Nghiên Cứu Thiết Bị Ngưng Tụ Kiểu Ống Lồng Ống Có Cánh Trong Kỹ Thuật Lạnh

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ QUI ĐỊNH

BẢNG KÝ HIỆU QUI TẮC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

2. Mục tiêu nghiên cứu

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4. Phương pháp nghiên cứu

5. Bố cục của luận án

1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH

1.1. Vai trò của thiết bị ngưng tụ

1.2. Phân loại thiết bị ngưng tụ:

1.2.1. Bình ngưng tụ giải nhiệt bằng nước

1.2.2. Dàn ngưng tụ giải nhiệt bằng nước

1.2.3. Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí

2. TỔNG QUAN VỀ ỐNG CÓ CÁNH VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG CÓ CÁNH

2.1. Chủng loại ống có cánh và chế tạo ống có cánh

2.1.1. Ống có cánh ngang

2.1.2. Ống có cánh nan hoa

2.1.3. Ống có cánh dọc thân bên trong và bên ngòai ống

2.1.4. Ống có cánh đặc biệt

2.2. Giới thiệu công nghệ chế tạo ống có cánh

2.3. Tổng quan về thiết bị TĐN ống lồng ống

2.3.1. Các chủng loại ống lồng ống

2.3.2. Cấu tạo và phân loại các thiết bị ống lồng ống

2.4. Tình hình sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống

2.5. Tình hình nghiên cứu ống lồng ống trong nước và trên thế giới

2.6. Ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống trong thực tế

3. NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI NHIỆT KHI NGƯNG CỦA CÁC MÔI CHẤT LẠNH

3.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

3.2. MÔI CHẤT LẠNH VÀ MÔI CHẤT LẠNH MỚI

3.2.1. Các môi chất lạnh truyền thống

3.2.2. Môi chất lạnh mới thay thế

3.2.3. Các môi chất lạnh đề nghị thay thế

3.2.4. Tính chất cơ bản của một số môi chất lạnh mới

3.3. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU CỦA NƯỚC KHI CHUYỂN ĐỘNG BÊN TRONG VÀ BÊN NGOÀI ĐƯỜNG ỐNG

3.3.1. Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức khi môi chất chuyển động trong ống

3.3.2. Tỏa nhiệt đối lưu khi môi chất chuyển động cưỡng bức ngoài ống

3.3.3. Kết quả xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu

3.3.3.1. Khi nước chuyển động bên trong đường ống

3.3.3.2. Khi nước chuyển động bên ngoài đường ống

3.4. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU KHI NGƯNG CỦA CÁC MÔI CHẤT LẠNH

3.4.1. Ngưng tụ bên ngoài chùm ống trơn nằm ngang

3.4.2. Ngưng tụ bên ngoài chùm ống có cánh nằm ngang

3.4.3. Ngưng tụ bên trong ống đứng và rãnh đứng

3.4.4. Ngưng tụ bên trong ống nằm ngang

3.4.5. Kết quả xác định hệ số tỏa nhiệt khi ngưng

3.4.5.1. Kết quả xác định các thông số nhiệt vật lý của các môi chất

3.4.5.2. Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng bên ngoài ống đơn

3.4.5.3. So sánh hệ số tỏa nhiệt khi ngưng bên ngoài ống đơn

3.4.6. Xác định tỉ lệ diện tích TĐN làm cánh hợp lý khi sử dụng nước làm môi chất giải nhiệt đi trong ống, môi chất lạnh đi ngoài ống đơn

3.4.7. Kết luận và so sánh

3.4.7.1. So sánh và nhận xét

4. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TĐN KHI NGƯNG TỤ CỦA MÔI CHẤT

4.1. QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ CỦA HƠI MÔI CHẤT

4.1.1. Mô hình lưu lượng dòng chảy hai pha trong ống dọc

4.1.2. Mô hình lưu lượng dòng chảy hai pha trong ống nằm ngang

4.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ

4.2.1. Quá trình tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi

4.2.2. Tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi chuyển động qua chùm ống

4.2.3. Tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi chuyển động qua ống đặt đứng

4.2.4. Tỏa nhiệt khi ngưng của hơi chuyển động trong ống nằm ngang

4.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT KHI NGƯNG

4.3.1. Ảnh hưởng của hơi quá nhiệt

4.3.2. Ảnh hưởng của trạng thái bề mặt

4.3.3. Ảnh hưởng của khí không ngưng lẫn trong hơi

4.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ và hướng chuyển động của dòng hơi

4.3.5. Ảnh hưởng của cách bố trí bề mặt ngưng

4.4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT KIỂU ỐNG LỒNG ỐNG

4.4.1. CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

4.4.1.1. Các yêu cầu kỹ thuật chung cho thiết bị trao đổi nhiệt

4.4.1.2. Qui định về các dòng trao đổi nhiệt

4.4.1.3. Các yêu cầu kỹ thuật chung cho TBTĐN

4.4.1.4. Các nguyên tắc lựa chọn môi chất

4.4.1.5. Các nguyên tắc chọn chất lỏng chảy trong ống

4.4.1.6. Chọn tốc độ dòng môi chất

4.4.1.7. Phương trình cơ bản của thiết bị trao đổi nhiệt (TBTĐN)

4.4.1.8. Phương trình cân bằng nhiệt (CBN)

4.4.1.9. Phương trình truyền nhiệt

4.4.1.10. Tính nhiệt cho thiết bị trao đổi nhiệt

4.4.1.11. Các bước tính thiết kế thiết bị TĐN

4.4.1.12. Tính thiết kế nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt

4.5. TÍNH TOÁN NHIỆT CHO CÁC LOẠI ỐNG CÓ CÁNH

4.5.1. Cơ sở lý thuyết để tính toán truyền nhiệt qua vách trụ

4.5.1.1. Vách trụ không có cánh

4.5.1.2. Vách trụ có cánh

4.5.1.3. Phương pháp tính vách trụ mới

4.5.2. Tính truyền nhiệt của các ống vách trụ có cánh ngang thân

4.5.2.1. Vách trụ có cánh ngang thân

4.5.2.2. Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụ có cánh ngang

4.5.3. Tính truyền nhiệt của các ống vách trụ có cánh dọc thân

4.5.3.1. Vách trụ có cánh dọc thân

4.5.3.2. Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụ có cánh dọc

4.5.4. Tính truyền nhiệt của các loại ống vách trụ có cánh xoắn

4.5.4.1. Vách trụ có cánh xoắn dọc thân

4.5.4.2. Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụ có cánh xoắn

4.6. XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN TÍNH ỐNG LỒNG ỐNG

4.6.1. Tính toán cho thiết bị TĐN kiểu ống lồng ống trơn

4.6.1.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống trơn

4.6.1.2. Phương trình tính tóan

4.6.1.3. Phương trình truyền nhiệt

4.6.2. Tính toán cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh ngang

4.6.2.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống có cánh ngang

4.6.2.2. Phương trình tính toán

4.6.2.3. Phương trình truyền nhiệt

4.6.3. Tính tóan cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh thẳng dọc thân

4.6.3.1. Mô hình tổng quát ống lồng có cánh thẳng hình thang dọc thân

4.6.3.2. Phương trình tính toán

4.6.3.3. Phương trình truyền nhiệt

4.6.4. Tính toán cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh xoắn dọc thân

4.6.4.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống có cánh xoắn dọc thân

4.6.4.2. Phương trình toán

4.6.4.3. Phương trình truyền nhiệt

5. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THIẾT BỊ ỐNG LỒNG ỐNG

5.1. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI NHIỆT CỦA THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

5.1.1. Mục đích thí nghiệm

5.1.2. Thiết bị thí nghiệm

5.1.3. Các bước thí nghiệm và kết quả đo đạc

5.1.3.1. Các bước thí nghiệm

5.1.3.2. Kết quả đo đạc

5.1.3.3. Xác định hệ số truyền nhiệt

5.1.3.4. Kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt ống lồng ống

5.1.3.5. So sánh kết quả thực nghiệm với tính toán lý thuyết hệ số truyền nhiệt của thiết bị TĐN ống lồng ống có cánh

5.1.3.5.1. Kết quả tính toán và so sánh

5.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI NHIỆT CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ ỐNG LỒNG ỐNG

5.2.1. Mục đích thí nghiệm

5.2.2. Thiết bị thí nghiệm

5.2.2.1. Mô tả chung hệ thống thiết bị thí nghiệm

5.2.2.2. Thiết bị đo sử dụng trong thí nghiệm

5.2.3. Các bước thí nghiệm

5.2.4. Các thông số, đại lượng, thiết bị thay đổi khi thí nghiệm

5.2.4.1. Các thông số cần phải đo đạc

5.2.5. Kết quả đo đạc

5.2.5.1. Kết quả đo đạc chung

5.2.5.2. Kết quả đo đạc khi thí nghiệm với môi chất lạnh freon R12

5.2.5.3. Kết quả đo đạc khi thí nghiệm với môi chất lạnh freon R134a

5.2.6. Xác định hệ số truyền nhiệt

5.2.6.1. Kết quả tính toán

5.2.6.2. Nhận xét và kết luận

5.3. GIẢI PHÁP VỆ SINH ỐNG LỒNG ỐNG VÀ GIẢI THOÁT LỎNG NGƯNG GIẢI PHÓNG BỀ MẶT TĐN

5.3.1. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM DHEX ĐỂ TÍNH TOÁN TBTĐN ỐNG LỒNG ỐNG

5.3.1.1. Giải pháp vệ sinh và giải thoát lỏng ngưng ống lồng ống

5.3.1.2. Giải pháp vệ sinh cho thiết bị ngưng tụ ống lồng ống

5.3.1.3. Giải pháp giải thoát lỏng ngưng tụ cho TBNT ống lồng ống

5.3.1.4. Ứng dụng phần mềm DHEX để tính toán TBTĐN ống lồng ống

6. KẾT LUẬN VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA TÁC GIẢ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Thiết Bị Ngưng Tụ Kiểu Ống Lồng Ống Có Cánh

Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh là một phần quan trọng trong hệ thống lạnh. Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cấu tạo và ứng dụng của thiết bị này trong kỹ thuật lạnh. Thiết bị này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn tiết kiệm năng lượng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành công nghiệp lạnh.

1.1. Ứng dụng của thiết bị ngưng tụ trong kỹ thuật lạnh

Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lạnh công nghiệp và dân dụng. Chúng giúp tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc của toàn bộ hệ thống.

1.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ

Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ dựa trên quá trình tỏa nhiệt khi môi chất lạnh chuyển từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng. Thiết bị này sử dụng cánh để tăng diện tích trao đổi nhiệt, từ đó cải thiện hiệu suất ngưng tụ.

II. Vấn đề và Thách thức trong Nghiên Cứu Thiết Bị Ngưng Tụ

Mặc dù thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng. Các vấn đề như hiệu suất tỏa nhiệt, độ bền của vật liệu và khả năng bảo trì cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Hiệu suất tỏa nhiệt của thiết bị ngưng tụ

Hiệu suất tỏa nhiệt là yếu tố quan trọng quyết định khả năng làm việc của thiết bị. Việc tối ưu hóa thiết kế cánh và cấu trúc ống là cần thiết để nâng cao hiệu suất này.

2.2. Độ bền và khả năng bảo trì của thiết bị

Độ bền của thiết bị ngưng tụ ảnh hưởng đến tuổi thọ và chi phí bảo trì. Cần nghiên cứu các vật liệu mới và công nghệ chế tạo để cải thiện độ bền và giảm thiểu chi phí bảo trì.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Thiết Bị Ngưng Tụ Kiểu Ống Lồng Ống Có Cánh

Nghiên cứu thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh được thực hiện thông qua các phương pháp thí nghiệm và mô phỏng. Các phương pháp này giúp đánh giá hiệu suất và khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị trong các điều kiện khác nhau.

3.1. Phương pháp thí nghiệm đánh giá hiệu suất

Phương pháp thí nghiệm bao gồm việc đo đạc các thông số nhiệt độ, áp suất và lưu lượng trong quá trình ngưng tụ. Kết quả thu được sẽ giúp đánh giá chính xác hiệu suất của thiết bị.

3.2. Mô phỏng quá trình ngưng tụ

Mô phỏng quá trình ngưng tụ giúp dự đoán hiệu suất của thiết bị trong các điều kiện khác nhau. Sử dụng phần mềm mô phỏng hiện đại sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về hành vi của thiết bị.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng Thực Tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh có khả năng cải thiện hiệu suất tỏa nhiệt đáng kể. Các ứng dụng thực tiễn của thiết bị này đã được triển khai trong nhiều hệ thống lạnh, mang lại hiệu quả kinh tế cao.

4.1. Kết quả thí nghiệm thực tế

Kết quả thí nghiệm cho thấy thiết bị ngưng tụ có cánh đạt hiệu suất tỏa nhiệt cao hơn so với thiết bị không có cánh. Điều này chứng tỏ tính hiệu quả của thiết kế mới.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp lạnh

Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh đã được ứng dụng trong nhiều hệ thống lạnh công nghiệp, giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất làm việc.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu Thiết Bị Ngưng Tụ

Nghiên cứu thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh mở ra nhiều triển vọng cho ngành kỹ thuật lạnh. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu suất của thiết bị trong tương lai.

5.1. Triển vọng phát triển thiết bị ngưng tụ

Triển vọng phát triển thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh rất lớn, với khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và độ bền của thiết bị.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Hướng nghiên cứu trong tương lai sẽ bao gồm việc phát triển các vật liệu mới và công nghệ chế tạo tiên tiến, nhằm nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất thiết bị ngưng tụ.