ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ BAY HƠI
VÀ NHIỆT ĐỘ NGƯNG TỤ TỚI NĂNG SUẤT LẠNH
BẰNG PHƯƠNG TRÌNH CLELAND

NGUYỄN MẠNH HÙNG
Bộ môn Kỹ thuật nhiệt - Khoa Cơ khí
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Bài báo trình bày việc ứng dụng phương trình Cleland vào việc tính toán và
đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ tới năng suất của chu trình
lạnh.
Summary: The article presents the application of the Cleland’s equation in evaluation the
impacts of condensing and evaporation temperature on cooling capacity.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Như đã biết, hiện nay việc tính toán chu trình lạnh vẫn chủ yếu dựa vào phương pháp tra
bảng hoặc đồ thị với độ chính xác không cao. Bên cạnh đó, khi nhiệt độ ngưng tụ hoặc bay hơi
thay đổi vì một lý do nào đó sẽ làm thay đổi năng suất lạnh (đối với máy lạnh) và thay đổi năng
suất nhiệt (đối với bơm nhiệt). Việc đánh giá những thay đổi này nhằm phục vụ cho việc điều
chỉnh năng suất lạnh, tự động hoá còn chưa có những kết quả phù hợp và chính xác khi tính
toán sơ đồ lạnh bằng bảng hoặc đồ thị.
CK
Theo [1] và [5] thì khi nhiệt độ ngưng tụ t
k
tăng, năng suất lạnh riêng q
0
giảm; khi nhiệt độ
bay hơi t
0
giảm thì q
0

bh
tính theo đơn vị
0
C.
- Nhiệt độ bão hoà: t
bh
= a
2
/(lnp
bh
- a
1
) - a
3
,
0
C (2)
- Entanpy lỏng: h
l
= a
4
+ a
5
t + a
6
t
2
+ a
7
t

3
bh
t , J/kg (5)
Các hệ số a
i
xin tham khảo ở [2, 4].

2.2. Năng suất lạnh tính theo phương trình Cleland
Trong bài báo này, chúng ta đề cập đến sự phụ thuộc của năng suất lạnh trong chu trình
lạnh một cấp (hình 1).

Hình 1. Chu trình lạnh một cấp trên đồ thị lgp-h.
Chu trình lạnh một cấp được biểu diễn bởi các điểm cơ bản 1-2-3-4 trên đồ thị lgp-h.
- Năng suất lạnh riêng khối lượng:
q
0
= i
1
- i
4
= i
1
- i
3
= h
hbh
(t
0
) - h
lbh

10
2
0
t + a
11
3
0
t) + a
12
] - (a
4
+ a
5
t
k
+ a
6
2
k
t + a
7
3
k
t ) (7)
2.3. Sự phụ thuộc của năng suất lạnh riêng q
0
theo nhiệt độ bay hơi t
0
Có thể dễ dàng nhận thấy, theo hình 1, khi nhiệt độ bay hơi t
0


Hình 2. Sự phụ thuộc năng suất lạnh riêng q
0
vào nhiệt độ bay hơi t
0

trong chu trình lạnh 1 cấp NH
3
.

Theo kết quả thu được với môi chất lạnh NH
3
, ta thấy rằng:
- Trường hợp nhiệt độ ngưng tụ t
k
= 30
0
C
+ khi nhiệt độ bay hơi t
0
= -20
0
C, q
0
= 1091,76 kJ/kg
+ khi nhiệt độ bay hơi t
0
= -10
0
C, q

lần
lượt bằng 30, 35 và 40
0
C (môi chất lạnh là NH
3
). Ví dụ, khi t
k
= 30
0
C, t
0
= -10
0
C, nếu tăng t
0
lên
1 độ, tức t
0
= -9
0
C thì trên đồ thị hình 3, dóng từ trục hoành với t
0
= -10
0
C gặp đường ứng với t
k

= 30
0
C, dóng sang trục tung, ta được độ tăng q

trong chu trình lạnh 1 cấp NH
3
.
-20 -15 -10 -5 0 5
240
245
250
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
qo (kJ/kg)
to (doC)
tk = 30 doC
tk = 35 doC
tk = 40 doC
-20 -15 -10 -5 0 5
0.34
0.36
0.38
0.40
0.42
0.44
0.46

to (doC)
tk = 30 doC
tk = 35 doC
tk = 40 doC

-20 -15 -10 -5 0 5
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
Do tang qo, %
to (doC)
tk = 30 doC
tk = 35 doC
tk = 40 doC

a) b)
Hình 5. Sự phụ thuộc năng suất lạnh riêng q
0
vào nhiệt độ bay hơi t
0
(a) và độ giảm (%) q
0

khi nhiệt độ bay hơi t
0

từ -20
0
C đến 5
0
C, độ tăng q
0
(ứng
với t
k
= 30, 35 và 40
0
C) lớn nhất
chỉ đạt ở mức xấp xỉ 0,5%.
CK
Nhưng đối với chu trình lạnh
1 cấp sử dụng môi chất là CO
2
thì
lại có sự khác biệt, khi t
0
tăng, q
0

lại giảm. Điều này có thể giải
thích một cách đơn giản bằng đồ
thị p-h của CO
2
(hình 6).
20 30 40 50
1020

Hình 7. Sự phụ thuộc năng suất lạnh riêng q
0
vào nhiệt độ ngưng tụ t
k
(a) và độ giảm q
0
(%)
khi nhiệt độ ngưng tụ t
k
tăng 1
0
C trong chu trình lạnh 1 cấp NH
3
.

CK
2.4. Sự phụ thuộc của năng suất lạnh riêng q
0
theo nhiệt độ ngưng tụ t
k
Trong mục này ta xét sự thay đổi của năng suất lạnh riêng q
0
khi t
0
không đổi và t
k
thay đổi
bằng cách sử dụng phương trình (7). Thực hiện tính toán tương tự mục 2.3 và biểu diễn trên đồ
thị đối với chu trình lạnh 1 cấp sử dụng một số môi chất lạnh tự nhiên. Các kết quả thu được thể
hiện trên các hình từ 7 và 8. Dễ dàng nhận thấy rằng, độ tăng q

0.90
0.95
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
1.25
1.30
1.35
Do giam qo, %
tk (doC)
to = -30
to = -25
to = -20
to = -15
to = -10

a) b)
Hình 8. Sự phụ thuộc năng suất lạnh riêng q
0
vào nhiệt độ ngưng tụ t
k
(a) và độ giảm q
0
(%)
khi nhiệt độ ngưng tụ t
k
tăng 1
0

0
t
q
∂
∂
=
0
hbh
t
h
∂
∂
-
0
klbh
t
)t(h
∂
∂
(8)
Biến thiên entanpy lỏng bão hoà theo nhiệt độ bão hoà:

bh
lbh
dt
dh
= (a
4
+ a
5

bh
+ a
10
2
bh
t + a
11
+ a
12
)' = a
9
+ 2a
10
t
bh
(10)
Vậy, sự phụ thuộc của năng suất lạnh riêng khối lượng q
0
vào nhiệt độ t
0:
0
0
dt
dq
=
0
hbh
dt
dh
= a

toán, điều chỉnh tự động hệ thống lạnh
.

Tài liệu tham khảo
[1]. Nguyễn Đức Lợi. Kỹ thuật lạnh cơ sở. Nhà xuất bản Giáo dục, Hà nội, 2005.
[2]. Natural working fluids' 98 (IIR - Gustav Lorentzen Conference, Oslo Norway).
[3]. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ. Môi chất lạnh. Nhà xuất bản Giáo dục, Hà nội, 1996.
[4]. Nguyễn Mạnh Hùng. Tính toán chu trình lạnh hai cấp, hai tiết lưu, làm mát trung gian hoàn toàn
theo phương trình Cleland. Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, số 3/2008.
[5]. Nguyễn Đức Lợi. Giáo trình Kỹ thuật lạnh (cơ sở và ứng dụng). Nhà xuất bản Bách khoa - Hà nội, 2008
♦

CK