Nghiên cứu thực nghiệm hệ số tỏa nhiệt đối lưu thiết bị bay hơi kênh mini công suất 250w

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT 12 DANH MỤC BẢNG VÀ ĐỒ THỊ 14 DANH MỤC HÌNH ẢNH 16 CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiêt đề tài 1.2 Tổng quan nghiên cứu .2 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 13 1.3 Mục đích chọn đề tài .16 1.4 Đối tượng nghiên cứu giới hạn đề tài .16 1.5 Nội dung nghiên cứu .16 1.6 Phương pháp thực đề tài 17 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18 2.1 Cơ sở truyền nhiệt 18 2.1.1 Dẫn nhiệt .18 2.1.2 Trao đổi nhiệt đối lưu .19 2.1.3 Trao đổi nhiệt xạ 19 2.2 Nghiên cứu dịng sơi mơi chất hai pha liên quan đến q trình bay 20 2.3 Cơ sở thực nghiệm 21 2.4 Các cơng thức tính tốn liên quan 22 2.4.1 Dòng nhiệt truyền qua thiết bị 22 2.4.2 Mật độ dòng nhiệt 22 2.4.3 Nhiệt độ trung bình Logarit 23 2.4.4 Tiêu chuẩn Reynolds 24 2.4.5 Tiêu chuẩn Prandtl 25 2.4.6 Hệ số truyền nhiệt tổng 25 2.4.7 Hiệu suất truyền nhiệt .26 2.4.8 Tổn thất áp suất 26 CHƯƠNG THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM .29 3.1 Thiết lập mơ hình thiết bị trao đổi nhiệt kênh mini .29 3.1.1 Tính tốn thiết kế kênh mini ống dẹp .29 3.1 Dụng cụ thí nghiệm .33 3.1.1 Bơm Jasco: PU-2087 plus 33 3.1.2 Bình điều áp 34 3.1.3 Cột gia nhiệt 35 3.1.4 Dimmer 36 3.1.5 Điện trở 37 3.1.6 Bộ xử lý tín hiệu MX100 38 3.1.7 Thiết bị hiển thị thông số 39 3.1.8 Đồng hồ đa Autonics MT4W 40 3.1.9 Mơ hình thực nghiệm .42 3.2 Các thiết bị phụ khác thí nghiệm 44 3.2.1 Ampe kiềm .44 3.2.2 VOM .45 3.2.3 Camera nhiệt 45 3.2.4 Thiết bị đo nhiệt độ EXTECH 421509 46 3.3 Quy trình thực nghiệm 48 CHƯƠNG CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 4.1 Sự phân bố trường nhiệt độ bề mặt kênh mini .50 4.1.1 Gia nhiệt kênh mini ống dẹp điện trở .50 4.1.2 Gia nhiệt kênh mini ống dẹp hai điện trở 51 4.2 Quy trình tính tốn 54 4.3 Tính tốn từ thực nghiệm trình sinh nhiệt 55 4.3.1 Đối với nước tinh khiết 55 4.3.1.1 Nhiệt lượng bay 55 4.3.1.2 Mật độ dòng nhiệt 59 4.3.1.3 Hệ số truyền nhiệt tổng .61 4.3.1.4 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu 62 4.3.1.5 Tổn thất áp suất kênh mini .67 4.3.1.6 Hiệu suất trình sinh nhiệt .70 4.3.2 Đối với nước cất .73 4.3.2.1 Nhiệt lượng bay 74 4.3.2.2 Mật độ dòng nhiệt 77 4.3.2.3 Hệ số truyền nhiệt tổng .79 4.3.2.4 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu 81 4.3.2.5 Hiệu suất trình sinh nhiệt .86 4.4 So sánh giá trị thực nghiệm nước tinh khiết nước cất 89 4.4.1 Mật độ dòng nhiệt 89 4.4.2 Hệ số truyền nhiệt tổng 90 4.4.3 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu .90 4.4.4 Hiệu suất truyền nhiệt .91 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .93 5.1 Kết luận .93 5.2 Kiến nghị .94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC 100 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT I KÝ TỰ LA TINH Ac : Diện tích mặt cắt, m2 A : Diện tích truyền nhiệt, m2 Cp : Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp, J/kgoC f : Hệ số ma sát bề mặt ống L : Chiều dài kênh mini, m m : Lưu lượng khối lượng, kg/s p : Áp suất, Pa P : Chu vi ướt, m Pn : Công suất nguồn, W Q : Dòng nhiệt truyền qua thiết bị, W q : Mật độ dòng nhiệt, W/m2 Ti : Nhiệt độ trung bình lưu chất trạng thái lỏng đầu vào oC To : Nhiệt độ trung bình lưu chất trạng thái đầu oC Ts : Nhiệt độ trung bình bề mặt oC G : Mật độ khối, kg/m2s I1 : Enthalpy nhiệt độ trạng thái lỏng đầu vào, kJ/kg I2 : Enthalpy nhiệt độ trạng thái đầu ra, kJ/kg U : Hệ số truyền nhiệt tổng,W/m2.oC V : Vận tốc, m/s Vm : Vận tốc trung bình lưu chất bên ống, m/s x : Độ khô lưu chất Tlm : Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit, oC Ptotal : Tổng tổn thất áp suất thiết bị, Pa Pf : Tổn thất áp suất ma sát, Pa P : Tổn thất áp suất ma sát, Pa Pconst : Tổn thất áp suất trình co lại, Pa Pexp : Tổn thất áp suất trình dãn nở, Pa II KÝ TỰ HY LẠP  : Hệ số tỷ lệ rỗng lưu chất  : Hệ số tỏa nhiệt đối lưu, W/m2.oC  : Hiệu suất truyền nhiệt, %  : Hệ số dẫn nhiệt, W/m.oC  : Sức căng bề mặt, N/m  : Độ nhớt động lực học, kg/m.s  : Khối lượng riêng, kg/m3 l : Khối lượng riêng lưu chất trạng thái lỏng, kg/m3 v : Khối lượng riêng lưu chất trạng thái hơi, kg/m3 III IV CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG Pr   a : Tiêu chuẩn Prandtl Re  Le  : Tiêu chuẩn Reynolds DANH MỤC BẢNG VÀ ĐỒ THỊ Bảng 3.1: Thơng số hình học kênh mini 32 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật bơm Jasco PU-2087 PLUS 34 Bảng 3.3: Bảng sai số thiết bị đo 47 Bảng 3.4: Bảng mơ tả bố trí thí nghiệm 47 Bảng 4.1: Bảng giá trị thực nghiệm công suất gia nhiệt nhiệt độ vào, nhiệt độ nhiệt độ bề mặt kênh mini 55 Bảng 4.2: Bảng giá trị độ chênh nhiệt độ trung bình logarit theo Tmax , Tmin nước tinh khiết .56 Bảng 4.3: Bảng giá trị Enthalpy lỏng trạng thái đầu vào trạng thái đầu nước tinh khiết 57 Bảng 4.4: Bảng giá trị nhiệt lượng bay nước tinh khiết 58 Bảng 4.5: Bảng giá trị mật độ dòng nhiệt với lưu chất nước tinh khiết cố định nhiệt độ đầu vào tăng dần lưu lượng 59 Bảng 4.6: Bảng giá trị mật độ dòng nhiệt với lưu chất nước tinh khiết cố định lưu lượng tăng dần nhiệt độ đầu vào 60 Bảng 4.7: Giá trị hệ số truyền nhiệt tổng nước tinh khiết 62 Bảng 4.8: Hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước tinh khiết 63 Bảng 4.9: Giá trị nhiệt lượng bay nước, mật độ dòng nhiệt, hệ số truyền nhiệt tổng hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước tinh khiết cho nhiệt độ đầu vào lại 65 Bảng 4.10: Giá trị thực nghiệm áp suất đầu vào đầu đơn vị (mA) 67 Bảng 4.11: Tổn thất áp suất với lưu chất nước tinh khiết 69 Bảng 4.12: Bảng tổng hợp giá trị công suất nguồn nhiệt nhiệt lượng bay nước tinh khiết ứng với nhiệt độ đầu vào lưu lượng 0.04 g/s nhiệt độ đầu vào tăng từ 400C-600C 71 Bảng 4.13: Bảng hiệu suất truyền nhiệt với lưu chất nước tinh khiết với nhiệt độ 40600C ứng với lưu lượng 0.04 g/s 71 Bảng 4.14: Bảng hiệu suất truyền nhiệt với lưu chất nước tinh khiết với nhiệt độ 40600C ứng với lưu lượng 0.04-0.1 g/s .72 Bảng 4.15: Giá trị nhiệt độ vào, nhiệt độ bề mặt kênh với lưu chất nước cất 74 Bảng 4.16: Giá trị độ chênh nhiệt độ Logarit theo Tmax , Tmin 75 Bảng 4.17: Bảng giá trị Enthalpy lỏng trạng thái đầu vào trạng thái đầu theo nhiệt độ 75 Bảng 4.18: Bảng giá trị nhiệt lượng bay nước cất 76 Bảng 4.19: Bảng giá trị mật độ dòng nhiệt 77 Bảng 4.20: Bảng giá trị mật độ dòng nhiệt với lưu chất nước cất cố định lưu lượng tăng dần nhiệt độ đầu vào .78 Bảng 4.21: Giá trị hệ số truyền nhiệt tổng nước cất 80 Bảng 4.22: Hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước cất 81 Bảng 4.23: Giá trị nhiệt lượng bay nước , mật độ dòng nhiệt, hệ số truyền nhiệt tổng hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước tinh khiết cho nhiệt độ đầu vào lại 83 Bảng 4.24: Bảng tổng hợp giá trị công suất nguồn nhiệt nhiệt lượng bay nước cất ứng với nhiệt độ đầu vào lưu lượng 0.04 g/s nhiệt độ đầu vào tăng từ 400C-600C 86 Bảng 4.25: Bảng hiệu suất truyền nhiệt với lưu chất nước tinh khiết với nhiệt độ 400C-600C ứng với lưu lượng 0.04 g/s 87 Bảng 4.26: Bảng hiệu suất truyền nhiệt với lưu chất nước tinh khiết với nhiệt độ 40600C ứng với lưu lượng 0.04-0.1 g/s .87 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hình dạng kích thước thiết bị bay [19] .8 Hình 1.2: Tỷ số cạnh tổn thất áp suất Hình 1.3: Mơ hình kênh micro có rãnh cắt ngang 10 Hình 1.4: Mơ hình kênh micro mở rộng .11 Hình 1.5: Mơ hình tăng áp suất theo mật độ dịng nhiệt 12 Hình 1.6: Mơ hình tổn thất áp suất phụ thuộc vào mật độ khối lượng lượng .12 Hình 2.1 Động lực học bọt kênh mini 20 Hình 2.2 Các trạng thái điển hình sơi 21 Hình 2.3: Sơ đồ trao đổi nhiệt lưu động giữ nước khơng khí 23 Hình 2.4: Đường kính thủy lực hình chữ nhật 25 Hình 3.1: Sơ đồ trao đổi nhiệt lưu động giữ nước khơng khí 30 Hình 3.2: Hình 3D kênh mini ống dẹp 31 Hình 3.3: Kích thước dàn bay kênh mini .33 Hình 3.4: Bơm Jasco PU-2087 plus 34 Hình 3.5: Bình điều áp 35 Hình 3.6: Cột gia nhiệt 36 Hình 3.7: Dimmer 37 Hình 3.8: Điện trở sử dụng thí nghiệm 38 Hình 3.8: Kích thước điện trở sử dụng thí nghiệm 38 Hình 3.9: Bộ xử lý tín hiệu MX100 39 Hình 3.10: Thiết bị hiển thị dịng điện, cơng suất 40 Hình 3.11: Đồng hồ hiển thị giá trị áp suất 41 Hình 3.12: Cảm biến chênh lệch áp suất 42 Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý hệ thơng thí nghiệm 43 Hình 3.14: Hệ thống thí nghiệm thực tế .43 Hình 3.15: Ampe kiềm 45 Hình 3.16: Đồng hồ VOM 45 Hình 3.17: Camera nhiệt .46 Hình 3.18: Thiết bị đo nhiệt độ EXTECH 421509 .47 Hình 4.1: Sự phân bố nhiệt độ bề mặt kênh mini điện trở 50 Hình 4.2: Camera nhiệt kênh mini gia nhiệt điện trở 51 Hình 4.3: Sự phân bố nhiệt độ bề mặt kênh mini hai điện trở 52 Hình 4.4: Camera nhiệt kênh mini gia nhiệt điện trở 53 Hình 4.5: Sơ đồ trao đổi nhiệt lưu động nước tinh khiết khơng khí 56 Hình 4.6: Sự ảnh hưởng lưu lượng khối lượng đến nhiệt lượng bay nước tinh khiết 58 Hình 4.7: Sự ảnh hưởng lưu lượng khối lượng đến mật độ dịng nhiệt 60 Hình 4.8: Sự ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào đến mật độ dịng nhiệt .61 Hình 4.9: Sự ảnh hưởng lưu lượng khối lượng đến hệ số truyền nhiệt tổng 62 Hình 4.10: Sự ảnh hưởng của lưu lượng khối lượng đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu lưu chất nước tinh khiết 64 Hình 4.11: Sự ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào đến công suất nguồn nhiệt lưu lượng khối lượng đến nhiệt lượng bay nước tinh khiết 66 Hình 4.12: Ảnh hưởng lưu lượng lưu chất đến áp suất đầu vào đầu kênh mini 70 Hình 4.13: Hiếu suất kênh mini tạng thái hóa nhiệt ứng với lưu lượng 0.04 g/s 0.1 g/s 73 Hình 4.14: Sơ đồ trao đổi nhiệt lưu động nước cất khơng khí 74 Hình 4.15: Sự ảnh hưởng lưu lượng khối lượng đến nhiệt lượng bay nước cất 76 Hình 4.16: Sự ảnh hưởng lưu lượng khối lượng đến mật độ dòng nhiệt nước cất 78 Hình 4.17: Sự ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào đến mật độ dòng nhiệt .79 Hình 4.18: Sự ảnh hưởng lưu lượng khối lượng đến hệ số truyền nhiệt tổng nước cất 80 Hình 4.19: Sự ảnh hưởng của lưu lượng khối lượng đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước cất 82 Hình 4.20: Sự ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào đến công suất nhiệt ảnh hưởng lưu lượng khối lượng đến nhiệt lượng bay nước cất 84 Hình 4.21: Sự ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào lưu lượng khối lượng đến công suất điện trở 85 Hình 4.22: Hiệu suất truyền nhiêt kênh mini trạng thái hóa nhiệt ứng với lưu lượng 0.04 g/s đến 0.1 g/s 88 Hình 4.23: So sánh chênh lệch mật độ dòng nhiệt nước cất nước tinh khiết .89 Hình 4.24: So sánh ảnh hưởng lưu chất đến hệ số truyền nhiệt tổng hai lưu chất nước tinh khiết va nước cất 90 Hình 4.25: So sánh ảnh hưởng lưu lượng đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu hai lưu chất nước tinh khiết nước cất 91 Hình 4.26: So sánh hiêu suất thiết bị bay kênh mini sử dụng hai lưu chất nước tnh khiết nước cất 92 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Bảng 4.25: Bảng hiệu suất truyền nhiệt với lưu chất nước tinh khiết với nhiệt độ 400C-600C ứng với lưu lượng 0.04 g/s Nhiệt độ vào(0C) T=40 T=45 T=50 T=55 T=60 m(g/s) P(W) Q(W) (%) tb (%) 0.04 195 190 170 160 155 100.77428 100.037 99.34008 98.49256 97.627 51.67911795 52.65105263 58.43534118 61.55785 62.98516129 57.46 Tính tương tự cho trường hợp lưu lượng cịn lại ta có bảng 4.26 Bảng 4.26: Bảng hiệu suất truyền nhiệt với lưu chất nước tinh khiết với nhiệt độ 40-600C ứng với lưu lượng 0.04-0.1 g/s Nhiệt độ vào(0C) T=40 T=45 T=50 T=55 T=60 T=40 T=45 T=50 T=55 T=60 T=40 T=45 T=50 T=55 T=60 T=40 T=45 T=50 T=55 T=60 T=40 T=45 T=50 m(g/s) 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 P(W) Q(W) (%) 195 190 170 160 155 230 200 195 195 190 235 215 215 215 200 235 225 210 210 195 240 235 220 100.77428 100.037 99.34008 98.49256 97.627 125.8957 124.94295 124.04065 123.1506 121.99275 150.98826 149.84448 148.83696 147.62082 146.2431 176.09445 174.81968 173.58628 172.18124 170.50145 201.25272 199.74536 198.35216 51.67911795 52.65105263 58.43534118 61.55785 62.98516129 54.73726087 62.471475 63.61058974 63.15415385 64.20671053 64.2503234 69.69510698 69.22649302 68.66084651 73.12155 74.93380851 77.69763556 82.66013333 81.99106667 87.43664103 83.8553 84.99802553 90.16007273 tb (%) 57.46 61.64 68.99 80.94 90.01 87 Báo cáo đồ án tốt nghiệp T=55 T=60 T=40 T=45 T=50 T=55 T=60 T=40 T=45 T=50 T=55 T=60 0.09 0.1 GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 210 200 265 250 245 235 230 280 270 265 260 255 196.53192 194.8604 226.42776 224.67663 222.94251 220.98771 219.06855 251.5864 249.4546 247.6942 245.3361 243.183 93.58662857 97.4302 85.44443774 89.870652 90.99694286 94.0373234 95.24719565 89.85228571 92.39059259 93.46950943 94.36003846 95.36588235 91.12 93.09 Từ bảng 4.26 ta thấy tăng lưu lượng từ 0.04 g/s đến 0.08 g/s hiệu suất truyền nhiệt tăng từ 57.46% đến 90.01% Khi lưu lượng tăng từ 0.08 g/s đến 0.1 g/s hiệu suất tăng không đáng kể từ 90.01% đến 93.09% đạt giá trị hiệu suất truyền nhiệt cao lưu lượng 0.1 g/s thể Hình 4.23 100 90 Hiệu suất (%) 91.12 93.09 0.08 0.09 0.1 80.94 80 68.99 70 60 90.01 57.46 61.64 50 40 30 20 10 0.04 0.05 0.06 0.07 Lưu lượng khối lượng (g/s) Hình 4.23: Hiệu suất truyền nhiêt kênh mini trạng thái hóa nhiệt ứng với lưu lượng 0.04 g/s đến 0.1 g/s 88 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 4.4 So sánh giá trị thực nghiệm nước tinh khiết nước cất 4.4.1 Mật độ dòng nhiệt Kết khảo sát cho thấy mật độ dòng nhiệt nước cất thấp nước tinh khiết chênh lệch mật độ dòng nhiệt hai loại nước khơng đáng kể thể Hình 4.24 Cụ thể nhiệt độ đầu vào 400C ứng vói lưu lượng 0.04 g/s mật độ dịng nhiệt nước cất 44788.5689 W/m2 nước tinh khiết 44803.0044 W/m2, giá trị lưu lượng 0.1 g/s mật độ dòng nhiệt nước cất 111816.1778 W/m2 nước tinh khiết 111871.2 W/m2 120000 Mật độ dòng nhiệt (W/m2) 100000 80000 60000 40000 20000 0.04 Nước tinh khiết 44803.0044 Nước cất 0.05 55999.2 0.06 0.07 0.08 67171.4933 78327.9778 89515.5422 44788.5689 55953.64444 67105.8933 78264.2 89445.6533 0.09 100683.76 0.1 111871.2 100634.56 111816.1778 Lưu lượng khối lượng (g/s) Hình 4.24: So sánh chênh lệch mật độ dòng nhiệt nước cất nước tinh khiết Từ kết thay đổi lưu lượng ta có nhận xét dịng hai pha có mật độ dòng nhiệt cao nhiều so với dòng pha 89 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 4.4.2 Hệ số truyền nhiệt tổng Tương tự với điều kiện với nhiệt độ đầu vào 400C giá trị lưu lượng tăng từ 0.04 g/s đến 0.1 g/s hệ số truyền nhiệt tổng tăng dần theo lưu lượng hai trường hợp nước cất nước tinh khiết Nhưng sử dụng nước tinh khiết hệ số truyền nhiệt tổng thu cao sử dụng nước cất thể Hình 4.25 Cụ thể nhiệt độ đầu vào 400C ứng với lưu lượng 0.04 g/s hệ số truyền nhiệt tổng nước tinh khiết 1349.26215 W/m2.0C nước cất 1195.9928 W/m2.0C Hệ số truyền nhiệt tổng (W/m2.0C) 3500 3185.71614 2782.20378 3000 2354.5766 2500 2225.76405 1805.16125 2000 2645.06709 2295.50741 2088.38099 1610.9296 1500 2938.96344 1748.90854 1349.26215 1508.94608 1000 1195.39928 500 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Lưu lượng khối lượng(g/s) Nước tinh khiết Nước cất Hình 4.25: So sánh ảnh hưởng lưu chất đến hệ số truyền nhiệt tổng hai lưu chất nước tinh khiết va nước cất 4.4.3 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu 90 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Tương tự với điều kiện với nhiệt độ đầu vào 400C giá trị lưu lượng tăng từ 0.04 g/s đến 0.1 g/s hệ số tỏa nhiệt đối lưu tăng dần theo lưu lượng hai trường hợp nước cất nước tinh khiết Nhưng sử dụng nước tinh khiết hệ số tỏa nhiệt đối lưu thu cao sử dụng nước cất thể Hình 4.26 Cụ thể nhiệt độ đầu vào 400C ứng với lưu lượng 0.04 g/s hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước tinh khiết 1352.3418 W/m2.0C nước cất 1197.8159 W/m2.0C Tại lưu lượng 0.1 g/s hệ số tỏa nhiệt nước tinh khiết 3202.9375W/m2.0C nước cất 2953.6142 W/m2.0C Đối với trường hợp nhiệt độ đầu vào lại tăng lưu lượng từ 0.04 g/s đến 0.1 g/s có quy luật tương tự trường hợp nhiệt độ đầu vào 400C 3500 3202.9375 2795.3298 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu (W/m2.0C) 3000 2500 2234.1568 1810.6778 2000 1615.3214 1500 1352.3418 2363.9709 2953.6142 2656.9283 2304.4354 2095.7679 1754.0861 1512.7988 1000 1197.8159 500 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Lưu lượng khối lượng (g/s) Nước tinh khiết Nước cất Hình 4.26: So sánh ảnh hưởng lưu lượng đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu hai lưu chất nước tinh khiết nước cất 4.4.4 Hiệu suất truyền nhiệt 91 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Ta thấy lưu lượng tăng từ 0.04 g/s – 0.05 g/s hiệu suất truyền nhiệt có xu hướng tăng dần tương đối đồng hai loại nước, điển hình nước tinh khiết lưu lượng 0.04 g/s hiệu suất 58.78% nước cất 57.46% Tuy nhiên giá trị lưu lượng cao 0.05 g/s tăng có xu hướng khác biệt cách rõ ràng loại nước Điển hình lưu lượng 0.06 g/s hiệu suất truyền nhiệt dùng nước tinh khiết 71.79% nước cất 68.99% nhiên khác biệt không đáng kể Với lưu lượng từ 0.07 g/s đến 0.08 g/s hiệu suất truyển nhiệt sử dụng hai loại nước có thay đổi nhỏ đồng Nhưng lưu lượng lớn 0.08 g/s hiệu suất truyền nhiệt dùng hai loại nước có xu hướng khác biệt rõ ràng hơn, điển hình lưu lượng 0.09 g/s 0.1 g/s hiệu suất dùng nước tinh khiết 92.99% 96.03% cịn nước cất hiệu suất 91.1% 93.09% thể Hình 4.27 120 100 90.09 92.99 90.01 91.12 0.08 0.09 81.33 Hiệu suất (%) 80 71.79 58.78 93.09 80.94 62.27 68.99 60 57.46 96.03 61.64 40 20 0.04 0.05 0.06 0.07 0.1 Lưu lượng khối lượng (g/s) Nước tinh khiết Nước cất Hình 4.27: So sánh hiêu suất thiết bị bay kênh mini sử dụng hai lưu chất nước tnh khiết nước cất 92 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Đề tài nghiên cứu hoàn thành mục tiêu đặt : -Thực nghiệm đặc tính truyền nhiệt trình bay kênh mini với hai lưu chất nước cất nước tinh khiết để lấy thông số giá trị nhiệt độ, lưu lượng để so sánh đưa kết luận -Tính tốn hệ số tỏa nhiệt đối lưu hai lưu chất nước cất nước tinh khiết dựa phương pháp thực nghiệm -Nghiên cứu đưa phân bố nhiệt độ bề mặt kênh mini điện trở Trong trình sinh nhiệt nước tinh khiếtta thấy cố định nhiệt độ vào nước tinh khiết 400C tăng dần lưu lượng từ 0.04 – 0.1 g/s nhiệt lượng bay nước có xu hướng tăng dần tăng từ 100.8W đến 251.71W tương ứng với m=0.04 g/s m=0.1 g/s Trong nghiên cứu nhiệt độ đầu trung bình nước tinh khiết 104.40C - 106.10C Còn cố định lưu lượng 0.04 g/s tăng dần nhiệt độ từ 400C - 600C nhiệt lượng bay nước có xu hướng giảm Trong trình sinh nhiệt nước cất ta thấy cố định nhiệt độ vào nước cất 400C tăng dần lưu lượng từ 0.04 g/s đến 0.1 g/s nhiệt lượng bay nước có xu hướng tăng dần tăng từ 100.74W đến 251.586W tương ứng với m=0.04 g/s m=0.1 g/s Trong nghiên cứu nhiệt độ đầu trung bình nước cất 1040C – 105.50C Còn cố định lưu lượng 0.04 g/s tăng dần nhiệt độ từ 400C - 600C nhiệt lượng bay nước có xu hướng giảm tương tự trường hợp nước tinh khiết Trong nghiên cứu mật độ dòng nhiệt, hệ số truyền nhiệt tổng hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước tinh khiết cao nước cất Cụ thể lưu lượng 0.1 g/s, nhiệt độ nước đầu vào 400C mật độ dịng nhiệt nước tinh khiết 93 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 111871.2 W/m2còn nước cất 111816.1178W/m2, hệ số truyền nhiệt tổng nước tinh khiết 3185.716 W/m2.0C nước cất 2938.963W/m2.0C, hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước tinh khiết 3273.7259 W/m2.0C nước cất 3013.7075 W/m2.0C Các kết đóng vai trị quan trọng việc tính tốn thiết kế thiết bị bay kênh mini 5.2 Kiến nghị Nghiên cứu hạn chế mặt thời gian, độ xác thiết bị đo, tương thích bệ mặt điện trở thiết bị bay kênh mini, ảnh hưởng nhiệt độ môi trường, công nghệ gia công kiến thức chuyên sâu nghiên cứu nên tránh khỏi sai xót Do nhóm chúng em cần lời khuyên góp ý thầy để đề tài hồn thiện Đây hướng nghiên cứu có khả ứng dụng cao thực tế sản xuất trao đổi nhiệt để giải nhiệt cho thiết bị vi mạch điện tử, thiết bị trao đổi nhiệt máy điều hịa khơng khí Do hạn chế thời gian lực nên nhóm em xin kiến nghị nhóm sau tiếp tục hướng nghiên cứu này, nghiên cứu mơ hình kênh có kích thước khác sử dụng lưu chất khác nước cấp lị hơi, nhóm xin đề xuất nghiên cứu thêm đề tài phương pháp mô số để có liệu so sánh với thực nghiệm thực nghiệm đề tài này, làm rõ ảnh hưởng tổn thất áp suất đến thiết bị trao đổi nhiệt thực nghiệm đề tài 94 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] K Ziat, K Zeghari, H Louahlia Evaporation heat transfer coefficient and pressure drop of n-pentane inside parallel multiport mini channel International Communications in Heat and Mass Transfer Volume 109 (2019) [2] Chi-Chuan Wang, Armin Hafner, Cheng-Shu Kuo, Wen-Der Hsieh An overview of the effect of lubricant on the heat transfer performance on conventional refrigerants and natural refrigerant R744 Renewable and Sustainable Energy Review 16 (2012) 5071-5086 [3] IDewa M.C Santosa, Baboo L Gowreesunker a, Savvas A Tassou a, Konstantinos M Tsamos, Yunting Ge Investigations into air and refrigerant side heat transfer coefficients of finned-tube CO2 gas coolers International Journal of Heat and Mass Transfer 107 (2017) 168–180 [4] Xinyu Zhang, Yunting Ge, Jining Sun, Liang Li, Savvas A Tassou CFD Modelling of Finned-tube CO2 Gas Cooler for Refrigeration Systems Energy Procedia 161 (2019) 275–282 [5] M Vermaak, J Potgieter, J Dirker, M A Moghimi, P Valluri, K Sefiane, J P Meyer a Experimental and Numerical Investigation of Micro/Mini Channel FlowBoiling Heat Transfer with Non-Uniform Circumferential Heat Fluxes at Different Rotational Orientations International Journal of Heat and Mass Transfer (2020) [6] Wuhuan Gao, Xianghua Xu, Xingang Liang Flow boiling of R134a in an opencell metal foam mini-channel evaporator International Journal of Heat and Mass Transfer (2018) [7] Qi Lu, Deqi Chen, Chong Li, Xueqiang He Experimental investigation on flow boiling heat transfer in conventional and mini vertical channels International Journal of Heat and Mass Transfer ( November 2016) [8] Chao Dang, Li Jia, Mingchen Xu, Qian Huang, Qi Peng, “Experimemtal study on flow boiling characteristics of pure refrigerant (R134a) and zeotropic mixture (R407C) in a rectangular microchannel” International Journal of heat and Mass transfer 2017, vol 104, pp 351-361 95 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung [9] Dianxum LI, Shu sheng ZHANG “The analysis Of two-phase flow type in the microchannel flow boiling” Advauæd Materials Research, 2014, pp 768-771 [10] Dianxum LI, Shu sheng ZHANG “The experiment for vertical rectangular microchannel flow boiling” Advanced materials research, vols 960-961, pp 451455 [11] P Fernando, B Palm, T Ameel, P Lundqvist, and E Granryd, a minichannel aluminium tube heat exchanger- Part 1: Evaluation of single- phase heat transfer coefficient by the Wilson plot method, International Journal of Refrigeration, 31, 2018, PP 669-680 [12] G.L Morini, Single phase convective heat transfer in microchannel: a review of experimental results, International Journal of Thermal Sciences, 43, 2004, pp 631-651 [13] S Hardt, B Schilderb, D Tiemann, G Kolb, V Hessel, P Stephan, el al … “ Analysis of flow patterns emerging during evaporationin parallel microchannel”, International Journal of heat and Mass transfer 2007, 226-239 [14] Bradley T Holcomb, Tannaz Harirchian, and Suresh V Garimella, “An experimental investigation of microchannel sizeeffects on flow boiling with deionized water”, Proceedings of the ASME 2009 Heat Transfer Summer conference HT2009, July 19-23, 2009, San Francisco, California USA [15] Sira Saisorn, Piyawat Kuaseng, Somchai Wongwies, “ Heat Transfer characteristics of gas-liquid flow in horizontal rectangular micro-channel”, Experimental Thermal and Fluid Science, 2014, 54-61 [16] Muhammad Hamayun Maqbool, Bjorn Palm, Rahmatollah Khodaabandeh, “Investigation of two phase heat transfer and pressure drop of propane in a vertical circular minichannel”, Experimental Thermal and Fluid Science, 2013, 120-130 [17] Z Y Ling, J N Ding, J C Yang, Y Liu, Z Fan, P Yang and Z W Zhuang, “Experimental Study of flow Characteristics of Distilled Water under Pressure Driven in Minichannel, Proceedings of the 1st IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems January 18-21, 2006, Zhuhai, China 96 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung [18] M Magnini, J R Thome, “A CFD study of the parameters influencing heat transfer in microchannel slug flow boiling”, International Journal of Thermal and Fluid Science, 2016, 119-136 [19] 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 [20]S.G Singh, A Kulkami, S.P Duttagupta, B.P Puranik A Agrawal Impact of aspect ratio on flow boiling of water in rectangular microchannels Experimental Thermal and Fluid Science, pp 153-160, 2008 [21] Ayman Megahed Experimental in vestigation of flow boiling characteristic in a cross-linked microchannel heat sink International Jourmal of Multiphase Flow, pp 380-393, 2011 [22] K Balasubramanian, P S Lee, L W Jin, S K Chou, C J Teo, S Gao Experimental investigations of flow boiling heat transfer and drop in straight and expanding microchannek – A comparative study International Journal of Thermal Science, pp 2413-2421, 2011 [23] Poh-Seng Lee, Suresh V Garimalla Saturated flow boiling heat transfer and pressure drop in silicon microchannel arrays Ỉnternational Journal of Heat and Mass Transfer, 789-806, 2007 [24] Ayman Megahed, Ibrahim Hassan Two-phase pressure drop and flow visualization of FC-72 in a silicon microchannel heat sink International Journal of Heat and Fluid Flow, pp 1171-1182, 2009 [25] Đặng Thành Trung Đoàn Minh Hùng, nghiên cứu ảnh hưởng lực trọng trường đến đặc tính truyền nhiệt lưu chất trao đổi nhiệt Microchannel, Đề tài cấp trường trọng điểm 2011- Trương Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hcm, 2011 [26] 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 97 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung [27] Batan Le, Vanmanh Nguyen and Thanhtrung Dang, “The Effects of Inlet Temperature on Heat Transfer Behavioursof Evaporation in Rectangular Microchannel”, International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology, Vol Issue 3, March 2017 [28] Thanhtrung Dang, Jyh-Tong Teng, “Comparisons of the heat transfer and pressure drop of the microchannel and minichannel heat exchanger”, Heat MassTransfer, 2011, 1311-1322 [29] Batan Le, Tansa Nguyen, Thanhtrung Dang, Tronghieu Nguyen and Juh-Tong Teng The effects of mass flow rate on heat transfer behaviours for two phase flow in rectangular microchannel Hội nghị KH & CN toàn quốc khí động lực , ngày 13 tháng 10 năm 2016 DDH Bách Khoa Hà Nội [30] 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 Tại ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [31] Nguyễn Văn Mạnh, “Nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng hình học đến trình bay kênh micro cho dòng chảy hai pha”, ngày 19 tháng 09 năm 2017 Tại ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [32] Thanhtrung Dang, Chihiep Le, Hieu Nguyen, Mmse Editor A Study on the COP of CO2 Air Conditioning System with Minichannel Evaporator Using Subcooling Process Researchgate March 2017 [33] Dangtri Ho, Thanhtrung Dang, Chihiep Le, Hieu Nguyen An experimental comparison between a micro channel cooler and conventional coolers of a CO2 air conditioning cycle international conference on system science and engineering Jul 2017 [34] Thanhtrung Dang, Minh Daly, Nao, Jyh-Tong Teng A Novel Design for a Scooter Radiator Using Minichannel.International Journal of Computational Engineering Science 03, June 2013 [35]Thanhtrung Dang, Jyh-tong Teng The effects of configurations on the performance of microchannel counter-flow heat exchangerseAn experimental study Applied Thermal Engineering August 2011 98 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung [36] S.Kandlika, S.Garimella, D.Li, S.colin, M.R.King, “Heat transfer and fluid flow in minichannels and microchannels”, Elsevier Internert Homepage, 2006 [37] Yunus A Cengel, “ Internal Forced Covection”, in Heat Transfer: A Practical Approach, 2nded… New York: McGraw-Hill, 2002, pp.419-440 [38] Chanyoot Keepaiboon, Phubate Thiangtham, Omid Mahian, Ahmet Selim Dalkilic, Somchai Wongwises, “Prssure drop characteristics of R134a during flow boiling in a single rectangular micro-channel”, International Communications in Heat and Mass Transfer 71, 2016, 245-253 [39] PGS TS Đặng Thành Trung, Nghiên cứu chế tạo hệ thống điều hòa khơng khí dùng thiết bị bay kênh mini môi chất lạnh CO2 nhằm tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường (Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp bộ), 03/2018 [40] T Dang, K Vo, C Le, T Nguyen, an experimental study on subcooling process of a transcritical co2 air conditioning cycle working with microchannel evaporator, Journal of Thermal Engineering, Vol 3, No 5, pp 1505-1514 October, 2017 [41] Hồng Đình Tín, Cơ sở truyền nhiệt thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2013 [42] Hồng Đình Tín, Bùi Hải, Bài tập Nhiệt động học kỹ thuật truyền nhiệt, Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2015 99 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung PHỤ LỤC 100 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 101 ... Trung - Nghiên cứu tổng quan hệ số tỏa nhiệt đối lưu thiết bị bay kênh mini sử dụng cơng suất 250W - Tính tốn thực nghiệm hệ số tỏa nhiệt đối lưu, nhiệt lượng bay hơi, mật độ dịng nhiệt, hệ số truyền... chuyển pha kênh mini, hệ số tỏa nhiệt đối lưu Để tiếp nối nghiên cứu trước đây, nhóm em nghiên cứu định tìm hiểu nghiên cứu hệ số tỏa nhiệt đối lưu thiết bị bay kênh mini cơng suất 250W Từ đó,... truyền nhiệt tổng Do viêc tính toán thực nghiệm hệ số tỏa nhiệt đối lưu thiết bị bay kênh mini cần thiết trở thành vấn đề quan tâm nhiều nghiên cứu Bên cạnh việc đẩy mạnh nghiên cứu hệ số tỏa nhiệt