Luận án Nghiên cứu thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh sử dụng trong kỹ thuật lạnh

Tên luận án:

Nghiên cứu thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh sử dụng trong kỹ thuật lạnh

Ngành:

Thông tin về ngành chuyên sâu không được cung cấp trực tiếp trong văn bản.

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Nghiên cứu này tập trung vào việc nâng cao hiệu quả và giảm kích thước của các thiết bị trao đổi nhiệt (TĐN), đặc biệt là thiết bị ngưng tụ (TBNT) trong hệ thống lạnh, thông qua việc ứng dụng công nghệ ống có cánh. Mục tiêu chính là xác lập cơ sở khoa học cho việc tính toán TBNT, xác định hệ số tỏa nhiệt khi ngưng của các môi chất lạnh (MCL) khác nhau, từ đó khẳng định sự cần thiết của việc làm cánh và xác định tỉ lệ làm cánh hợp lý. Nghiên cứu cũng nhằm xây dựng các công thức tính toán hệ số truyền nhiệt K cho TBTĐN ống lồng ống với nhiều loại cánh, tìm ra loại ống có cánh phù hợp nhất, và kiểm chứng qua thực nghiệm rằng TBNT ống lồng ống có mật độ dòng nhiệt cao nhất.

Tác giả đã tổng hợp các kết quả nghiên cứu về ống có cánh, quy trình chế tạo và các nghiên cứu về TĐN trong không gian hẹp. Đánh giá và so sánh khả năng TĐN khi ngưng tụ của các MCL, khẳng định cần thiết làm cánh về phía môi chất lạnh có khả năng TĐN kém, và xác định tỉ lệ làm cánh hợp lý khi sử dụng nước làm môi trường giải nhiệt. Một phương pháp mới để tính toán TĐN trên vách trụ có cánh bằng cách xác định bán kính tương đương đã được đề xuất, cho phép tính toán các loại cánh phổ biến. Luận án đã giải quyết bài toán tính TĐN cho các thiết bị ống lồng ống có cánh ngang thân, cánh thẳng và cánh xoắn dọc thân, đồng thời xây dựng công thức tính mật độ dòng nhiệt q và hệ số truyền nhiệt K mà chưa có tài liệu nào công bố.

Để kiểm chứng, một mô hình thí nghiệm thực nghiệm đã được xây dựng và so sánh với tính toán lý thuyết, chứng minh tính ưu việt của TBNT kiểu ống lồng ống có cánh so với các loại TBNT khác. Kết quả này có thể ứng dụng vào thực tế trong các hệ thống sấy dầu, dàn lạnh TĐN dùng nước biển, và hệ thống thanh trùng. Ngoài ra, tác giả đã áp dụng phần mềm DHEX để tính toán thiết bị TĐN ống lồng ống trơn và có cánh với các quy mô, kích thước, chủng loại và môi chất khác nhau, giúp tiết kiệm thời gian thiết kế và đưa ra kết quả tham khảo tương đối chính xác, đồng thời so sánh với thiết bị thí nghiệm tại TUCEB, Rumani. Kết luận cho thấy TBNT kiểu ống lồng ống có hệ số truyền nhiệt K và mật độ dòng nhiệt q rất cao, chỉ đứng sau thiết bị TĐN loại tấm bản, và mô hình toán học đã xây dựng là phù hợp.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Lý do chọn đề tài

  • 2. Mục tiêu nghiên cứu

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

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

    • 1.1.1. Vai trò của thiết bị ngưng tụ

    • 1.1.2. Phân loại thiết bị ngưng tụ

      • 1.1.2.1. Bình ngưng giải nhiệt bằng nước

      • 1.1.2.2. Thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước và không khí

      • 1.1.2.3. Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí:

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

    • 1.2.1. Chủng loại ống có cánh và chế tạo ống có cánh

      • 1.2.1.1. Ống có cánh ngang

      • 1.2.1.2. Ống có cánh nan hoa:

      • 1.2.1.3. Ống có cánh dọc thân bên trong và bên ngòai ống

      • 1.2.1.4. Ông có cánh đặc biệt

      • 1.2.1.5. Công nghệ chế tạo ống có cánh

    • 1.2.2. Tổng quan về thiết bị TĐN ống lồng ống

      • 1.2.2.1. Các chủng loại ống lồng ống: chia ra làm 2 loại ÔLÔ

        • 1.2.2.1.1. Các loại ống lồng ống thẳng

        • 1.2.2.1.2. Các loại ống lồng ống cong, xoắn

      • 1.2.2.2. Cấu tạo và phân loại các thiết bị ống lồng ống

        • 1.2.2.2.1. TBNT ống lồng ống dạng thẳng loại ống trơn [98].

        • 1.2.2.2.2. Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống dạng thẳng có cánh

• CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI NHIỆT KHI NGƯNG CỦA CÁC MÔI CHẤT LẠNH

  • 2.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

  • 2.2. MÔI CHẤT LẠNH VÀ MÔI CHẤT LẠNH MỚI

    • 2.2.1. Các môi chất lạnh truyền thống

    • 2.2.2. Môi chất lạnh mới thay thế

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

    • 2.3.1. Cơ sở lý thuyết

      • 2.3.1.1. Tỏa nhiệt đối lưu của MC khi chuyển động trong ống

      • 2.3.1.2. Tỏa nhiệt đối lưu của MC khi chuyển động ngoài ống

    • 2.3.2. Kết quả xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu

      • 2.3.2.1. Khi nước chuyển động bên trong đường ống

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

    • 2.4.1. Mục đích:

    • 2.4.2. Các cơ sở lý thuyết:

    • 2.4.3. Kết quả xác định hệ số tỏa nhiệt khi ngưng

      • 2.4.3.1. Xác định các thông số nhiệt vật lý của các môi chất

      • 2.4.3.2 Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng bên ngoài ống đơn

    • 2.4.4. Xác định tỉ lệ diện tích TĐN làm cánh hợp lý khi sử dụng nước làm MC giải nhiệt đi trong ống, MCL đi ngoài ống đơn

    • 2,4,5. Kết luận

• CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ CỦA MÔI CHẤT

  • 3.1. QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ CỦA HƠI MÔI CHẤT

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

    • 3.1.2. Mô hình lưu lượng dòng chảy 2 pha trong ống nằm ngang

  • 3.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ

    • 3.2.1. Quá trình tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi [33], [91]

    • 3.2.2. Tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi chuyển động qua chùm ống:

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

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

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

    • 3.3.1. Ảnh hưởng của hơi quá nhiệt

    • 3.3.2. Ảnh hưởng của trạng thái bề mặt

    • 3.3.3. Ảnh hưởng của khí không ngưng lẫn trong hơi

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

    • 3.3.5. Ảnh hưởng của cách bố trí bề mặt ngưng

• CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT KIỂU ỐNG LỒNG ỐNG

  • 4.1. CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

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

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

      • 4.1.2.1. Phương trình cân bằng nhiệt (CBN):

      • 4.1.2.2. Phương trình truyền nhiệt

    • 4.1.3. Tính nhiệt cho thiết bị trao đổi nhiệt

      • 4.1.3.1. Các bước tính thiết kế thiết bị TĐN

      • 4.1.3.2. Tính thiết kế nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt :

  • 4.2. TÍNH TOÁN NHIỆT CHO CÁC LOẠI ỐNG CÓ CÁNH

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

      • 4.2.1.1. Vách trụ không có cánh

      • 4.2.1.2. Vách trụ có cánh

      • 4.2.1.3. Tính vách trụ bằng phương pháp tính mới

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

      • 4.2.2.1. Vách trụ có cánh ngang thân

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

      • 4.2.3.1. Vách trụ có cánh dọc thân

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

      • 4.2.4.1. Vách trụ có cánh xoắn dọc thân

  • 4.3. XÂY DỰNG BÀI TOÁN TÍNH ỐNG LỒNG ỐNG

    • 4.3.1. Tính toán cho thiết bị TĐN kiểu ống lồng ống trơn

      • 4.3.1.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống trơn

      • 4.3.1.2. Phương trình tính toán

      • 4.3.1.3. Phương trình truyền nhiệt

    • 4.3.2. Tính toán cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh ngang

      • 4.3.2.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống có cánh ngang

      • 4.3.2.3. Phương trình truyền nhiệt

    • 4.3.3. Tính toán cho TBTĐN kiểu ÔLÔ có cánh thẳng dọc thân

      • 4.3.3.1. Mô hình tổng quát ÔLÔ cánh thẳng hình thang dọc thân

      • 4.3.3.3. Phương trình truyền nhiệt

    • 4.3.4. Tính toán TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh xoắn dọc thân

      • 4.3.4.1. Mô hình tổng quát của ÔLÔ có cánh xoắn dọc thân

      • 4.3.4.2. Phương trình tính toán

      • 4.3.4.3. Phương trình truyền nhiệt

• CHƯƠNG 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

      • 5.1.1.1. Các bước thí nghiệm

    • 5.1.2. Thiết bị thí nghiệm

    • 5.1.3. Các bước thí nghiệm và kết quả đo đạc

    • 5.1.4. Xác định hệ số truyền nhiệt

      • 5.1.4.1. Cơ sở lý thuyết

      • 5.1.4.2. Kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt ống lồng ống

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

      • 5.1.5.1. Cơ sở lý thuyết

      • 5.1.5.2. Kết quả tính toán và so sánh

  • 5.2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TĐN 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

    • 5.2.4. Kết quả đo đạc

    • 5.2.5. Xác định hệ số truyền nhiệt

      • 5.2.5.3. Kết quả tính toán

      • 5.2.5.4. Nhận xét và kết luận

  • 5.3. GIẢI PHÁP VỆ SINH ỐNG LỒNG ỐNG VÀ GIẢI THOÁT LỎNG NGƯNG GIẢI PHÓNG BỀ MẶT TRAO ĐỔI NHIỆT

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

    • 5.3.2. Giải pháp giải phóng lỏng ngưng tụ cho TBNT ống lồng ống

• KẾT LUẬN VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA TÁC GIẢ