(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng cá nhân tôi, thực với hướng dẫn khoa học TS Phạm Sơn Minh Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 09 năm 2016 (Ký tên ghi rõ họ tên) NGUYỄN VĂN HÊN ii LỜI CÁM ƠN Lời tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Sơn Minh tận tình hướng dẫn, ln quan tâm, động viên, khích lệ, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào Tạo trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tạo điều kiện để tơi hồn thành chương trình đào tạo bậc cao học Trong suốt thời gian thực luận văn tốt nghiệp, xin chân thành cám ơn quý thầy cô phụ trách chương trình đào tạo thạc sĩ truyền đạt kiến thức quý báu, cung cấp nguồn tài liệu đầy đủ kịp thời, đồng thời xin cám ơn ln nhận động viên giúp đỡ tập thể cán Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật tạo điều kiện để tơi hồn thành chương trình đào tạo bậc cao học Tơi mong muốn cám ơn bạn bè, đồng nghiệp người thân động viên, giúp đỡ suốt thời gian học tập thực luận văn Xin chân thành cám ơn! TP.HCM, tháng 09 năm 2016 iii TÓM TẮT Luận văn tập trung nghiên cứu hiệu suất truyền nhiệt ống nhiệt nhằm ứng dụng cho q trình điều khiển nhiệt độ cho khn phun ép nhựa Trong q trình nghiên cứu, thể tích chất lỏng bên ống nhiệt thay đổi từ 2.5 % đến 60 % Ngồi mơ hình ống nhiệt có khả ứng dụng cho khn phun ép chế tạo thực nghiệm Trong trình thí nghiệm, đề tài thu thập so sánh nhiệt độ ống nhiệt điểm: Điểm đáy (phần sôi), điểm điểm (phần tỏa nhiệt) ống nhiệt Kết thực nghiệm cho thấy có khác biệt lớn hiệu suất truyền nhiệt theo tỉ lệ chất lỏng bên ống nhiệt mơ hình ống nhiệt khác Ngồi hiệu suất truyền nhiệt ống nhiệt phụ thuộc vào vị trí cấp nhiệt cách nhiệt cho ống nhiệt Kết tốt đề tài cho thấy: Với điện tích bề mặt sử dụng 0.01 m2, tốc độ gia nhiệt trung bình cho ống nhiệt 8.6 0C/phút tốc độ giải nhiệt cho ống nhiệt trung bình 13.9 0C/phút ứng với mơ hình ống nhiệt Với điện tích bề mặt sử dụng 0.0017 m2, ống nhiệt cách nhiệt hoàn toàn, tốc độ gia nhiệt trung bình 1.5 0C/giây ứng với mơ hình ống nhiệt Ngoài nhiệt độ chênh lệch nhỏ hai bề mặt sử dụng 0C ứng với mơ hình ống nhiệt với trường hợp mở Van cấp nhiệt vị trí tương ứng với điện tích gia nhiệt 0.0016 m2 cho mặt làm việc, tốc độ gia nhiệt trung bình tương ứng mặt A B 1.11 0C/giây 1.09 0C/giây Từ khóa: Ống nhiệt, truyền nhiệt, thời gian gia nhiệt, môi chất gia gia nhiệt iv ABSTRACT The thesis has focused on heat transfer performance of heat pipe in order to process applications for temperature control to plastic injection molds In this study, the volume percentage rate of working fluid will be changed from 2.5 % to 60 % heat pipes models capable of injection molding applications are also built in and experimental In the experiment, the temperature of the bottom (evaporator section), middle and top point (condenser section) of heat pipe was collected and compared Experimental results show that there is a large difference in performance of heat transfer percentage rate to the liquid inside the heat pipe and heat pipe in the various models Moreover, the heat transfer performance of heat pipes depends on the location of heat and thermal insulation for heat pipes The best results of the research shown that: With the area of 0.01 m2, the average heating speed is 8.6 0C/minute and the cooling is 13.9 0C/minute to the heat pipe first model With the area of 0.0017 m2 and heat pipes has already insulated, the heating rate is 1.5 0C/s with the heat pipe second model In addition, the smallest temperature difference between two areas thrid model is 0C with the opening of Valve with heating is 0.0016 m2, the average speed corresponding heat in the A and B is 1.11 0C/s and 1.09 0C/ s Keyword: Heat pipe, heat transfer, heating time, working fluid v MỤC LỤC Trang tựa…………………………………………… ……………………Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CÁM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v DANH SÁCH CÁC HÌNH xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xv CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỈ SỐ xvii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử hình thành phát triển ống nhiệt .1 1.2 Nghiên cứu ống nhiệt nước 1.2.1 Trong nước 1.2.2 Ngoài nước 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 15 1.3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài .15 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 15 1.4 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu giới hạn đề tài .16 1.5 Phương pháp nghiên cứu 17 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .17 1.7 Kết cấu luận văn 18 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19 2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động ống nhiệt 19 2.1.1 Cấu tạo ống nhiệt .19 2.1.2 Nguyên lý hoạt động ống nhiệt 20 2.2 Phân loại ống nhiệt 21 2.2.1 Theo lực tác dụng để đưa chất lỏng ngưng quay trở phần sôi 22 vi 2.2.2 Theo phạm vi nhiệt độ sử dụng 25 2.2.3 Theo môi chất nạp 25 2.2.4 Theo mục đích sử dụng ống nhiệt 25 2.2.5 Theo hình dạng ống .25 2.3 Ưu điểm ống nhiệt [1] 26 2.4 Ứng dụng ống nhiệt [5] 27 2.4.1 Làm mát linh kiện điện tử 27 2.4.2 Làm nóng nước sử dụng lượng mặt trời 29 2.4.3 Chống tan băng trụ đường ống dẫn dầu 29 2.4.4 Tái sử dụng nhiệt thải .30 2.4.5 Một số ứng dụng khác ống nhiệt .31 2.5 Môi chất nạp vật liệu làm ống nhiệt .31 2.5.1 Chọn môi chất nạp 31 2.5.2 Vật liệu làm ống nhiệt 34 2.5.3 Cách nạp môi chất vào ống nhiệt .34 2.6 Công suất nhiệt ống nhiệt [1] .35 2.6.1 Cơng suất nhiệt tồn 35 2.6.2 Công suất nhiệt .38 2.7 Ảnh hưởng lượng nạp mơi chất góc nghiêng tới cơng suất nhiệt Qi ống nhiệt [1] 41 2.7.1 Ảnh hưởng lượng nạp 41 2.7.2 Ảnh hưởng góc nghiêng .41 2.8 Các loại giới hạn công suất nhiệt ống nhiệt trọng trường 42 2.8.1 Giới hạn âm 43 2.8.2 Giới hạn sôi 43 2.8.3 Giới hạn lôi 44 2.9 Chọn chiều dài phần sôi phần ngưng ống nhiệt trọng trường 45 2.10 Cơ sở lý thuyết hệ thống giải nhiệt cho khuôn ép phun nhựa [21] 46 2.10.1 Giới thiệu hệ thống giải nhiệt khuôn 46 vii 2.10.2 Giới thiệu hệ thống giải nhiệt khuôn 46 2.10.3 Hệ thống kênh dẫn cách khoan thẳng thông thường .47 2.10.4 Mơ hình vật lý tính tốn nhiệt cho hệ thống giải nhiệt khn 48 CHƯƠNG XÂY DỰNG, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VỀ ỐNG NHIỆT ỨNG DỤNG CHO KHN ÉP NHỰA 49 3.1 Ống nhiệt .49 3.2 Điều khiển nhiệt độ .52 3.3 Súng đo nhiệt độ 54 3.4 Relay điều khiển nguồn điện trở 54 3.5 Bộ nguồn 220 VAC/24 VDC-2.1 A 55 3.6 Đồng hồ đo thời gian 55 3.7 Cốc thủy tinh .56 3.8 ELCB (Earth leakage circuit breake) 56 3.9 Đồng hồ đo áp suất 20 kgf/cm2 .57 3.10 Cảm biến nhiệt độ .58 3.11 Điện trở gia nhiệt hình trụ (heater) 59 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 60 4.1 Tiến hành thí nghiệm 60 4.2 Với ống nhiệt theo mơ hình (Hình 3.1), sử dụng điện trở nhiệt dạng trụ tròn 66 4.2.1 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian điểm giữa, điểm thay đổi áp suất trung bình bên ống nhiệt tiến hành thí nghiệm với thay đổi nhiệt độ gia nhiệt tỉ lệ thể tích nước chứa ống nhiệt .66 4.2.2 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian điểm đáy, điểm giữa, điểm thay đổi áp suất bên ống nhiệt tiến hành thí nghiệm với nhiệt độ gia nhiệt phần sôi ống nhiệt 210 0C tỉ lệ thể tích nước chứa ống nhiệt 10 % 71 4.3 Với ống nhiệt theo mơ hình (Hình 3.2), sử dụng điện trở nhiệt dạng tròn 74 viii 4.3.1 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian điểm ống nhiệt nhiệt độ cài đặt điểm ống nhiệt 180 0C với tỉ lệ nước bên ống nhiệt 40 %, 50 % 60 % 74 4.3.2 Biểu đồ thể thay đổi áp suất trung bình bên ống nhiệt nhiệt độ cài đặt điểm ống nhiệt 180 0C với tỉ lệ nước bên ống nhiệt 40 %, 50 % 60 % .74 4.3.3 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trunh bình theo thời gian điểm ống nhiệt (khi nhiệt độ điểm hộp nhiệt đạt 150 0C tiến hành mở Van cấp nhiệt vào khối nhiệt) 75 4.4 Với ống nhiệt theo mơ hình (Hình 3.3), sử dụng điện trở nhiệt dạng tròn 78 4.4.1 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van theo thứ tự 1, 2, 3, 4, và Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C 79 4.4.2 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C 79 4.4.3 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C 81 4.4.4 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C 83 4.4.5 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C 84 4.4.6 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C 85 ix 4.4.7 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C 87 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 5.1 Kết luận .90 5.2 Kiến nghị .91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 96 x DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình.………………… ………………………………………………………Trang Hình 1.1: Ảnh hưởng góc nghiêng Φ tới cơng suất nhiệt Qi .5 Hình 1.2: Ảnh hưởng lượng nạp ξ tới công suất nhiệt Qi Hình 1.3: Mơ hình ống dẫn nhiệt thơng thường Hình 1.4: Mơ hình ống nhiệt động lực học ống nhiệt xiphong Hình 1.5: Mơ hình ống nhiệt vịng lập .8 Hình 1.6: Mơ hình bảng ống nhiệt nhơm Hình 1.7: Mơ hình ống nhiệt hấp thụ Hình 1.8: Mơ hình ứng dụng ống nhiệt làm mát thiết bị điện Hình 1.9: Mơ hình trao đổi nhiệt ống nhiệt cho sấy sơ khơng khí Hình 1.10: Lớp bấc dùng ống nhiệt 10 Hình 1.11: Sơ đồ gắn cặp nhiệt độ ống nhiệt trọng trường .10 Hình 1.12: Sự thay đổi nhiệt độ công suất ban đầu không đổi cho ba loại môi chất làm việc khác (a) methanol (b) ethanaol (c) nước .11 Hình 1.13: Chênh lệch nhiệt độ phần sôi (Te) phần ngưng (Tc) ống nhiệt hàm tuyến tính nhiệt đầu vào cho môi chất nạp với nồng độ SiC khác 15 Hình 2.1: Cấu tạo ống nhiệt 19 Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo ống [22] .20 Hình 2.3: Quá trình hoạt động ống nhiệt biểu đồ T-s 21 Hình 2.4: Ống nhiệt trọng trường [21] .22 Hình 2.5: Cấu tạo ống nhiệt mao dẫn [1] 23 Hình 2.6: Mặt cắt ống nhiệt mao dẫn [21] .23 Hình 2.7: Ống nhiệt ly tâm [25] .24 Hình 2.8: Tản nhiệt RAM máy tính hãng OCZ Xigmatek 27 Hình 2.9: Các loại tản nhiệt VGA - cạc đồ họa máy tính .28 Hình 2.10: Bộ thu lượng mặt trời 29 xi C kết gia nhiệt cho khối nhiệt tốt nhất, với điện tích gia nhiệt 0.0017 m2 tốc độ gia nhiệt trung bình tương ứng 1.35 C/giây, nhiên cách nhiệt kết tốt (1.5 C/giây) hạn chế phần nhiệt bị tổn thất nhiệt môi trường xung quanh 4.4 Với ống nhiệt theo mô hình (Hình 3.3), sử dụng điện trở nhiệt dạng trịn Giữ ngun nhiệt độ cài đặt phần sơi ống nhiệt 180 C, tỉ lệ % theo thể tích nước ống nhiệt 50 %, cách nhiệt toàn ống nhiệt Khi nhiệt độ phần ống nhiệt đạt 150 C tiến hành mở Van theo thứ tự Van 1, Van 2, Van 3, Van 4, Van và Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C so sánh nhiệt chênh lệch nhiệt độ hai mặt A B nhiệt độ lớn thu hai mặt A B (bỏ qua nhiệt độ hai mặt A B giai đoạn khởi động) 4.4.1 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van theo thứ tự 1, 2, 3, 4, và Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C Hình 4.10: Biểu đồ nhiệt điểm A B khối nhiệt hình chữ C trường hợp mở Van khác 27 C Hình 4.11: Biểu đồ nhiệt điểm A B khối nhiệt hình chữ C cấp nhiệt vị trí Van Thí nghiệm với nhiệt độ cài đặt phần sơi ống nhiệt 180 0C, nhiệt độ điểm 150 0C Với tỉ lệ nước bên ống nhiệt 50 % tiến hành cách nhiệt toàn ống nhiệt Khi tiến hành mở Van vị trí cấp nhiệt vào khối nhiệt hình chữ C Từ kết hình 4.11, chênh lệch nhiệt độ hai mặt A B lớn Trong nhiệt độ mặt A cao mặt B, giá trị lớn nhất: 15 C giây thứ 20 30 thí nghiệm giá trị nhỏ 0C giây thứ 90 thí nghiệm 28 C 4.4.2 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C Hình 4.12: Biểu đồ nhiệt điểm A B khối nhiệt hình chữ C cấp nhiệt vị trí Van Thí nghiệm với nhiệt độ cài đặt phần sôi ống nhiệt 180 0C, nhiệt độ điểm 150 0C Với tỉ lệ nước bên ống nhiệt 50 % tiến hành cách nhiệt toàn ống nhiệt Khi tiến hành mở Van vị trí cấp nhiệt vào khối nhiệt hình chữ C Từ kết hình 4.12, chênh lệch nhiệt độ hai mặt A B thu hẹp lại Trong nhiệt độ mặt B lại cao mặt A, giá trị lớn nhất: 0C giây thứ 40 thí nghiệm giá trị nhỏ C giây thứ 20 sau khởi động giây 90 thí nghiệm 29 C 4.4.3 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C Hình 4.13: Biểu đồ nhiệt điểm A B khối nhiệt hình chữ C cấp nhiệt vị trí Van Thí nghiệm với nhiệt độ cài đặt phần sôi ống nhiệt 180 0C, nhiệt độ điểm 150 0C Với tỉ lệ nước bên ống nhiệt 50 % tiến hành cách nhiệt toàn ống nhiệt Khi tiến hành mở Van vị trí cấp nhiệt vào khối nhiệt hình chữ C Từ kết hình 4.13, chênh lệch nhiệt độ hai mặt A B gần tương đồng Trong chênh lệch nhiệt độ hai mặt A B thay đổi vị trí cho từ giây 60 trở đi, giá trị lớn nhất: C giây thứ 10 sau thời gian khởi động thí nghiệm giá trị nhỏ 0C giây thứ 60 nhiệt độ hai mặt A B đổi chổ cho 30 C 4.4.4 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C Hình 4.14: Biểu đồ nhiệt điểm A B khối nhiệt hình chữ C cấp nhiệt vị trí Van Thí nghiệm với nhiệt độ cài đặt phần sơi ống nhiệt 180 0C, nhiệt độ điểm 150 0C Với tỉ lệ nước bên ống nhiệt 50 % tiến hành cách nhiệt toàn ống nhiệt Khi tiến hành mở Van vị trí cấp nhiệt vào khối nhiệt hình chữ C Từ kết hình 4.14, chênh lệch nhiệt độ hai mặt A B gần đồng hay có khác biệt nhỏ Biểu đồ nhiệt biểu diễn cho hai mặt A B gần nằm lên 4.4.5 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C 31 C Hình 4.15: Biểu đồ nhiệt điểm A B khối nhiệt hình chữ C cấp nhiệt Van Thí nghiệm với nhiệt độ cài đặt phần sôi ống nhiệt 180 0C, nhiệt độ điểm 150 0C Với tỉ lệ nước bên ống nhiệt 50 % tiến hành cách nhiệt toàn ống nhiệt Khi tiến hành mở Van lúc vị trí cấp nhiệt vào khối nhiệt hình chữ C Từ kết hình 4.15, chênh lệch nhiệt độ hai mặt A B lại diễn lớn Trong nhiệt độ mặt B cao mặt A giống trường hợp cấp Van vị trí 2, nhiên nhiệt độ chênh lệch cao, giá trị lớn nhất: 24 0C giây thứ 30 thí nghiệm giá trị nhỏ 0C giây thứ 90 thí nghiệm 32 C 4.4.6 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ theo thời gian điểm A B khối nhiệt hình chữ C với trường hợp mở Van để cấp nhiệt vào hộp nhiệt hình chữ C Hình 4.16: Biểu đồ nhiệt điểm A B khối nhiệt hình chữ C cấp nhiệt Van Thí nghiệm với nhiệt độ cài đặt phần sôi ống nhiệt 180 0C, nhiệt độ điểm 150 0C Với tỉ lệ nước bên ống nhiệt 50 % tiến hành cách nhiệt toàn ống nhiệt Khi tiến hành mở Van cấp nhiệt vào khối nhiệt hình chữ C Từ kết hình 4.16, chênh lệch nhiệt độ hai mặt A B gần đồng hay có khác biệt nhỏ giống trường hợp mở Van Biểu đồ nhiệt biểu diễn cho hai mặt A B gần nằm lên Tuy nhiên nhiệt độ giây 90 không cao trường hợp mở Van vị trí số Nhận xét: Trong phương pháp cấp vào mơ hình chữ C ta nhận thấy phương pháp cấp nhiệt vào vị trí Van số thu kết tốt Nhiệt độ hai mặt A B thời gian gia nhiệt 90 giây gần đồng nhiệt độ thu hai mặt lớn lần lược 131 0C 129 0C thời gian gia nhiệt 90 giây Với điện tích gia nhiệt 0.0016 m2 cho mặt làm việc, tốc độ gia nhiệt trung bình tương ứng mặt A B 1.11 0C/giây 1.09 0C/giây 33 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Nghiên cứu ống nhiệt vấn đề rộng mà nhà khoa học toàn giới nghiên cứu nhiều Ở Việt Nam lĩnh vực khơng cịn xa lạ, việc nghiên cứu, phân tích, thực nghiệm mơ hình ống nhiệt nhiều tác giả đưa kết có giá trị Luận văn tiếp tục kế thừa, phát triển cơng trình nghiên cứu trước đưa kết thơng qua q trình thí nghiệm đo kiểm thực tế, mơ hình ống nhiệt tiến hành nghiên cứu với lượng môi chất làm việc thay đổi từ 2.5 %, %, 10 %, 20 % 30 % ứng với mức nhiệt độ cài đặt phần sôi ống nhiệt 150 ºC, 170 ºC, 190 0C 210 ºC Bên cạnh đó, 03 mơ hình ống nhiệt khác khảo sát, so sánh đánh giá hiệu suất trao đổi nhiệt ống nhiệt Qua q trình phân tích kết thực nghiệm rút kết luận sau: - Với mô hình ống nhiệt (Hình 3.1), nhiệt độ cài đặt phần sôi ống nhiệt 210 0C, tỉ lệ nước 10 % thu thời gian gia nhiệt ngắn để điểm ống nhiệt 150 0C với thời gian gia nhiệt 14 phút Với điện tích gia nhiệt 0.01 m2 tốc độ gia nhiệt trung bình tương ứng 8.6 0C/phút , Ở giai đoạn giải nhiệt cho ống nhiệt, với tỉ lệ nước giai đoạn giải nhiệt cho ống nhiệt, nhiệt độ mặt ống nhiệt giảm nhanh chênh lệch nhiệt độ điểm điểm ống nhiệt thấp nhất, nhiệt độ dao động khoãng 9-11 0C, với thời gian giải nhiệt để điểm ống nhiệt xuống 40 0C thời gian phút tốc độ giải nhiệt trung bình tương ứng 13.9 0C/ phút - Với mơ hình ống nhiệt (Hình 3.2), giữ nhiệt cài đặt phần sôi ống nhiệt 180 0C, tỉ lệ nước bên ống nhiệt 50 %, nhiệt độ mặt ống nhiệt 150 0C tiến hành mởi Van 34 cấp nhiệt vào khối nhiệt Với điều kiện ta thu kết gia nhiệt cho khối nhiệt tốt nhất, với điện tích gia nhiệt 0.0017 m2 tốc độ gia nhiệt trung bình tương ứng 1.35 0C/giây, nhiên cách nhiệt kết tốt (1.5 0C/giây) hạn chế phần nhiệt bị tổn thất nhiệt môi trường xung quanh - Trong phương pháp cấp vào mơ hình chữ C theo mơ hình ống nhiệt (Hình 3.3) ta nhận thấy phương pháp cấp nhiệt vào vị trí Van số thu kết tốt Nhiệt độ hai mặt A B thời gian gia nhiệt 90 giây gần đồng nhiệt độ thu hai mặt lớn lần lược 131 0C 129 0C thời gian gia nhiệt 90 giây Với điện tích gia nhiệt 0.0016 m2 cho mặt làm việc, tốc độ gia nhiệt trung bình tương ứng mặt A B 1.11 0C/giây 1.09 0C/giây - Nhìn chung, với mơ hình ống nhiệt thí nghiệm, kết tốt đạt là:  Với điện tích bề mặt sử dụng 0.01 m2, tốc độ gia nhiệt cho ống nhiệt 8.6 0C/phút ứng với mơ hình ống nhiệt (Hình 3.1)  Với điện tích bề mặt sử dụng 0.01 m2, tốc độ giải nhiệt cho ống nhiệt trung bình 13.9 0C/phút ứng với mơ hình ống nhiệt (Hình 3.1)  Với điện tích bề mặt sử dụng 0.0017 m2, ống nhiệt cách nhiệt hoàn toàn Tốc độ gia nhiệt 1.5 0C/giây ứng với mơ hình ống nhiệt (Hình 3.2)  Chênh lệch nhiệt độ nhỏ hai bề mặt sử dụng C ứng với mơ hình ống nhiệt (Hình 3.3) với trường hợp mở Van cấp nhiệt vị trí Với điện tích gia nhiệt 0.0016 m2 cho mặt làm việc, tốc độ gia nhiệt trung bình tương ứng mặt A B 1.11 0C/giây 1.09 0C/giây 5.2 Kiến nghị Do thời gian thực đề tài có hạn nên ngồi kết đạt được, xin đề xuất số ý kiến sau nhằm phát triển hoàn thiện đề tài nữa: - Nghiên cứu thêm ảnh hưởng áp suất bên ống nhiệt mơ hình đến hiệu suất gia nhiệt cho khối nhiệt 35 - Nghiên cứu sâu phân bố nhiệt ống nhiệt kết cấu phức tạp cho phù hợp với nhiều loại chi tiết có hình dạng khác - Ứng dụng cho khuôn phun ép nhựa 36 ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG MƠI CHẤT VÀ GĨC LÀM VIỆC ĐẾN KHẢ NĂNG TRUYỀN NHIỆT CỦA ỐNG NHIỆT EFFECT OF WORKING FLUID AND ANGLE OPERATION ON THE HEAT TRANSFER ABILITY OF HEAT PIPE Nguyễn Ngọc Phương 1, Phạm Sơn Minh 1, Nguyễn Tài Khanh 1, Nguyễn Văn Hên 1 Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tóm tắt Trong báo này, hiệu suất truyền nhiệt ống nhiệt trọng trường nghiên cứu với hai mức nhiệt độ làm việc: 120ºC 140ºC Để quan sát ảnh hưởng lượng môi chất ống vị trí làm việc ống, q trình gia nhiệt cho ống tiến hành với mực nước thay đổi từ 10 mm đến 110 mm Ngồi ra, q trình tiến hành với góc nghiên ống tăng từ 30o đến 90o Trong q trình thí nghiệm, nhiệt độ điểm ống thu thập so sánh Kế thực nghiệm cho thấy tăng lượng nước, khả truyển nhiệt ống tăng, tốc độ gia nhiệt lúc khởi động chậm Khi tăng góc nghiêng từ 30o đến 90o, khả truyền nhiệt tăng theo Ngoài ra, nhiệt độ điểm cao nhiệt độ điểm số trường hợp Từ khóa: Ống nhiệt, truyền nhiệt, thời gian gia nhiệt, môi chất Abstract In this paper, the heat transfer coefficient of a gravity heat pipe will be studied under two working temperature as 120ºC 140ºC For observing the effect of working fluid and the working angle on the heat pipe, the heating process was achieved with the varing of working fluid amount from 10 mm to 110 mm and the raising of working angle from 30o to 90o In the experiment, the temperature of the top and bottom point of heat pipe was collected and compared The result shows that the heating coefficient of heat pipe will be improved with the more working fluid, however, the heating rate at the beginning will be slower With the raising of working angle from 30o to 90o, the heat transfer coefficient will also higher Addition, in some cases, the top temperature is higher than the bottom temperature Keyword: Heat pipe, heat transfer, heating time, working fluid Giới thiệu chung Ống nhiệt ống thường kim loại hàn kín hai đầu, có chứa lượng mơi chất lỏng xác định [1] Tùy theo loại ống nhiệt mà phía ống trơn, xẻ rãnh gắn lưới mao dẫn, phía ngồi trơn làm cánh tản nhiệt Khi ống nhận nhiệt (từ trình đốt cháy nhiên liệu, từ khói thải nhà máy, từ lượng mặt trời, ) phần sôi hay phần cấp nhiệt ống, môi chất bên ống (như nước, môi chất lạnh, kim loại lỏng, ) sôi tạo áp suất p1 Hơi tạo chuyển động lên phía phần ngưng hay phần tỏa nhiệt ống Tại tỏa nhiệt cho mơi trường có nhiệt độ thấp (như khơng khí, ) ngưng lại thành chất lỏng áp suất p2 Khi dòng chuyển động có tổn thất áp suất nên p1 > p2, tổn thất áp suất nhỏ nên đa số trường hợp ta coi p1 = p2 = p áp suất bão hòa ống nhiệt Chất lỏng ngưng tạo bề mặt ống phần ngưng chảy phần sôi phía nhờ lực trọng trường Như điều kiện để ống nhiệt trọng trường hoạt động phần cấp nhiệt (phần sôi) phải đặt thấp phần tỏa nhiệt (phần ngưng) để tạo lực trọng trường tác dụng tới chất lỏng ngưng quay phần sôi, Hiện nay, ống nhiệt chia làm phần [2, 3]: phần sôi, phần đoạn nhiệt phần ngưng - Phần sơi: Phần đốt nóng nguồn nhiệt khác nhau, môi chất lỏng ống nhận nhiệt sơi bão hịa tạo thành - Phần đoạn nhiệt: Hơi bão hòa từ phần sôi chuyển động qua phần đoạn nhiệt lên phần ngưng Sở dĩ gọi phần đoạn nhiệt phần khơng thực q trình trao đổi nhiệt, nghĩa ống bọc cách nhiệt bên ngồi phần Phần có khơng có - Phần ngưng: Hơi bão hịa lên tới phần ngưng nhả nhiệt cho môi chất làm mát bên ngồi ống ngưng lại Mơi chất ngưng quay phần sôi nhờ lực trọng trường, lực mao dẫn hay lực ly tâm,… Với khả truyền nhiệt tốt, ống nhiệt thường sử dụng trình làm mát linh kiện điện tử, Làm nóng nước sử dụng lượng mặt trời, chống tan băng trụ đường ống dẫn dầu, tái sử dụng nhiệt thải,… Tuy nhiên, việc tính tốn tìm thiết kế thơng số tối ưu ống nhiệt cẩn tiếp tục nghiên cứu Trong đó, lượng mơi chất nạp cho ống nhiệt [4, 5] ảnh hưởng góc nghiêng [6] đến khả hoạt động ống nhiệt hai thông số cần tính tốn cẩn thận nhằm đảm bảo hiệu suất truyền nhiệt thiết bị Phương pháp thí nghiệm Trong báo này, ống nhiệt có đường kính ngồi 42 mm, đường kính 36 mm, dài 460 mm tiến hành gia cơng Hình Hai đầu ống lắp hai mặt bít có đường kính ngồi với chiều dày 15 mm cho mặt 16.5 mm cho mặt Hai mặt bít khoan hai lỗ M6x1 để lắp cảm biến đo nhiệt Ngồi ra, mặt bít dưới khoan lỗ thông suốt để đưa môi chất làm việc vào ống Trong nghiên cứu này, khả truyền nhiệt ống nhiệt đánh giá chênh lệch nhiệt độ điểm (mặt bít trên) điểm (mặt bít dưới) thơng qua hai cảm biến nhiệt độ Tại đầu ống, điện trở vịng có cơng suất 350 W dùng làm nguồn nhiệt q trình thí nghiệm ống nhiệt Ống nhiệt tỏa nhiệt môi trường thông q q trình truyền nhiệt đối lưu với khơng khí Trong nghiên cứu này, môi chất làm việc dùng nước Để đánh giá ảnh hưởng lượng môi chất đến khả truyền nhiệt, ống nhiệt vận hành với mức môi chất khác nhau: 10 mm, 30 mm, 50 mm, 70 mm, 90 mm, 110mm tính từ đáy ống Trong q trình nghiên cứu, mực mước tiến hành thí nghiệm với hai mức nhiệt độ làm việc ống: 120ºC 140ºC Ngồi ra, góc làm việc ống thay đổi với góc Hình Tương tự trường hợp thay đổi mực nước, góc làm việc tiến hành thí nghiệm với hai mức nhiệt độ làm việc ống: 120ºC 140ºC Hình Hình dáng kích thước ống heat pipe Hình Giá đỡ tạo góc nghiêng Phân tích kết thí nghiệm 3.1 Ảnh hưởng lượng môi chất đến khả truyền nhiệt ống nhiệt Kết so sánh nhiệt độ điểm điểm trình hoạt động ống nhiệt với góc làm việc 60o mức nhiệt độ làm việc 120ºC 140ºC trình bày Hình 3a Hình 3b Kết cho thấy với mực nước 10mm 30 mm, mực nước thấp, không đủ cung cấp lượng nhiệt lớn để gia nhiệt nên nhiệt độ điểm gia nhiệt thấp Nhiệt độ điểm lớn nhiệt độ điểm Kết thực nghiệm cho thấy nhiệt độ điểm thấp điểm khoảng từ 30 oC – 40 oC Với mực nước 50mm 70 mm, kết đo lường cho thấy bắt đầu có thay đổi lượng nước nhiều hai trường hợp đầu Nhiệt độ điểm tăng cao nhiệt lượng cung cấp từ nước nhiều nhanh Kết thí nghiệm cho thấy nhiệt độ điểm cao so với nhiệt độ làm việc điểm từ 80C - 100C Tiếp tục tăng lượng nước với mực nước 90mm 110 mm, nhìn chung, lượng nước lớn nên khả truyền nhiệt tốt Tuy nhiên, tốc độ truyền nhiệt chậm cần phải có thời gian để nước bắt đầu sôi bay Trong trường hợp này, nhiệt độ điểm cao điểm khoảng 150C Nhìn chung, thí nghiệm thay đổi mực nước nhiệt độ làm việc ống cho thấy lượng nước nhiều khả truyền nhiệt lớn, nhiệt độ điểm cao, nhiên, tốc độ truyền nhiệt lâu Hình 3a Thay đổi mực nước - giữ nguyên nhiệt độ làm việc 1200C, góc 600 Hình 3b Thay đổi mực nước - giữ nguyên nhiệt độ làm việc 1400C, góc 600 3.2 Ảnh hưởng góc làm việc đến khả truyển nhiệt ống nhiệt Trong q trình vận hành ống nhiệt, góc làm việc thông số quan trọng, ảnh hưởng lớn đến hiệu suất truyền nhiệt, đặc biệt với ống nhiệt trọng trường Trong nghiên cứu này, mô hình ống nhiệt Hình tiến hành thí nghiệm với mực nước 50 mm, nhiệt độ làm việc ống 120ºC 140ºC, với góc nghiêng khác Hình Kết thực nghiệm trình bày Hình 4a 4b Các kết cho thấy: Với góc nghiêng lớn 300, tốc độ gia nhiệt điểm nhanh so với góc cịn lại, nhiên khác biệt khơng đáng kể Ngồi ra, nhiệt độ điểm cao điểm Vào khoảng từ 22 phút đến 27 phút, nhiệt độ điểm cao hơn điểm từ 50 oC – 60 oC Với góc 450: Nhiệt độ điểm vượt cao điểm khoảng 100 o C Tốc độ gia nhiệt tương đối nhanh Với góc 600 900, chênh lệch nhiệt độ điểm điểm có, khơng rõ trường hợp góc nghiêng 450 Với thí nghiệm góc nghiêng ống nhiệt, ta thấy góc nghiêng lớn, tốc độ truyền nhiệt nhanh nhiệt độ điểm lớn nhiệt độ điểm dưới, cho thấy khả truyền nhiệt tốt Hình 4a Thay đổi góc - giữ nguyên nhiệt độ làm việc 1200C, mực nước 50mm Hình 4b Thay đổi góc - giữ nguyên nhiệt độ làm việc 1400C, mực nước 50mm Kết luận Qua trình thí nghiệm đo kiểm thực tế, mơ hình ống nhiệt tiến hành nghiên cứu với lượng môi chất làm việc thay đổi từ 10 mm đến 110 mm, ứng với hai mức nhiệt độ làm việc 120ºC 140ºC Ngồi ra, thơng số góc nghiêng ống khảo sát với góc thay đổi từ 30 o đến 90o Qua trình phân tích kết thực nghiệm hai kết luận sau đúc kết:  Khi lượng nước nhiều khả truyền nhiệt lớn, nhiệt độ điểm cao, nhiên, tốc độ truyền nhiệt lâu  Khi góc nghiêng lớn, tốc độ truyền nhiệt nhanh nhiệt độ điểm lớn nhiệt độ điểm dưới, cho thấy khả truyền nhiệt tốt Tài liệu tham khảo Nguyễn Thiên Hồng - Nghiên cứu tính chất nhiệt ống nhiệt trọng trường với môi chất nạp ethanol, Luận văn Cao học, 2010, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội S.M Peyghambarzadeh, S Shahpouri, N Aslanzadeh, M Rahimnejad, Thermal performance of different working fluids in a dual diameter circular heat pipe, Ain Shams Engineering Journal, Volume 4, Issue 4, December 2013, Pages 855-861 Chen-Ching Ting, Chien-Chih Chen, Experimental Analysis of Heat Transfer Behavior inside Heat Pipe Integrated with Cooling Plates, Engineering, 2011, 3, 959-964 Marcos Vinício Oro, Edson Bazzo, Flat heat pipes for potential application in fuel cell cooling, Applied Thermal Engineering, Volume 90, November 2015, Pages 848-857 Xianping Chen, Huaiyu Ye, Xuejun Fan, Tianling Ren, Guoqi Zhang, A review of small heat pipes for electronics, Applied Thermal Engineering, Volume 96, March 2016, Pages 1-17 M.S Naghavi, K.S Ong, I.A Badruddin, M Mehrali, M Silakhori, H.S.C Metselaar, Theoretical model of an evacuated tube heat pipe solar collector integrated with phase change material, Energy, Volume 91, November 2015, Pages 911-924 S K L 0 ... hệ thống điều khiển nhiệt độ khuôn phun ép nhựa 15 1.4 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu giới hạn đề tài - Thơng qua đề tài ? ?Nghiên cứu đặc tính ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa? ?? mục tiêu sau... Nghiên cứu khả truyền nhiệt ba loại mơ hình ống nhiệt có hình dạng vị trí cấp nhiệt khác 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài là: ? ?Nghiên cứu đặc tính ống nhiệt ứng dụng cho. .. xa mà hiệu nhiệt độ nhỏ 26 2.4 Ứng dụng ống nhiệt [5] Ống nhiệt nghiên cứu cho nhiều ứng dụng khác nhiều ngành công nghiệp, bao gồm ứng dụng lĩnh vực nhiệt độ cao việc sử dụng ống nhiệt heli