Giáo trình Hệ thống máy và thiết bị lạnh - Chương 6: Thiết bị ngưng tụ

lỏng trong bình ngưng, W/m.K; 
ν - độ nhớt của môi chất lỏng trong bình ngưng, m2/s; 
θ = tk – tw : độ chênh nhiệt độ ngưng tụ và vách ống, ;K 
g – Gia tốc trọng trường, m/s2; 
dng - Đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt, m; 
ψ’h – Hệ số hiệu chỉnh sự thay đổi tốc độ dòng hơi và màng nước từ 
trên xuống: 
167,0' −= zh nψ 
 (6-7) 
nz – Số hàng theo chiều thẳng đứng khi bố trí song song và một nửa số 
hàng khi bố trí so le. 
 Nếu chùm ống bố trí so le trong thân trụ thì: 
2
1.
2
..393,1
S
Snnz
π= 
 (6-8) 
 270
n – Tổng số ống trong bình; 
S1 và S2 – Bước ngang và bước đứng, m. 
 * Ngưng tụ trên chùm ống có cánh nằm ngang 
Hệ số toả nhiệt khi ngưng trong trường hợp này được tính: 
ch
nga d
gi ψψθν
λρα .'.
..
....72,0 4
3∆= 
 (6-9) 
ψc – Hệ số tính đến điều kiện có cánh 
F
F
h
d
F
EF nngd
C +⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=
25,04/3
'
.
.
.3,1ψ 
 (6-10) 
Fd, Fn – Bề mặt đứng và ngang của 1m ống có cánh, m2/m 
c
ng
d S
dDF
.2
).( 22 −= π 
 (6-11) 
và 
c
d
c
o
ngn S
D
S
dF
δπδπ ..1.. +⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −= 
 (6-12) 
D, dng - Đường kính đỉnh và chân cánh, m; 
Sc – Bước cánh, m; 
δo, δd – Bề dày chân và đỉnh cánh, m; 
F = Fd + Fn – Tổng diện tích bề mặt ngoài của ống có cánh, m2/m; 
E – Hiệu suất của cánh; 
h’ – Chiều cao qui ước của cánh: 
D
dDh ng
22
.
4
' −= π , m 
 (6-13) 
 * Ngưng tụ trên vách đứng và bên ngoài ống đứng 
 - Tiêu chuẩn Re đối với trường hợp này được xác định như sau: 
µ
θα
µ .
...4.4Re
r
HG a== 
 (6-14) 
 271
 G – Lưu lượng môi chất chảy qua trên một đơn vị bề dày của 
lớp chất lỏng, kg/m.s; 
 µ - Độ nhớt động lực học của tác nhân lạnh lỏng, PaS. 
 - Khi Re < 1600 Chảy sóng 
v
a H
gi εθν
λρα .
..
....943,0 4
3∆= 
 (6-15) 
 H – Chiều cao bề mặt truyền nhiệt, m 
 εv – Hệ số hiệu chỉnh : 
04,0
4
Re ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=vε 
 (6-16) 
 - Khi Re > 1600 Chảy rối 
3/4
5,0 1
).(
.
.Pr.625,01
.
..400 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −+=
tha
a
a H
H
H
r
θ
θ
θ
µα (6-17) 
Các thông số ở công thức trên đây đều được tính ở tK
Tích số (H.θ)th tới hạn được xác định: 
3/1
3/1
3/5
"'
'.
.
'...2300).( ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
+= ρρ
ρ
λ
νρθ
g
rH tha 
 (6-18) 
 * Ngưng tụ bên trong ống đứng và rãnh đứng 
 Đối với dòng hơi đứng yên có thể sử dụng các công thức giống 
như khi ngưng bên ngoài ống đứng ở trên. Khi dòng hơi chuyển động 
thì tuỳ thuộc và giá trị Re” của hơi tác nhân lạnh 
 - Nếu Re” = 1,2.105 ÷ 4,5.106
α = 0,2. αN.(Re”)0,12.(Pr”)-0,33 
 (6-19) 
 - Nếu Re” = 4,5.106 ÷2,5.107
α = 0,246. αN.10-3.(Re”)0,55.(Pr”)-0,33 
 (6-20) 
 Giá trị αN xác định theo công thức: 
 272
43
..
....943,0
H
gr
a
N θν
λρα = 
 (6-21) 
 * Ngưng tụ bên trong ống nằm ngang 
 Người ta nhận thấy tuỳ thuộc vào tốc độ hơi ω” và đường kính 
trong của ống dtr mà quá trình ngưng tụ của hơi bên trong ống phân 
thành một trong 3 chế độ: phân lớp, quá độ và vành khăn. Chế độ 
phân lớp là lỏng chảy ở dưới hơi ở trên, khi tăng tốc độ hơi nó sẽ 
chuyển qua chế độ quá độ và sau đó chuyển qua chế độ vành khăn, 
lỏng bao xung quanh và hơi ở giữa ống. 
 Tiêu chuẩn Re” là cơ sở xác định các chế độ: 
lqC
r
lqd
F
Ftr ..
""..
..4
"
".
Re" === νρν
ω 
 (6-22) 
l – Chiều dài ống, m; 
Nếu tK = 30oC thì: 
 Đối với NH3 : C = 0,3 ; 
 Đối với R12 : C = 2,1; 
 Đối với R22 : C=1,73 
Trong bình ngưng quá trình ngưng tụ trong ống nằm ngang thường 
là chế độ phân lớp, (Re” < 60.103 ). Khi ngưng tụ NH3 thì :
α = 2100.θa-0,167.dtr-0,25 
 (6-23) 
 - Đối với môi chất frêôn ngưng tụ trong ống đồng nằm ngang 
có thể xác định hệ số toả nhiệt α khi ngưng tổng quát với C = 0,72 và l 
= dtr 
4
3
..
....72,0
tra
N d
gr
θν
λρα = 
 (6-24) 
 - Nếu ngưng tụ trong ống xoắn nằm ngang thì: 
αx = αN . εx 
 (6-25) 
 εx – Hệ số hiệu chỉnh ống xoắn: 
 273
εx = 0,25.qtr0,15 
 (6-26) 
 qtr – Mật độ dòng nhiệt đối với bề mặt trong, w/m2
6.3.2.2 Xác định hệ số toả nhiệt về phía môi trường giải 
nhiệt 
 * Trường hợp môi chất chuyển động bên trong ống 
hoặc rãnh 
 - Chế độ chảy tầng Re < 2300 
 Rl
w
fGrNu εε ..
Pr
Pr
..Pr.Re.15,0
25,0
1,043,033,0 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= 
 (6-27) 
 trong đó các tiêu chuẩn Re, Pr, Gr, Nu tính theo các 
công thức thông thường ở nhiệt độ xác định là nhiệt độ của môi 
trường. 
 Kích thước xác định là đường kính trong hoặc đường kính 
tương đương bên trong nếu đó là rãnh: 
U
fdtd
.4= 
f, U – Là diện tích và chu vi tiết diện của rãnh; 
 Prf, Prw – Tiêu chuẩn Pr ở nhiệt độ của môi trường giải nhiệt và 
bề mặt trong vách ống. 
Đối với không khí, do tiêu chuẩn Pr không đổi nên: 
 (6-28) 
RlGrNu εε ...Re.13,0 1,033,0=
Hệ số εl là hệ số hiệu chỉnh khi chiều dài của ống , nếu l/dt > 50 thì 
εl = 1 nếu l/dt < 50 thì tra theo bảng dưới đây: 
Bảng 6-2: Hệ số hiệu chỉnh chiều dài ống 
L/dtRe 
1 2 5 10 15 20 30 40 50 
2.103 1,9 1,7 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 1 
104 1,56 1,5 1,34 1,23 1,17 1,13 1,05 1,03 1 
2.104 1,51 1,4 1,27 1,18 1,13 1,10 1,05 1,02 1 
5.104 1,34 1,27 1,18 1,13 1,10 1,08 1,04 1,02 1 
 274
105 1,28 1,22 1,15 1,10 1,08 1,06 1,03 1,02 1 
Hệ số εR – là hệ số hiệu chỉnh khi ống bị uốn cong 
R
dt
R .77,11 +=ε 
 (6-29) 
 R bán kính uốn cong của tâm ống 
- Chế độ chảy rối Re > 104
 Rl
w
fNu εε ..
Pr
Pr
.Pr.Re.021,0
25,0
43,08,0 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= (6-30) 
 Đối với không khí 
RlNu εε ..Re.018,0 8,0= 
 (6-31) 
- Chế độ chảy quá độ 2300 < Re < 104
 Tính giống như trường hợp chảy rối nhưng nhân với hệ số hiệu 
chỉnh dưới đây: 
Bảng 6-3: Hệ số hiệu chỉnh εqd 
Re 2.500 3.000 4.000 5.000 6.000 8.000 10.000 
εqd 0,40 0,57 0,72 0,81 0,88 0,96 1 
 * Trường hợp không khí chuyển động ngang qua 
chùm ống 
 Chùm ống có thể bố trí theo kiểu song song hoặc so le. 
S1
S2
S1
S2
S1
S2
S1
S2
S2'
 275
 Nu = C . Rem . Prn . εz 
 (6-32) 
 εZ – Hệ số hiệu chỉnh tính đến số dãy ống theo chiều chuyển 
động của không khí, nếu số dãy lớn hơn 10 thì có thể lấy bằng εZ = 1. 
Bảng 6-4: Hệ số hiệu chỉnh số dãy ống εz 
Số dãy 1 2 4 6 8 10 12 
Chùm song song 
Re > 103
0,71 0,80 0,89 0,93 0,95 0,98 0,99 
Chùm so le 
102 < Re < 103
0,83 0,88 0,93 0,96 0,97 0,99 1,0 
Chùm so le 
Re > 103
0,61 0,73 0,88 0,92 0,95 0,98 0,99 
 Kích thước xác định là đường kính ngoài, nhiệt độ xác định là 
nhiệt độ không khí. 
Các trị số C, m và n tra theo bảng dưới đây, phụ thuộc vào chế độ 
chuyển động 
Bảng 6-5: Các hằng số C,m và n 
Chùm ống song 
song Chùm ống so le Chế độ chảy 
C m n C m n a/b 
Chảy tầng 
Re=102÷103
0,52 0,5 0,36 0,71 0,5 0,36 
Quá độ 
Re=103÷2.105
0,27 0,63 0,36 0,35.(a/b)0,2
0,4 
0,6 
0,6 
0,36 
0,36 
< 2 
> 2 
Chảy rối 
R > 2.105
0,03
3 
0,80 0,4 0,031.(a/b)0,
2
0,8 0,4 
Trong đó, a = S1/dng và b = S2/dng
 * Trường hợp không khí chuyển động ngang qua chùm ống 
có cánh 
 276
 - Đối với cánh tròn: 
 (6-33) 
n
ng
m
sz CCCNu Re....
−= ϕ
- Các hằng số C và m xác định như sau: 
Chùm ống song song : C = 0,18; m = 0,7; 
Chùm ống so le : C = 0,32; m = 0,5. 
- Hằng số Cz hiệu chỉnh ảnh hưởng của số hàng ống z theo chiều 
chuyển động của dòng không khí, tra theo bảng dưới đây: 
Bảng 6-6 : Hệ số hiệu chỉnh số dãy ống Cz 
Số hàng ống Bố trí Re 1 2 3 > 4 
12.000 0,62 0,9 0,97 1,0 So le 
50.000 0,75 0,88 0,97 1,0 
12.000 1,4 1,3 1,0 1,0 
30.000 1,2 1,2 1,0 1,0 
Song song 
50.000 1,0 1,0 1,0 1,0 
 - Hệ số Cs hiệu chỉnh ảnh hưởng của cách bố trí 
 + Bố trí song song : 
1,0
2
1
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
−
−=
ng
ng
s dS
dS
C 
 (6-34) 
 + Bố trí so le : 
1,0
2
1
' ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
−
−=
ng
ng
s dS
dS
C 
 (6-35) 
 - Chỉ số n được xác định như sau : ; 07,0.6,0 ngn ϕ=
trong đó ϕng hệ số làm cánh bên ngoài ϕng = F/Fng ; 
F, Fng – Toàn bộ diện tích bên ngoài và diện tích bề ngoài ngoài phần 
ống, m2/m. 
 - Kích thước xác định của các tiêu chuẩn được xác định như 
sau: 
 277
 ).(785,0.. 22 ngco dD
F
F
dng
F
F
l −+= 
 (6-36) 
Fo, Fc, F – Diện tích ngoài phần ống giữa các cánh, diện tích mặt 
ngoài của cánh và tổng diện tích của chúng, m2; 
D, dng - Đường kính ngoài của cánh và ống, m. 
 - Đối với cánh chữ nhật: 
Khi chùm ống bố trí song song: 
m
td
n
d
LCNu ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= .Re. 
 (6-37) 
ở đây dtđ - Đường kính tương đương, m: 
)()(
)).((2
1
1
ccng
ccng
d SdS
SdS
dt δ
δ
−+−
−−= 
 (6-38) 
L – Tổng chiều dài cánh theo chiều chuyển động của không khí, m; 
n = 0,45 + 0,0066.L/dtđ ; 
m = -0,28 + 0,08.Re/1000; 
C = A. (1,36 – 0,24.Re/1000) 
Trị số A tra theo bảng sau: 
Bảng 6-7: Hệ số A 
L/dtđ 5 10 20 30 40 50 
A 0,412 0,326 0,201 0,125 0,080 0,0475 
 Trong trường hợp bố trí so le vẫn tính như trên nhưng hệ số toả 
nhiệt α tăng thêm 10%. 
 * Toả nhiệt của màng nước 
Khi tính hệ số truyền nhiệt của dàn ngưng kiểu tưới và bay hơi, ta 
gặp trường hợp trao đổi nhiệt giữa bề mặt ống trao đổi nhiệt với màng 
nước bao quanh. Trong trường hợp này hệ số toả nhiệt về phía màng 
nước được xác định như sau: 
 278
- Đối với ống nằm ngang 
+ Nếu Re = 1,1 ÷ 200 : 
Nu = 0,51.Re0,33.Pr0,48 
 (6-39) 
 + Nếu Re > 200: 
Nu = 0,1.Re0,63.Pr0,48 
 (6-40) 
Trong các công thức trên, xác định Re theo đường kính ngoài và 
tốc độ chuyển động trung bình của màng nước qua ống : 
mn
tb
G
δρω .
1= , m/s 
 (6-41) 
G1 – Lượng nước xối trên 1m chiều dài ống: 
zl
G
G n
..21
= , kg/m.s 
 (6-42) 
Gn – Lưu lượng nước xối tưới, kg/s; 
l – Chiều dài ống, m; 
Z – Số dãy ống đặt song song (nằm ngang) cùng được xối tưới; 
δm – Chiều dày màng nước, m. 
 3 2
1
.
.
.94,1 ρ
µδ
g
G
m = 
 (6-43) 
 Kích thước tính toán : dtd = 4.δm
Đối với nước có thể tính hệ số toả nhiệt theo công thức đơn giản sau: 
 α = 9750.G11/3 
 (6-44) 
- Đối với ống đặt thẳng đứng 
+ Nếu Re < 2000: 
mGaNu 9 32 Re.Pr..67,0= 
 (6-45) 
 + Nếu Re > 2000: 
mGaNu 3 Re.Pr..01,0= 
 (6-46) 
 279
trong đó : Rem = 4.G1/µ với nd
G
G
tr
n
..1 π= 
Chiều dài xác định là chiều cao ống, m; 
n – Số ống; 
dtr - Đường kính trong của ống, m. 
* * * 
 280