TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

16
NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ NGƯNG TỤ KIỂU ỐNG LỒNG ỐNG
SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH
RESEARCHING A TYPE OF DOUBLE TUBE CONDENSER EQUIPMENT
UTILISED IN REFRIGERATION SYSTEM

Hồ Trần Anh Ngọc
Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng
Võ Chí Chính
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT
Tìm hiểu tổng quan về các loại thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống đang sử dụng
phổ biến hiện nay để thấy được phạm vi ứng dụng của nó trong thực tế, từ đó ta đi nghiên cứu
và xây dựng các cơ sở lý thuyết để tính toán, thiết kế thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống dạng
trơn và ống lồng ống có cánh dọc thân để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt, nâng cao được
hiệu quả ngưng tụ dẫn đến làm tăng được năng suất lạnh cho hệ thống lạnh. Trong bài báo
cũng đồng thời đi xây dựng mô hình thí nghiệm thực nghiệm trên hệ thống lạnh thực tế với ba
loại thiết bị ngưng tụ khác nhau được tính tóan với cùng một công suất lạnh như nhau để kiểm
chứng. Qua nghiên cứu ta sẽ đánh giá được hiệu quả kinh tế- kỹ thuật của thiết bị nghiên cứu
so với các thiết bị truyền thống.
ABSTRACT
This paper presents an overview research of the heat exchange device of double tube
type commonly used now to see the scope of its application in practice, then investigates and
establishes theoretical bases to calculate, design single double tube condenser with no fin and
longitudinal fin double tube condenser to enhance the ability to exchange heat and improve the
condensing effects to increase the capacity of refrigeration system. The article also builds an
experimental model of the real refrigeration system with three different types of condenser with
the same refrigeration capacity for verifying. Through the research, the economic-technical

các hệ thống Freon, hệ số tỏa nhiệt khi ngưng khá thấp, vì vậy cũng rất cần thiết phải có
các biện pháp để nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt, đặc biệt là người ta sẽ làm cánh bên
ngòai của ống trong để tăng cường khả năng tỏa nhiệt về phía môi chất. Trong thực tế,
ta có các loại thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống có các dạng như sau:

3. Tính tóan thiết bị ngưng tụ ống lồng ống
3.1. Thiết bị ngưng tụ ống lồng dạng thẳng loại không có cánh
Chọn thiết bị trao đổi nhiệt kiểu
ống lồng ống nối tiếp, ống trong dẫn
nước có đường kính tỉ lệ là d
2
/d
1
được
làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt
λ(W/m
0
K), ống ngoài đường kính D,
chiều dài của ống là l. Tính tổng diện
tích truyền nhiệt F, hệ số môdun N về
hiệu suất của thiết bị.
Hình 1. Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống trơn
Hình 2. Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống
dạng hình vuông
Hình 4. Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống dạng
ống xoắn tròn
Hình 3. Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống dạng
hình Elip
Næåïc vaìo
Næåïc ra

2
’

) . [1.1]
1
p1
'
1
"
1
CG
Q
tt −=
[1.2]
2- Tính ΔT trung bình theo sơ đồ ngược chiều:

( ) ( )
( )
( )
'
2
"
1
"
2
'
1
'
2
"

1
'
11
2
1
ttt
f
+=
: [1.4]
Tốc độ hơi môi chất đi :
2
11
1
1
4
d
G
πρ
ω
=
[1.5]
Tốc độ nước lạnh đi:
( )
ρπρ
ω
2
2
2
2
22

Nu
ε

=


[1.8]
Từ đó suy ra :
1
1
1
1 f
Nu
d
λ
α
=
[1.8.1]
c. Tính α
2
: Vì ống mỏng, λ lớn, coi t
W1
= t
W2
→ Pr
W2
Đường kính tương đương của hình xuyến D/d
= 3,5.
2


td
e
d
R =
Từ đây ta suy ra chế độ chảy của môi chất
Công thức thực nghiệm tính α khi chảy rối trong ống lồng D/d
2
là d
tđ
:
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

19
( )
( )
( )
dD
dD
dD
u
f
d
td
−=
+
−
==
π
π
2












=
w
f
ffuf
d
D
N
có dạng:
[1.10]
Từ đó α
2
2f
2
2
2
Nu
d
λ
=α

Q
k
2
knnnk
∆
=
∆
∆
=
∆
=
[2.1]
- Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit:

"
2
'
2
''
1
'
1
"
2
'
2
''
1
'
1

B-B

Hơi môi chất vàoNước vào
Nước ra
Cánh dọc thân
Hơi môi chất vào
Nước vào
Lỏng môi chất ra

Hình 6. Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống có cánh dọc thân
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

20

[ ]
m/W,
F
1
r
r
ln
2
1
r2
1
tt
q

: Là chiều dày gốc cánh và đỉnh cánh.
2l
2
21
2
2122
)(4)(.2
δδδδπ
−++−−= lnnrF
l
: diện tích 1m mặt ống có cánh:
* Áp dụng tính tóan cho máy lạnh một cấp
Ta áp dụng tính tóan cho một hệ thống lạnh có công suất lạnh tương ứng là
9000BTU/h ( 2725 w), trong cùng hệ thống lạnh này, máy nén và các thiết bị phụ khá c
ta vẫn giữ nguyên không đổi, còn ta đi tính tóan, thiết kế và chế tạo để áp dụng ba loại
thiết bị ngưng tụ khác nhau lần lượt được sử dụng trong hệ thống là: thiết bị ngưng tụ
kiểu dàn không khí đối lưu cưỡng bức nhờ quạt, thiết bị ngưng tụ dạng ống lồng ống
kiểu trơn và thiết bị ngưng tụ dạng ống lồng ống kiểu ống có cánh dọc thân.
Ta xây dựng mô hình thí nghiệm như sau:
Thiết b
ị bay hơi

Bình tách lỏng

Dàn ngưng tụ không khíTẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

21
BẢNG TỔNG KẾT THÍ NGHIỆM ĐO ĐẠC
TT Đại lượng
Ký
hiệu
Đơn
vị
Sl Giá trị
Ghi
chú
1
Công suất lạnh
P
Btu/h
1
9000

2
Công suất điện máy nén
P

I
Ampe
-
4.1

6
Đối với dàn ngưng không khí:
- Chiều dài ống.
- Số cánh trao đổi nhiệt
- Kích thước cánh
- Đường kính uốn cong
- Đường kính ống
- Chiều dày ống
- Số pass đi
- Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

L
N
R/C/D

r
d
c

δ
n
p
-
S


- Đường kính ống ngòai
- Đường kính ống trong
- Chiều dày ống trong
- Chiều dày ống ngòai
- Hệ số dẫn nhiệt
- Hệ số tỏa nhiệt đối lưu
- Chiều dài ống trong
- Chiều dài ống ngòai
- Bán kính cong của cút nối
- Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

D
D
1

δ
2

δ
t

λ
n

α
L
L
t

r

21,2
4300
2,70
3,12
0,058
0,1604

8
Đối với dàn ống lồng ống có cánh:
- Đường kính ống ngòai
- Đường kính ống trong
- Đường kính Trung bình ống có cánh
- Chiều cao cánh
- Bước cánh
- Chiều dày cánh
- Chiều dày ống trong
- Chiều dày ống ngòai
- Hệ số dẫn nhiệt
- Hệ số tỏa nhiệt đối lưu
- Chiều dài ống trong
- Chiều dài ống ngòai
- Bán kính cong của cút nối
- Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

D
D
1

D
2

mm
mm
mm
mm
w/m
0
w/m
K

2
m
K

m
m
m

228,8
19,9
21,2
3,2
1,81
0,6
1,02
1,12
21,2
6432
3,2

12
Áp suất đẩy đối với dàn ngưng không khí
P
Atm
đkk13,4

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

22
13
Áp suất đẩy với dàn ngưng ống lồng trơn
P
Atm
đt13,09

14
Áp suất đẩy với dàn ngưng ống lồng có cánh
P
Atm
đc

f12

0
C 49

18

Nhiệt độ gas môi chất khi ra khỏi dàn ngưng
ống lồng ống có cánh
t”
f13

0
C 47

19
Tốc độ nước bơm trong ống
ω
m/s

18 4. Kết luận
- Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống, đặc biệt là ống lồng ống có cánh có kết cấu hết
sức nhỏ gọn mà hiệu quả trao đổi nhiệt lại rất cao.
- Với cùng một công suất lạnh như nhau, thiết bị ngưng tụ ống lồng ống có cánh
có diện tích trao đổi nhiệt là nhỏ nhất và hệ số tỏa nhiệt đối lưu α là lớn nhất so với thiết
bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống trơn và thiết bị ngưng tụ không khí đối lưu cưỡng bức.
- So với loại thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống trơn thì loại thiết bị ngưng tụ