Nghiên cứu thực nghiệm quá trình bay hơi của nước cấp lò hơi trong kênh micro

Nghiên cứu thực nghiệm quá trình bay hơi của nước cấp lò hơi trong kênh micro Nghiên cứu thực nghiệm quá trình bay hơi của nước cấp lò hơi trong kênh micro Nghiên cứu thực nghiệm quá trình bay hơi của nước cấp lò hơi trong kênh micro

MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i LÝ LỊCH KHOA HỌC ix LỜI CAM ĐOAN xi LỜI CẢM ƠN xii TÓM TẮT xiii MỤC LỤC .xvi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xix DANH MỤC HÌNH ẢNH xx DANH MỤC CÁC BẢNG xxii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.2.1 Nghiên cứu nước 1.2.2 Nghiên cứu nước 1.3 Mục tiêu đề tài 12 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 12 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 12 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 12 1.5 Nội dung phương pháp nghiên cứu 13 1.5.1 Nội dung nghiên cứu 13 1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 13 CHƯƠNG 14 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Lý thuyết truyền nhiệt 14 2.2 Q trình sơi động bên 15 xvi 2.2.1 Sự sôi dịng mơi chất hai pha liên quan đến q trình bay 15 2.2.2 Nhiệt độ trung bình Logarit 17 2.2.3 Dòng nhiệt truyền qua thiết bị 17 2.2.4 Mật độ dòng nhiệt 18 2.2.5 Hệ số truyền nhiệt tổng 18 2.2.6 Hiệu suất truyền nhiệt 18 2.2.7 Tổn thất áp suất 19 CHƯƠNG 20 THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 20 3.1 Tính tốn thiết kế mơ hình thí nghiệm 20 3.2 Thiết lập mơ hình thực nghiệm 24 3.3 Dụng cụ thí nghiệm 27 3.3.1 Bơm Jasco: PU – 2087 plus 27 3.3.2 Tháp gia nhiệt 28 3.3.3 Bình điều áp 29 3.3.4 Cân điện tử 29 3.3.5 Bộ điều chỉnh công suất 30 3.3.6 Điện trở 30 3.3.7 Bộ xử lý tín hiệu MX - 100 31 3.3.8 Bộ số hóa tín hiệu áp suất 31 3.3.9 Đồng hồ đa 32 3.3.10 Ampe kìm 33 3.3.11 Camera nhiệt 33 3.3.12 Thiết bị đo nhiệt độ EXTECH 421509 34 CHƯƠNG 36 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 4.1 Gia nhiệt kênh micro hai điện trở 36 xvii 4.2 Quá trình sinh nhiệt nước cấp lò 37 4.2.1 Nước cấp lò hơi– mẫu A 37 4.2.2 Nước cấp lò – Mẫu B 39 4.2.3 Nước cấp lò – Mẫu C 41 4.2.4 Nước cấp lò – Mẫu mini A 43 4.3 Ảnh hưởng kích thước kênh đến q trình bay 45 4.3.1 Hiệu suất trình bay kênh micro 45 4.3.2 Hiệu suất kênh mini so với kênh micro 46 4.4 Ảnh hưởng lưu chất đến mật độ dòng nhiệt 48 4.5 Ảnh hưởng lưu chất đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu 51 4.6 Ảnh hưởng lưu chất đến hệ số truyền nhiệt tổng 54 CHƯƠNG 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 5.1 Kết luận 58 5.2 Kiến nghị 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 66 xviii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Q : Dòng nhiệt truyền qua thiết bị, (W) m : Lưu lượng khối lượng, (kg/s) To : Nhiệt độ trung bình lưu chất trạng thái đầu ra, (oC) Ti : Nhiệt độ trung bình lưu chất trạng thái lỏng đầu vào, (oC) i1 : Enthalpy nhiệt độ trạng thái lỏng đầu vào, (kJ/kg) i2 : Enthalpy nhiệt độ trạng thái đầu ra, (kJ/kg) q : Mật độ dòng nhiệt, (W/m2) A : Diện tích truyền nhiệt, (m2) U : Hệ số truyền nhiệt tổng, (W/m2.oC) ∆T𝑙𝑚 : Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit, (oC) Ts : Nhiệt độ trung bình bề mặt, (oC) Ti : Nhiệt độ trung bình lưu chất trạng thái lỏng đầu vào, (oC) To : Nhiệt độ trung bình lưu chất trạng thái đầu ra, (oC)  : Hệ số dẫn nhiệt, (W/m.oC)  : Hiệu suất truyền nhiệt, (%) Pn : Công suất nguồn, (W)  : Chiều dày kênh micro, (m) hwater : Hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước, (W/m2.oC) ∆P : Tổn thất áp suất thiết bị, (Pa) L : Chiều dài đường ống, (m) Dh : Đường kính thủy lực ống, (m) G : Mật độ khối lượng, (kg/m2s) Pin : Áp suất đầu vào, (Pa) Pout : Áp suất đầu ra, (Pa) xix DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Sơ đồ cấu trúc dòng chảy kênh micro [4] Hình Thiết bị trao đổi nhiệt thí nghiệm [30] Hình Sơ đồ tăng trưởng bong bóng kênh micro mini [43] 16 Hình 2 Mơ hình dịng bong bóng giãn nở kênh mini [43] 16 Hình Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit 20 Hình Kích thước hình học kênh micro 22 Hình 3 Kênh micro sử dụng thí nghiệm 22 Hình Thơng số hình học kênh mini 23 Hình Mơ hình 3D kênh micro mini mẫu A 23 Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống thí nghiệm 24 Hình Sơ đồ hệ thống thí nghiệm thực tế 25 Hình Bơm Jasco PU – 2087 plus 28 Hình Tháp gia nhiệt 29 Hình 10 Bình điều áp 29 Hình 11 Cân điện tử 30 Hình 12 Dimmer 30 Hình 13 Điện trở 31 Hình 14 Bộ xử lý tín hiệu MX - 100 31 Hình 15 Cảm biến áp suất đơn 32 Hình 16 Cảm biến chênh lệch hiệu áp suất 32 Hình 17 Đồng hồ đa 33 Hình 18 Ampe kìm 33 Hình 19 Camera nhiệt 34 Hình 20 Thiết bị đo nhiệt độ EXTECH 421509 34 Hình Phân bố nhiệt độ bề mặt điện trở kênh micro mẫu A 36 xx Hình Sự phần bố nhiệt độ bề mặt điện trở camera nhiệt 37 Hình Phần bố nhiệt độ bề mặt điện trở kênh micro mẫu A camera nhiệt 37 Hình 4 Tổn thất áp suất kênh micro mẫu A thay đổi lưu lượng 40oC 38 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào lưu lượng đến nhiệt lượng mẫu A nước cấp lò 39 Hình Tổn thất áp suất kênh micro mẫu B thay đổi lưu lượng 40oC 40 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào lưu lượng đến nhiệt lượng mẫu B nước cấp lò 41 Hình Tổn thất áp suất kênh micro thay đổi lưu lượng 40oC mẫu C 42 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào lưu lượng đến nhiệt lượng mẫu C nước cấp lò 43 Hình 10 Tổn thất áp suất kênh mini thay đổi lưu lượng 40oC mẫu A 44 Hình 11 Ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào lưu lượng đến nhiệt lượng mẫu mini A nước cấp lò 45 Hình 12 Hiệu suất trình bay kênh micro 46 Hình 13 Hiệu suất kênh micro so với kênh mini mẫu A 47 Hình 14 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu kênh mini so với kênh micro với nước cấp lị 47 Hình 15 Ảnh hưởng lưu chất đến nhiệt lượng bay 49 Hình 16 Ảnh hưởng lưu chất đầu vào đến mật độ dịng nhiệt mẫu A 49 Hình 17 Ảnh hưởng lưu chất đầu vào đến mật độ dịng nhiệt mẫu B 50 Hình 18 Ảnh hưởng lưu chất đầu vào đến mật độ dịng nhiệt mẫu C 51 Hình 19 Ảnh hưởng lưu chất đầu vào đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu mẫu A 52 Hình 20 Ảnh hưởng lưu chất đầu vào đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu mẫu B 53 Hình 21 Ảnh hưởng lưu chất đầu vào đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu mẫu C 54 Hình 22 Ảnh hưởng lưu chất đầu vào đến hệ số truyền nhiệt tổng mẫu A 55 Hình 23 Ảnh hưởng lưu chất đầu vào đến hệ số truyền nhiệt tổng mẫu B 56 Hình 24 Ảnh hưởng lưu chất đầu vào đến hệ số truyền nhiệt tổng mẫu C 57 xxi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Thơng số hình học kênh micro 21 Bảng 2: Thành phần hóa lý loại nước 26 Bảng 3: Bảng mơ tả thí nghiệm 26 Bảng 4: Thông số kỹ thuật bơm Jasco PU – 2087 plus 28 Bảng 5: Sai số thiết bị đo 35 xxii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường chủ đề hấp dẫn lĩnh vực công nghệ khoa học nay, số chủ đề trao đổi nhiệt Với việc thu nhỏ tích hợp thiết bị lĩnh vực hàng không vũ trụ, vi điện tử, lượng hạt nhân, điện lạnh, hệ thống tính tốn lĩnh vực phát triển tiên tiến khác, thiết bị truyền nhiệt hiệu ngày trở nên quan trọng Hơn nữa, việc tăng cường hệ số truyền nhiệt cho thiết bị bay kênh micro cách sử dụng hình dạng kênh micro khác thảo luận phân tích, nhiều thí nghiệm thực để giảm kích thước thiết bị mà có hiệu tốt, chi phí chế tạo, lắp đặt hợp lý Những nghiên cứu cải tiến, tối ưu hóa cấu trúc kênh micro trở thành phương pháp hiệu để tăng cường đặc tính truyền nhiệt Do đó, hiểu biết sâu sắc chế độ dòng chảy đặc tính truyền nhiệt thiết bị tản nhiệt kênh micro quan trọng, đặc biệt q trình bay Cơng nghệ micro nhiều nhà khoa học áp dụng nghiên cứu vào trao đổi nhiệt kết thu ngày tốt khả trao đổi nhiệt tăng lên, kích thước trao đổi nhiệt giảm xuống, hiệu suất truyền nhiệt ngày cải thiện Từ ứng dụng nghiên cứu thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro, micro boiler, micro reactor, phát triển sản xuất trao đổi nhiệt nhỏ gọn có hiệu suất cao đáp ứng tốt yêu cầu nhiều lĩnh vực khác Nắm bắt xu này, hướng nghiên cứu mà nghiên cứu tập trung vào đặc tính truyền nhiệt, ảnh hưởng hình dạng, kích thước, trình chuyển pha kênh micro so sánh với kênh mini 1.2 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.2.1 Nghiên cứu ngồi nước Đặc tính truyền nhiệt dịng chảy q trình sơi dịng lưu chất thiết bị bay đa kênh micro công nhận giải pháp làm mát hiệu nhận quan tâm ngày nhiều năm gần Nghiên cứu đặc tính dịng chảy, truyền nhiệt tổn thất áp suất trình bay kênh micro nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Li [1] cộng nghiên cứu thực nghiệm so sánh đặc tính truyền nhiệt dịng chảy pha nước khử ion kênh micro hình chữ nhật Kết từ nghiên cứu cho thấy hệ số Nusselt tăng lưu lượng dòng chảy nhiệt độ đầu vào tăng, hệ số ma sát giảm nhiệt độ đầu vào tăng, hiệu suất truyền nhiệt kênh micro hình chữ nhật có cánh đạt vượt trội so với kênh micro hình chữ nhật trơn Yin [2] cộng nghiên cứu đặc tính trình truyền nhiệt tổn thất áp suất kênh micro hở với nước khử ion, vật liệu đồng Kết thí nghiệm cho thấy bắt đầu dòng chảy tầng chế truyền nhiệt chủ yếu hệ số truyền nhiệt lớn nhất, tổn thất áp suất dòng hai pha tăng tăng mật độ dịng nhiệt q trình sơi dịng lưu chất bắt đầu hình thành dịng chảy tầng sau trì ổn định Zhou [3] cộng nghiên cứu đặc tính dịng lưu chất truyền nhiệt trao đổi nhiệt kênh micro hai lớp Dựa vào hệ số Nusselt trung bình, hệ số ma sát hiệu suất, họ kết luận trao đổi nhiệt kênh micro có chiều cao từ - 1,5 mm, chiều rộng từ 0,4 - 0,6 mm khoảng cách từ 0,6 - 0,8 mm cho thấy hiệu suất trao đổi nhiệt tốt Zhou [4] cộng họ tiếp tục nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt trao đổi nhiệt kênh micro đồng chế tạo quy trình phay Hình 1.1, sử dụng nước khử ion làm chất làm mát, hệ số Nusselt hệ số Poiseuille loạt hệ số Reynold trình bày so sánh Dựa kết thực nghiệm mơ số, thơng số hình học tối ưu kênh micro có chiều cao 0,5 mm, chiều rộng từ 0,4 - 0,6 mm khoảng cách 0,4 mm đạt tăng cường truyền nhiệt độ nhỏ gọn trao đổi nhiệt kênh micro Hình 1 Sơ đồ cấu trúc dòng chảy kênh micro [4] Jia [5] cộng nghiên cứu so sánh đặc tính truyền nhiệt q trình sơi tổn thất áp suất thiết bị tản nhiệt kênh micro có vách nhiều lỗ rỗng, thí nghiệm thực với chất lỏng acetone tinh khiết nhiệt độ đầu vào 30oC Kết thí nghiệm chứng minh kênh micro có tăng cường truyền nhiệt đáng kể, giảm sụt áp, giảm thiểu ổn định dòng chảy hai pha, giảm nhiệt vách bắt đầu đun sôi cải thiện mật độ dòng nhiệt tới hạn so với kênh micro chữ nhật Rostami [6] cộng nghiên cứu truyền nhiệt liên hợp kênh micro với vách lượn sóng, mơi chất nước thiết bị làm từ silicon Họ kết luận việc sử dụng vách lượn sóng thay vách phẳng làm tăng tốc độ truyền nhiệt, hệ số Nusselt kênh micro vách lượn sóng cao so với kênh micro vách phẳng Magnini [7] cộng nghiên cứu phương pháp số trình bày kết phân tích có hệ thống tác động hình dạng kênh đến đặc tính động lực học bong bóng truyền nhiệt Nghiên cứu nhấn mạnh hiệu suất truyền nhiệt cho hình dạng kênh khác có liên quan chặt chẽ đến phân bố màng chất lỏng xung quanh bong bóng Col [8] cộng nghiên cứu sôi đối lưu dòng lưu chất kênh micro đơn hình trịn, q trình sơi HFC-134a HFC-32 với đường kính 0,96 mm Ở nhiệt độ mật độ dòng nhiệt, hệ số truyền nhiệt cao so với môi chất lỏng áp suất thấp Hệ số truyền nhiệt [17] Houpei Li, Pega Hrnjak, “Heat transfer and pressure drop of R32 evaporating in one pass microchannel tube with parallel channels”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2018, 526–540 [18] Burak Markal, Orhan Aydin, Mete Avci, “An experimental investigation of saturated flow boiling heat transfer and pressure drop in square microchannels”, International Journal of Refrigeration, 2015, S0140-7007 [19] Rahim Jafari, Tuba Okutucu-Ozyurt, Hakkı Özgür Ünver, Özgür Bayer, “Experimental Investigation of Surface Roughness Effects on the Flow Boiling of R134a in Microchannels”, Experimental Thermal and Fluid Science, 2016, S08941777 [20] Ayoub Abdollahi, Stuart E Norris, Rajnish N Sharma, “Fluid Flow and Heat Transfer of Liquid-Liquid Taylor Flow in Square Micro-channels”, Applied Thermal Engineering, 2020, S1359-4311 [21] Minqiang Pan, Hongqing Wang, Yujian Zhong, Minglong Hu, Xiaoyu Zhou, Guanping Dong, Pingnan Huang, “Experimental investigation of the heat transfer performance of microchannel heat exchangers with fan-shaped cavities”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, 1199–1208 [22] Jung-Yeul Jung, Hoo-Suk Oh, Ho-Young Kwak, “Forced convective heat transfer of nanofluids in microchannels”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2009, 466–472 [23] Shou-Shing Hsieh , Yu-Cheng Hsieh, Ya-Chiao Hsu, Ching-Feng Huang, “Low Reynolds numbers convective heat transfer enhancement in roughened microchannels”, International Communications in Heat and Mass Transfer, 2020, 104486 [24] Z Azizi, A Alamdari , M.R Malayeri, “Convective heat transfer of Cu– water nanofluid in a cylindrical microchannel heat sink”, Energy Conversion and Management, 2015, 515–524 62 [25] Mohammad Kalteh, Abbas Abbassi, Majid Saffar-Avval, Arjan Frijns, Anton Darhuber, Jens Harting, “Experimental and numerical investigation of nanofluid forced convection inside a wide microchannel heat sink”, Applied Thermal Engineering, 2012, 260-268 [26] Osamu Tonomura, Manabu Kano, Shinji Hasebe, “Shape Optimization of Microchannels Using CFD and Adjoint Method”, 20th European Symposium on Computer Aided Process Engineering 2010 [27] M Magnini, J.R Thome, “A CFD study of the parameters influencing heat transfer in microchannel slug flow boiling”, International Journal of Thermal Sciences, 2016, 119-136 [28] Yue Seong Ong, Ku Zilati Ku Shaari, “CFD investigation of the feasibility of polymer-based microchannel heat sink as thermal solution”, Chinese Journal of Chemical Engineering, 2020, S1004-9541 [29] Chang Yue, Quan Zhang, Zhiqiang Zhai, Li Ling, “CFD simulation on the heat transfer and flow characteristics of a microchannel separate heat pipe under different filling ratios”, Applied Thermal Engineering, 2018, S1359-4311 [30] Thanhtrung Dang, Jyh-tong Teng, “The effects of configurations on the performance of microchannel counter-flow heat exchangerseAn experimental study”, Applied Thermal Engineering, 2011, 3946 – 3955 [31] Thanhtrung Dang, Jyh-tong Teng, Jiann-cherng Chu, “A study on the simulation and experiment of a microchannel counter-flow heat exchanger”, Applied Thermal Engineering, 2010, 2163-2172 [32] Batan Le, Tansa Nguyen, Thanhtrung Dang, Tronghieu Nguyen, and Jyhtong Teng, “The effects of mass flow rate on heat transfer behaviours for two phase flow in rectangular microchannels”, HỘI NGHỊ KH&CN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC, 2016 63 [33] Batan Le, Vanmanh Nguyen, and Thanhtrung Dang, “The Effects of Inlet Temperature on Heat Transfer Behaviours of Evaporation in Rectangular Microchannels”, International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology, 2017, Vol [34] Thanhtrung Dang, Jyh-Tong Teng, “Comparisons of the heat transfer and pressure dropof the microchannel and minichannel heat exchangers ”, Heat Mass Transfer, 2011, 1311–1322 [35] Thanhtrung Dang, Hoangtuan Nguyen, Giadat Nguyen, “Experimental Investigations for Fluid Flow Characteristics of Refrigerant R134a in a Microtubes Evaporator”, International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD), 2018 [36] Kimhang Vo, Thanhthao Nguyen, Thanhtrung Dang, Tronghieu Nguyen, Hoangtuan Nguyen, “An Experimental Investigation on the Heat Transfer Coefficient of CO2 in Minichannel and Microchannel Evaporators”, International Conference on “Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications” PHENMA, 2019 [37] Congkhanh Le, Thanhtrung Dang, Batan Le, Kiencuong Giang, “The Comparisons OnDistribution Between Perpendicular Flow And Parallel Flow Of Microchannel Evaporators By The Separated Manifolds”, Mechanics, Materials Science & Engineering, 2018, 2412-5954 [38] Nguyễn Tấn Sa, “ Ảnh hưởng lưu lượng nhiệt độ đến truyền nhiệt tổn thất áp suất trình bay kênh micro”, ngày 19 tháng 09 năm 2016, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [39] Nguyễn Văn Mạnh, “Nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng hình học đến q trình bay kênh micro cho dịng chảy hai pha”, ngày 19 tháng 09 năm 2017, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM 64 [40] Nguyễn Ngọc Sang, “Nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng hình học đến q trình bay kênh micro cho dịng chảy hai pha”, ngày 04 tháng 04 năm 2019, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [41] PGS.TS Hồng Đình Tín, “Cơ sở truyền nhiệt thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt”, nhà xuất Đại học quốc gia TP.HCM năm 2013 [42] Yunus A Cengel, “Internal Forced Convection”, in Heat Transfer: A Practical Approach, 2nd end New York: McGraw –Hill, 2002, pp 419-440 [43] S.Kandlikar, S.Garimella, D.Li, S.colin, M.R.King, “Heat transfer and fluid flow in minichannels and microchannels”, Elsevier Internet Homepage, 2006 [44]https//vi.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A0nh_ph%E1%BB%91_H%E1%B% 93_Ch%C3%AD_Minh 65 PHỤ LỤC 66 67 68 69 70 EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON PRESSURE DROP AND HEAT TRANSFER BEHAVIORS OF THE MICROCHANNEL EVAPORATORS USING THE BOILER FEED WATER Thanhtrung Dang Huyvu Nguyen Batan Le Jyh-tong Teng Department of Thermal Department of Thermal Department of Thermal Department of Engineering, Engineering, Engineering, Mechanical Engineering, HCMC University of HCMC University of HCMC University of Chung Yuan Christian Technology and Technology and Technology and University, Chungli City, Education Education Education Taiwan HCM City, Vietnam HCM City, Vietnam HCM City, Vietnam trungdang@hcmute.edu.vn ks.nguyenhuyvu@gmail.com lebatan@hcmute.edu.vn jtteng1@gmail.com Abstract–In this study, the pressure drop and heat transfer making a deeply research related to microchannel heat behaviors of the microchannel evaporators using the exchangers, boiler feed water were investigated experimentally The evaporators Regarding to this field, Li et al [1] physical and chemical components of the boiler feed investigated in single-phase heat transfer and flow water were also determined for this case study The characteristics of microchannels with microribs The results of the pressure drop obtained from two results showed that the Nusselt number increases with measurement methods are the same, with the maximum increasing of volumetric flow rate and inlet temperature percentage error is less than 3% At the low flow rate, the Besides, the friction factor decreases with increasing of microchannel evaporator with short channel length has inlet temperature In addition, they also showed that the lower pressure drop; however, this evaporator has higher thermal pressure drop at the high flow rate The experimental data microchannels with rectangular ribs on one side was above are essential for designing the microchannel higher than those of the smooth rectangular microchannel evaporators and the rectangular microchannels with rectangular ribs especially performance with index the of the microchannel rectangular on both sides Keywords - Heat transfer rate, pressure drop, boiler feed water, evaporation, water hardness, microchannel Yin et al [2] studied in the heat transfer and pressure drop characteristics of water flow boiling in open microchannels using deionized (DI) water as a working I INTRODUCTION fluid The results showed that the small size - open One of the most interesting topics in this decade is microchannel with a great number of channels gives a energy saving and environmental protection Compacting better heat dissipation capability and a higher pressure and intergrating are the primary tasks for getting higher drop in stratified flow regimes The fluid flow and heat heat transfer efficiency Therefore, it is very necessary to transfer characteristics of double-layer microchannel heat learn about pressure drop and heat transfer behaviors by exchanger are investigated by Zhou et al [3] The results indicated that the microchannel heat exchanger with the [8] The results indicated that larger channel diameter and height of 1-1.5mm, the width of 0.4-0.6mm and 0.6- longer channel length show less flow reversal with a 0.8mm lower frequency Foo et al [9] studied in the single-phase in spacing shows better heat exchange performance Jia et al [4] studied on the comparison of convective flow drop microchannels by using macro geometry and distilled characteristics in porous-wall microchannel heat sink with water as the working fluid The results showed that the the working fluid of pure acetone liquid The results microchannels with higher wave amplitudes and shorter showed that comparing to the conventional rectangular wavelengths give better heat transfer performance microchannel heat sink, the porous-wall microchannel Besides, the enhanced microchannel is capable of heat sink has better critical heat flux Besides, the porous- removing 51% heat comparing to the plain annular wall microchannel heat sink reduces the pressure drop channel, at a given pumping power Markal et al [10] and gives significant enhancement on heat transfer focused on the heat transfer and the pressure drop of the Rostami et al [5] focused on conjugate heat transfer in saturated flow boiling in square microchannels The wavy walls microchannels with different geometrical results showed that the local two phase heat transfer parameters for searching the optimum geometry with the coefficient decreases with increasing of heat flux largest Nusselt number The results indicated that the Whereas, the total pressure drop increases with increasing Nusselt number in wavy microchannel is larger than the of heat flux; however, pressure drop generally decreases one of flat walls microchannels Besides, there is an with increasing the mass flux for a constant heat flux The optimum geometry for wavy walls in opposite of flat effect of surface roughness on the hydrodynamic and walls microchannels, which give the largest Nusselt thermal performance of microchannel evaporators was number studied by Jafari et al [11] The results showed that the boiling heat transfer and pressure heat transfer performance of wavy Col et al [6] measured the heat transfer coefficients two-phase heat transfer coefficient is capable of during flow boiling of HFC-134a and HFC-32 in single increasing up to 45% with increasing surface roughness at circular channel The results showed that R134a shows low to moderate heat flux Abdollahi et al [12] studied on lower saturation and higher pressure than R32 In the fluid flow and heat transfer of liquid-liquid Taylor addition, the heat transfer coefficient of R134a and R32 flow in a square microchannel The results indicated that depend on the heat flux strongly; however, it does not liquid-liquid Taylor flow is capable of increasing the rate depend on the mass flux Besides, the heat transfer of heat transfer up to 700 % comparing to that single coefficients rise with the rising of heat flux in the phase flow Besides, the friction factor decreases with saturated region Morshed et al [7] studied in the effect of increasing of the Reynolds Number from to 100 the Al2O3 nanoparticle deposition on flow boiling From the literature reviews above, the deionized performance of deionized water in a single microchannel water and several refrigerants were used as the working The experiments were carried out in a copper fluid to investigate The effects of the physical and microchannel coated with Al2O3 nanoparticle The results chemical components of several types of water on showed that the heat transfer coefficient reduces evaporation in microchannel heat sinks did not mention marginally, the critical heat flux increases up to 39% for clearly, especially with the boiler feed Therefore, it is the nanoparticles coated surface comparing to the bare important to experiment a case study on pressure drop surface The effect of channel geometry on flow reversal and heat transfer phenomena of microchannel evaporators in microchannel evaporators was investigated by Li et al using the boiler feed water II METHODOLOGY A and specific heat maintained at a constant pressure of 904 Structure design J/(kgK) The governing equations were used as follows: Based on the scope of the study, three types of The evaporative heat transfer rate was calculated as: Q = m × (h2 – h1), W Aluminum microchannel evaporators were designed and manufactured with the evaporative capacity around 250W Fig.1 shows the dimensions of these microchannel For the sensible heat, the evaporative heat transfer rate was calculated as: Q = m × cp × (T2 – T1), W evaporators These three samples are almost the same, only with a different channel length, as shown in Table The pressure drop was determined as: p = p2 – p1, Pa and Fig.2 where cp is specific heat at constant pressure, m is mass flow rate (kg/s), h is enthalpy (kJ/(kg.K), p is pressure (Pa), and T is temperature (K) The subscripts: stands for inlet and stands for outlet B Experimental Setup The schematic diagram of the test loop is shown in Fig The microchannel evaporator was heated on two surfaces by two resistors Each resistor has the power input of 150 W The Fig.4 shows the real photo of the system The accuracy of parameters is listed in Table There are some devices were used for experimental setup: Figure Dimensions of the microchannel evaporators Temperature sensors: T – types Infrared thermometer, Raynger@ST, made by Raytek Thermal camera, Fluke Ti9, made by Fluke, USA Pumps: PU-2087, manufactured by Jasco Heater: AXW-8, manufactured by Medilab Pressure sensor: made by SENSYS, Korea Figure Three types of microchannel evaporators Difference pressure transducer: PMP4110, manufactured by Duck Electric balance: TE-214S, manufactured by Sartorious Table Summary of microchannel dimensions Sample Length (mm) Width (mm) Thickness (mm) A B C 140 160 180 14 14 14 2.2 2.2 2.2 Hydraulic diameter (mm) 0.9 0.9 0.9 Aluminum was used for the substrate with a thermal conductivity of 237 W/(mK), a density of 2,700 kg/m3, Figure Schematic diagram of the test loop Table Accuracy of parameters Parameters Temperature Thermal camera Infrared thermometer Pressure Pressure drop Mass flow rate Power meter Tolerance ± 0.1 °C 2%  C of reading ± 0.05% FS ± 0.04% FS ± 0.0015 g ± 0.01% 3.1 The experimental results for the sample A From experimental data for the sample A, with the inlet water temperature of 40 °C, the resistor power for evaporation is 150 W at the mass flow rate of 0.04 g/s and the resistor power for evaporation is 299 W at the mass flow rate of 0.1 g/s It is indicating that the resistor power increases as increasing the mass flow rate When the mass flow rate increases from 0.04 g/s to 0.1 g/s, the pressure drop (1) obtained from the two pressure sensors increases from 687 Pa to 1687 Pa while the pressure drop (2) obtained from the difference pressure transducer increases from 707 Pa to 1707 Pa The maximum difference of the pressure drop between two measument methods is 20 Pa, Figure A photo of the test loop with the maximum percentage error is less than 3% This has shown that the experimental pressure drop results in In this case study, the boiler feed water has the this study are reliable, as shown in Fig chemical and physical components: DO (Dissolved Oxygen) is 7.04 mgO2/L; NTU (Nephelometric Turbidity Unit) is 0; PH (Power of Hydrogen) is 8.7; water hardness is 22 mgCaCO3/L; and TDS (Total Dissolved Solids) is 0.6 ppm The TDS number in this study is met with the ABMA (American Boiler Manufacturers Association) standards The pressure drops for these evaporators were determined experimentally for two measurement methods to double check: The pressure drop was determined by Figure The pressure drop vs the mass flow rate for the two pressure sensors at the heads of the evaporator and sample A the pressure drop was determined by a difference pressure transducer With the same flow rate condition, when the inlet water temperature is changed from 40 C to 60 C, the heat transfer rate of evaporation is reduced This rule was III RESULTS AND DISCUSSION achieved for the rising of the mass flow rate from 0.04 g/s Experimental data obtained from the microchannel to 0.1 g/s At the inlet water temperature of 40 C, the evaporators are under the constant room temperature heat transfer rate of evaporation increases from 103.6 W condition of 29 °C The mass flow rate of the boiler feed to 252.8 W as increasing the mass flow rate from 0.04 g/s water is changing from 0.04 g/s to 0.1 g/s The inlet water to 0.1 g/s However, at the same flow rate of 0.04g/s, the temperature is changing from 40 °C to 60 °C The outlet heat transfer rate is reduced from 103.6 W to 100.9 W steam temperature is kept at 107 °C With the outlet when the inlet water temperature increases from 40 C to steam pressure is less than 102800 Pa, its state is 60 C, as shown in Fig This phenomenon is due to the superheated inlet water temperature increases, the Enthalpy increases, leading to the heat transfer rate for evaporation decreases if the outlet steam condition is constant Figure The heat transfer rate of evaporation for the sample B Figure The heat transfer rate of evaporation for the sample A 3.3 The experimental results for the sample C As the same rule with the sample A and the sample B, the 3.2 The experimental results for the sample B Fig shows a relationship between the pressure drop and From experimental data for the sample B, with the inlet the mass flow rate of the sample C at the inlet water water temperature of 40 °C, the resistor power for temperature of 40 oC When the mass flow rate increases evaporation is 160 W at the mass flow rate of 0.04 g/s from 0.04 g/s to 0.1 g/s, the pressure drop increases from The Fig shows a relationship between the pressure drop 1000 Pa to 1395 Pa The results of the pressure drop and the mass flow rate of the sample B at the inlet water obtained from two measurement methods are also the temperature of 40 oC When the mass flow rate increases same for sample C From three figures (Fig 5, Fig 7, and from 0.04 g/s to 0.1 g/s, the pressure drop increases from Fig 9), it is observed that at the low flow rate, the 948 Pa to 1473 Pa The results of the pressure drop evaporator with short channel length has lower pressure obtained from two measurement methods are the same for drop; however, this evaporator has higher pressure drop at sample B The evaporative heat transfer rate of the sample the high flow rate It is due to the effects of the heat B is shown in Fig At the inlet water temperature of 40 transfer from the resistor to the fluid flow C, the heat transfer rate of evaporation increases from 107 W to 257.8 W as increasing the mass flow rate from 0.04 g/s to 0.1 g/s Figure The pressure drop vs the mass flow rate for the sample C The evaporative heat transfer rate of the sample C is shown in Fig 10 From three figures (Fig 6, Fig 8, and Figure The pressure drop vs the mass flow rate for the sample B Fig 10), it is indicated that the sample A has the most stable heat for evaporation Besides, using the same the resistor, the inlet water temperature, and the mass flow ACKNOWLEDMENTS rate, the sample A has lowest resistor power The The supports of this work by the project No B2020-SPK- experimental data above are essential to verify the results 04 (sponsored by the Vietnam Ministry of Education and of the numerical simulation, making an important Training) are deeply appreciated contribution for designing the microchannel evaporator REFERENCES [1] Juan Li, Zhangyu Zhu, Liang Zhao, Hao Peng, “Experimental investigation of the heat transfer and flow characteristics of microchannels with microribs”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, Volume 143, 118-482 [2] Liaofei Yin , Peixue Jiang , Ruina Xu , Haowei Hu , Li Jia, “Heat transfer and pressure drop characteristics of water flow boiling in open microchannels”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, 204–215 [3] Fang Zhou, Wei Zhou, Qingfu Qiu, Wei Yu, Xuyang Chu, Figure 10 The heat transfer rate of evaporation for the sample C “Investigation of Fluid Flow and Heat Transfer Characteristics of Parallel Flow Double-Layer Microchannel Heat Exchanger”, Applied Thermal Engineering, 2018, S1359-4311 [4] Y.T Jia, G.D Xia, L.X Zong, D.D Ma, Y.X Tang, “A comparative IV CONCLUSION The pressure drop and heat transfer behaviors of the study of experimental flow boiling heat transfer and pressure drop characteristics in porous-wall microchannel heat sink”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2018, 818–833 microchannel evaporators using the boiler feed water [5] Javad Rostami, Abbas Abbassi, Majid Saffar-Avval, “Optimization of have investigated experimentally The physical and conjugate heat transfer in wavy walls microchannels”, Applied Thermal chemical components of the boiler feed water were also Engineering 82, 2015, 318-328 [6] Davide Del Col, Stefano Bortolin, Luisa Rossetto, “Convective determined for this case study The results of the pressure boiling inside a single circular microchannel”, International Journal of drop obtained from two measurement methods are the Heat and Mass Transfer, 2013, 1231–1245 same, with the maximum percentage error is less than 3% [7] A.K.M.M Morshed, Titan C Paul, Jamil A Khan, “Effect of Al2O3 nanoparticle deposition on flow boiling performance of water in a microchannel”, Experimental Thermal and Fluid Science, 2013, 6–13 At the low flow rate, the microchannel evaporator with [8] Huize Li, Pega Hrnjak, “Effect of channel geometry on flow reversal short channel length has lower pressure drop; however, in microchannel evaporators”, International Journal of Heat and Mass this evaporator has higher pressure drop at the high flow Transfer, 2017, 1–10 [9] Zi Hao Foo, Kai Xian Cheng, Aik Ling Goh, Kim Tiow Ooi, “Single- rate Some typical results for the sample A at the inlet phase convective heat transfer performance of wavy microchannels in water temperature of 40 C and the outlet steam macro geometry”, Applied Thermal Engineering, 2018, S1359-4311 temperature of 107 C: when the mass flow rate increases [10] Burak Markal, Orhan Aydin, Mete Avci, “An experimental investigation of saturated flow boiling heat transfer and pressure drop in from 0.04 g/s to 0.1 g/s, the pressure drop increases from square microchannels”, International Journal of Refrigeration, 2015, 707 Pa to 1707 Pa and the heat transfer rate of S0140-7007 evaporation increases from 103.6 W to 252.8 W also In addition, the experimental results are valuable for [11] Rahim Jafari, Tuba Okutucu-Ozyurt, Hakkı Özgür Ünver, Özgür Bayer, “Experimental Investigation of Surface Roughness Effects on the Flow Boiling of R134a in Microchannels”, Experimental Thermal and calculating design and numerical simulation of the Fluid Science, 2016, S0894-1777 microchannel evaporators [12] Ayoub Abdollahi, Stuart E Norris, Rajnish N Sharma, “Fluid Flow and Heat Transfer of Liquid-Liquid Taylor Flow in Square Microchannels”, Applied Thermal Engineering, 2020, S1359-4311 ... nhiệt kênh micro hai điện trở 36 xvii 4.2 Quá trình sinh nhiệt nước cấp lò 37 4.2.1 Nước cấp lò hơi? ?? mẫu A 37 4.2.2 Nước cấp lò – Mẫu B 39 4.2.3 Nước cấp lò – Mẫu... nước cấp lò 11 chưa nghiên cứu Vì việc ? ?Nghiên cứu thực nghiệm trình bay nước cấp lò kênh micro? ?? cần thiết 1.3 Mục tiêu đề tài - Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu hệ số truyền nhiệt tổng trình bay. .. lưu chất: nước cấp lò hơi, nước tinh khiết, nước khoáng nước cất So sánh với kênh mini có kích thước 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu đề cập chủ yếu trình bay loại nước có tên nước cấp lị khơng