Tính toán, thiết kế hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2 r134a

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH GHÉP TẦNG SỬ DỤNG MÔI CHẤT CO2/R134a S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2021 - 215 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: PHẠM VĂN ĐÔN S KC 0 7 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Chuyên ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Nhiệt Tên đề tài TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH GHÉP TẦNG SỬ DỤNG MÔI CHẤT CO2/R134a SVTH: PHẠM VĂN ĐÔN MSSV: 17147018 SVTH: NGUYỄN THÀNH HÀO MSSV: 17147020 SVTH: HUỲNH QUANG HUY MSSV: 17147033 GVHD: PGS TS ĐẶNG THÀNH TRUNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2021 TÓM TẮT Đề tài nhằm mục đích hướng đến “Tính tốn, thiết kế hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng mơi chất CO2/R134a” Từ đưa thông số lý thuyết thực nghiệm để thu kết so sánh với nghiên cứu lý thuyết Đề tài tổng quan để tìm ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng nghiên cứu hệ thống lạnh CO2 trước đó, từ đưa động lực thực đề tài Tính tốn lý thuyết thiết lập mơ hình hệ thống thí nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng R134a/R744: Tầng cao sử dụng môi chất lạnh R134a với công suất ¾ hp, tầng thấp sử dụng mơi chất lạnh R744 (CO2) với công suất 550 W Nhiệt thải thiết bị ngưng tụ R744 hấp thụ (giải nhiệt) thiết bị bay môi chất lạnh tầng R134a Hai tầng kết nối nhiệt với thông qua trao đổi nhiệt ống lồng ống (Hoạt động thiết bị bay tầng R134a thiết bị ngưng tụ cho tầng CO2) Bộ trao đổi nhiệt ống lống ống có tổng chiều dài 15 m, đường kính vịng uốn 0,1 m gồm ống đồng lồng vào Môi chất lạnh R744 (CO2) ống có đường kính Ø = mm, môi chất lạnh R134a ống có đường kính Ø = mm Vận hành thực nghiệm trường hợp với nhiệt độ môi trường 33ºC lưu lượng khối lượng tầng thấp CO2 là: G1 = 27 kg/h, làm lạnh kho từ nhiệt độ môi trường 33ºC xuống nhiệt độ yêu cầu -25ºC: Sử dụng hai trao đổi nhiệt ống lồng ống mắc song song với chiều dài 7,5 m uốn thành 24 vòng/ Tầng thấp CO2: Áp suất ngưng tụ trước sau trao đổi nhiệt ống lồng ống tương ứng 42 bar 41 bar Nhiệt độ ngưng tụ tầng thấp 7ºC Áp suất, nhiệt độ bay tương ứng 16,29 bar -32ºC Tầng cao R134a: Áp suất, nhiệt độ ngưng tụ tầng cao tương ứng 11 bar 43ºC Áp suất, nhiệt độ bay trước sau trao đổi nhiệt ống lồng ống tương ứng 3,3 bar; 4ºC Từ đó, xác định cơng suất nhiệt, suất lạnh, công máy nén lạnh thực nghiệm so sánh công suất nhiệt, suất lạnh, công máy nén lạnh hệ thống lý thuyết mơ hình thực nghiệm i MỤC LỤC TÓM TẮT i DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước .2 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước .16 1.3 Mục tiêu đề tài 18 1.4 Đối tượng giới hạn đề tài 18 1.5 Nội dung nghiên cứu 18 1.6 Phương pháp nghiên cứu 19 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 2.1 Lý thuyết môi chất lạnh R744 (CO2) R134a 20 2.1.1 Lý thuyết môi chất lạnh R744 (CO2) 20 2.1.2 Lý thuyết môi chất lạnh R134a 22 2.2 Lý thuyết hệ thống lạnh ghép tầng R134a/CO2 23 2.3 Thiết bị trao đổi nhiệt Ngưng tụ- Bay kiểu ống lồng ống .25 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG LẠNH GHÉP TẦNG .27 3.1 Tính toán, thiết kế hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/R134a 27 3.1.1 Điều kiện ban đầu hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/R134a 27 3.1.2 Tính tốn hệ thống lạnh ghép tầng 29 ii 3.1.3 Tầng Thấp (Sử dụng môi chất CO2) 30 3.1.3.1 Tính tốn thơng số điểm nút 30 3.1.3.2 Chọn thiết bị cho hệ thống CO2 31 3.1.4 Tầng môi chất lạnh R134a 35 3.1.4.1 Tính tốn thơng số điểm nút sử dụng mơi chất R134a .36 3.1.4.2 Chọn thiết bị cho hệ thống R134a .37 3.2 Tính tốn thiết bị Ngưng tụ - Bay kiểu ống lồng ống .42 3.2.1 Tính hệ số toả nhiệt ngưng 𝜶𝒏𝒈 CO2 44 3.2.2 Tính hệ số toả nhiệt đối lưu chảy rối 𝛂𝐭𝐨ả 𝐧𝐡𝐢ệ𝐭 45 3.2.3 Hệ số tỏa nhiệt môi chất R134a ống lồng ống .47 3.2.4 Tính tốn thiết bị Ngưng tụ - Bay kiểu ống lồng ống 48 3.3 Tính tốn cách nhiệt cách ẩm 51 3.3.1 Tính cách nhiệt cách ẩm cho buồng lạnh 51 3.3.2.Tính cách nhiệt cách ẩm cho thiết bị trao đổi nhiệt 52 3.3.3 Kiểm tra đọng sương cho vách mica dày 20mm .54 3.4 Thiết lập thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/R134a 55 3.4.1 Chế tạo Thiết Bị Ngưng tụ - Bay kiểu ống lồng ống 56 3.4.2 Máy nén tầng thấp (CO2) 57 3.4.3 Máy nén R134a 58 3.4.4 Dàn nóng R134a 59 3.4.5 Dàn lạnh công nghiệp không cánh 60 3.4.6 Van thiết lưu tay 61 3.4.7 Các thiết bị đo 61 3.4.7.1 Đồng hồ đo áp suất 61 3.4.7.2 Thiết bị đo nhiệt độ 63 iii 3.4.8 Thiết bị đo lưu lượng .65 3.4.9 Ampe kìm .67 3.4.10 VOM 67 3.4.11 Mô hình thực nghiệm 68 CHƯƠNG 4: CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 69 4.1.Tính toán thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/R134a 69 4.1.1 Thông số thực nghiệm điểm nút tầng CO2 69 4.1.2 Thông số thực nghiệm điểm nút tầng R134a 70 4.2 Kết so sánh lý thuyết thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầngdùng môi chất CO2 R134a 72 4.2.1 So sánh lý thuyết thực nghiệm hệ thống sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống hai đoạn 7,5m mắc song song 72 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO .76 PHỤ LỤC 81 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống lạnh ghép tầng Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh ghép tầng CO2/R717 [5] Hình 1.3: Thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng NH3 CO2 [13] Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống lạnh ghép tầng R134a/CO2 [27] .13 Hình 1.5 Sơ đồ thực nghiệm nhà máy [30] .14 Hình 2.1: Sơ đồ pha môi chất lạnh CO2 [35] 20 Hình 2.2:Đồ thị p-h môi chất lạnh R744 (CO2) [36] 21 Hình 2.3: Đồ thị p-h môi chất lạnh R134a [36] 23 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh ghép tầng R134a/ CO2 24 Hình 2.5: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống 25 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng mơi chất CO2/R134a .29 Hình 3.2: Đồ thị p-h chu trình lạnh CO2 [36] 31 Hình 3.3: Máy nén Sanden công suất 550W 32 Hình 3.4: Thể biến thiên nhiệt độ dàn bay 33 Hình 3.5: Đồ thị p-h chu trình lạnh R134a [36] 36 Hình 3.6: Máy nén dùng mơi chất R134a [10] 38 Hình 3.7: Sơ đồ lưu động dịng mơi chất R134a khơng khí 39 Hình 3.8:Dàn ngưng tụ tầng R134a [44] .41 Hình 3.9: Sơ đồ lưu động dịng mơi chất CO2 R134a 43 Hình 3.10: Hình ảnh hướng mơi chất di chuyển thiết bị 44 Hình 3.11: Bộ trao đổi nhiệt ống lồng ống (thiết bị bay tầng R134a, thiết bị ngưng tụ tầng CO2) 50 Hình 3.12: Kích thước trao đổi nhiệt ống lồng ống 51 Hình 3.13: Sơ đồ thiết kế hệ thống lạnh ghép tầng 55 v Hình 3.14: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống 57 Hình 3.15: Máy nén tầng thấp (CO2) .58 Hình 3.16: Máy nén R134a 59 Hình 3.17: Dàn nóng R134a 59 Hình 3.18:Dàn lạnh CO2 60 Hình 3.19:Van tiết lưu tay .61 Hình 3.20:Đồng hồ đo áp suất R134a 61 Hình 3.21: Cảm biến áp suất 62 Hình 3.22:Đồng hồ đo áp suất CO2 63 Hình 3.23:Cảm biến nhiệt độ 64 Hình 3.24: Cảm biến nhiệt độ tiếp xúc 65 Hình 3.25:Bộ lưu lượng 66 Hình 3.26: Ampe kìm 67 Hình 3.27: VOM 68 Hình 3.28: Mơ hình thực tế 68 Hình 4.1: Đồ thị p-h chu trình lạnh CO2 [40] 69 Hình 4.2: Đồ thị p-h chu trình lạnh R134a [40] 71 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng tóm tắt tình hình nghiên cứu ngồi nước liên quan đến đề tài .15 Bảng 1.2 Bảng tóm tắt tình hình nghiên cứu nước liên quan đến đề tài .18 Bảng 3.1 Thông số trạng thái điểm nút chu trình lạnh CO2 30 Bảng 3.2: Hệ số dẫn nhiệt CO2 khơng khí 35 Bảng 3.3: Thông số dàn bay 35 Bảng 3.4: Thơng số điểm nút chu trình lạnh R134a 36 Bảng 3.5: Hệ số dẫn nhiệt R134a khơng khí 40 Bảng 3.6: Thông số dàn ngưng 41 Bảng 4.1: Thông số thực nghiệm điểm nút chu trình lạnh CO2 .69 Bảng 4.2: Thông số thực nghiệm điểm nút chu trình lạnh R134a 70 Bảng 4.3: Kết so sánh nhiệt độ lý thuyết thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R134a 72 Bảng 4.4: Kết so sánh áp suất lý thuyết thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R134a 73 Bảng 4.5: Kết so sánh lý thuyết thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R134a 74 vii GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT I Chữ Latin a - Hệ số khuếch tán nhiệt cp - Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp C - Chu vi d, D - Đường kính F - Diện tích h, i - Enlthanpy k - Hệ số truyền nhiệt L - Cơng Le - Kích thước xác định l - Chiều dài N - Công suất G - Lưu lượng khối lượng g - Gia tốc trọng trường p - Áp suất Q - Dòng nhiệt truyền q - Mật độ dòng nhiệt r - Ẩn nhiệt hố R - Bán kính s - Entropy v - Thể tích riêng V - Thể tích t - Nhiệt độ bách phân GWP - Hệ số nóng lên toàn cầu ODP - Hệ số tiềm suy giảm tầng Ozon viii GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG Năng suất lạnh riêng: - q0 = h5 – h4 = 436,7-216,5 = 220,2 (kJ/kg) - Công nén riêng: l = h2 - h1 = 488,9 – 443,5 = 45,4 (kJ/kg) Năng suất nhiệt riêng: - qk = h2 – h3 = 488,9 – 216,5 = 272,4 (kJ/kg) Năng suất lạnh hệ thống: - Q0(CO2) = G1 q0 = 27 3600 220,2 = 1,6515 (kW) Công nén máy nén: - L(CO2) = G1 l = 27 3600 45,4 = 0,3405 (kW) Nhiệt thải thiết bị ngưng tụ: - Qk(CO2) = G1 qk = 27 3600 272,4 = 2,043 (kW) Hệ số lạnh chu trình: - ε= Q0(CO2) L(CO2) = 1,6515 0,3405 = 4,85 4.1.2 Thông số thực nghiệm điểm nút tầng R134a Bảng 4.2: Thơng số thực nghiệm điểm nút chu trình lạnh R134a Điểm nút Trạng thái t(oC) p(bar) h(kJ/kg) Hơi nhiệt 8,5 3,3 404,5 1,765 0,067 Hơi nhiệt 58,3 436,1 1,765 0,028 Lỏng bão hịa 31.3 241,9 1,156 0,0085 Lỏng chưa sơi 29,4 240,9 1,142 0,0083 Hơi bão hòa ẩm 3,6 3,3 240,9 1,149 ### Hơi bão hịa khơ 4,4 3,3 402 1,741 0,061 70 s(kJ/kgK) V(m3/kg) GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG Hình 4.2: Đồ thị p-h chu trình lạnh R134a [40] - Năng suất lạnh riêng: q0 = h6 – h5 = 402 -240,9 = 161,1 (kJ/kg) - Công nén riêng: l = h2 - h1 = 436,1 -404,5 = 31,6 (kJ/kg) - Năng suất nhiệt riêng: qk = h2 – h3 = 436,1 - 241,9 = 194,2 (kJ/kg) - Năng suất lạnh:Q0(R134a) = G1 q0 = Qk(CO2) = 2,043 (kW) Suy suất lưu lượng khối lượng: G2 = - Q0(R134a) q0 Công suất giải nhiệt: Qk(R134a) = G2.qk = 0,0127.194,2 = 2,46 (kW) - Công nén máy nén: L(R134a) = G2.l = 0,0127.31,6 = 0,4 (kW) - Hệ số lạnh chu trình: 71 = 2,043 161.1 = 0,0127 (kg/s) GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG ε= - Q0(R134a) L(R134a) = 2,043 0,4 = 5,1 COP hệ thống: COP = Q0(CO2) L(R134a) + L(CO2) = 1,6515 0,3405+0,4 = 2,23 4.2 Kết so sánh lý thuyết thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầngdùng môi chất CO2 R134a 4.2.1 So sánh lý thuyết thực nghiệm hệ thống sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống hai đoạn 7,5m mắc song song Bảng 4.3: Kết so sánh nhiệt độ lý thuyết thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R134a Nhiệt độ tầng Điểm Trạng thái tầng nút thấp CO2 thấp CO2 Lý Thực thuyết nghệm Nhiệt độ tầng Trạng thái tầng cao R134a Cao R134a Lý Thực thuyết nghệm Hơi nhiệt -26 -26 Hơi nhiệt 14 8,5 Hơi nhiệt 52 48,6 Hơi nhiệt 55 58,3 Lỏng bảo hòa 8,2 Lỏng bảo hòa 43 31.3 Hơi bảo hòa ẩm -32 -32 Lỏng lạnh 38 29,4 Hơi bảo hịa khơ -32 -31 Hơi bảo hịa ẩm 3,6 Hơi bảo hịa khơ 4,4 72 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG Bảng 4.4: Kết so sánh áp suất lý thuyết thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 R134a Áp suất tầng Điểm Trạng thái tầng nút thấp CO2 thấp CO2 Lý Thực thuyết nghệm Áp suất tầng Cao Trạng thái tầng cao R134a R134a Lý Thực thuyết nghệm Hơi nhiệt 16,29 14 Hơi nhiệt 3,3 3,3 Hơi nhiệt 41,77 42,6 Hơi nhiệt 11 Lỏng bảo hòa 41,77 41,6 Lỏng bảo hòa 11 Hơi bảo hòa ẩm 16,29 14 Lỏng lạnh 11 Hơi bảo hịa khơ 16,29 14 Hơi bảo hịa ẩm 3,3 3,3 Hơi bảo hịa khơ 3,3 3,3 73 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG Bảng 4.5: Kết so sánh lý thuyết thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng dùng mơi chất CO2 R134a Từ ta thấy rằng, thực tế tầng thấp CO2 thực nghiệm có chênh lệch với lý thuyết sau: Lý thuyết Chu trình Thơng số Năng suất lanh Q0( kW) Thực nghiệm Tầng cao Tầng thấp Tầng cao Tầng thấp R134a CO2 R134a CO2 2,52 2,03 2,043 1,6515 2,94 2,52 2,46 2,043 0,408 0,35 0,4 0,3405 0,017 0,00858 0,0127 0,0075 6,17 5,71 5,1 4,85 Nhiệt lượng thải thiết bị giải nhiệt Qk (kW) Công nén L (kW) Lưu lượng khối lượng máy nén hút vê G (kg/s) Hệ số làm lạnh ε COP hệ thống 2,68 2,23 - Công nén L (kW): giảm 2,8% - Năng suất lạnh Q0 (kW): giảm 22,9% - Nhiệt lượng thải thiết bị giải nhiệt Qk (kW): giảm 23,3% - Hệ số làm lạnh ε : giảm 17,7% 74 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Sau thời gian thực nghiên cứu đề tài “Tính tốn, thiết kế, thực nghiệm thiết bị trảo đổi nhiệt kiểu ống lồng ống hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/R134a” Bằng phương pháp tính tốn lý thuyết tầng hệ thống tiến hành thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống hai trường hợp: Sử dụng trao đổi nhiệt ống lồng ống với chiều dài 15m - Nhiệt độ môi trường 330C, lưu lượng khối lượng tầng thấp CO2 G1 = 27 kg/h thời gian làm lạnh kho từ nhiệt độ môi trường 330C xuống nhiệt độ yêu cầu 250C 90 phút Nhiệt độ ngưng tụ tầng thấp 8,20C nhiệt độ bay - 300C  Năng suất lạnh hệ thống Q0 =1,6515 (kW)  COP hệ thống: 2,23 Trên sở thực nghiệm, việc nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng đề tài việc sử dụng CO2 với loại môi chất khác hệ thống ghép tầng cần thiết để ta có nhìn tổng thể hệ thống này, đồng thời so sánh hiệu làm việc khả làm lạnh hệ thống với để đưa phương án lựa chọn tối ưu cho mục tiêu tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường 5.2 Kiến nghị Nghiên cứu cịn số hạn chế độ xác thiết bị đo, công nghệ gia công thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống kiến thức chuyên sâu nghiên cứu nên khơng tránh sai sót Đây hướng nghiên cứu có khả ứng dụng cao tương lai Do hạn chế thời gian lực nên nhóm em cịn nhiều thiếu sót việc cải tiến mơ hình thực nghiệm, nhóm nghiên cứu đề nghị tìm kiểu thiết bị Ngưng tụ - Bay khác khắc phục nhược điểm khó vệ sinh kiểu ống lồng ống làm tăng hiệu suất trao đổi nhiệt 75 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mrs J.S.Jadhav, Ms A.D.Apte, Review of cascade refrigeration system with different refrigerant pairs, novateur publications international journal of innovations in engineering research and technology [ijiert] issn: 2394-3696 volume 2, issue 6, june2015 [2] Vivek Patel, Deep Panchal, Anil Prajapati, Anurag Mudgal, Philip Davies, An efficient optimization and comparative analysis of cascade refrigeration system using NH3/CO2 and C3H8/CO2 refrigerant pairs, International Journal of Refrigeration 102 (2019) 62–76 [3] Souvik Bhattacharyya*, S Mukhopadhyay, A Kumar, R.K Khurana, J Sarkar, Optimization of a CO2–C3H8 cascade system for refrigeration and heating, International Journal of Refrigeration 28 (2005) 1284–1292 [4] Nasruddin, S Sholahudin, N Giannetti, Arnas, Optimization of a cascade refrigeration system using refrigerant C3H8 in high temperature circuits (HTC) and a mixture of C2H6/CO2 in low temperature circuits (LTC), Applied Thermal Engineering 104 (2016) 96–103 [5] H.M Getu, P.K Bansal, Thermodynamic analysis of an R744–R717 cascade refrigeration system, Department of Mechanical Engineering, International Journal of Refrigeration 3I (2008) [6] Ezaz Ahammed Md, Souvik Bhattacharyya, M Ramgopal, Analysis of CO2 based refrigeration systems with and without ejector for simultaneous pasteurization and chilling of milk, International Journal of Refrigeration (2018) [7] Tzong-Shing Lee,1, Cheng-Hao Liu, Tung-Wei Chen, Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser in CO2/NH3 cascade refrigeration systems, International Journal of Refrigeration 29 (2006) 1100 – 1108 [8] Antonio Messineo, R744-R717 Cascade Refrigeration System: Performance [9] E Gholamian, P Hanafizadeh, P Ahmadi, Advanced Exergy Analysis of a Carbon Dioxide Ammonia Cascade Refrigeration System, Applied Thermal Engineering (2018) [10] Bingming, W Huagen, W Jianfeng, L Ziwen, X (2009), Experimental 76 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG investigation on the performance of NH3/CO2 cascade refrigeration system with twin – screw compressor, International Journal of Refrigeration, 32 (6), 1358 – 1365 [11] Ming Ma, Jianlin Yu, Xiao Wang, Performance evaluation and optimal configuration analysis of a CO2/NH3 cascade refrigeration system with falling film evaporator–condenser, Energy Conversion and Management 79 (2014) 224–231 [12] Mehdi Aminyavari, Behzad Najafi, Ali Shirazi, Fabio Rinaldi, Exergetic, economic and environmental (3E) analyses, and multiobjective optimization of a CO2/NH3 cascade refrigeration system, Applied Thermal Engineering 65 (2014) 42 – 50 [13] J Alberto Dopazo, Jose´ Ferna ´ndez-Seara, Experimental evaluation of a cascade refrigeration system prototype with CO2 and NH3 for freezing process applications, International journal of refrigeration 34 (2011) 257 – 267 [14] J Alberto Dopazo, José Fernández-Seara, Jaime Sieres, Francisco J Uhía, Theoretical analysis of a CO2–NH3 cascade refrigeration system for cooling applications at low temperatures, Applied Thermal Engineering 29 (2009) 1577– 1583 [15] Yeqiang Zhang , Yongning He , Yanling Wang , Xuehong Wu , Mingzheng Jia , Yi Gong , Experimental Investigation of the Performance of an R1270/CO2 Cascade Refrigerant System, International Journal of Refrigeration (2020), doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.02.017 [16] K Megdouli, N Ejemni, E Nahdi, A Mhimid, L Kairouani, Thermodynamic analysis of a novel ejector expansion transcritical CO2/N2O cascade refrigeration (NEETCR) system for cooling applications at low temperatures, Energy 128 (2017) 586 - 600.Evaluation compared with a HFC Two-Stage System, Energy Procedia 14 (2012) 56 [17] Souvik Bhattacharyyaa, Anirban Garaia, Jahar Sarkar, Thermodynamic analysis and optimization of a novel N2O–CO2 cascade system for refrigeration and heating, international journal of refrigeration 32 (2009) 1077 – 1084 [18]Gautam, Gyanesh Kumar, Satyabrata Sahoo, Performance improvement and comparisons of CO2 based adsorption cooling system using modified cycles employing various adsorbents: A comprehensive study of subcritical and transcritical cycles, Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology (Indian School 77 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG of Mines), Dhanbad 826004, India [19] Yue Cao, Jingqi Ren, Yiqian Sang, Yiping Dai, Thermodynamic analysis and optimization of a gas turbine and cascade CO2 combined cycle, Energy Conversion and Management 144 (2017) 193–204 [20] A.H Mosaffa, L Garousi Farshi, C.A Infante Ferreira, M.A Rosen, Exergoeconomic and environmental analyses of CO2/NH3 cascade refrigeration systems equipped with different types of flash tank intercoolers, Energy Conversion and Management 117 (2016) 442–453 [21] Rodrigo Llopis, Carlos Sanz-Kock, Ramon Cabello, Daniel, Enrique Torrella, Experimental evaluation of an internal heat exchanger in a CO2 subcritical refrigeration cycle with gas-cooler, Applied Thermal Engineering 80 (2015) 31 – 41 [22] Daniel Sánchez, Jorge Patiđo, Carlos Sanz-Kock, Rodrigo Llopis, Ramón Cabell, Enrique Torrella, Energetic evaluation of a CO2 refrigeration plant working in supercritical and subcritical conditions, Applied Thermal Engineering 66 (2014) 227 238 [23] Liang-Liang Shao, Chun-Lu Zhang, Thermodynamic transition from subcritical to transcritical CO2 cycle, International Journal of Refrigeration (2016) [24] Hao Guo, Maoqiong Gong, Xiaoyu Qin, Performance analysis of a modified subcritical zeotropic mixture recuperative high-temperature heat pump, Applied Energy 237 (2019) 338 – 352 [25] Omid Rezayan, Ali Behbahaninia, Thermoeconomic optimization and exergy analysis of CO2/NH3 cascade refrigeration systems, Energy 36 (2011) 888 – 895 [26] Yulong Song, Dongzhe Li, Feng Cao, Xiaolin Wang, Theoretical investigation on the combined and cascade CO2/R134a heat pump systems for space heating, Applied Thermal Engineering 124 (2017) 1457 – 1470 [27] Yulong Song, Dongzhe Li, Dongfang Yang, Lei Jin, Feng Cao, Xiaolin Wang, Performance Comparison between the Combined R134a/CO2 Heat Pump and Cascade R134a/CO2 Heat Pump for Space Heating, International Journal of Refrigeration 2016 [28] Daniel Sánchez, Rodrigo Llopis, Ramón Cabello, Jesús Catalán-Gil, Laura NebotAndrés, Conversion of a direct to an indirect commercial (HFC134a/CO2) cascade 78 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG refrigeration system Energy impact analysis, International Journal of Refrigeration (2016) [29] Carlos Sanz-Kock, Rodrigo Llopis, Daniel Sanchez, Ramon Cabello, Enrique Torrella, Experimental evaluation of a R134a/CO2 cascade refrigeration plant, Applied Thermal Engineering 73 (2014) 39e48 [30] R Cabello, D Sánchez, R Llopis, J Catalán, L Nebot-Andrés, E Torrella, Energy evaluation of R152a as drop in replacement for R134a in cascade refrigeration plants, Applied Thermal Engineering (2016) [31] Thanhtrung Dang, Chihiep Le, Tronghieu Nguyen, Minhhung Doan (2017) A Study on the COP of CO2 Air Conditioning System with Minichannel Evaporator Using Subcooling Process Mechanics, Materials Science & Engineering, Vol 10 doi:10.2412/mmse.46.29.103 [32] Thanhtrung Dang, Kimhang Vo, and Tronghieu Nguyen, Experiments on Expansion and Superheat Processes of a CO2 Cycle Using Microchannel Evaporator, American Journal of Engineering Research (AJER) 2017 [33] Tronghieu Nguyen and Thanhtrung Dang, The Effects of Mass Flow Rate on the Performance of a Microchannel Evaporator Using CO2 Refrigerant, International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD), 2018 [34] Tankhuong Nguyen, Tronghieu Nguyen, Thanhtrung Dang, and Minhhung Doan, An Experiment on a CO2 Air Conditioning System with Copper HeatExchangers, International Journal of Advanced Engineering, Management and Science (IJAEMS), 2016 [35] İ Ekmekci, R744 (CO2) Refrigerant Cooling Systems and Their Performances, Department of Industrial Engineering, İstanbul Commerce University, İstanbul, Turkey [36] ASHRAE Handbook-Fundamentals 2017 [37] Lê Xn Hịa, Giáo trình Kỹ Thuật Lạnh, Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2007 [38] Nguyễn Đức Lợi, Giáo trình hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2005 [39] Luận văn tốt nghiệp, Nguyễn Văn Lợi, Nghiên cứu thực nghiệm xác định thông 79 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG số nhiệt động hệ thống lạnh ghép tầng R32/CO2, 2019 [20] Hoàng Đình Tín, Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Khoa học kỹ thuật, TP HCM, 2001 [41] Heat Trasfer, Gregory Nellis, Sanford Klein, Cambridge University Press, 2009 1107 trang [42] Nguyễn Đức Lợi, Giáo trình hướng dẫn thiết kế điều hịa khơng khí, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2005 [43] https://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html [44] Tài liệu tham khảo internet 80 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG PHỤ LỤC Phụ lục 1: Dụng cụ thu thập số liệu thực Hình ảnh cảm biến đo nhiệt độ Phụ lục 2: Hình ảnh thực nghiệm Áp suất đầu hút máy nén CO2 Áp suất đầu đẩy máy nén CO2 Nhiệt độ gió dàn lạnh 81 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG Phụ lục 3: Số liệu thực nghiệm hệ thống CO2/R134a Bảng 1: Nhiệt độ gió vào, dàn lạnh hệ thống CO2/R134a Thời gian (phút) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Nhiệt độ gió vào dàn Nhiệt độ gió dàn lạnh lạnh (ºC) (ºC) 0,5 -0,5 -2 -4 -5,3 -6,5 -6,3 -7,4 -7,1 -8 -8,5 -9,4 -10,3 -11,3 -13,8 -14,9 -14,3 -15,3 -16 -18 -21,5 -22,5 -23,5 -24,5 -24,5 -25,5 -25,5 -26,5 Bảng 2: Thông số nhiệt độ trao đổi nhiệt ống lồng ống hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/R134a Thời gian Nhiệt độ vào CO2(°C) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 36,3 36,4 36,9 37,8 38,7 38 39,9 38,9 40,8 40 42,7 46 46,7 46,6 Nhiệt độ CO2 (°C) 14 14,4 14,1 14,3 15 15,3 14,9 15,4 14,9 15,5 15,2 14,3 14,2 13 82 Nhiệt độ vào R134a (°C) Nhiệt độ R134a (°C) 6,5 7,6 7,5 7,4 7,3 7 6,7 6,5 6,4 6,3 6,2 6,1 5,5 6,3 6,3 6,3 5,9 5,8 5,5 5,4 5,1 5,1 4,8 4,7 4.4 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG Bảng 3: Ảnh hưởng nhiệt độ bay tầng cao toR134a nhiệt độ ngưngtụ tkCO2 suất lạnh tầng thấp CO2 T0/R134a (°C) Tk/CO2 (°C) 6,2 5,9 5,5 5,2 4,7 4,4 4,3 4,25 4,19 4,15 4,1 3,9 3,7 9,7 9,36 8,96 8,7 8,36 8,16 7,88 7,32 7,25 7,19 7,11 7,03 6,4 6,27 Nhiệt độ đầu đẩy máy nén CO2 (°C) 61,63 60,95 60,16 59,64 58,97 58,58 58,01 57,81 57,23 56,64 56,48 56,32 55,76 54,80 Năng suất lạnh CO2 (kW) 2,07 2,07 2,07 2,08 2,08 2,08 2,08 2,09 2,09 2,09 2,09 2,09 2,1 2,1 83 COP hệ thống 1,73 1,75 1,78 1,80 1,82 1,84 1,87 1,91 1,91 1,92 1,93 1,93 1,98 2,04 S K L 0 ... - Tính tốn lý thuyết hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/ R134a, đồng thời thiết kế thiết bị cho hệ thống - Chế tạo thiết bị thiết lập hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/ R134a. .. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG LẠNH GHÉP TẦNG 3.1 Tính tốn, thiết kế hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/ R134a 3.1.1 Điều kiện ban đầu hệ thống lạnh ghép tầng sử. .. hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/ R134a 27 3.1.1 Điều kiện ban đầu hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2/ R134a 27 3.1.2 Tính tốn hệ thống lạnh ghép tầng