GIỚI THIỆU
Lý do vì sao chọn đề tài này
Nhóm em đã chọn đề tài "Tính toán tổn thất nhiệt trong hệ thống làm lạnh của nhà máy bia" nhằm nghiên cứu sâu hơn về các hệ thống làm lạnh trong các nhà máy lớn Chúng em mong muốn hiểu rõ hơn về cách thức truyền nhiệt trong quá trình sản xuất bia, cũng như những lợi ích mà các hệ thống này mang lại cho xã hội và con người hiện nay.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu hệ thống làm lạnh trong nhà máy bia là tính toán tổn thất nhiệt, từ đó áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế Việc này giúp sinh viên nắm vững kiến thức chuyên ngành và chuẩn bị tốt cho công việc sau khi ra trường.
Phạm vi nghiên cứu
về chỉ số tồn thất nhiệt trong hệ thống làm lạnh của nhà máy bia
Phương pháp nghiên cứu
Hiểu rõ về các tổn thất nhiệt mà hệ thống thải ra là rất quan trọng, giúp nhận diện những yếu tố bị mất mát và lợi ích có thể đạt được Việc nắm vững thông tin này không chỉ hỗ trợ trong việc thống kê lý thuyết mà còn giúp áp dụng hiệu quả vào công việc thực tế.
Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết
Chương 3 Nội Dung Thực Hiện
Chương 4 Kết Quả Thực Hiện
Kết cấu của chuyên đề
2.1 Truyền nhiệt: bằng dẫn nhiệt: :
Dẫn nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra khi các vật thể hoặc các phần của một vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc trực tiếp với nhau Để hiểu rõ hơn về hiện tượng này, chúng ta cần khám phá một số khái niệm cơ bản liên quan đến dẫn nhiệt.
Trường nhiệt độ là tập hợp các giá trị nhiệt độ tại nhiều điểm khác nhau trong không gian tại một thời điểm cụ thể Nhiệt độ có thể được biểu diễn thông qua tọa độ Descartes, tọa độ trụ hoặc tọa độ cầu.
Mặt đẳng nhiệt là quỹ tích của các điểm có nhiệt độ đồng nhất tại một thời điểm cụ thể Trong một khoảnh khắc, một điểm trong vật thể không thể có hai giá trị nhiệt độ khác nhau, vì vậy các mặt đẳng nhiệt không bao giờ giao nhau Nhiệt độ của vật chỉ biến đổi theo phương cắt của các mặt đẳng nhiệt, và độ biến thiên nhiệt độ theo phương pháp tuyến của các mặt đẳng nhiệt đạt giá trị lớn nhất.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Truyền nhiệt: bằng dẫn nhiệt:
Dẫn nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt giữa các vật hoặc các phần của một vật khi chúng có sự chênh lệch nhiệt độ và tiếp xúc trực tiếp với nhau Để hiểu rõ hơn về hiện tượng này, chúng ta cần nắm bắt một số khái niệm cơ bản liên quan đến dẫn nhiệt.
Trường nhiệt độ là tập hợp các giá trị nhiệt độ tại nhiều điểm khác nhau trong không gian tại một thời điểm cụ thể Nhiệt độ có thể được biểu diễn thông qua tọa độ Descartes, tọa độ trụ hoặc tọa độ cầu.
Mặt đẳng nhiệt là tập hợp các điểm có cùng nhiệt độ tại một thời điểm nhất định, và tại mỗi điểm trong vật, chỉ có thể có một giá trị nhiệt độ duy nhất Do đó, các mặt đẳng nhiệt không bao giờ giao nhau Nhiệt độ của vật chỉ thay đổi theo phương cắt của các mặt đẳng nhiệt, với độ biến thiên nhiệt độ theo phương pháp tuyến đạt giá trị lớn nhất.
2.1.2: Phương pháp tính toán bài toán dẫn nhiệt Định luật fourier và phương trình vi phân dẫn nhiệt : Định luật Fourier được phát biểu như sau: “Nhiệt lượng dỌT truyền qua phần tử bề mặt đẳng nhiệt dA trong khoảng thời gian dx tỷ lệ thuận với Gradient nhiệt độ” dQt = —noẢ dT dn dAdt (J)
Nhiệt lượng truyền truyền qua một đơn vị bề mặt đẳng nhiệt trong một đơn vị thời gian được gọi là mật độ dòng nhiệt: q = —noẴ dT dn (Wm 2 )
Hình 2.4: Quá trình truyền nhiệt cũa phân tổ trong tọa độ Descartes Điều kiện đơn trị
Điều kiện biên loại 1 xác định nhiệt độ bề mặt khi dòng nhiệt qua bề mặt chưa được biết Nhiệt độ bề mặt thường được đo trực tiếp, giúp quá trình xác định trở nên dễ dàng.
Điều kiện biên loại 2 liên quan đến dòng nhiệt truyền qua bề mặt mà chưa xác định được nhiệt độ bề mặt Khi có đủ dữ liệu về truyền năng lượng tại bề mặt, dòng nhiệt có thể được sử dụng như một điều kiện biên Điều kiện biên này có thể được diễn đạt thông qua định luật Fourier trong dẫn nhiệt.
Điều kiện biên loại 3 xác định nhiệt độ môi trường và quy luật trao đổi nhiệt giữa bề mặt vật thể và môi trường xung quanh Quá trình này bao gồm ba hình thức trao đổi nhiệt cơ bản: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ, diễn ra đồng thời Để mô tả quá trình này, phương trình cân bằng năng lượng được áp dụng.
Trong điều kiện biên loại 4, khi dẫn nhiệt, một số vật liệu được cấu tạo từ các lớp vật liệu khác nhau Điều kiện biên về tiếp xúc được xác định bởi hai yếu tố: nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc của cả hai vật liệu phải bằng nhau và tại bề mặt tiếp xúc không được tích trữ năng lượng.
2.1.3 Các dạng truyền nhiệt: bằng dẫn nhiệt: cơ bản:
Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt ổn định một chiều qua vách phẳng :
Hình 3.1 : Dan nhiệt Ổn định một chiều qua vách phang một lớp
Dựa vào phương trình cân bàng năng lượng cho vách phảng ta có: ộín - ộout = < 31 >
Kết hợp với định luật Fourier ta có:
(3.2) Áp dụng những điều kiện biện và lấy tích phân phương trình (3.2) Ta có: f(Ị Qcond,walldx — ẴAdT
Phương trình (3.3) có thể viết dưới dạng;
Trong đó: R W aii được gọi là nhiệt trớ dần nhiệt vách phăng
Vách phẳng nhiều lớp thường được hình thành từ việc ghép nối nhiều lớp khác nhau, chẳng hạn như lớp gạch, lớp hồ và lớp sơn trong vách tường Để tính toán cho vách phẳng nhiều lớp, phương pháp nhiệt điện trở nối tiếp được áp dụng Khi xem xét một vách phẳng có hai lớp, các điều kiện sẽ tương tự như trường hợp vách phẳng một lớp.
Hình 3.2: Dan nhiệt ốn định một chiều qua vách phấng hai lớp mắc nối tiếp
Xem mỗi vách là một nhiệt điện trờ Khi đó, vách phăng hai lớp như hai nhiệt điện trở nối tiếp nhau.
Tương tự như vậy đối với vách phẳng n lớp:
Mạng nhiệt điện trở cho phép giải quyết bài toán trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt một cách hiệu quả Mỗi vách phẳng được coi như một nhiệt điện trở có thể được kết nối theo ba cách: nối tiếp, song song hoặc kết hợp Việc áp dụng các phương pháp này giúp đơn giản hóa quá trình giải quyết bài toán nhiệt.
Hình 3.3: Dan nhiệt ôn định một chiểu qua vách phãng hai lớp mắc song song
Hình 3.4: Dán nhiệt ôn định một chiêu qua vách phăng mác hổn hợp
Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt ổn định một chiều qua vách trụ :
Vách trụ một lớp của ống trụ đồng chất, đẳng hướng có chiều dài L và bán kính trong r1, bán kính ngoài r2, với hệ số dẫn nhiệt k là hằng số Nhiệt độ bề mặt vách được ký hiệu là T1 và T2 Quá trình truyền nhiệt qua ống trụ diễn ra ổn định và chỉ theo chiều trục bán kính Dựa vào phương trình cân bằng năng lượng cho vách trụ, ta có thể phân tích và tính toán các thông số liên quan đến quá trình truyền nhiệt này.
Kết hợp với định luật Fourier, áp dụng các điều kiện biên và thực hiện tích phân phương trình (3.9), ta có A = 2nrL, với A là diện tích của vách trụ Cần lưu ý rằng diện tích của mỗi mặt đẳng nhiệt trên vách trụ không giống nhau, nhưng nhiệt lượng trao đổi qua các mặt đẳng nhiệt lại bằng nhau.
Phương trình (3.11) có thể viết dưới dạng:
Trong đó: /?cy/ được gọi là nhiệt trở dẫn nhiệt vách trụ
(°C/WQ (3.13) o Tương tự như vậy đối với vách trụ n lớp:
- Bảng 3.1: Hệ số hình dạng dẫn nhiệt
Truyền nhiệt: bằng đối lưu
Trao đổi nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt vật rắn và môi chất đang chuyển động Quá trình này luôn liên quan đến sự di chuyển của môi chất Nếu sự chuyển động này được tạo ra bởi các thiết bị như quạt, bơm hay máy nén, thì gọi là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức Ngược lại, nếu môi chất di chuyển do sự thay đổi khối lượng riêng do nhiệt độ, thì được gọi là trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên.
2.2.2 Các phương pháp tính bài toán đối lưu Để thuận tiện cho việc tính toán trong trao đổi nhiệt đối lưu thường sử dụng công thức Newton :
4s(m 2 ): Diện tích trao đôi nhiệt.
Ts (°c): Nhiệt độ bề mặt vật rắn.
(°C): Nhiệt độ trung bình cùa môi chất. ô (iv/m z °c): Hệ sổ trao đổi nhiệt dối lưu.
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu :
Do đó, hệ số truyền nhiệt đối lưu có thể được hiểu là một hàm của rất nhiều các thông số : a = ( , T