngang............................. 45
2.4.2.3. Ngưng tụ bên trong ống đứng và rãnh đứng.......................................... 46
2.4.2.4. Ngưng tụ bên trong ống nằm ngang........................................................ 46
2.4.3. Kết quảxác định hệ số tỏa nhiệt khi ngưng................................................... 47
2.4.3.1. Kết quảxác định các thông sốnhiệt vật lý của các môi chất............... 47
2.4.3.2 Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng bên ngoài ống đơn....................................... 48
2.4.3.3. So sánh hệsốtỏa nhiệt khi ngưng bên ngoài ống đơn......................... 52
2.4.4. Xác định tỉlệdiện tích TĐN làm cánh hợp lý khi sử dụng nước làm
môi chất giải nhiệt đi trong ống, môi chất lạnh đi ngoài ống đơn...............................
2.4.5. Kết luận và so sánh............................................................................................
2.4.5.1. So sánh và nhận xét................................................................................... 55
2.4.5.2. Kết luận....................................................................................................... 55
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ
TRÌNH TĐN KHI NGƯNG TỤCỦA MÔI CHẤT................................................. 56
3.1. QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤCỦA HƠI MÔI CHẤT............................................. 56
3.1.1. Mô hình lưu lượng dòng chảy hai pha trong ống dọc................................... 57
3.1.2. Mô hình lưu lượng dòng chảy hai pha trong ống nằm ngang...................... 58
3.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ...................................................... 59
3.2.1. Quá trình tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi.................................................. 60
3.2.2. Tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi chuyển động qua chùm ống................. 61
3.2.3. Tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi chuyển động qua ống đặt đứng........... 62
3.2.4. Tỏa nhiệt khi ngưng của hơi chuyển động trong ống nằm ngang............... 62
3.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT KHI NGƯNG
3.3.1. Ảnh hưởng của hơi quá nhiệt...........................................................................
3.3.2. Ảnh hưởng của trạng thái bềmặt..................................................................... 63
3.3.3. Ảnh hưởng của khí không ngưng lẫn trong hơi............................................. 64
3.3.4. Ảnh hưởng của tốc độvà hướng chuyển động của dòng hơi....................... 64
3.3.5. Ảnh hưởng của cách bốtrí bềmặt ngưng....................................................... 65
3.4. KẾT LUẬN.
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊTRAO ĐỔI NHIỆT KIỂU ỐNG LỒNG ỐNG.
4.1. CƠSỞTÍNH TOÁN THIẾT BỊTRAO ĐỔI NHIỆT.......................................... 67
4.1.1. Các yêu cầu kỹthuật chung cho thiết bịtrao đổi nhiệt................................. 67
4.1.1.1. Qui định vềcác dòng trao đổi nhiệt........................................................ 67
4.1.1.2. Các yêu cầu kỹthuật chung cho TBTĐN............................................... 68
4.1.1.3. Các nguyên tắc lựa chọn môi chất.......................................................... 68
4.1.1.4. Các nguyên tắc chọn chất lỏng chảy trong ống..................................... 69
4.1.1.5. Chọn tốc độdòng môi chất....................................................................... 69
4.1.2. Phương trình cơbản của thiết bịtrao đổi nhiệt (TBTĐN)........................... 69
4.1.2.1. Phương trình cân bằng nhiệt (CBN)....................................................... 69
4.1.2.2. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 70
4.1.3. Tính nhiệt cho thiết bịtrao đổi nhiệt............................................................... 72
4.1.3.1. Các bước tính thiết kếthiết bịTĐN......................................................... 72
4.1.3.2. Tính thiết kếnhiệt thiết bịtrao đổi nhiệt................................................. 73
4.2. TÍNH TOÁN NHIỆT CHO CÁC LOẠI ỐNG CÓ CÁNH.................................. 73
4.2.1. Cơsởlý thuyết đểtính toán truyền nhiệt qua vách trụ.................................. 73
4.2.1.1.Vách trụkhông có cánh............................................................................. 73
4.2.1.2.Vách trụcó cánh........................................................................................ 74
4.2.1.3.Phương pháp tính vách trụmới............................................................... 75
4.2.2. Tính truyền nhiệt của các ống vách trụcó cánh ngang thân......................... 76
4.2.2.1.Vách trụcó cánh ngang thân.................................................................... 76
4.2.2.2. Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụcó cánh ngang.............. 77
4.2.3. Tính truyền nhiệt của các ống vách trụcó cánh dọc thân............................. 79
4.2.3.1.Vách trụcó cánh dọc thân........................................................................ 79
4.2.3.2.Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụcó cánh dọc.................. 79
4.2.4. Tính truyền nhiệt của các loại ống vách trụcó cánh xoắn............................ 81
4.2.4.1.Vách trụcó cánh xoắn dọc thân............................................................... 81
4.2.4.2.Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụcó cánh xoắn................ 82
4.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN TÍNH ỐNG LỒNG ỐNG....................... 84
4.3.1. Tính toán cho thiết bịTĐN kiểu ống lồng ống trơn...................................... 84
4.3.1.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống trơn.............................................. 84
4.3.1.2. Phương trình tính tóan.............................................................................. 85
4.3.1.3. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 86
4.3.2. Tính toán cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh ngang............................ 87
4.3.2.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống có cánh ngang............................ 87
4.3.2.2. Phương trình tính toán.............................................................................. 88
4.3.2.3. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 91
4.3.3. Tính tóan cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh thẳng dọc thân............. 92
4.3.3.1. Mô hình tổng quát ống lồng có cánh thẳng hình thang dọc thân........ 92
4.3.3.2. Phương trình tính toán ............................................................................. 93
4.3.3.3. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 96
4.3.4. Tính toán cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh xoắn dọc thân.............. 97
4.3.4.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống có cánh xoắn dọc thân.............. 97
4.3.4.2. Phương trình toán...................................................................................... 98
4.3.4.3. Phương trình truyền nhiệt....................................................................... 103
4.4. KẾT LUẬN..............................................................................................................
CHƯƠNG 5. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THIẾT BỊ ỐNG LỒNG ỐNG
5.1. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢNĂNG TRAO ĐỔI
NHIỆT CỦA THIẾT BỊTRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG........................... 105
5.1.1. Mục đích thí nghiệm........................................................................................
5.1.2. Thiết bịthí nghiệm...........................................................................................
5.1.3. Các bước thí nghiệm và kết quả đo đạc........................................................ 108
5.1.3.1. Các bước thí nghiệm................................................................................ 108
5.1.3.2. Kết quả đo đạc.......................................................................................... 109
5.1.4. Xác định hệsốtruyền nhiệt............................................................................ 110
5.1.4.1. Cơsởlý thuyết.......................................................................................... 110
5.1.4.2. Kết quảtính toán hệ số truyền nhiệt ống lồng ống.............................. 112
5.1.5. So sánh kết quả thực nghiệm với tính toán lý thuyết hệsốtruyền nhiệt
của thiết bịTĐN ống lồng ống có cánh........................................................................
5.1.5.1. Cơ sở lý thuyết.......................................................................................... 113
5.1.5.2. Kết quảtính toán và so sánh.................................................................. 115
5.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI NHIỆT CỦA THIẾT BỊNGƯNG TỤ ỐNG LỒNG ỐNG.............................. 116
5.2.1. Mục đích thí nghiệm........................................................................................
5.2.2. Thiết bịthí nghiệm...........................................................................................
5.2.2.1. Mô tảchung hệthống thiết bịthí nghiệm............................................. 116
5.2.2.2. Thiết bị đo sửdụng trong thí nghiệm.................................................... 121
5.2.3. Các bước thí nghiệm........................................................................................
5.2.3.1. Các thông số, đại lượng, thiết bịthay đổi khi thí nghiệm................... 123
5.2.3.2. Các thông sốcần phải đo đạc................................................................ 123
5.2.4. Kết quả đo đạc..................................................................................................
5.2.4.1. Kết quả đo đạc chung.............................................................................. 124
5.2.4.2. Kết quả đo đạc khi thí nghiệm với môi chất lạnh freon R12.............. 125
5.2.4.3. Kết quả đo đạc khi thí nghiệm với môi chất lạnh freon R134a.......... 126
5.2.5. Xác định hệsốtruyền nhiệt........................................................................... 126
5.2.5.1. Cơsởlý thuyết.......................................................................................... 126
5.2.5.2. Tính toán................................................................................................... 128
5.2.5.3. Kết quảtính toán...................................................................................... 129
5.2.5.4. Nhận xét và kết luận................................................................................ 132
5.3. GIẢI PHÁP VỆSINH ỐNG LỒNG ỐNG VÀ GIẢI THOÁT LỎNG
NGƯNG GIẢI PHÓNG BỀMẶT TĐN. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM DHEX ĐỂ
TÍNH TOÁN TBTĐN ỐNG LỒNG ỐNG.................................................................. 134
5.3.1. Giải pháp vệsinh và giải thoát lỏng ngưng ống lồng ống.......................... 134
5.3.1.1. Giải pháp vệsinh cho thiết bịngưng tụ ống lồng ống........................ 134
5.3.1.2. Giải pháp giải thoát lỏng ngưng tụcho TBNT ống lồng ống............. 135
5.3.2. Ứng dụng phần mềm DHEX đểtính toán TBTĐN ống lồng ống............. 136
KẾT LUẬN VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA TÁC GIẢ...................................... 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] PGS.TS. Nguyễn Bốn (2005), Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất bản Đà Nẵng.
[2] PGS.TS. Nguyễn Bốn, PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng (1999), Nhiệt kỹ thuật, NXB Giáo Dục, Hà Nội.
[3] PGS.TS. Nguyễn Đức Lợi, PGS.TS. Phạm Văn Tùy (1992), Kỹ thuật lạnh cơ sở, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
[4] PGS.TS. Nguyễn Đức Lợi, PGS.TS. Phạm Văn Tùy, PGS.TS. Đinh Văn Thuận (1995), Kỹ thuật lạnh ứng dụng, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
[5] PGS.TS. Trần Thanh Kỳ (1992), Máy và thiết bị lạnh, Đại học Quốc gia HCM
[6] PGS.TS. Nguyễn Đức Lợi, PGS.TS. Phạm Văn Tùy (1993), Tủ lạnh, tủ kem, máy đá, máy điều hòa không khí, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
[7] PGS.TS. Đinh Văn Thuận, PGS.TS. Võ Chí Chính (2005), Hệ thống máy và thiết bị lạnh, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
[8] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư (1999), Thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thụât, Hà Nội.
[9] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy (1999), Máy và thiết bị lạnh, Nhà xuất bản Giáo dục Hà Nội.
[10] PGS.TS. Nguyễn Đức Lợi, PGS.TS. Phạm Văn Tùy (1998), Môi chất lạnh, Nhà xuất bản Giáo dục Hà Nội.
[11] Trần Đức Ba (1986), Kỹ thuật lạnh đại cương, tập 1, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp.
[12] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ (1996), Bài tập kỹ thuật lạnh, Nhà xuất bản Giáo dục.
[13] Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú (1999), Truyền nhiệt, Nhà xuất bản Giáo dục.
[14] Nguyễn Xuân Tiên (1979), Bài tập kỹ thuật lạnh, Trường Đại học Bách Khoa 142
[15] PGS.TS. Hoàng Đình Tín, TS. Lê Quế Kỳ (1989), Cơ sở truyền nhiệt, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM.
[16] Võ Chí Chính, Hồ Trần Anh Ngọc, Nguyễn Xuân Bình (2007), “Đánh giá khả năng tỏa nhiệt khi ngưng của các môi chất lạnh”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 20-2007, tr. 140 ÷147.
[17] Hồ Trần Anh Ngọc, Võ Chí Chính (2009), “Nghiên cứu thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống sử dụng trong hệ thống lạnh”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 34-2009, tr. 16÷22.
[18] Hồ Trần Anh Ngọc, Võ Chí Chính, Hoàng Dương Hùng (2010), “Thiết kế hệ thống sấy dầu FO dùng cho lò hơi bằng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống sử dụng năng lượng mặt trời”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 39- Quyển 2- 2010, tr. 7 ÷14.
[19] Hồ Trần Anh Ngọc, Võ Chí Chính (2011), “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngưng tụ của môi chất”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 42- 2011, tr. 50 ÷57.
[20] Nguyễn Quanh Minh, Hồ Trần Anh Ngọc (2011), “Mô phỏng truyền nhiệt bằng phần mềm động lực học chất lỏng tính toán star -ccm+”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 44- 2011, tr. 73÷80.
[21] Hồ Trần Anh Ngọc, Võ Chí Chính, Nguyễn Duy Linh (2008), “Nghiên cứu thực nghiệm và triển khai ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống có cánh sử dụng trong hệ thống lạnh”, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, Mã số: B2007- ĐN06- 03, 2007-2008.
[22] Hồ Trần Anh Ngọc (2011), “Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời để sấy dầu FO cho lò hơi dùng công nghệ trao đổi nhiệt ống lồng ống”, Đề tài nghiên cứu khoa học ĐHĐN, mã số: T-2010, năm 2010.
[23] Hồ Trần Anh Ngọc (2012), “Nghiên cứu dùng nước biển làm điều hòa không khí phục vụ cho các Resort ven biển tại thành phố Đà nẵng sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 60- 2012, tr. 69÷77.


1- Tổng hợp được các kết quả đã nghiên cứu về các loại ống có cánh khác nhau được sử dụng trong thực tế, qui trình chế tạo ống có cánh, ống lồng ống loại trơn và loại có cánh, các nghiên cứu về trao đổi nhiệt trong không gian hẹp.
2- Nghiên cứu đánh giá so sánh khả năng trao đổi nhiệt khi ngưng tụ của các môi chất lạnh khác nhau, nhất là các môi chất lạnh mới thay thế cho các môi chất lạnh cũ bị cấm sử dụng, khẳng định sự cần thiết phải làm cánh về phía môi chất lạnh có khả năng trao đổi nhiệt kém, xác định được tỉ lệ làm cánh hợp lý khi sử dụng thiết bị ngưng tụ ống lồng ống dùng các loại môi chất lạnh freon khác nhau với nước là môi trường giải nhiệt.
3- Đưa ra phương pháp mới để tính toán trao đổi nhiệt trên vách trụ có cánh bằng cách xác định bán kính tương đương, từ đó tính toán được các loại cánh có biên dạng phổ biến hay được sử dụng trong thực tế hiện nay như cánh hình thang, cánh hình tam giác, cánh hình chữ nhật.

4- Giải bài toán tính trao đổi nhiệt của các thiết bị ống lồng ống có cánh khác nhau như ống có cánh ngang thân, ống có cánh thẳng và cánh xoắn dọc thân sử dụng trong thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống, đặc biệt đã xây dựng được công thức để tính toán mật độ dòng nhiệt q và hệ số truyền nhiệt K của các thiết bị ống lồng ống có cánh mà chưa có tài liệu nào công bố trước đó.
5- Xây dựng được mô hình thí nghiệm thực nghiệm để so sánh với tính toán lý thuyết. Chứng minh được tính ưu việt của thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh so với các loại thiết bị ngưng tụ khác. Trên cơ sở tính toán đó có thể ứng dụng triển khai vào thực tế ( Hệ thống sấy dầu kiểu ống lồng ống dùng năng lượng mặt trời, dàn lạnh trao đổi nhiệt trong hệ thống điều hòa không khí dùng nước biển, hệ thống thanh trùng dùng cho các loại đồ uống…)
6- Nghiên cứu áp dụng phần mềm DHEX để tính thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống trơn lẫn ống có cánh (Loại ống có cánh ngang) với các qui mô khác nhau về kích thước, chủng loại, thay đổi các loại môi chất khác nhau thường dùng trong thực tế, từ đó giúp ta tiết kiệm được thời gian trong tính toán thiết kế với kết quả có thể dùng để tham khảo tương đối chính xác. Tác giả đã thành công trong việc áp dụng phần mềm DHEX để tính toán, so sánh với thiết bị thí nghiệm ống lồng ống thực tế tại trường Đại học kỹ thuật xây dựng TUCEB, Rumani.

1. Lý do chọn đề tài........................................................................................................
2. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................................
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................................
4. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................................
5. Bố cục của luận án.....................................................................................................
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................................
1.1. TỔNG QUAN VỀTHIẾT BỊNGƯNG TỤTRONG HỆTHỐNG LẠNH........ 6
1.1.1. Vai trò của thiết bị ngưng tụ............................................................................... 6
1.1.2. Phân loại thiết bị ngưng tụ:.................................................................................
1.1.2.1. Bình ngưng tụ giải nhiệt bằng nước.......................................................... 6
1.1.2.2. Dàn ngưng tụ giải nhiệt bằng nước........................................................... 8
1.1.2.3. Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí....................................................... 9
1.2.TỔNG QUAN VỀ ỐNG CÓ CÁNH VÀ THIẾT BỊTRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG CÓ CÁNH........................................................................................ 14
1.2.1. Chủng loại ống có cánh và chế tạo ống có cánh............................................ 14
1.2.1.1. Ống có cánh ngang................................................................................... 15
1.2.1.2. Ống có cánh nan hoa................................................................................. 16
1.2.1.3. Ống có cánh dọc thân bên trong và bên ngòai ống............................... 17
1.2.1.4. Ống có cánh đặc biệt................................................................................. 18
1.2.1.5. Giới thiệu công nghệ chế tạo ống có cánh............................................. 19
1.2.2. Tổng quan vềthiết bịTĐN ống lồng ống....................................................... 20
1.2.2.1. Các chủng loại ống lồng ống................................................................... 20
1.2.2.2. Cấu tạo và phân loại các thiết bị ống lồng ống..................................... 23
1.2.3. Tình hình sử dụng thiết bịtrao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống........................ 28
1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu ống lồng ống trong nước và trên thếgiới......... 28
1.2.3.2. Ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống trong thực tế............... 33
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢNĂNG TRAO ĐỔI NHIỆT
KHI NGƯNG CỦA CÁC MÔI CHẤT LẠNH............................................................ 35
2.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU....................................................................................
2.2. MÔI CHẤT LẠNH VÀ MÔI CHẤT LẠNH MỚI............................................... 36
2.2.1. Các môi chất lạnh truyền thống....................................................................... 36
2.2.2. Môi chất lạnh mới thay thế...............................................................................
2.2.2.1. Các môi chất lạnh đềnghịthay thế......................................................... 37
2.2.2.2. Tính chất cơbản của một sốmôi chất lạnh mới.................................... 37
2.3. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU CỦA NƯỚC KHI CHUYỂN
ĐỘNG BÊN TRONG VÀ BÊN NGOÀI ĐƯỜNG ỐNG............................................ 39
2.3.1. Cơ sở lý thuyết...................................................................................................
2.3.1.1. Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức khi môi chất chuyển động trong ống.....39
2.3.1.2. Tỏa nhiệt đối lưu khi môi chất chuyển động cưỡng bức ngoài ống....40
2.3.2. Kết quảxác định hệsốtỏa nhiệt đối lưu......................................................... 40
2.3.2.1. Khi nước chuyển động bên trong đường ống......................................... 40
2.3.2.2. Khi nước chuyển động bên ngoài đường ống......................................... 42
2.4. XÁC ĐỊNH HỆSỐTỎA NHIỆT ĐỐI LƯU KHI NGƯNG CỦA CÁC MÔI
CHẤT LẠNH.
2.4.1. Mục đích.............................................................................................................
2.4.2. Các cơ sở lý thuyết............................................................................................
2.4.2.1. Ngưng tụ bên ngoài chùm ống trơn nằm ngang................................... 45
2.4.2.2. Ngưng tụ bên ngoài chùm ống có cánh nằm ngang............................. 45
2.4.2.3. Ngưng tụ bên trong ống đứng và rãnh đứng.......................................... 46
2.4.2.4. Ngưng tụ bên trong ống nằm ngang........................................................ 46
2.4.3. Kết quảxác định hệ số tỏa nhiệt khi ngưng................................................... 47
2.4.3.1. Kết quảxác định các thông sốnhiệt vật lý của các môi chất............... 47
2.4.3.2 Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng bên ngoài ống đơn....................................... 48
2.4.3.3. So sánh hệsốtỏa nhiệt khi ngưng bên ngoài ống đơn......................... 52
2.4.4. Xác định tỉlệdiện tích TĐN làm cánh hợp lý khi sử dụng nước làm
môi chất giải nhiệt đi trong ống, môi chất lạnh đi ngoài ống đơn...............................
2.4.5. Kết luận và so sánh............................................................................................
2.4.5.1. So sánh và nhận xét................................................................................... 55
2.4.5.2. Kết luận....................................................................................................... 55
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ
TRÌNH TĐN KHI NGƯNG TỤCỦA MÔI CHẤT................................................. 56
3.1. QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤCỦA HƠI MÔI CHẤT............................................. 56
3.1.1. Mô hình lưu lượng dòng chảy hai pha trong ống dọc................................... 57
3.1.2. Mô hình lưu lượng dòng chảy hai pha trong ống nằm ngang...................... 58
3.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ...................................................... 59
3.2.1. Quá trình tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi.................................................. 60
3.2.2. Tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi chuyển động qua chùm ống................. 61
3.2.3. Tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi chuyển động qua ống đặt đứng........... 62
3.2.4. Tỏa nhiệt khi ngưng của hơi chuyển động trong ống nằm ngang............... 62
3.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT KHI NGƯNG
3.3.1. Ảnh hưởng của hơi quá nhiệt...........................................................................
3.3.2. Ảnh hưởng của trạng thái bềmặt..................................................................... 63
3.3.3. Ảnh hưởng của khí không ngưng lẫn trong hơi............................................. 64
3.3.4. Ảnh hưởng của tốc độvà hướng chuyển động của dòng hơi....................... 64
3.3.5. Ảnh hưởng của cách bốtrí bềmặt ngưng....................................................... 65
3.4. KẾT LUẬN.
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊTRAO ĐỔI NHIỆT KIỂU ỐNG LỒNG ỐNG.
4.1. CƠSỞTÍNH TOÁN THIẾT BỊTRAO ĐỔI NHIỆT.......................................... 67
4.1.1. Các yêu cầu kỹthuật chung cho thiết bịtrao đổi nhiệt................................. 67
4.1.1.1. Qui định vềcác dòng trao đổi nhiệt........................................................ 67
4.1.1.2. Các yêu cầu kỹthuật chung cho TBTĐN............................................... 68
4.1.1.3. Các nguyên tắc lựa chọn môi chất.......................................................... 68
4.1.1.4. Các nguyên tắc chọn chất lỏng chảy trong ống..................................... 69
4.1.1.5. Chọn tốc độdòng môi chất....................................................................... 69
4.1.2. Phương trình cơbản của thiết bịtrao đổi nhiệt (TBTĐN)........................... 69
4.1.2.1. Phương trình cân bằng nhiệt (CBN)....................................................... 69
4.1.2.2. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 70
4.1.3. Tính nhiệt cho thiết bịtrao đổi nhiệt............................................................... 72
4.1.3.1. Các bước tính thiết kếthiết bịTĐN......................................................... 72
4.1.3.2. Tính thiết kếnhiệt thiết bịtrao đổi nhiệt................................................. 73
4.2. TÍNH TOÁN NHIỆT CHO CÁC LOẠI ỐNG CÓ CÁNH.................................. 73
4.2.1. Cơsởlý thuyết đểtính toán truyền nhiệt qua vách trụ.................................. 73
4.2.1.1.Vách trụkhông có cánh............................................................................. 73
4.2.1.2.Vách trụcó cánh........................................................................................ 74
4.2.1.3.Phương pháp tính vách trụmới............................................................... 75
4.2.2. Tính truyền nhiệt của các ống vách trụcó cánh ngang thân......................... 76
4.2.2.1.Vách trụcó cánh ngang thân.................................................................... 76
4.2.2.2. Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụcó cánh ngang.............. 77
4.2.3. Tính truyền nhiệt của các ống vách trụcó cánh dọc thân............................. 79
4.2.3.1.Vách trụcó cánh dọc thân........................................................................ 79
4.2.3.2.Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụcó cánh dọc.................. 79
4.2.4. Tính truyền nhiệt của các loại ống vách trụcó cánh xoắn............................ 81
4.2.4.1.Vách trụcó cánh xoắn dọc thân............................................................... 81
4.2.4.2.Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụcó cánh xoắn................ 82
4.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN TÍNH ỐNG LỒNG ỐNG....................... 84
4.3.1. Tính toán cho thiết bịTĐN kiểu ống lồng ống trơn...................................... 84
4.3.1.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống trơn.............................................. 84
4.3.1.2. Phương trình tính tóan.............................................................................. 85
4.3.1.3. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 86
4.3.2. Tính toán cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh ngang............................ 87
4.3.2.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống có cánh ngang............................ 87
4.3.2.2. Phương trình tính toán.............................................................................. 88
4.3.2.3. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 91
4.3.3. Tính tóan cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh thẳng dọc thân............. 92
4.3.3.1. Mô hình tổng quát ống lồng có cánh thẳng hình thang dọc thân........ 92
4.3.3.2. Phương trình tính toán ............................................................................. 93
4.3.3.3. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 96
4.3.4. Tính toán cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh xoắn dọc thân.............. 97
4.3.4.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống có cánh xoắn dọc thân.............. 97
4.3.4.2. Phương trình toán...................................................................................... 98
4.3.4.3. Phương trình truyền nhiệt....................................................................... 103
4.4. KẾT LUẬN..............................................................................................................
CHƯƠNG 5. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THIẾT BỊ ỐNG LỒNG ỐNG
5.1. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢNĂNG TRAO ĐỔI
NHIỆT CỦA THIẾT BỊTRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG........................... 105
5.1.1. Mục đích thí nghiệm........................................................................................
5.1.2. Thiết bịthí nghiệm...........................................................................................
5.1.3. Các bước thí nghiệm và kết quả đo đạc........................................................ 108
5.1.3.1. Các bước thí nghiệm................................................................................ 108
5.1.3.2. Kết quả đo đạc.......................................................................................... 109
5.1.4. Xác định hệsốtruyền nhiệt............................................................................ 110
5.1.4.1. Cơsởlý thuyết.......................................................................................... 110
5.1.4.2. Kết quảtính toán hệ số truyền nhiệt ống lồng ống.............................. 112
5.1.5. So sánh kết quả thực nghiệm với tính toán lý thuyết hệsốtruyền nhiệt
của thiết bịTĐN ống lồng ống có cánh........................................................................
5.1.5.1. Cơ sở lý thuyết.......................................................................................... 113
5.1.5.2. Kết quảtính toán và so sánh.................................................................. 115
5.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI NHIỆT CỦA THIẾT BỊNGƯNG TỤ ỐNG LỒNG ỐNG.............................. 116
5.2.1. Mục đích thí nghiệm........................................................................................
5.2.2. Thiết bịthí nghiệm...........................................................................................
5.2.2.1. Mô tảchung hệthống thiết bịthí nghiệm............................................. 116
5.2.2.2. Thiết bị đo sửdụng trong thí nghiệm.................................................... 121
5.2.3. Các bước thí nghiệm........................................................................................
5.2.3.1. Các thông số, đại lượng, thiết bịthay đổi khi thí nghiệm................... 123
5.2.3.2. Các thông sốcần phải đo đạc................................................................ 123
5.2.4. Kết quả đo đạc..................................................................................................
5.2.4.1. Kết quả đo đạc chung.............................................................................. 124
5.2.4.2. Kết quả đo đạc khi thí nghiệm với môi chất lạnh freon R12.............. 125
5.2.4.3. Kết quả đo đạc khi thí nghiệm với môi chất lạnh freon R134a.......... 126
5.2.5. Xác định hệsốtruyền nhiệt........................................................................... 126
5.2.5.1. Cơsởlý thuyết.......................................................................................... 126
5.2.5.2. Tính toán................................................................................................... 128
5.2.5.3. Kết quảtính toán...................................................................................... 129
5.2.5.4. Nhận xét và kết luận................................................................................ 132
5.3. GIẢI PHÁP VỆSINH ỐNG LỒNG ỐNG VÀ GIẢI THOÁT LỎNG
NGƯNG GIẢI PHÓNG BỀMẶT TĐN. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM DHEX ĐỂ
TÍNH TOÁN TBTĐN ỐNG LỒNG ỐNG.................................................................. 134
5.3.1. Giải pháp vệsinh và giải thoát lỏng ngưng ống lồng ống.......................... 134
5.3.1.1. Giải pháp vệsinh cho thiết bịngưng tụ ống lồng ống........................ 134
5.3.1.2. Giải pháp giải thoát lỏng ngưng tụcho TBNT ống lồng ống............. 135
5.3.2. Ứng dụng phần mềm DHEX đểtính toán TBTĐN ống lồng ống............. 136
KẾT LUẬN VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA TÁC GIẢ...................................... 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] PGS.TS. Nguyễn Bốn (2005), Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất bản Đà Nẵng.
[2] PGS.TS. Nguyễn Bốn, PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng (1999), Nhiệt kỹ thuật, NXB Giáo Dục, Hà Nội.
[3] PGS.TS. Nguyễn Đức Lợi, PGS.TS. Phạm Văn Tùy (1992), Kỹ thuật lạnh cơ sở, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
[4] PGS.TS. Nguyễn Đức Lợi, PGS.TS. Phạm Văn Tùy, PGS.TS. Đinh Văn Thuận (1995), Kỹ thuật lạnh ứng dụng, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
[5] PGS.TS. Trần Thanh Kỳ (1992), Máy và thiết bị lạnh, Đại học Quốc gia HCM
[6] PGS.TS. Nguyễn Đức Lợi, PGS.TS. Phạm Văn Tùy (1993), Tủ lạnh, tủ kem, máy đá, máy điều hòa không khí, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
[7] PGS.TS. Đinh Văn Thuận, PGS.TS. Võ Chí Chính (2005), Hệ thống máy và thiết bị lạnh, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
[8] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư (1999), Thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thụât, Hà Nội.
[9] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy (1999), Máy và thiết bị lạnh, Nhà xuất bản Giáo dục Hà Nội.
[10] PGS.TS. Nguyễn Đức Lợi, PGS.TS. Phạm Văn Tùy (1998), Môi chất lạnh, Nhà xuất bản Giáo dục Hà Nội.
[11] Trần Đức Ba (1986), Kỹ thuật lạnh đại cương, tập 1, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp.
[12] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ (1996), Bài tập kỹ thuật lạnh, Nhà xuất bản Giáo dục.
[13] Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú (1999), Truyền nhiệt, Nhà xuất bản Giáo dục.
[14] Nguyễn Xuân Tiên (1979), Bài tập kỹ thuật lạnh, Trường Đại học Bách Khoa 142
[15] PGS.TS. Hoàng Đình Tín, TS. Lê Quế Kỳ (1989), Cơ sở truyền nhiệt, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM.
[16] Võ Chí Chính, Hồ Trần Anh Ngọc, Nguyễn Xuân Bình (2007), “Đánh giá khả năng tỏa nhiệt khi ngưng của các môi chất lạnh”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 20-2007, tr. 140 ÷147.
[17] Hồ Trần Anh Ngọc, Võ Chí Chính (2009), “Nghiên cứu thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống sử dụng trong hệ thống lạnh”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 34-2009, tr. 16÷22.
[18] Hồ Trần Anh Ngọc, Võ Chí Chính, Hoàng Dương Hùng (2010), “Thiết kế hệ thống sấy dầu FO dùng cho lò hơi bằng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống sử dụng năng lượng mặt trời”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 39- Quyển 2- 2010, tr. 7 ÷14.
[19] Hồ Trần Anh Ngọc, Võ Chí Chính (2011), “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngưng tụ của môi chất”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 42- 2011, tr. 50 ÷57.
[20] Nguyễn Quanh Minh, Hồ Trần Anh Ngọc (2011), “Mô phỏng truyền nhiệt bằng phần mềm động lực học chất lỏng tính toán star -ccm+”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 44- 2011, tr. 73÷80.
[21] Hồ Trần Anh Ngọc, Võ Chí Chính, Nguyễn Duy Linh (2008), “Nghiên cứu thực nghiệm và triển khai ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống có cánh sử dụng trong hệ thống lạnh”, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, Mã số: B2007- ĐN06- 03, 2007-2008.
[22] Hồ Trần Anh Ngọc (2011), “Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời để sấy dầu FO cho lò hơi dùng công nghệ trao đổi nhiệt ống lồng ống”, Đề tài nghiên cứu khoa học ĐHĐN, mã số: T-2010, năm 2010.
[23] Hồ Trần Anh Ngọc (2012), “Nghiên cứu dùng nước biển làm điều hòa không khí phục vụ cho các Resort ven biển tại thành phố Đà nẵng sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống”, Tạp chí Khoa học Công nghệ- ĐHĐN, số 60- 2012, tr. 69÷77.

M_tả
M_tả

Chuyên mục:

Không có nhận xét nào: