Đồ án: Tính Toán và Thiết Kế Bình Bay Hơi Water Chiller 500kW - ĐHBK

Khám phá nguyên lý thiết kế bình bay hơi water chiller 500kW. Tối ưu hiệu suất, tiết kiệm năng lượng cho hệ thống làm lạnh công nghiệp.

• Tác giả: Nguyễn Thị Kiều Trang
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thế Bảo
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ nhiệt lạnh
• Đề tài: Tính toán và thiết kế bình bay hơi cho hệ thống water chiller có năng suất lạnh 500 kw
• Loại tài liệu: Đồ án thiết kế
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• 1. PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ BÌNH BAY HƠI
• 1.1. GIỚI THIỆU BÌNH BAY HƠI
• 1.2. VAI TRÒ VÀ CHỨC NĂNG CỦA BÌNH BAY HƠI
• 1.3. PHÂN LOẠI BÌNH BAY HƠI
• 1.4. CẤU TẠO
• 1.4.1. KIỂU NGẬP LỎNG
• 1.4.2. KIỂU TIẾT LƯU TRỰC TIẾP (KHÔ)
• 1.5. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
• 1.5.1. KIỂU NGẬP LỎNG
• 1.5.2. KIỂU TIẾT LƯU TRỰC TIẾP (KHÔ)
• 1.6. ƯU NHƯỢC ĐIỂM
• 1.6.1. KIỂU NGẬP LỎNG
• 1.6.2. KIỂU TIẾT LƯU KHÔ
• 1.7. KẾT LUẬN
• 2. PHẦN 2. TÍNH TOÁN NHIỆT
• 2.1. THÔNG SỐ TÍNH TOÁN BAN ĐẦU
• 2.2. LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ LÀM VIỆC
• 2.2.1. LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ VỀ PHÍA THÁP GIẢI NHIỆT
• 2.2.2. LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ NGƯNG TỤ
• 2.2.3. LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ BAY HƠI
• 2.3. TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG CHẤT TUẦN HOÀN
• 2.3.1. VỀ PHÍA MÔI CHẤT LẠNH
• 2.3.1.1. THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA R134A Ở TỪNG TRẠNG THÁI TRONG CHU TRÌNH LẠNH
• 2.3.1.2. THÔNG SỐ NHIỆT VẬT LÝ CỦA R134A Ở HAI TRẠNG THÁI 1 VÀ 4 TRONG CHU TRÌNH LẠNH
• 2.3.1.3. MỘT SỐ TÍNH TOÁN CẦN THIẾT
• 2.3.2. VỀ PHÍA NƯỚC
• 2.4. LỰA CHỌN VẬN TỐC CHẤT TUẦN HOÀN
• 2.4.1. VỀ PHÍA MÔI CHẤT LẠNH
• 2.4.2. VỀ PHÍA NƯỚC
• 2.4.3. LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC ỐNG
• 2.5. HỆ SỐ TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU VÀ MẬT ĐỘ DÒNG NHIỆT
• 2.5.1. VỀ PHÍA NƯỚC
• 2.5.1.1. HỆ SỐ TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU
• 2.5.1.2. MẬT ĐỘ DÒNG NHIỆT
• 2.5.2. VỀ PHÍA MÔI CHẤT LẠNH
• 2.5.2.1. MỘT SỐ TÍNH TOÁN CẦN THIẾT
• 2.5.2.2. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG
• 2.6. TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT
• 2.7. TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BÌNH
• 2.7.1. LỰA CHỌN SỐ PASS
• 2.7.2. TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BÌNH
• 2.8. HÌNH ẢNH MINH HỌA VỀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ ỐNG
• 2.9. BẢNG TÓM TẮT THÔNG SỐ BÌNH BAY HƠI
• 3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC
• 3.1. TÍNH TOÁN TỔN THẤT ÁP SUẤT
• 3.1.1. VỀ PHÍA MÔI CHẤT LẠNH
• 3.1.2. VỀ PHÍA NƯỚC LÀM LẠNH
• 3.2. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT BƠM
• 4. TÍNH BỀN THIẾT BỊ
• 4.1. TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY THÂN BÌNH
• 4.2. TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY NẮP
• 4.3. TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY MẶT SÀNG
• 5. TÍNH TOÁN BỔ SUNG
• 5.1. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH NGOÀI VÀ VÁCH NGĂN
• 5.1.1. ĐƯỜNG KÍNH NGOÀI
• 5.1.2. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH CỬA DẪN
• 5.1.2.1. NƯỚC LÀM LẠNH
• 5.1.2.2. MÔI CHẤT LẠNH
• 6. SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
• 6.1. PHẦN MỀM HTRI
• 6.1.1. TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM HTRI
• 6.1.2. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM HTRI
• 6.2. CATALOGUE EWWD-VZXS
• 6.3. SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
• PHẦN KẾT LUẬN
• PHỤ LỤC A TRA THÔNG SỐ CỦA CÁC TRẠNG THÁI R134A
• PHỤ LỤC B TRA THÔNG SỐ VẬT LÝ CỦA NƯỚC
• PHỤ LỤC C TRA NHIỆT ĐỘ NHIỆT KẾ ƯỚT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO. GIÁO TRÌNH VÀ TÀI LIỆU
• PHẦN MỀM SỬ DỤNG

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế bình bay hơi Water Chiller 500kW

Bình bay hơi là một thiết bị trao đổi nhiệt cốt lõi, không thể thiếu trong các hệ thống chiller trung tâm và máy làm lạnh nước công nghiệp. Nhiệm vụ chính của nó là hóa hơi hoàn toàn môi chất lạnh sau khi qua van tiết lưu, đồng thời thu nhiệt từ nước để làm lạnh nước đến nhiệt độ yêu cầu. Quá trình thiết kế bình bay hơi Water Chiller 500kW đòi hỏi sự chính xác cao trong tính toán nhiệt, thủy lực và kết cấu bền vững. Hiệu quả của bình bay hơi ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất năng lượng chiller (COP, EER) và toàn bộ hệ thống. Một thiết kế tối ưu không chỉ đảm bảo đạt được công suất lạnh 500kW như yêu cầu mà còn giúp tiết kiệm chi phí vận hành, giảm tiêu thụ năng lượng và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Theo tài liệu nghiên cứu của Nguyễn Thị Kiều Trang (2022), việc lựa chọn đúng loại bình bay hơi và tính toán chính xác các thông số là nền tảng cho sự thành công của dự án. Trong bối cảnh công nghiệp hóa, nhu cầu về các hệ thống làm lạnh công suất lớn ngày càng tăng, do đó, việc nắm vững quy trình thiết kế dàn bay hơi chiller trở thành một yêu cầu cấp thiết đối với các kỹ sư và nhà thầu cơ điện lạnh M&E. Bài viết này sẽ đi sâu vào các phương pháp tính toán, lựa chọn vật liệu và các tiêu chuẩn áp dụng, dựa trên các nghiên cứu khoa học và ứng dụng thực tiễn.

1.1. Phân loại các dàn bay hơi chiller phổ biến hiện nay

Trong lĩnh vực làm lạnh công nghiệp, dàn bay hơi chiller được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí, nhưng phổ biến nhất là dựa vào cấu tạo và nguyên lý hoạt động. Theo tài liệu gốc, có hai loại chính thường được sử dụng cho hệ thống Water Chiller: bình bay hơi dạng ống chùm (shell and tube) và bình bay hơi dạng tấm PHE (Plate Heat Exchanger). Trong đó, loại ống chùm lại được chia nhỏ thành hai kiểu: kiểu ngập lỏng (Flooded type) và kiểu tiết lưu trực tiếp hay còn gọi là kiểu khô (Direct Expansion - DX type). Kiểu ngập lỏng có môi chất lạnh sôi ở phía ngoài chùm ống, còn nước cần làm lạnh chảy bên trong ống. Loại này có hệ số truyền nhiệt cao, hiệu quả làm lạnh tốt nhưng cần lượng môi chất nạp lớn. Ngược lại, kiểu khô có môi chất lạnh sôi bên trong các ống, nước chảy bên ngoài. Kiểu này tiết kiệm lượng môi chất nhưng có thể có hệ số truyền nhiệt thấp hơn. Việc lựa chọn loại nào phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng hệ thống, chi phí đầu tư và điều kiện vận hành.

1.2. Vai trò cốt lõi của thiết bị bay hơi chiller 500kW

Vai trò của thiết bị bay hơi chiller 500kW là trung tâm của chu trình làm lạnh. Đây là nơi diễn ra quá trình trao đổi nhiệt chính, biến năng lượng điện tiêu thụ ở máy nén thành năng suất lạnh hữu ích. Cụ thể, môi chất lạnh ở trạng thái lỏng-hơi, áp suất thấp sau khi qua van tiết lưu sẽ vào bình bay hơi. Tại đây, nó nhận nhiệt từ dòng nước chảy qua thiết bị, sôi và hóa hơi hoàn toàn. Quá trình này làm nhiệt độ của dòng nước giảm xuống mức yêu cầu (ví dụ từ 12°C xuống 7°C). Hơi môi chất lạnh (gas lạnh) sau đó được hút về máy nén. Hiệu quả của quá trình này quyết định trực tiếp đến công suất lạnh 500kW của toàn hệ thống. Nếu bảo trì bình bay hơi kém hoặc thiết kế sai, quá trình trao đổi nhiệt sẽ không hiệu quả, dẫn đến không đạt nhiệt độ nước ra, máy nén phải làm việc nhiều hơn, gây lãng phí năng lượng và giảm tuổi thọ hệ thống.

II. Các thông số ban đầu trong thiết kế bình bay hơi 500kW

Trước khi bắt tay vào tính toán bình bay hơi, việc xác định chính xác các thông số thiết kế ban đầu là bước quan trọng nhất. Các thông số này là cơ sở để thực hiện các phép tính nhiệt, thủy lực và lựa chọn vật liệu. Theo đồ án thiết kế của Nguyễn Thị Kiều Trang, các yếu tố đầu vào bao gồm vị trí lắp đặt (Thành phố Hồ Chí Minh), công suất lạnh 500kW, và loại môi chất lạnh (gas lạnh) được lựa chọn là R134a. Từ vị trí lắp đặt, các thông số về điều kiện khí hậu như nhiệt độ không khí trung bình, độ ẩm được xác định để tính toán cho tháp giải nhiệt cho chiller 500kW. Các nhiệt độ làm việc của chu trình lạnh, bao gồm nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ, phải được lựa chọn một cách hợp lý. Nhiệt độ bay hơi thường được chọn thấp hơn nhiệt độ nước ra khỏi bình khoảng 2-3°C, trong khi nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào hiệu quả của tháp giải nhiệt. Việc lựa chọn sai các thông số này sẽ dẫn đến toàn bộ kết quả thiết kế bình bay hơi Water Chiller 500kW bị sai lệch, ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành và chi phí đầu tư.

2.1. Lựa chọn nhiệt độ và môi chất lạnh gas lạnh tối ưu

Việc lựa chọn nhiệt độ làm việc là một trong những quyết định nền tảng. Dựa trên tài liệu gốc, với yêu cầu nước vào 12°C và ra 7°C, nhiệt độ bay hơi của môi chất được chọn là 4°C. Nhiệt độ ngưng tụ được xác định là 40°C, dựa trên điều kiện khí hậu tại TP.HCM và hiệu suất của tháp giải nhiệt. Lựa chọn môi chất lạnh (gas lạnh) R134a là một lựa chọn phổ biến cho các chiller giải nhiệt nước 500kW do đặc tính nhiệt động tốt và thân thiện với môi trường (chỉ số ODP = 0). Các thông số nhiệt động của R134a tại các điểm nút của chu trình (như enthalpy, entropy) được tra cứu từ phần mềm chuyên dụng, làm cơ sở cho các bước tính toán tiếp theo. Việc lựa chọn này phải cân bằng giữa hiệu suất năng lượng và các quy định về môi trường hiện hành.

2.2. Xác định lưu lượng và thông số vật lý của các chất

Sau khi có các thông số nhiệt độ, lưu lượng của môi chất lạnh và nước được tính toán. Lưu lượng môi chất lạnh (Gf) được xác định bằng cách chia tổng năng suất lạnh cho năng suất lạnh riêng (q0) của môi chất: Gf = Q0 / q0. Tương tự, lưu lượng nước làm lạnh (Ga) được tính dựa trên công thức Q0 = Ga * Cp * Δt. Từ đó, các thông số vật lý quan trọng như khối lượng riêng, độ nhớt động học, hệ số dẫn nhiệt của cả nước và R134a ở các trạng thái tương ứng được tra cứu. Các thông số này là đầu vào không thể thiếu cho việc tính toán bình bay hơi, đặc biệt là tính toán hệ số tỏa nhiệt và tổn thất áp suất. Độ chính xác của các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả thiết kế cuối cùng của thiết bị bay hơi chiller 500kW.

III. Hướng dẫn tính toán nhiệt cho bình bay hơi chiller 500kW

Quá trình tính toán bình bay hơi là phần phức tạp và quan trọng nhất trong toàn bộ quy trình thiết kế. Mục tiêu chính là xác định diện tích truyền nhiệt cần thiết để đạt được công suất lạnh 500kW và từ đó suy ra các kích thước hình học của thiết bị. Phương pháp tính toán dựa trên phương trình truyền nhiệt cơ bản: Q = K * F * Δt_lm, trong đó K là hệ số truyền nhiệt tổng thể, F là diện tích truyền nhiệt và Δt_lm là độ chênh nhiệt độ trung bình logarit. Việc tính toán hệ số K đòi hỏi phải xác định riêng rẽ hệ số tỏa nhiệt phía nước (bên trong ống) và phía môi chất lạnh (bên ngoài ống). Trong đồ án tham khảo, phương pháp tính toán cho bình bay hơi dạng ống chùm kiểu ngập lỏng được trình bày chi tiết. Quá trình này đòi hỏi việc sử dụng các công thức thực nghiệm phức tạp và tra cứu nhiều thông số vật lý. Kết quả của quá trình tính toán nhiệt sẽ là cơ sở để lập bản vẽ thiết kế chiller chi tiết. Một sai sót nhỏ trong giai đoạn này có thể làm cho thiết kế bình bay hơi Water Chiller 500kW không đạt yêu cầu.

3.1. Phương pháp tính hệ số tỏa nhiệt và mật độ dòng nhiệt

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu phía nước (α_a) được tính toán dựa trên số Reynolds (Re) và số Prandtl (Pr). Với vận tốc nước chọn trong khoảng 1.8-2.4 m/s để đảm bảo chế độ chảy rối, công thức thực nghiệm như Dittus-Boelter hoặc các công thức tương tự được áp dụng. Về phía môi chất lạnh, hệ số tỏa nhiệt khi sôi (α_f) phức tạp hơn nhiều, phụ thuộc vào mật độ dòng nhiệt, áp suất sôi và tính chất của bề mặt ống. Theo tài liệu nghiên cứu, công thức thực nghiệm cho R22 được tạm thời áp dụng cho R134a, với các hệ số hiệu chỉnh cho chùm ống và ảnh hưởng của dầu. Mật độ dòng nhiệt (q) được xác định thông qua một phương trình cân bằng, đảm bảo nhiệt lượng tỏa ra từ nước bằng nhiệt lượng môi chất nhận vào. Từ đó, mật độ dòng nhiệt quy về bề mặt trong ống (q_tr) được xác định, là một chỉ số quan trọng thể hiện hiệu quả trao đổi nhiệt.

3.2. Xác định diện tích truyền nhiệt và kích thước bình

Khi đã có mật độ dòng nhiệt quy về bề mặt trong (q_tr), tổng diện tích truyền nhiệt cần thiết của dàn bay hơi chiller được tính bằng công thức đơn giản: F_tr = Q0 / q_tr. Từ tổng diện tích này và lựa chọn loại ống (đường kính, vật liệu), tổng chiều dài ống được xác định. Bước tiếp theo là bố trí chùm ống trên mặt sàng. Việc lựa chọn số pass (số lần dòng nước đi qua lại trong bình) và cách bố trí ống (kiểu tam giác đều hoặc kiểu vuông) ảnh hưởng đến kích thước tổng thể và hiệu quả thủy lực. Đồ án đã chọn bố trí 4 pass với tổng số 424 ống, chiều dài mỗi ống 2.9m. Từ đó, đường kính mặt sàng và đường kính trong của thân bình bay hơi dạng ống chùm được tính toán. Các kích thước này phải đảm bảo tỉ lệ hợp lý giữa chiều dài và đường kính để tối ưu hóa hiệu suất và chi phí chế tạo.

IV. Phương pháp tính thủy lực độ bền bình bay hơi chiller

Sau khi hoàn tất quá trình tính toán nhiệt và xác định kích thước hình học, bước tiếp theo trong quy trình thiết kế bình bay hơi Water Chiller 500kW là tính toán thủy lực và độ bền cơ học. Tính toán thủy lực nhằm mục đích xác định tổn thất áp suất của dòng nước khi đi qua bình bay hơi, từ đó tính toán và lựa chọn công suất bơm nước phù hợp cho toàn bộ hệ thống. Tổn thất áp suất quá lớn sẽ làm tăng chi phí vận hành bơm, trong khi quá nhỏ có thể không đảm bảo được vận tốc nước cần thiết để duy trì hiệu quả trao đổi nhiệt. Song song đó, tính toán bền cho thiết bị là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo an toàn vận hành. Bình bay hơi là một thiết bị chịu áp lực, do đó chiều dày của thân bình, nắp bình và mặt sàng phải được tính toán cẩn thận theo các tiêu chuẩn thiết kế TCVN hoặc tiêu chuẩn quốc tế tương đương. Việc lựa chọn vật liệu bình bay hơi cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ bền và khả năng chống ăn mòn, đặc biệt khi làm việc với nước và môi chất lạnh (gas lạnh).

4.1. Phân tích tổn thất áp suất và công suất bơm cần thiết

Tổn thất áp suất (ΔP) của dòng nước trong bình bay hơi dạng ống chùm bao gồm hai thành phần chính: tổn thất do ma sát dọc theo chiều dài ống và tổn thất cục bộ tại các vị trí như cửa vào ống, cửa ra ống và các khu vực đổi hướng dòng chảy trong các pass. Công thức Darcy-Weisbach thường được sử dụng để tính tổn thất ma sát, với hệ số ma sát λ được xác định dựa trên số Reynolds. Theo tính toán trong tài liệu tham khảo, tổng tổn thất áp suất phía nước là khoảng 67780 Pa. Dựa trên giá trị này và lưu lượng nước đã tính, công suất lý thuyết của bơm nước được xác định. Công suất thực tế của bơm cần chọn phải lớn hơn, có xét đến hiệu suất của bơm và các tổn thất khác trên toàn bộ đường ống của hệ thống chiller trung tâm.

4.2. Lựa chọn vật liệu và tính bền theo tiêu chuẩn TCVN

Tính bền thiết bị được thực hiện dựa trên áp suất làm việc của môi chất lạnh. Theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN, chiều dày thân bình, nắp và mặt sàng phải đủ để chịu được áp suất tính toán mà không bị biến dạng hay phá hủy. Trong đồ án, thép C20 được chọn làm vật liệu chế tạo thân bình. Chiều dày yêu cầu được tính toán dựa trên công thức cho bình chịu áp lực, có xét đến ứng suất cho phép của vật liệu, hệ số bền mối hàn và các hệ số bổ sung cho ăn mòn, dung sai chế tạo. Kết quả tính toán cho ra chiều dày thân bình là 4 mm và mặt sàng là 5 mm. Việc lựa chọn vật liệu bình bay hơi và tính toán theo đúng tiêu chuẩn là yếu tố sống còn, đảm bảo an toàn tuyệt đối trong suốt quá trình vận hành của máy làm lạnh nước công nghiệp.

V. So sánh kết quả thiết kế chiller 500kW Lý thuyết thực tế

Một bước quan trọng để đánh giá độ chính xác và tin cậy của quy trình thiết kế bình bay hơi Water Chiller 500kW là so sánh kết quả tính toán lý thuyết với các công cụ mô phỏng chuyên nghiệp và thông số kỹ thuật từ các nhà sản xuất thực tế. Trong đồ án của Nguyễn Thị Kiều Trang, kết quả tính toán thủ công đã được đối chiếu với kết quả từ phần mềm thiết kế chiller HTRI và catalogue của một dòng chiller thương mại (EWWD-VZXS). Việc so sánh này cho thấy một cái nhìn toàn diện về sự khác biệt giữa các phương pháp tiếp cận. Mặc dù có sự sai khác nhất định, các kết quả nhìn chung nằm trong khoảng chấp nhận được, khẳng định tính đúng đắn của phương pháp tính toán đã áp dụng. Sự khác biệt này thường xuất phát từ việc các phần mềm và nhà sản xuất sử dụng các công thức thực nghiệm tiên tiến hơn, các thư viện vật liệu chính xác hơn và có tính đến nhiều yếu tố ảnh hưởng khác trong thực tế. Quá trình này giúp các kỹ sư hiệu chỉnh và hoàn thiện bản vẽ thiết kế chiller trước khi đưa vào sản xuất.

5.1. Phân tích kết quả từ phần mềm thiết kế chiller HTRI

HTRI (Heat Transfer Research, Inc.) là một phần mềm thiết kế chiller và thiết bị trao đổi nhiệt hàng đầu thế giới. Khi nhập các thông số đầu vào tương tự như tính toán thủ công, phần mềm HTRI đã đưa ra các kết quả có độ chính xác cao. Ví dụ, tổn thất áp suất tính toán bởi HTRI là 47614 Pa, thấp hơn so với tính toán thủ công (67780 Pa) nhưng vẫn cùng bậc giá trị. Sự khác biệt này có thể do phần mềm sử dụng các mô hình tính toán tổn thất cục bộ phức tạp và chính xác hơn. Phần mềm cũng cho phép mô phỏng và trực quan hóa việc bố trí chùm ống, giúp tối ưu hóa thiết kế. Việc sử dụng các công cụ như HTRI giúp giảm thiểu sai sót, tiết kiệm thời gian và nâng cao chất lượng của thiết bị bay hơi chiller 500kW.

5.2. Đối chiếu bản vẽ thiết kế chiller với catalogue thương mại

So sánh với catalogue của dòng chiller EWWD-VZXS cho thấy một số khác biệt đáng chú ý. Ví dụ, hệ số COP của sản phẩm thương mại là 5.49, thấp hơn so với COP lý thuyết tính toán là 6.31. Điều này là hợp lý vì COP lý thuyết không tính đến các tổn thất thực tế trong máy nén, động cơ và các thiết bị phụ trợ. Về tổn thất áp suất, catalogue ghi nhận giá trị 63000 Pa, khá gần với kết quả tính toán thủ công. Việc đối chiếu này cung cấp những thông tin giá trị về các chỉ số hiệu suất thực tế mà một chiller giải nhiệt nước 500kW có thể đạt được trên thị trường. Nó giúp đặt ra các mục tiêu thiết kế thực tế hơn và hiểu rõ hơn về các công nghệ hiện đại mà các nhà sản xuất đang áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng chiller.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BÌNH BAY HƠI CHO HỆ THỐNG WATER CHILLER CÓ NĂNG SUẤT LẠNH 500 KW GVHD: PGS.TS NGUYỄN THẾ BẢO SVTH: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG MSSV: 1915584 LỚP: CK19NH2 Thành phố Hồ Chí Minh, 05/2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc --------- --------- Số: …………/BKĐT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH KHOA: CƠ KHÍ BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG MSSV: 1915584 NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT LỚP: CK19NH2 Đầu đề đồ án: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BÌNH BAY HƠI CHO HỆ THỐNG WATER CHILLER CÓ NĂNG SUẤT LẠNH 500 KW 1. Nhiệm vụ: ‒ Yêu cầu về nội dung: Lựa chọn, tính toán, thiết kế bình bay hơi làm lạnh nước ‒ Vị trí lắp đặt: Thành Phố Hồ Chí Minh 2. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 17/01/2022 3.

Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 05/05/2022 4. Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN THẾ BẢO Nội dung và yêu cầu ĐATK- Hướng thiết bị lạnh đã được thông qua Bộ môn. Năm 2022 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt:. Ngày bảo vệ:.

Điểm tổng kết:. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa: CƠ KHÍ Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc --------o0o------- -------------o0o------------- Tp. Năm 2022 PHIẾU CHẤM BẢO VỆ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ - HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH (Dành cho giáo viên hướng dẫn) 1. Họ và tên: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG MSSV: 1915584 Ngành: KỸ THUẬT NHIỆT Lớp: CK19NH2 2.

Đề tài: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BÌNH BAY HƠI CHO HỆ THỐNG WATER CHILLER CÓ NĂNG SUẤT LẠNH 500 KW 3. Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN THẾ BẢO 4. Tổng quát về bản thuyết minh: Số trang: 38 Số chương: 6 Số tài liệu tham khảo: 10 Số hình vẽ: 31 5. Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:.

Đề nghị: Được bảo vệ: Bổ sung thêm để bảo vệ: Không được bảo vệ: 7. Đánh giá chung (Bằng chữ Giỏi, Khá, Trung Bình):. /10 Ký tên (Ghi rõ họ và tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa: CƠ KHÍ Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc --------o0o-------- -------------o0o------------- Tp. Năm 2022 PHIẾU CHẤM BẢO VỆ ĐỒ THIẾT KẾ- HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH (Dành cho giáo viên phản biện) 1.

Họ và tên: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG MSSV: 1915584 Ngành: KỸ THUẬT NHIỆT Lớp: CK19NH2 2. Đề tài: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BÌNH BAY HƠI CHO HỆ THỐNG WATER CHILLER CÓ NĂNG SUẤT LẠNH 500 KW 3. Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN THẾ BẢO 4. Tổng quát về bản thuyết minh: Số trang: 38 Số chương: 6 Số tài liệu tham khảo: 10 Số hình vẽ: 31 Nhận xét của giáo viên phản biện:.

Đề nghị: Được bảo vệ: Bổ sung thêm để bảo vệ: Không được bảo vệ: 6. Đánh giá chung (Bằng chữ Giỏi, Khá, Trung Bình):. /10 Ký tên (Ghi rõ họ và tên) ĐỒ ÁN THIẾT KẾ - HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN ĐỒ ÁN THIẾT KẾ- HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH là một trong những môn quan trọng của ngành Kỹ thuật nhiệt lạnh. Đó là môn tổng hợp lại những kiến thức đã được học và chính ngay bây giờ là lúc tận dụng để làm một bài Đồ án cần thiết cho những kỹ sư tương lai.

Quá trình làm Đồ án đã giúp cho sinh viên hiểu rõ thêm những kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức thực tế, củng cố thêm kỹ năng cho công việc sau này. Trong quá trình làm Đồ án, em còn gặp nhiều khó khăn và bỡ ngỡ khi tiếp xúc với việc thiết kế một thiết bị trao đổi nhiệt trong hệ thống lạnh. Nhưng thật may mắn khi em được thầy NGUYỄN THẾ BẢO đã tận tình chỉ dẫn và hướng dẫn em, thầy đã củng cố cho em nhiều kiến thức và đưa ra nhiều lời khuyên thiết thực và bổ ích. Em xin chân thành cảm ơn thầy ạ! Và em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô của Bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh đã chỉ dẫn và truyền đạt lại những kiến thức cho chúng em, cũng như giải đáp những thắc mắc trong quá trình thực hiện Đồ án của em.

Ngoài ra, em cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp CK19NH đã hỗ trợ em trong việc hoàn thành Đồ án này. EM XIN CẢM ƠN TẤT CẢ MỌI NGƯỜI! Tp.HCM, ngày 05 tháng 05 năm 2022 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kiều Trang SVTH: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG Trang | IV GVHD: NGUYỄN THẾ BẢO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ- HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH MỤC LỤC MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH .2 PHIẾU CHẤM BẢO VỆ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ - HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH .3 PHIẾU CHẤM BẢO VỆ ĐỒ THIẾT KẾ- HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH. IV MỤC LỤC. V DANH MỤC HÌNH ẢNH.

IX DANH MỤC BẢNG BIỂU. XI PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ BÌNH BAY HƠI .1 GIỚI THIỆU BÌNH BAY HƠI .2 VAI TRÒ VÀ CHỨC NĂNG CỦA BÌNH BAY HƠI .3 PHÂN LOẠI BÌNH BAY HƠI .1 KIỂU NGẬP LỎNG.2 KIỂU TIẾT LƯU TRỰC TIẾP (KHÔ) .5 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG .1 KIỂU NGẬP LỎNG.2 KIỂU TIẾT LƯU TRỰC TIẾP (KHÔ) .6 ƯU NHƯỢC ĐIỂM .1 KIỂU NGẬP LỎNG.2 KIỂU TIẾT LƯU KHÔ. TÍNH TOÁN NHIỆT .6 SVTH: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG Trang | V GVHD: NGUYỄN THẾ BẢO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ- HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH MỤC LỤC 2.1 THÔNG SỐ TÍNH TOÁN BAN ĐẦU .2 LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ LÀM VIỆC .1 LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ VỀ PHÍA THÁP GIẢI NHIỆT .2 LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ NGƯNG TỤ .3 LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ BAY HƠI .3 TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG CHẤT TUẦN HOÀN .1 VỀ PHÍA MÔI CHẤT LẠNH.1 THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA R134A Ở TỪNG TRẠNG THÁI TRONG CHU TRÌNH LẠNH .2 THÔNG SỐ NHIỆT VẬT LÝ CỦA R134A Ở HAI TRẠNG THÁI 1 VÀ 4 TRONG CHU TRÌNH LẠNH .3 MỘT SỐ TÍNH TOÁN CẦN THIẾT .2 VỀ PHÍA NƯỚC .4 LỰA CHỌN VẬN TỐC CHẤT TUẦN HOÀN .1 VỀ PHÍA MÔI CHẤT LẠNH.2 VỀ PHÍA NƯỚC .3 LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC ỐNG .5 HỆ SỐ TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU VÀ MẬT ĐỘ DÒNG NHIỆT .1 VỀ PHÍA NƯỚC .1 HỆ SỐ TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU .2 MẬT ĐỘ DÒNG NHIỆT .2 VỀ PHÍA MÔI CHẤT LẠNH.1 MỘT SỐ TÍNH TOÁN CẦN THIẾT .2 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG .6 TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT .14 SVTH: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG Trang | VI GVHD: NGUYỄN THẾ BẢO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ- HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH MỤC LỤC 2.7 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BÌNH .1 LỰA CHỌN SỐ PASS .2 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BÌNH .8 HÌNH ẢNH MINH HỌA VỀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ ỐNG .9 BẢNG TÓM TẮT THÔNG SỐ BÌNH BAY HƠI. TÍNH TOÁN THỦY LỰC .1 TÍNH TOÁN TỔN THẤT ÁP SUẤT .1 VỀ PHÍA MÔI CHẤT LẠNH.2 VỀ PHÍA NƯỚC LÀM LẠNH .2 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT BƠM.

TÍNH BỀN THIẾT BỊ .1 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY THÂN BÌNH.2 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY NẮP .3 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY MẶT SÀNG. TÍNH TOÁN BỔ SUNG .1 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH NGOÀI VÀ VÁCH NGĂN .1 ĐƯỜNG KÍNH NGOÀI.2 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH CỬA DẪN .1 NƯỚC LÀM LẠNH.2 MÔI CHẤT LẠNH. SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN .1 PHẦN MỀM HTRI .1 TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM HTRI .2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM HTRI .31 SVTH: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG Trang | VII GVHD: NGUYỄN THẾ BẢO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ- HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH MỤC LỤC 6.2 CATALOGUE EWWD-VZXS .3 SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN .33 PHẦN KẾT LUẬN .36 PHỤ LỤC A TRA THÔNG SỐ CỦA CÁC TRẠNG THÁI R134A .36 PHỤ LỤC B TRA THÔNG SỐ VẬT LÝ CỦA NƯỚC .36 PHỤ LỤC C TRA NHIỆT ĐỘ NHIỆT KẾ ƯỚT .37 TÀI LIỆU THAM KHẢO. GIÁO TRÌNH VÀ TÀI LIỆU.

PHẦN MỀM SỬ DỤNG .38 SVTH: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG Trang | VIII GVHD: NGUYỄN THẾ BẢO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ- HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.2 Cấu tạo bình bay hơi kiểu ngập lỏng .3 Bình bay hơi kiểu tiết lưu khô có chùm ống đồng hình chữ U.4 Cấu tạo bình bay hơi kiểu tiết lưu khô có chùm ống đồng thẳng .1 Đồ thị T-S và logp-i của chu trình nhiệt cơ bản .2 Hình dạng ống cánh .3 Đồ thị độ chênh nhiệt độ trung bình logarit .4 Sơ đồ bố trí ống của bình bay hơi .1 Giao diện khởi đầu của HTRI .2 Bước chọn thiết bị trao đổi nhiệt .3 Giao diện INPUT SUMMARY .4 Thông số cần điền ở mục PROCESS CONDITIONS .5 Hot Fluid properties .6 Chọn chất tải lạnh tại Components .7 Cold Fluid Properties .8 Nhập thông số .9 Chọn môi chất lạnh .10 Nhập các thông số của R134a ở Vapor Properties .11 Nhập các thông số của R134a ở Liquid Properties .12 Nhập các thông số ở Geometry.13 Nhập các thông số ở Exchanger .27 SVTH: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG Trang | IX GVHD: NGUYỄN THẾ BẢO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ- HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình 6.14 Nhập các thông số ở Construction Data .15 Nhập thông số ở Tube Geometry .16 Nhập các thông số ở Low Fin .17 Nhập thông số ở Nozzles .18 Nhập thông số ở Nozzle Location .19 Nhập thông số ở Tube Layout .20 Bảng kết quả tính toán .21 Hình ảnh bố trí ống 2D .22 Hình ảnh bình bay hơi.23 Catalogue EWWD-VZXS.33 SVTH: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG Trang | X GVHD: NGUYỄN THẾ BẢO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ- HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số trạng thái của R134a ở từng trạng thái trong chu trình lạnh .2 Thông số nhiệt vật lý của R134a ở trạng thái 4 trong chu trình lạnh .3 Thông số nhiệt vật lý của R134a ở trạng thái 1 trong chu trình lạnh .4 Thông số nhiệt vật lý của nước.5 Kích thước ống cánh .6 Tóm tắt các thông số bình bay hơi .1 So sánh thông số .33 SVTH: NGUYỄN THỊ KIỀU TRANG Trang | XI GVHD: NGUYỄN THẾ BẢO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ- HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH TỔNG QUAN VỀ BÌNH BAY HƠI PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ BÌNH BAY HƠI 1.1 GIỚI THIỆU BÌNH BAY HƠI Bình bay hơi còn được gọi là bình bốc hơi, là một nhánh chính của thiết bị bay hơi nên do đó mà bản thân nó cũng là một thiết bị trao đổi nhiệt. Với công nghệ làm lạnh công nghiệp hiện nay, bình bay hơi là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống lạnh. Bình bay hơi sử dụng trong các hệ thống lạnh rất đa dạng. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng khác nhau mà nên chọn loại bình cho thích hợp.