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
Cần gia nhiệt dầu G
2
= 1000 kg/h từ t’
2
= 20

o
C= Δt
min
t’’
1
- t’
2
= 200 – 20 = 180
o
C= Δt
max
Độ chênh nh/độ trung bình:
Nhiệt lượng cấp cho dầu: Q = G
2
c
p2
(t’’
2
-t’
2
)
= 1000 . 2,3 (180 – 20)/3600 = 102,2 kW
Vậy = 102,2 / (0,035 . 136,1) = 21,46 m
2
tkFQ Δ=
C
t
t
tt
t

max
==ε
Trường hợp có sẵn TBTĐN, biết nhiệt độ vào
truyền nhiệt k (ước tính). Cần xác đònh Q ,
1
t
′
2
t
′
,
, diện tích F và hệ số
1
t
′
′
2
t
′′
và
Hiệu suất TBTĐN:
Q − Dòng nhiệt thực truyền trong thiết bò.
Q
max
− Dòng tối đa hay lượng nhiệt truyền giả thiết.
(
)
21minmax
ttCQ
′

kF
NTU =
NTU : laứ ủụn vũ chuyeồn nhieọt (Number of Transfer Units):
Ngi son: TS. H anh Tựng
HBK tp HCM
8/2009
p.20
p.20

Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.22
p.22
Thiết bò đun nước nóng bằng khói thải từ ĐCĐT, loại lưu động
ngược chiều, có các thông số sau:
Phía khói nóng: G
1
= 0,8 kg/s; c
p1
= 1,12 kJ/(kgK); t’
1
= 450
o
C.
Phía nước: G
2
= 3,2 kg/s; c
p2
= 4,18 kJ/(kgK); t’

2
c
p2
= 3,2 . 4,18 = 13,376 kW/K = C
max
Nhiệt lượng truyền cực đại: Q
max
=C
min
(t’
1
-t’
2
)
= 0,896 (450 – 50) = 358,4 kW
maxmin
*
CCC =
Người soạn: TS. Hà anh Tùng
ĐHBK tp HCM
8/2009
p.23
p.23
= 0,896 / 13,376 = 0,067
NTU = kF/C
min
= 85 . 15 / 896 = 1,42
Hiệu suất thiết bò (tra đồ thò): ε = 0,72
Nhiệt lượng trao đổi: Q = ε Q
max

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