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

i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học do tôi 
thực hiện dưới sự hướng dẫn của các cán bộ hướng dẫn, sự giúp đỡ của các cơ quan, 
các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệpCác số liệu, hình ảnh và kết quả nghiên cứu 
là hoàn toàn trung thực và tin cậy. Những vấn đề được trích dẫn trong luận án đã 
được ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo, những kết quả trình bày trong luận án chưa 
từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin chịu trách nhiệm 
trước pháp luật cũng như đạo đức khoa học về lời cam đoan này. 
 Tác giả luận án 
 HỒ TRẦN ANH NGỌC 
ii 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i 
MỤC LỤC..................................................................................................................ii 
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ QUI ĐỊNH............................................ii 
BẢNG KÝ HIỆU QUI TẮC .....................................................................................x 
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...........................................................................xii 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...............................................................xiv 
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1 
 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................ 1 
 2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................. 2 
 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................................ 3 
 4. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................... 3 
 5. Bố cục của luận án ..................................................................................................... 3 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................................ 6 
1.1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH ........ 6 
 1.1.1. Vai trò của thiết bị ngưng tụ............................................................................... 6 
 1.1.2. Phân loại thiết bị ngưng tụ:................................................................................. 6 
 1.1.2.1. Bình ngưng tụ giải nhiệt bằng nước .......................................................... 6 
 1.1.2.2. Dàn ngưng tụ giải nhiệt bằng nước........................................................... 8 
 1.1.2.3. Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí ....................................................... 9 
1.2.TỔNG QUAN VỀ ỐNG CÓ CÁNH VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 
ỐNG LỒNG ỐNG CÓ CÁNH........................................................................................ 14 
 1.2.1. Chủng loại ống có cánh và chế tạo ống có cánh ............................................ 14 
 1.2.1.1. Ống có cánh ngang................................................................................... 15 
 1.2.1.2. Ống có cánh nan hoa................................................................................. 16 
 1.2.1.3. Ống có cánh dọc thân bên trong và bên ngòai ống............................... 17 
 1.2.1.4. Ống có cánh đặc biệt ................................................................................. 18 
iii 
 1.2.1.5. Giới thiệu công nghệ chế tạo ống có cánh ............................................. 19 
 1.2.2. Tổng quan về thiết bị TĐN ống lồng ống....................................................... 20 
 1.2.2.1. Các chủng loại ống lồng ống ................................................................... 20 
 1.2.2.2. Cấu tạo và phân loại các thiết bị ống lồng ống ..................................... 23 
 1.2.3. Tình hình sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống ........................ 28 
 1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu ống lồng ống trong nước và trên thế giới ......... 28 
 1.2.3.2. Ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống trong thực tế ............... 33 
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI NHIỆT 
KHI NGƯNG CỦA CÁC MÔI CHẤT LẠNH ............................................................ 35 
2.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .................................................................................... 36 
2.2. MÔI CHẤT LẠNH VÀ MÔI CHẤT LẠNH MỚI ............................................... 36 
 2.2.1. Các môi chất lạnh truyền thống ....................................................................... 36 
 2.2.2. Môi chất lạnh mới thay thế ............................................................................... 37 
 2.2.2.1. Các môi chất lạnh đề nghị thay thế ......................................................... 37 
 2.2.2.2. Tính chất cơ bản của một số môi chất lạnh mới .................................... 37 
2.3. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU CỦA NƯỚC KHI CHUYỂN 
ĐỘNG BÊN TRONG VÀ BÊN NGOÀI ĐƯỜNG ỐNG............................................ 39 
 2.3.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................... 39 
 2.3.1.1. Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức khi môi chất chuyển động trong ống..... 39 
 2.3.1.2. Tỏa nhiệt đối lưu khi môi chất chuyển động cưỡng bức ngoài ống .... 40 
 2.3.2. Kết quả xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu......................................................... 40 
 2.3.2.1. Khi nước chuyển động bên trong đường ống ......................................... 40 
 2.3.2.2. Khi nước chuyển động bên ngoài đường ống......................................... 42 
2.4. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TỎA NHIỆT ĐỐI LƯU KHI NGƯNG CỦA CÁC MÔI 
CHẤT LẠNH..................................................................................................................... 44 
 2.4.1. Mục đích ............................................................................................................. 44 
 2.4.2. Các cơ sở lý thuyết ............................................................................................ 45 
 2.4.2.1. Ngưng tụ bên ngoài chùm ống trơn nằm ngang ................................... 45 
 2.4.2.2. Ngưng tụ bên ngoài chùm ống có cánh nằm ngang ............................. 45 
iv 
 2.4.2.3. Ngưng tụ bên trong ống đứng và rãnh đứng .......................................... 46 
 2.4.2.4. Ngưng tụ bên trong ống nằm ngang ........................................................ 46 
 2.4.3. Kết quả xác định hệ số tỏa nhiệt khi ngưng ................................................... 47 
 2.4.3.1. Kết quả xác định các thông số nhiệt vật lý của các môi chất............... 47 
 2.4.3.2 Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng bên ngoài ống đơn ....................................... 48 
 2.4.3.3. So sánh hệ số tỏa nhiệt khi ngưng bên ngoài ống đơn......................... 52 
 2.4.4. 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............................... 53 
 2.4.5. Kết luận và so sánh............................................................................................ 55 
 2.4.5.1. So sánh và nhận xét ................................................................................... 55 
 2.4.5.2. Kết luận ....................................................................................................... 55 
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ 
TRÌNH TĐN KHI NGƯNG TỤ CỦA MÔI CHẤT................................................. 56 
3.1. QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ CỦA HƠI MÔI CHẤT............................................. 56 
 3.1.1. Mô hình lưu lượng dòng chảy hai pha trong ống dọc ................................... 57 
 3.1.2. Mô hình lưu lượng dòng chảy hai pha trong ống nằm ngang ...................... 58 
3.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ...................................................... 59 
 3.2.1. Quá trình tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi .................................................. 60 
 3.2.2. Tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi chuyển động qua chùm ống ................. 61 
 3.2.3. Tỏa nhiệt khi ngưng màng của hơi chuyển động qua ống đặt đứng ........... 62 
 3.2.4. Tỏa nhiệt khi ngưng của hơi chuyển động trong ống nằm ngang ............... 62 
3.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT KHI 
NGƯNG.............................................................................................................................. 63 
 3.3.1. Ảnh hưởng của hơi quá nhiệt ........................................................................... 63 
 3.3.2. Ảnh hưởng của trạng thái bề mặt..................................................................... 63 
 3.3.3. Ảnh hưởng của khí không ngưng lẫn trong hơi ............................................. 64 
 3.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ và hướng chuyển động của dòng hơi ....................... 64 
 3.3.5. Ảnh hưởng của cách bố trí bề mặt ngưng....................................................... 65 
3.4. KẾT LUẬN ................................................................................................................ 66 
v 
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT KIỂU ỐNG 
LỒNG ỐNG...................................................................................................................... 67 
4.1. CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT.......................................... 67 
 4.1.1. Các yêu cầu kỹ thuật chung cho thiết bị trao đổi nhiệt ................................. 67 
 4.1.1.1. Qui định về các dòng trao đổi nhiệt ........................................................ 67 
 4.1.1.2. Các yêu cầu kỹ thuật chung cho TBTĐN ............................................... 68 
 4.1.1.3. Các nguyên tắc lựa chọn môi chất .......................................................... 68 
 4.1.1.4. Các nguyên tắc chọn chất lỏng chảy trong ống..................................... 69 
 4.1.1.5. Chọn tốc độ dòng môi chất ....................................................................... 69 
 4.1.2. Phương trình cơ bản của thiết bị trao đổi nhiệt (TBTĐN) ........................... 69 
 4.1.2.1. Phương trình cân bằng nhiệt (CBN) ....................................................... 69 
 4.1.2.2. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 70 
 4.1.3. Tính nhiệt cho thiết bị trao đổi nhiệt ............................................................... 72 
 4.1.3.1. Các bước tính thiết kế thiết bị TĐN......................................................... 72 
 4.1.3.2. Tính thiết kế nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt................................................. 73 
4.2. TÍNH TOÁN NHIỆT CHO CÁC LOẠI ỐNG CÓ CÁNH.................................. 73 
 4.2.1. Cơ sở lý thuyết để tính toán truyền nhiệt qua vách trụ.................................. 73 
 4.2.1.1. Vách trụ không có cánh............................................................................. 73 
 4.2.1.2. Vách trụ có cánh ........................................................................................ 74 
 4.2.1.3. Phương pháp tính vách trụ mới............................................................... 75 
 4.2.2. Tính truyền nhiệt của các ống vách trụ có cánh ngang thân......................... 76 
 4.2.2.1. Vách trụ có cánh ngang thân.................................................................... 76 
 4.2.2.2. Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụ có cánh ngang.............. 77 
 4.2.3. Tính truyền nhiệt của các ống vách trụ có cánh dọc thân............................. 79 
 4.2.3.1. Vách trụ có cánh dọc thân ........................................................................ 79 
 4.2.3.2. Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụ có cánh dọc .................. 79 
 4.2.4. Tính truyền nhiệt của các loại ống vách trụ có cánh xoắn............................ 81 
 4.2.4.1. Vách trụ có cánh xoắn dọc thân............................................................... 81 
 4.2.4.2. Lập công thức tính truyền nhiệt qua vách trụ có cánh xoắn ................ 82 
vi 
4.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN TÍNH ỐNG LỒNG ỐNG ....................... 84 
 4.3.1. Tính toán cho thiết bị TĐN kiểu ống lồng ống trơn...................................... 84 
 4.3.1.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống trơn .............................................. 84 
 4.3.1.2. Phương trình tính tóan .............................................................................. 85 
 4.3.1.3. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 86 
 4.3.2. Tính toán cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh ngang............................ 87 
 4.3.2.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống có cánh ngang ............................ 87 
 4.3.2.2. Phương trình tính toán .............................................................................. 88 
 4.3.2.3. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 91 
 4.3.3. Tính tóan cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh thẳng dọc thân............. 92 
 4.3.3.1. Mô hình tổng quát ống lồng có cánh thẳng hình thang dọc thân ........ 92 
 4.3.3.2. Phương trình tính toán ............................................................................. 93 
 4.3.3.3. Phương trình truyền nhiệt......................................................................... 96 
 4.3.4. Tính toán cho TBTĐN kiểu ống lồng ống có cánh xoắn dọc thân.............. 97 
 4.3.4.1. Mô hình tổng quát của ống lồng ống có cánh xoắn dọc thân .............. 97 
 4.3.4.2. Phương trình toán...................................................................................... 98 
 4.3.4.3. Phương trình truyền nhiệt....................................................................... 103 
4.4. KẾT LUẬN .............................................................................................................. 104 
CHƯƠNG 5. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THIẾT BỊ ỐNG 
LỒNG ỐNG.................................................................................................................... 105 
5.1. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI 
NHIỆT CỦA THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG. .......................... 105 
 5.1.1. Mục đích thí nghiệm........................................................................................ 105 
 5.1.2. Thiết bị thí nghiệm........................................................................................... 105 
 5.1.3. Các bước thí nghiệm và kết quả đo đạc ........................................................ 108 
 5.1.3.1. Các bước thí nghiệm................................................................................ 108 
 5.1.3.2. Kết quả đo đạc..................... ... , Pages 1125-1133. 
[138] Taborek Jerry (2007), “ Double-Pipe and Multitube Heat Exchangers with 
Plain and Longitudinal Finned Tubes”, Heat Transfer Engineering, October 
2007, Volume 18, No 2, pages 34- 45. 
154 
PHỤ LỤC 
Phụ lục 1 
Kích thước ống có cánh thẳng ngang của hãng BADRIN 
Do 
mm 
dw 
mm 
Dp 
mm 
Dz 
mm 
s 
mm 
g 
mm 
l 
mm 
L 
m 
t 
fins/inch 
10 5.5 7.1 9.8 1.0 0.3 6-25 10 19 
11 6.5 8.1 10.8 1.0 0.3 6-25 10 19 
12 7.4 9.1 11.8 1.0 0.3 6-25 10 19 
16 11.5 13.1 15.8 1.5 0.3 10-25 10 19 
19 14.5 16.1 18.8 1.5 0.3 10-30 12 16/19/25 
22 17.5 19.1 21.8 1.5 0.3 10-30 12 16/19/25 
25.4 20.5 22.5 25.2 1.5 0.3 10-30 12 16/19/25 
155 
Phụ lục 2 
Qui trình sản xuất ống có cánh xoắn ngang thân của hãng Diversified Finned 
Tubing Product Lines, bang Ohio, USA. 
156 
Phụ lục 3 
Các loại môi chất sử dụng trong các TBNT ống lồng ống của hãng Packless-Mỹ 
R12 R134a R402B R407C R410B R508 
R22 R401A R404A R408A R412A R509 
R23 R401B R407A R409A R502 
R125 R402A R407B R410A R507 
Phụ lục 4 
Biểu đồ quan hệ giữa công suất nhiệt ngưng tụ với lưu lượng nước giải nhiệt 
của TBTĐN ống lồng ống xoắn của hãng Packless, Mỹ 
157 
Phụ lục 5 
Các kích thước cơ bản của TBTĐN ống lồng ống xoắn hình Elipse của hãng 
HANGZHOU SHENSHI, Trung Quốc[115] 
Phụ lục 6 
Các thông số vật lý và nhiệt động của môi chất lạnh mới thay thế 
MÔI CHẤT LẠNH MỚI 
TT THÔNG SỐ VẬT LÝ 
KÝ 
HIỆU
ĐƠN 
VỊ 
HCF 
134a 
R404a 
Suva 
HP62 
R407c 
SUVA 
AC9000
1 Công thức hóa học CH2F-CF3 
44%HF
C-125, 
52%HC
F-143a, 
4%HFC-
134a 
23%HFC-
32; 
25%HCF-
125; 
52%HFC-
134a 
2 Phân tử lượng m kg/mol 102,03 97,6 86,2 
3 Nhiệt độ sôi ở 1atm t s oC -26,3 - 46,5 -43,56 
4 Nhiệt độ đông đặc t z oC -101 - - 
158 
5 Nhiệt độ tới hạn t c oC 101,15 72,1 86,2 
6 Áp suất tới hạn p c bar 40,64 3,732 4619,1 
7 Khối lượng riêng tới hạn ρ kg/dm3 0,508 484,5 527,3 
8 
Khối lượng riêng lỏng sôi (ở áp 
suất: 1atm) 
ρl kg/l 1,377 1048 - 
9 
Khối lượng riêng hơi bão hòa (ở 
nhiệt độ: -150C) 
ρh kg/l 1,207 18,2 1381 
10 Nhiệt dung riêng của lỏng sôi C kJ/kg.K 1,26 1,53 - 
11 Nhiệt ẩn hóa hơi (ở 250C, 1atm) r kJ/kg 215,5 202,1 251,6 
12 Sức căng bề mặt (ở 250C, 1atm) σ N/m 0,0149 - - 
13 Số mũ đoạn nhiệt (ở 300C,1atm) k - 1,093 - - 
14 
Độ nhớt động học của lỏng môi 
chất ở 250C 
μ pa.s 20,5.10-5 1,28.10-4 - 
15 
Độ nhớt động học của hơi bão 
môi chất ở 250C. 
μ Pa.s 1,2.10-5 1,22.10-5 - 
16 
Hệ số dẫn nhiệt của lỏng sôi môi 
chất ở 250C. 
λ W/m.K 0,0832 0,0683 - 
17 
Hệ số dẫn nhiệt của hơi bão hòa 
ở 250C. 
λ W/m.K 0,0143 0,0134 - 
18 
Độ hòa tan nước trong HCF-
134a ở 250C, 1atm 
- % 0,11 - - 
19 
Độ hòa tan HCF-134a trong 
nước ở 250C, 1atm 
- % 0,15 - - 
20 Giới hạn cháy trong không khí - - 
không 
cháy 
không 
cháy 
- 
21 Nhiệt độ tự bốc cháy t bc 0C 770 - - 
22 Chỉ số phá hủy Ozone ODP - 0 0 0 
23 Chỉ số làm nóng địa cầu GWP - 0,25 0,94 0,28 
159 
Phụ lục 7 
Tốc độ chuyển động tối ưu của dòng môi chất 
Môi chất Tốc độ ω, m/s 
Chất lỏng nhớt nhỏ( H2O, Glycol) ≤ (0,5 ÷3) 
Chất lỏng ít nhớt và nước 1 ÷ 3 
Chất lỏng có đột nhớt cao (dầu, dung dịch NaCl) 0,2 ÷1 
Khí có nhiều bụi 6 ÷ 10 
Khí sạch 12 ÷ 16 
Hơi bảo hòa 30 ÷ 50 
Hơi quá nhiệt 30 ÷ 75 
Phụ lục 8 
Bảng hệ số hiệu chỉnh εl theo chiều dài của ống 
L/dt 
Re 
1 2 5 10 15 20 30 40 50 
2.10
3
 1,9 1,7 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 1 
10
4
 1,56 1,5 1,34 1,23 1,17 1,13 1,05 1,03 1 
2.10
4
 1,51 1,4 1,27 1,18 1,13 1,10 1,05 1,02 1 
5.10
4
 1,34 1,27 1,18 1,13 1,10 1,08 1,04 1,02 1 
10
5
 1,28 1,22 1,15 1,10 1,08 1,06 1,03 1,02 1 
Phụ lục 9 
Bảng hệ số hiệu chỉnh εqd 
Re 2.500 3.000 4.000 5.000 6.000 8.000 10.000 
ε
qd
 0,40 0,57 0,72 0,81 0,88 0,96 1 
160 
Phụ lục 10 
Tính chất nhiệt vật lí của nước trên đường bão hòa. 
t, 
oC 
p.10-5 
Pa 
ρ 
kg/m3 
I 
kJ/kg
Cp 
kJ/kg.độ
λ.102 
W/m.K
a.108
m2/s
μ.106
N.s/m2
ν.106 
m2/s 
β.104 
K-1 
σ.104
N/m 
Pr 
0 1,013 999,9 0,00 4,212 55,1 13,1 1788 1,789 -0,63 756,0 13,62
10 1,013 999,7 42,04 4,191 57,4 13,7 1306 1,306 0,70 741,6 9,52
20 1,013 998,2 83,91 4,183 59,9 14,3 1004 1,006 1,82 726,9 7,02
30 1,013 995,7 125,7 4,174 61,8 14,9 801,5 0,805 3,21 712,2 5,42
40 1,013 992,2 167,5 4,174 63,5 15,3 653,3 0,659 3,87 712,2 4,31
50 1,013 988,1 209,3 4,174 64,8 15,7 549,4 0,556 4,49 695,5 3,54
60 1,013 983,1 251,1 4,179 65,9 16,0 469,9 0,478 5,11 676,9 2,98
70 1,013 977,8 293,0 4,487 66,8 16,9 406,1 0,415 5,70 622,2 2,55
80 1,013 971,8 355,0 4,195 67,4 16,9 355,1 0,365 6,32 643,5 2,21
90 1,013 958,4 419,1 4,220 68,3 16,9 282,5 0,295 7,52 625,9 1,75
100 1,013 958,4 419,1 4,220 68,3 16,9 282,5 0,295 7,52 588,6 1,75
110 1,430 951,0 461,4 4,233 68,5 17,0 259,0 0,272 8,08 569,0 1,60
120 1,980 943,1 503,7 4,250 68,6 17,1 237,4 0,252 8,64 548,4 1,47
130 2,700 934,8 546,4 4,266 68,6 17,2 217,8 0,233 9,19 528,8 1,36
140 3,610 926,1 589,1 4,287 68,5 17,2 201,1 0,217 9,72 507,2 1,26
150 4,760 917,0 632,2 4,313 68,4 17,3 186,4 0,203 10,3 486,6 1,17
160 6,180 907,0 675,4 4,346 68,3 17,3 173,6 0,191 10,7 466,0 1,10
170 7,920 897,3 719,3 4,380 67,9 17,3 162,8 0,181 11,3 443,4 1,05
180 10,03 886,9 763,3 4,417 67,4 17,2 153,0 0,181 11,9 422,8 1,00
190 12,55 876,0 807,8 4,459 67,0 17,1 144,2 0,173 12,6 400,2 0,96
200 15,55 863,0 852,5 4,505 66,3 17,0 136,4 0,165 13,3 376,7 0,93
210 19,08 852,8 897,7 4,555 65,5 16,9 130,5 0,158 14,1 354,1 0,91
220 23,20 840,3 943,7 4,614 64,5 16,6 124,6 0,153 14,8 331,6 0,89
230 27,98 827,3 990,2 4,681 63,7 16,4 119,7 0,148 15,9 310,0 0,88
240 33,48 813,6 1037,5 4,756 62,8 16,2 114,8 0,145 16,8 285,5 0,87
250 39,78 799,0 1085,7 4,844 61,8 15,9 109,9 0,141 18,1 261,9 0,86
161 
260 46,94 784,0 1135,5 4,949 60,5 15,6 105,9 0,137 19,7 237,4 0,87
270 55,05 767,9 1185,7 5,070 59,0 15,1 102,0 0,135 21,0 214,8 0,88
280 64,19 750,7 1236,8 5,230 57,4 14,6 98,1 0,133 23,7 191,3 0,90
290 74,45 732,3 1290,0 5,485 55,6 13,9 94,2 0,131 26,2 168,7 0,93
300 85,92 712,5 1344,0 5,736 54,0 13,2 91,2 0,129 29,2 144,2 0,97
310 98,70 691,1 1402,2 6,071 52,3 12,5 88,3 0,128 32,9 120,7 1,03
320 112,90 667,1 1462,1 6,574 50,6 11,5 85,3 0,128 38,2 98,10 1,11
330 128,65 640,2 1526,2 7,244 48,4 10,4 81,4 0,127 43,3 76,71 1,22
340 146,08 610,1 1594,8 8,165 5,7 9,17 77,5 0,127 53,4 56,70 1,39
350 165,37 574,4 1671,4 9,504 43,0 7,88 72,6 0,126 66,8 38,16 1,60
360 186,74 528,0 1761,5 13,984 39,5 5,36 66,7 0,126 109 20,21 2,35
370 210,53 450,5 1892,5 40,32 33,7 1,86 56,9 0,126 164 4,709 6,79
Phụ lục 11 
Các giá trị θm và Δtw của bình ngưng. 
Loại bình ngưng 
Vận tốc của môi 
chất giải nhiệt, m/s 
θm ,0C Δtw ,0C 
1 ÷ 2,5 
4 ÷ 6 
3 ÷ 6 
Bình ngưng ống nước nằm ngang: 
 - Ống trơn 
 - Ống có cánh 1 ÷ 2,5 4 ÷ 8 3 ÷ 6 
Bình ngưng ống nước đứng thẳng - 4 ÷ 7 6 ÷ 7 
Bình ngưng xối nước - 2 ÷ 4 3 ÷ 5 
Bình ngưng bốc hơi 10 3 6 ÷ 8 
Bình ngưng không khí 3,5 ÷ 10 8 ÷ 15 3 ÷ 4 
162 
Phụ lục 12 
Giá trị của εl phụ thuộc vào l/d. 
l/d 
Re 
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 
105 1,28 1,22 1,15 1,10 1,08 1,06 1,03 1,02 1 
Phụ lục 13 
Ứng dụng phần mềm DHEX để tính toán thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống 
I. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM 
 Phần mềm được thiết kế để tính toán trao đổi nhiệt cho ống lồng ống và nó 
sẽ đưa ra bảng tổng kết kết quả sau cùng bằng bảng tính Excel. 
1. Đặc điểm chính 
Dưới đây là các tính năng chính của phần mềm: 
- Phần mềm được thực hiện thứ tự theo từng bước. 
- Hỗ trợ phần đơn vị tính chuẩn theo hệ SI hoặc theo hệ đơn vị của Anh (Mỹ). 
- Sử dụng các dữ liệu cung cấp của các môi chất nóng, lạnh. Ta có thể bổ sung 
thêm các đặc tính cho môi chất Nóng/ Lạnh từ các bảng nhập trên nền Excel. 
- Thực hiện việc phân tích lượng nhiệt trao đổi của ống lồng ống trơn và ống 
có cánh. 
- Lựa chọn việc chuyển động của dòng môi chất trao đổi song song thuận 
dòng hay ngược dòng, môi chất nóng, lạnh chuyển động bên trong hay bên 
ngoài ống. 
- Tính toán diện tích trao đổi nhiệt, lưu lượng, nhiệt độ trung bình logarit, tỉ lệ 
lưu lượng khối. 
163 
- Tính trở kháng, đường kính tương đương. 
- Lựa chọn mối tương quan khác nhau để tính hệ số truyền nhiệt, ở đây có thể 
điều chỉnh hệ số Nusselt nếu ta lựa chọn trong một mối tương quan khác. 
- Tính toán ống, ống hình xuyến, tính các trị số Reynolds, Nusselt, Prandtl. 
- Tính toán hệ số truyền nhiệt tổng thể, tính trở lực, tốc độ. 
- Tính độ giảm áp suất khi vào và ra khỏi đường ống. 
- Tóm tắt kết quả và truy xuất ra bảng tính Excel. 
- Lưu lại kết quả và truy xuất ra bảng in. 
2. Một số yêu cầu 
- Phần mềm được đăng ký theo luật bản quyền và quyền tác giả quốc tế. 
- Phần mềm chạy trong môi trườngWindows, dùng win XP càng tốt, máy tính 
có bộ nhớ 64MB Ram và có không gian trống ít nhất là 300MB. 
- Phần mềm thực hiện từng bước và làm theo hướng dẫn để tránh sai sót. 
 Hình 1. Giao diện chính của màn hình phần mềm 
164 
- Lựa chọn đơn vị đo lường chính từ hai hệ là hệ SI và hệ tính của Anh (Mỹ). 
- Trước khi thực hiện các bước phân tích tiếp theo thì phải thiết lập đơn vị đo. 
Ở đây có hai đơn vị đo chính là đơn vị quốc tế hệ SI và đơn vị đo của Anh 
(Mỹ). Việc lựa chọn này sẽ được thực hiện xuyên suốt toàn bộ quá trình tính 
toán cũng như lựa chọn đối với người dùng khi đưa vào các giá trị sao cho 
phù hợp và thống nhất từ đầu cho đến khi chương trình đưa ra kết quả cuối 
cùng. 
- Tải xuống các dữ liệu cho người dùng. 
II. TIẾN HÀNH SỬ DỤNG PHẦN MỀM ĐỂ TÍNH TOÁN 
 Trên thanh công cụ chính dùng nút Khởi động “Start” để bắt đầu chương 
trình. Ở phần này có các tùy chọn cho ta thực hiện một số thủ tục theo yêu cầu. Ở 
đây ta sử dụng phần mềm DHEX để tính toán trao đổi nhiệt trong quá trình dùng 
nước để làm mát cho dầu nóng [116]. 
Tiến hành nhập dữ liệu cho môi chất lỏng nóng là dầu nóng với các thông số 
đặc trưng như là nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêng, lưu lượng khối, 
với nhiệt độ đầu vào, đầu rađể từ đó máy sẽ tính các chỉ tiêu thông số. 
 Hình 2. Lựa chọn đơn vị đo lường cho quá trình tính toán 
165 
Tương tự như vậy, ta cũng nhập các số liệu cho nước làm mát dầu. 
 Hình 3. Nhập các số liệu đặc trưng cho dầu nóng 
 Hình 4. Nhập các số liệu đặc trưng cho nước làm mát 
166 
 Lưu ý là phải nhập vào đầy đủ các thông số vật lý, có thể bỏ qua thông số 
Enthalpy vì nó chỉ sử dụng cho hơi môi chất nếu ta dùng hơi ở phần nào đó của ống. 
Nhập vào trị số Prandtl để tính toán nó, lưu ý khi nhập số liệu tránh các chỉ số đặc 
biệt. 
Sau khi nhập vào các thông số, thì lúc đó phần mềm sẽ đưa ra cho ta biết 
được các đặc điểm kỹ thuật của ống lồng ống như sau: 
Ở đây trình bày các thông số đặc trưng của ống như đường kính trong và 
ngoài của ống trong (ID1,ID2), đường kính trong và ngoài của ống ngoài 
(OD1,OD2). 
Nhất thiết ta cần phải nhập vào các kích thước cơ bản cho ống trong và ống 
ngoài như trình bày ở hình vẽ trên, sau đó kích hoạt nút tính toán để thực hiện. 
Trong trường hợp ta không nhập vào số liệu thì lúc đó máy sẽ mặc nhiên bỏ qua và 
không tính toán. Máy sẽ tính toán cho vùng diện tích bên trong không có cánh và 
 Hình 5. Các đặc điểm kỹ thuật của ống lồng ống 
167 
tính toán cho vùng diện tích có cánh bên ngoài ( Nếu ở đây ta có lựa chọn trường 
hợp có cánh). 
 Các thông số kỹ thuật của ống sau khi đã được nhập vào máy sẽ cho ra các 
giá trị như chiều dài ảnh hưởng của ống trong, ống ngoài. Các giá trị này là các giá 
trị chuẩn theo qui định của quốc tế sẽ được máy lựa chọn sao cho phù hợp trong 
điều kiện gần nhất có thể. 
 Bây giờ ta phải quyết định việc bố trí ống, lựa chọn kết cấu để phục vụ cho 
quá trình TĐN của ống. Có nhiều sự lựa chọn cho việc bố trí sắp xếp ống song song 
thành một hay nhiều dãy tùy thuộc vào các dữ liệu cung cấp ví dụ như dầu nóng đi 
thành 2 hay 3 dòng nếu như ta muốn giảm áp suất nhiều. Tuy nhiên phải lựa chọn 
kỹ trong việc chia tách dòng này. Lựa chọn vật liệu chế tạo ống ví dụ như là sắt hay 
thépSau khi nhập vào các số liệu và lựa chọn rồi thì ta có thể bấm chọn để xem 
kết quả. 
 Hình 6. Các thông số kỹ thuật của ống lồng ống 
168 
Việc tính toán được thực hiện tùy thuộc vào việc lựa chọn mà ta đã thiết lập, 
ví dụ như là lựa chọn TĐN ống có cánh hay là không có cánh, điều này là rất quan 
trọng đến quyết định thiết kế của ta sao cho thuận tiện sau này. Phần mềm sẽ căn cứ 
vào lựa chọn của ta để tính toán chênh lệch nhiệt độ trung bình Logarit. Phần mềm 
cũng đưa ra ba kiểu lựa chọn kiểu ống: kiểu ống lồng ống trơn, ống sắt hoặc ống 
thép thương mại. Bạn cũng có thể nhập vào các loại ống với lưu ý về các chỉ số ma 
sát ảnh hưởng đến quá trình tính toán. Nếu trong quá trình nhập các dữ liệu và lựa 
chọn mà ta có kích chọn việc sử dụng ống có cánh thì lúc đó trong phần mềm tính 
toán sẽ đưa ra màn hình như sau về ống có cánh: 
 Hình 7. Các đặc tính trao đổi nhiệt của ống lồng ống 
169 
Trường hợp bạn đưa ra các lựa chọn sai thì phần mềm sẽ đưa ra thông báo lỗi 
để từ đó bạn có thể điều chỉnh lại lựa chọn của mình sao cho phù hợp. 
 Hình 8. Các đặc tính của ống lồng ống có cánh 
Hình 9. Thông báo lỗi do lựa chọn không đúng giá trị yêu cầu 
170 
Sau đó máy sẽ đưa ra các kết quả tính toán của phần mềm. Đầu tiên là đưa ra 
nhiệt lượng trao đổi và chênh lệch nhiệt độ trung bình Logarit. 
 Kết quả tiếp theo là các diện tích bề mặt ống, các trị số Reynolds, Prandtl 
Hình 10. Kết quả nhiệt lượng Q và chênh lệch nhiệt độ trung bình 
Hình 11. Kết quả của các đại lượng, các tiêu chuẩn của ống trong và ống ngoài 
171 
Đưa ra kết quả về các chỉ số của ống bên ngoài như Nusselt, chiều dài ống 
TĐN 
 Kết quả về các chỉ số của ống bên trong như Nusselt, chiều dài ống TĐN. 
 Hình 12. Kết quả các đại lượng, các tiêu chuẩn của ống ngoài. 
Hình 13. Kết quả các đại lượng, các tiêu chuẩn của ống trong 
172 
 Kết quả phần mềm tính toán được về các chỉ số của ống không có cánh và 
trường hợp là ống có cánh như chiều dài cánh, độ sạch của ống, diện tích bề mặt 
cánh TĐN, tỉ số công suất nhiệt, đơn vị truyền nhiệt 
 Hình 14. Kết quả các đại lượng về ống không có cánh 
 Hình 15. Kết quả các đại lượng về ống có cánh 
173 
Độ giảm áp suất của ống bên trong và ống bên ngoài có kết quả như sau: 
 Đồng thời đưa ra bản tổng kết các thông số phần mềm tính toán được 
Hình 16. Kết quả độ giảm áp suất của ống bên ngoài và ống bên trong 
Hình 17. Kết quả thống kê các đại lượng tính toán được 
174 
 Bố trí đường ống đi của ống lồng ống, ở đây môi chất là đi ngược chiều 
nhau, trong đó môi chất đi ở ống trong thì được bố trí đi vào và ra kiểu phân phối 
như sau: 
 Hình 18. Bố trí đường đi của môi chất trong ống lồng ống 
 Hình 19. Tổng kết phần lựa chọn kết quả 
175 
 Và cuối cùng phần mềm sẽ đưa ra kết quả tính được truy xuất ra bảng tính 
Excel. 
Bảng truy xuất kết quả ra bảng tính excel