Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.1
p.1
5.1 Các dạng bài toán Truyền nhiệt tổng hợp
5.2 Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn cánh
a) Các pt cơ bản để tính toán TB trao đổi nhiệt
b) Độ chênh nhiệt độ trung bình
c) Phương pháp hiệu suất
Q
5.1 Các dạng bài toán truyền nhiệt tổng hợp
a) TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG
Xét vách phẳng 1 lớp, dày δ, HSDN λ
Môi chất nóng có t
f1
, α
1
; Môi chất lạnh có t
f2
, α
2
Bài toán kết hợp vừa đối lưu và dẫn nhiệt
(
)
FttkQ
ff 21
−
= (W)
(

−=
−
=−=
α
δ
λ
α
(W)
21
21
2
22
21
1
11
/1//1/1//1
αλδααλδα
++
−
=
−
=
−
=
−
=
fffw
ww
wf
tttt

+
=
21
11
αλ
δ
α
++=
(m
2
.độ/W)
Nhiệt độ bề mặt vách:
1
11
α
q
tt
fw
−=
2
2
1
1
2
11
αλ
δ
α
qtqtt
ffw

2
Ta có:
(
)
LdttQ
wf 1111
π
α
−
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
=
1
2
21
ln
2
1
d
d
L
tt

1
dd
d
d
tt
d
tt
d
d
tt
d
tt
q
fffw
ww
wf
L
παπλπα
πα
πλ
πα
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛

dd
d
d
παπλπα
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=
tđ
L
R
t
q
Δ
=
với:
21
αλα
RRRR
tđ
+
+
=
(m.độ/W)


1
ln
2
11
1
12
1
1
11 +
=
+
++
=
∑
n
n
i
i
i
i
L
dd
d
d
k
αλα
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009

−
δ
λ
=
−α=
2222
211
1111
fw
ww
wf
ttFQ
ttFQ
t
t
FQ
(a)
c) Truyền nhiệt qua vách có cánh
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.6
p.6
Nhiệt trở cục bộ:
⎪
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪

wf
(b)
Cộng từng vế của (b) ta có Nhiệt trở toàn phần:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+⋅+=
−
=
22111
21
111
FFFQ
tt
R
ff
αλ
δ
α
Và tính được Q:
22111
2f1f
F
1
F

α
=
)KW(
Q = k
ca
(t
f1
–t
f2
) (W)
Cũng có thể viết:
với:
Hoặc nếu tính theo 1 đơn vò diện tích BM không cánh thì:
()
2f1f1
1
1
ttk
F
Q
q −==
2
mW
2
1
21
1
F
F
11

F
F
F
F
1
1
k

+


+

=
)m(W
2
K
Heọ soỏ laứm caựnh : F
2
/F
1
=
c
.
Ngi son: TS. H anh Tựng
HBK tp HCM
8/2009
p.8
p.8
¾ Giới thiệu TBTĐN loại vách ngăn cánh

p.12
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.13
p.13
Nồi hơi công nghiệp
¾ PHÂN LOẠI Theo hướng lưu động của dòng MC: lưu động thuận chiều, ngược chiều,
cắt nhau và lưu động phức tạp
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.14
p.14
Tính toán TBTĐN thường có hai dạng:
- Tính thiết kế: xác đònh F (ở chế độ đònh mức).
- Tính kiểm tra: xác minh Q, nhiệt độ cuối (nhiệt độ ra) của MC.
2 phương trình cơ bản: PT cân bằng nhiệt và PT truyền nhiệt.
 Phương trình cân bằng nhiệt
Bỏ qua TT nhiệt ra môi trường thì: Q
nhả
= Q
nhận
Khi không có biến đổi pha, tacó:
()
(
)
22221111
t
t

22
2
1
t
t
tt
t
t
C
C
δ
δ
=
′′
−
′
′
−
′
′
=
MC nào có C lớn thì nhiệt
độ biến đổi ít và ngược lại.
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.16
p.16
 Phương trình truyền nhiệt
Nhiệt lượng trao đổi qua phân tố BM truyền nhiệt dF:

b) TÍNH ĐỘ CHÊNH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH
CT chung cho cả lưu động
thuận chiều lẫn ngược chiều
:
min
max
minmax
t
t
ln
t
t
t
Δ
Δ
Δ−Δ
=Δ
ΔΤ
max
ΔΤ
min
ΔΤ
max
ΔΤ
min
Trường hợp (Δt
max
/Δt
min
< 2) có thể dùng:

tt
P
δ
δ
=
′
−
′
′
−
′′
=
2
1
22
11
t
t
tt
tt
R
δ
δ
=
′
−
′′
′′
−
′

1
= 200
o
C; k = 35 W/(m
2
K); c
p1
=1,1
kJ/(kgK); c
p2
= 2,3 kJ/(kgK).
Tính diện tích TĐN (F) khi bố trí dòng chuyển động ngược chiều.
GIẢI: Sử dụng PT TRUYỀN NHIỆT
Chênh lệch nhiệt độ tại hai đầu thiết bò:
t’
1
- t’’
2
= 280 – 180 = 100
o
C= Δt
min
t’’
1
- t’
2
= 200 – 20 = 180
o
C= Δt
max

−
=
Δ
Δ
Δ−
Δ
=Δ
tkQF Δ=
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.20
p.20
VD:
c) PHƯƠNG PHÁP HIỆU SUẤT (phương pháp NTU)
truyền thể có đa tốinhiệt Dòng
thiết bò qua truyềnnhiệt Dòng
Q
Q
max
==ε
Trường hợp có sẵn TBTĐN, biết nhiệt độ vào
truyền nhiệt k (ước tính). Cần xác đònh Q ,
1
t
′
2
t
′
,

=
ε=
với
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.21
p.21
Hieọu suaỏt TBTN laứ haứm cuỷa NTU vaứ C* = C
min
/ C
max
:
),(
*
CNTUf=

min
C
kF
NTU =
NTU : laứ ủụn vũ chuyeồn nhieọt (Number of Transfer Units):
Ngi son: TS. H anh Tựng
HBK tp HCM
8/2009
p.22
p.22

Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM

1
* = 0,5G
1
, các điều kiện ban đầu khác
không thay đổi thì nhiệt lượng trao đổi và nhiệt độ nước ra sẽ là bao nhiêu?
VD:
GIẢI: a) Tính Q và nhiệt độ cuối các chất, dùng pp NTU
Chênh lệch nhiệt độ tại hai đầu thiết bò:
C
1
= G
1
c
p1
= 0,8 . 1,12 = 0,896 kW/K = C
min
C
2
= G
2
c
p2
= 3,2 . 4,18 = 13,376 kW/K = C
max
Nhiệt lượng truyền cực đại: Q
max
= C
min
(t’
1

2
’’ = t
2
’ + Q/C
2
= 50 + 258 / 13,376 = 69,3
o
C
b) Nếu động cơ vận hành non tải với G
1
* = 0,5G
1
C
min
giảm 2 lần -> C* giảm 2 lần = 0,033
NTU tăng 2 lần = 2,84
Q
max
giảm 2 lần
HS truyền nhiệt lúc đó = 0,92
Do vậy: Q = 0,92. 358,4 / 2 = 164,8 kW
t
2
’’ = 50 + 164,8 / 13,376 = 62,3
o
C