Tiểu luận Nhóm 2
Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 1
Danh sách nhóm 2:
1. Nguyễn Văn Bảo
2. Nguyễn Thiên Bửu
3. Phạm Quốc Việt
Nhận xét của Giáo viên:
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 3
Mở đầu.
Nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa nhằm đưa Việt
Nam trở thành nước công nghiệp văn minh hiện đại. Trong những năm qua cùng với
sự phát triển kinh tế của cả nước, ngành kĩ thuật lạnh đã có những bước phát triển rất
mạnh mẽ và vượt bật, phạm vi ngày càng được mở rộng trong đời sống và kĩ thuật.
Ngày nay, kĩ thuật làm lạnh trở nên không thể thiếu trong các tòa nhà, khách
sạn, văn phòng, nhà hàng, các dịch vụ du lịch văn hóa, y tế, thể thao, mà còn cả trong
các căn hộ, nhà ở, các phương tiện đi lại như: ôtô, tàu thủy, tàu hỏa….trong phạm vi
dân dụng các máy điều hòa nhiệt độ, máy lạnh một cụm, hai cụm, nguyên cụm đa
dạng về công suất và mẫu mã; các tủ lạnh có dung tích từ nhỏ, trung bình , lớn đến rất
lớn, các máy nước nóng lạnh đã dần quen thuộc và phục vụ đắc lực cho nhu cầu sinh
hoạt hằng ngày của người dân.
Kĩ thuật lạnh trong những năm qua đã hỗ trợ rất đắc lực cho nhiều ngành kinh
tế, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo qui trình công nghệ như trong
các ngành: sợi dệt, chế biến thuốc lá, chè, in ấn, điện tử, vi điện tử , bưu điện, viễn
thông, máy tính, cơ khí chính xác, hóa học….Đặc biệt trong công nghiệp đông lạnh
thủy hải sản, thực phẩm, rau củ quả…
Trong phạm vi bài tiểu luận này sẽ trình bày việc tính toán thiết kế thiết bị
ngưng tụ và thiết bị bay hơi cho hệ thống cấp đông có năng suất lạnh 100 kW với
nhiệt độ bay hơi t
o
= - 40
0
C.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng tiểu luận chắc chắn không tránh khỏi thiếu
sót, chúng em mong nhận được nhiều ý kiến của thầy cô và các bạn.

Nhóm thực hiện

là dàn đối lưu không khí cưỡng bức bằng quạt gió hoặc đối lưu không khí tự nhiên.
b. làm lạnh buồng gián tiếp là làm lạnh buồng bằng các dàn nước muối
lạnh. Thiết bị bay hơi đặt ngoài buồng lạnh, môi chất lỏng sôi để thu nhiệt của nước
muối, nước muối lạnh được bơm tuần hoàn bơm đến các dàn lạnh. Sau khi trao đổi
nhiệt với không khí trong buồng lạnh, nước muối nóng lên sẽ được đưa trở lại thiết bị
bay hơi để làm lạnh xuống đến trạng thái ban đầu. Các dàn nước muối bố trí trong
buồng cũng có loại đối lưu không khí tự nhiện và đối lưu không khí cưỡng bức.

Tiểu luận Nhóm 2
Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 5
Bảng : Phân loại phương pháp làm lạnh.
Ở đây, ta chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp nhờ môi chất lạnh trao đổi
nhiệt đối lưu không khí cưỡng bức bằng các dàn quạt.
1.2 CÁC SỐ LIỆU KHÔNG KHÍ BÊN NGOÀI.
Những thông số về khí tượng như nhiệt độ, độ ẩm tương đối của không khí,
bức xạ mặt trời, gió và hướng gió, lượng mưa là những thông số quan trọng để tính
toán, thiết kế xây dựng kho lạnh và hệ thống lạnh. Chúng là các yếu tố ảnh hưởng trực

năng lượng cũng như về kim loại của máy lạnh. Ví dụ như chỉ riêng nhóm bình ngưng
tụ và bình bay hơi cũng đã chiếm từ 50 ÷ 70% trọng lượng của thiết bị lạnh. Sự làm
việc của các thiết bị trao đổi nhiệt cũng ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề tiêu hao năng
lượng. Nếu chúng làm việc không tốt thì có thể làm tăng nhiệt độ ngưng tụ và giảm
nhiệt độ sôi của tác nhân lạnh, dẫn đến tình trạng tăng công suất tiêu hao cho máy
nén. Ngoài ra các quá trình khí động của thủy động trong chu trình có ảnh hưởng trực
tiếp đến vấn đề tiêu hao năng lượng của máy nén, máy bơm, quạt gió và máy khuấy
trong quá trình vận hành. Cho nên trong quá trình thiết kế và chế tạo thiết bị trao đổi
nhiệt cần đảm bảo các yêu cầu như: truyền nhiệt tốt, trở lực thủy lực nhỏ, cấu tạo đơn
giản, dễ chế tạo, vật liệu rẻ tiền, nhỏ gọn và chắc chắn, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa,
tin cậy, an toàn, hiện đại và thẫm mĩ.
Tiểu luận Nhóm 2
Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 7
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÍ THUYẾT TÍNH TOÁN
a & b

2.1 CHỌN MÔI CHẤT LẠNH.
Môi chất lạnh (còn gọi là tác nhân lạnh hay gas lạnh) là chất sử dụng trong chu
trình nhiệt động ngược chiều để hấp thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh có nhiệt
độ thấp và thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn.
Một môi chất đáp ứng được tất cả các yêu cầu của môi chất lạnh được coi là
môi chất lạnh lí tưởng. Nhưng thực tế không có môi chất lạnh lí tưởng mà chỉ có môi
chất đáp ứng được ít hay nhiều các yêu cầu của môi chất lạnh. Khi chọn môi chất cho
một ứng dụng cụ thể, cần phát huy tối đa các ưu điểm và hạn chế đến mức thấp nhất
các nhược điểm của nó.
Có nhiều môi chất lạnh thường dùng : amoniac (R717), các Freon (CFC, HFC,
HCFC ): R12, R13, R22, R502, R134a Trong đó, thực tế kho lạnh cấp đông thường
sử dụng NH

hòa tan nước không hạn chế nên thiết bị tiết lưu không bị tắc ẩm.
* Tính kinh tế: Amoniac là môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển
bảo quản tương đối dễ dàng.
* Amoniac bền vững ở nhiệt độ và áp suất làm việc.
* Amoniac không ăn mòn các kim loại đen và phi kim loại chế tạo máy
nhưng ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng nên Amoniac chủ yếu sử dụng với máy
nén hở.

Tiểu luận Nhóm 2
Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 9
2.2 CHỌN và TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH.
2.2.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh hay nhiệt độ bay hơi t
0
= -40
0
C
Tra bảng hơi bão hòa NH
3
ở t
0
= – 40
0
C ta được P
0
= 0.71934bar. Theo [6]
Ta có công thức:
t
0
= t – Dt (2 – 1)

t
ln
t
m
t t
C
t
t
q
-
=
-
-
(2 – 2)
ta có được nhiệt độ ngưng tụ như sau:
w2 w1
m
w2 w1
m
t - t
0
w2 w1
t - t
.e - t
( )
e 1
k
t
t C
q

C, j
tbmax
= 72%. Do đó chọn thông số ngoài trời để thiết kế là t
n
= 35
0
C và j
n
=
Tiểu luận Nhóm 2
Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 10
70%. Tra đồ thị I – d từ giá trị t
n
và j
n
xác định được nhiệt độ nhiệt kế ướt tương ứng
t
ư
= 30
0
C.
Tháp giải nhiệt thường được thiết kế với điều kiện nhiệt độ ra khỏi tháp giải
nhiệt để vào bình ngưng cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt t
ư
từ 3 ¸5
0
C, ở đây ta chọn 4
0
C,

được chọn sơ bộ theo bảng
6.11/156 [1]. Đối với ống trơn q
m
= 4¸6
0
C. Tăng hay giảm chênh lệch nhiệt độ q
m
đều
có tác dụng hai mặt của nó. Nếu tăng q
m
một mặt sẽ làm giảm diện tích truyền nhiệt,
giảm trọng lượng và giá thành của bình ngưng, mặt khác sẽ làm tăng các tổn thất
không thuận nghịch trong chu trình máy lạnh. Khi nhiệt độ nước đã được xác định,
nếu tăng q
m
sẽ làm tăng nhiệt độ ngưng tụ, tăng các tổn thất thể tích và tiêu hao năng
lượng cho máy nén, làm giảm hệ số làm lạnh của chu trình. Cho nên q
m
được chọn là
5
0
C.
Vậy nhiệt độ ngưng tụ là:
w2 w1
m
w2 w1
m
t - t
38 - 34
5

o 11
P =
0
k
p
p
=
15.995
0.71934
= 22.2 (2 – 4)
Áp suất trung gian
0
. 15.995 0.71934 3.39 ar
tg k
p p p x b
= = =P
1
=
0
tg
p
p
= 4.713 hạ áp (2 – 5)
P
2
=
k

trung gian BTG để làm mát lượng hơi về máy nén cao áp xuống trạng thái bão hòa
Tiểu luận Nhóm 2
Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 12
khô. Còn nhánh chính được dẫn qua ống xoắn của bình trung gian, được làm quá lạnh
sau đó qua van tiết lưu TL2 xuống áp suất p
0
để cấp cho dàn bay hơi.
Như vậy, năng suất lạnh của phần lỏng đi qua van tiết lưu 1 chỉ để hạ nhiệt độ
của hơi từ máy nén hạ áp tới nhiệt độ bão hòa và dùng để quá lạnh phần lỏng trước
khi đưa vào van tiết lưu 2. Lỏng tiết lưu từ p
k
xuống p
0
chỉ qua van tiết lưu 2. Nếu
thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn là lí tưởng thì nhiệt độ lỏng ra khỏi ống xoắn t
10
bằng
nhiệt độ trung gian t
tg
và sau khi tiết lưu đẳng entanpy xuống áp suất p
0
môi chất sẽ có
trạng thái 11’. Nhưng thực tế có tổn thất trao đổi nhiệt không thuận nghịch nên nhiệt
độ lỏng t
10
bao giờ cũng lớn t
tg
từ 3 đến 5K. Năng suất lạnh riêng thực tế nhỏ hơn
năng suất lạnh lí thuyết một khoảng Dq

v(m
3
/kg)

i(kJ/kg)

s(kJ/kg.đ ộ)

x
1 0.71934

-40 1.5491 1706.7 6.2382 1
2 3.39 60 0.49397 1920 6.2382
x
3 3.39 41 0.44950 1870 6.107
x
4 3.39 -6 0.35893 1753.8 5.6948 1
5 15.995 110 0.11288 1980 5.6948
x
6 15.995 41 0.00173 692.4 1.6495 0
7 3.39 -6 0.05899 692.4 1.666 0.16
8 3.39 -6 0.35893 1753.8 5.6948 1
9 3.39 -6 0.00681 495 0.968 0.015

10 15.995 -1
x
495 0.982
x
11 0.71934


2.2.5.2 Lưu lượng môi chất lạnh G:
Tiểu luận Nhóm 2
Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 14
a) Lưu lượng môi chất lạnh qua máy nén hạ áp G
1
:
Từ công thức năng suất lạnh của máy nén:
Q
0
= G
1
.q
0
(kW) (2 – 8)
Ta suy ra lưu lượng môi chất lạnh:
G
1
=
0
0
q
Q
=
0
1 11
Q
i i
-
=

4
+ G
1
i
10
(2 – 9)
hay:
6 3 7 10
4
1 4 7
i i i i
G
G i i
+ - -
=
-

Vậy:
1 6 3 7 10 1 3 10
4
4 7 4 7
( ) ( ) 100(1870 495)
0.1069 /
1211.7(1753.8 692.4)
G i i i i G i i
G kg s
i i i i
+ - - -
-
= = = =

Q
k
= G
4
.q
k
= G
4
.(i
5
– i
6
) = 0.1069(1980 – 692.4) = 137.64(kW).
Tiểu luận Nhóm 2
Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 15
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT &
CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI.
a & b

3.1 VAI TRÒ CỦA THIẾT BỊ BAY HƠI.
Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hóa hơi gas bão hòa ẩm sau tiết lưu đồng thời làm
lạnh môi trường cần làm lạnh. Như vậy, cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết
bị tiết lưu, thiết bị bay hơi là thiết bị quan trọng không thể thiếu được trong các hệ
thống lạnh. Vì vậy, dù toàn bộ hệ thống trang thiết bị hệ tốt đến đâu nhưng thiết bị
bay hơi làm việc kém hiệu quả thì tất cả trở nên vô ích.
Khi quá trình trao đổi nhiệt ở thiết bị bay hơi kém thì thời gian làm lạnh tăng,
nhiệt độ phòng không đảm bảo yêu cầu. Trong một số trường hợp, do không bay hơi
hết lỏng trong dàn lạnh dẫn đến có thể máy nén sẽ hút phải ẩm gây ngập lỏng gây va
đập thủy lực.

= 50 kW
Q
02
= 50 kW

3.3 CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA DÀN LẠNH KHÔNG KHÍ CƯỠNG
BỨC BẰNG QUẠT.
Dàn lạnh không khí đối lưu cưỡng bức được sử dụng rất rộng rãi trong các hệ
thống lạnh để làm lạnh không khí như trong các kho lạnh, thiết bị cấp đông, điều hòa
không khí. Dàn lạnh loại này có hai loại: loại ống đồng và loại ống sắt. Thường các
dàn lạnh được làm cánh nhôm hoặc cánh sắt để tăng diện tích truyền nhiệt. Dàn lạnh
có vỏ bao bọc, lồng quạt, ống khuếch tán gió, khay hứng nước ngưng.

Tiểu luận Nhóm 2
Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 17
Dàn lạnh sử dụng trong kho lạnh có cấu tạo với chiều rộng khá lớn, trải dài theo
chiều rộng của kho lạnh. Mỗi dàn có từ 1 đến 6 quạt, các dàn lạnh đặt phía trước mỗi
dàn, hút không khí chuyển động qua các dàn vuông góc với các ống trao đổi nhiệt.
Dàn lạnh có bước cánh từ 3 đến 8 mm, tùy thuộc mức độ thoát ẩm của các sản phẩm
trong kho. Vỏ bao che của dàn lạnh là tôn mạ kẽm, phía dưới có máng hứng nước
ngưng. Máng hứng nước ngưng nghiêng về phía sau để nước ngưng chảy kiệt, tránh
đọng nước trong máng, nước đọng có thể đóng băng làm tắc đường thoát nước. Dàn
gồm nhiều cụm ống độc lập song song dọc theo chiều cao của dàn, vì vậy thường có
búp phân phối gas để phân bố dịch lỏng đều cho các cụm.
Dàn lạnh loại này có nhiều ưu điểm, thích hợp sử dụng trong kho cấp đông:
* Ít tốn diện tích.
* Nhiệt độ phân phối đồng đều.
* Hệ số trao đổi nhiệt lớn( k = 35
¸

): trạng thái không khí khi ra khỏi dàn lạnh.
Tiểu luận Nhóm 2
Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 18
Điểm w (j
w
,t
w
,i
w,
d
w
): trạng thái không khí ở bề mặt dàn lạnh.
Ba điểm này nằm trên đường đặc trưng cho quá trình làm lạnh không khí ở dàn
lạnh. Độ nghiêng của đường thẳng nối 3 điểm này chính là tỉ số nhiệt ẩm
e
.
Ta có tỉ số nhiệt ẩm:

21
21
dd
ii
-
-
=e (3 – 1)
chọn hiệu nhiệt độ t
1
– t
2

2
=
95%
xác định entanpy và độ chứa hơi bằng
bảng và công thức:
i = i
k
+ d.i
’’
(3 – 2)
Trong đó:
i
k
; i
’’
: entanpy của không khí khô và hơi bão hòa( kJ/kg)
Tra phụ lục 5/538 [1],
Không khí ẩm ở t
1
= -33
0
C được:
Phân áp suất :
''
h
1
p = 0.00039 bar
Áp suất khí quyển: P = 1 bar
i
k1

1
= i
k1
+ d.
''
h
1
i = -33.4316 + 0.00024x0.59871= -33.4315 (kJ/kg)
Tương tự:
Không khí ẩm có t
2
= -37
0
C ta được:

''
h
2
p = 0.0003 bar
p = 1bar
i
k2
= -37.49 (kJ/kg)

''
2
i = 0.3768 (kJ/kg)
vậy độ chứa hơi:
d
2

dd
ii
-
-
=e =
33.4315 37.49
48939
0.00024 0.0002
- +
=
-

Tính tương tự ta được bảng sau:
t -32 -33 -34 -35 -36 -37 -38 -39 -40
0
C
ph"

0.00043

0.00039

0.00035

0.00031

0.00028

0.0003


-40.528

kJ/kg

ih"

0.65733

0.59871

0.54 0.4752

0.41449

0.3768

0.3391

0.3161

0.29308

kJ/kg

d

0.00027

0.00024


-39.5234

-40.528

kJ/kg

e
41196.2

41305.3

44487.6

45721.6

48939

51085

54379.1

57015
Đồ thị chọn nhiệt độ bề mặt dàn lạnh t
w
theo e, được t
w
= -37.2

= 0.08 m
Bước ống dọc: s
2
=0.08 m
3.4.1 Diện tích cánh của 1 m ống:
F
c
=
(
)
(
)
2 2 2 2
0.078 0.038
0.91
2 2 0.008
c ng
c
d d
S x
p p
- -
= =
m
2
/m (3 – 4)
3.4.2 Diện tích khoảng cách giữa các cánh của 1 m ống:

0
0.001


0.031 0.0973
tr tr
F d x
p p
= = =
m
2
/m (3 – 7)
3.4.5 Hệ số làm cánh:

1.0144
10.4
0.0973
tr
F
F
b
= = = (3 – 8)
3.4.6 Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí:
Tiểu luận Nhóm 2
Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt –Upload by
o 22
.
k
q
Nu
l
l
a

S d
C
S d
æ ö
-
-
æ ö
= = =
ç ÷
ç ÷
ç ÷
- -
è ø
è ø
(3 – 11)
j
ng
=
.
1.0144
8.5
0.038
F
d
ng
ng
F
F x
p
p

m
2
/s tại t
w
= -37.2
0
C bảng 15/573 [3]
Do đó:
* Hệ số Renold:

6
.
5 0.058
Re 28285
10.2528 10
q
l
x
x
w
u
-
= = = (3 – 15)
Vậy hệ số Nusselt là:
. . .Re .
n m
z s ng
Nu C C C
j
-

= (W/m
2
K)
3.4.7 Hệ số tỏa nhiệt qui ước về phía không khí:
1
1
q
t c
ng
R R
a
a
=
+ +
(W/m
2
K) (3 - 16)
Trong đó:

x
a
=
a
.
kng
(3 – 17)
Hệ số tách ẩm trong trường hợp t
w
< 0 là


=
(3 – 19)
Với: d
t
: bề dày lớp tuyết bám ở dàn bay hơi. chọn d
t
= 0.005m
l
t
: hệ số dẫn nhiệt của lớp tuyết. chọn l
t
= 0.2 (W/m
2
K)
Vậy
0.005
0.025
0.2
t
t
t
R
d
l
= = =

* R
c
: trở nhiệt của sự tiếp xúc giữa ống và cánh đối với dạng cánh lồng ống:
với b = 10.04 ta có R

ờ
ở
ộ
+ya=a
tr
0
tr
c
qqtr
F
F
E
F
F
(3 20)
Trong ú:
y: h s khụng u ca s truyn nhit theo chiu cao ng y = 0.85
E: h s hiu dng ca cỏnh:

'
'
( )
th mh
E
mh
= (ti liu [1]/232) (3 21)
vi: th: tang hyperpol
l
C
: h s dn nhit ca thộp l

h =
0.078
1 0.35ln 0.02 1 0.35ln 0.025
0.038
c
ng
d
h
d
ổ ử
ổ ử
+ = + =
ỗ ữ
ỗ ữ
ỗ ữ
ố ứ
ố ứ
(m) (3 24)
khi ú:
m.h = 24.4x0.025=0.61
hay:
'
'
( ) 0.61
0.892
0.61
th mh th
E
mh
= = =

a
= - = - + = (W/m
2
) (3 - 25)
3.4.10 Diện tích bề mặt truyền nhiệt (diện tích bề mặt trong ống):

3
2
50 10
223.3
223.96
BH
tr
tr
Q x
F m
q
= = = (3 – 26)
(Q
BH
= Q
01
= Q
02
= 50 kW)
3.4.11 Lưu lượng không khí qua dàn lạnh:

1 2
50
12.3( / )

vậy:
12.3
8.21
1.49764
kh
kh
kh
G
V
r
= = = (m
3
/s)
3.4.13 Diện tích tiết diện cho không khí đi qua:
w
=
kh
kh
V
f chọn vận tốc không khí w = 5 (m/s). (3 – 29)
vậy:
2
8.21
1.642
5
kh
kh
V
f m
w