Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)

Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian (Đề tài NCKH)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH NĂNG SUẤT LẠNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHƠNG KHÍ CO2 THEO THỜI GIAN Mã số đề tài: SV2020-02 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Hữu Hưng TP Hồ Chí Minh, 07/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH NĂNG SUẤT LẠNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ CO2 THEO THỜI GIAN Mã số đề tài: SV2020-02 Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học kỹ thuật SV thực hiện: Nguyễn Hữu Hưng Đinh Sĩ Tân Nam, Nữ: Nam Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Lớp 161470, khoa CKĐ Năm thứ: 4/Số năm đào tạo: năm Ngành học: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt (Ghi rõ họ tên SV chịu trách nhiệm thực đề tài) Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn, PGS Đặng Thành Trung TP Hồ Chí Minh, 07/2020 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn MỤC LỤC MỤC LỤC .1 DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG .4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI .7 LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 10 1.1 Lý chọn đề tài 10 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 11 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 21 1.4 Mục đích chọn đề tài 22 1.5 Phương pháp thực đề tài .22 1.6 Giới hạn đề tài 23 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24 2.1 Cơ sở truyền nhiệt 24 2.1.1 Dẫn nhiệt 24 2.1.2 Trao đổi nhiệt đối lưu 25 2.1.3 Trao đổi nhiệt xạ .25 2.2 Tổng quan môi chất R744-CO2 .26 2.1.1 Đặc điểm CO2 26 2.2.2 Tính chất mơi chất lạnh R744-CO2 27 2.2.3 Ưu nhược điểm môi chất CO2 29 2.3 Cơng thức tính tốn liên quan 29 CHƯƠNG 3: MÁY VÀ THIẾT BỊ HỆ THỐNG 31 3.1 Máy nén 31 3.2 Thiết bị bay kênh mini 32 3.3 Thiết bị ngưng tụ 33 3.4 Van tiết lưu 35 CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ CO2 36 SV2020-02 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn 4.1 Tính tốn thiết bị ngưng tụ 36 4.2 Tính tốn thiết bị bay .42 4.3 Tính toán suất lạnh hệ thống theo lý thuyết 50 4.4 Kết thực nghiệm 51 4.5 Nhận xét kết thực nghiệm: 53 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 5.1 Kết luận .54 5.2 Kiến Nghị 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO .55 PHỤ LỤC 59 SV2020-02 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn mối tương quan [20] 20 Hình 2.1 Đồ thị trạng thái CO2 26 Hình 2.2 Đồ thị T-s môi chất R744 28 Hình 2.3 Đồ thị p-h mơi chất R744 28 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hịa khơng khí CO2 30 Hình 3.1 Máy nén Dorin CD 200 – Model 180H 31 Hình 3.2 Các thơng số kích thước dàn mini 33 Hình 3.3 Mơ hình thiết bị ngưng tụ kiểu ngập .33 Hình 3.4 Tấm làm mát Cooling Pad .34 Hình 3.5 Hình thực tế thiết bị ngưng tụ kiểu ngập .35 Hình 3.6 Van tiết lưu Danfoss 35 Hình 4.1 Chu trình điều hịa khơng khí mơi chất lạnh R744 đồ thị logp-h 37 Hình 4.2 Quá trình trao đổi nhiệt ngưng tụ nước CO2 39 Hình 4.3 Đồ thị thể liên hệ đường kính thủy lực với hệ số truyền nhiệt 47 Hình 4.4 Biến thiên nhiệt độ dàn bay 49 SV2020-02 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các GWP môi chất lạnh gốc HCFC [17] .19 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật dàn bay kênh Mini .32 Bảng 4.1 Thông số lý thuyết chu trình điều hịa khơng khí CO2 36 Bảng 4.2 Thông số thực nghiệm chạy hệ thống ngày 04-06-2020 .51 Bảng 4.3 Thông số nhiệt động điểm nút chu trình .52 Bảng 4.4 Kết tính tốn thực nghiệm chu trình 52 Bảng 4.5 Bảng so sánh kết tính toán lý thuyết thực nghiệm .53 Bảng 5.1 Tính chất vật lý CO2 thể lỏng đường bão hòa 59 SV2020-02 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Chữ Latinh a: Hệ số khuếch tán nhiệt A: Hệ số hấp Thụ B: Chiều rộng, m c: Nhiệt dung riêng khối lượng [J/kgK] cp: Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp [J/kgK] C: Hệ số xạ dng: Đường kính ngồi ống, [m] dtr : Đường kính ống, [m] D: Hệ số xuyên qua E: Khả xạ bán cầu E: Khả xạ đơn sắt F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt m2 f: Diện tích tiết diện ngang k: Hệ số truyền nhiệt lc: Chiều dài cánh, m G: Lưu lượng khối lượng ( khối lượng) p: Áp suất [bar] q: Mật độ dòng nhiệt [W/m2] Q: Dòng truyền nhiệt [W] r: Nhiệt ẩn hóa t: Nhiệt độ bách phân [oC] SV2020-02 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn T: Nhiệt độ Kenvin [K] v: Thể tích riêng [m3] V: Lưu lượng thể tích Chữ Hy Lạp α: Cường độ tỏa nhiệt đối lưu β: Hệ số làm canh, hệ số dãn nở nhiệt : độ nhớt động học khơng khí, [m2/s] δ: Độ dày cánh, [m] ε: Độ đen η: Hiệu suất, [%] ∆𝑡: Chênh lệch nhiệt độ, [oC] 𝜌: Khối lượng riêng, [kg/m3] 𝜇: Độ nhớt động lực học , [kg/ms] 𝜔: tốc độ dòng, [m/s] 𝜆: Hệ số dẫn nhiệt, [W/m2K] Quy ước ký hiệu quốc tế GWP: Chỉ số làm trái đất nóng lên mơi chất HFC: Được xem môi chất lạnh hệ thứ Với mơi chất lạnh gốc điển HFC134A (R134a), HFC410A (R410A) COP: (Coeffcient Of Performance) Hệ số hiệu lượng SV2020-02 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu lý thuyết xác định suất lạnh hệ thống điều hịa khơng khí CO2 - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Hữu Hưng Mã số SV: 16147149 - Lớp: 161470B Khoa: Cơ Khí Động Lực - Thành viên đề tài: STT Họ tên MSSV Lớp Khoa Đinh Sĩ Tân 16147190 161470B Cơ khí động lực - Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn, PGS.TS Đặng Thành Trung Mục tiêu đề tài: - Tìm hiểu tính chất mơi chất lạnh CO2 - Tính tốn, xác định suất lạnh hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng mơi chất lạnh CO2 dùng dàn lạnh kênh mini - Phân tích tạo nguồn tài liệu tham khảo cho bạn sinh viên lĩnh vực truyền nhiệt môi chất CO2 - Một hướng ngành Công Nghệ Kỹ thuật Nhiệt Tính sáng tạo: - Cơng nghệ kênh mini hướng nghiên cứu nhằm thu gọn kích thước tăng hiệu làm việc trao đổi nhiệt - Nghiên cứu môi chất CO2 hướng nghiên cứu lĩnh vực tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường Kết nghiên cứu: - Nhóm nghiên cứu, tính tốn xác định suất lạnh hệ thống điều hòa khơng khí CO2 dùng dàn lạnh kênh mini theo phương pháp lý thuyết SV2020-02 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: - Bài nghiên cứu nhóm sử dụng làm nguồn tài liệu cho nhóm nghiên cứu sau lĩnh vực nghiên cứu thiết bị kênh mini, môi chất lạnh CO2 - Kết nghiên cứu sử dụng cho nghiên cứu sau để góp phần thu gọn kích thước thiết bị trao đổi nhiệt Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài TP Hồ Chí Minh Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ tên) SV2020-02 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn Tại t2 = 160C độ ẩm bảo hòa 100% -> p2bh = 0,01733 bar 𝜑2 = 85 % t1 = 160C -> 𝜑2 p2bh = 0,01333 bar d2 = 0,662 0,01333 1−0,01333 = 0,008944 kg/kgkkk I2 = t2 + (2500 + 1,8 t2) d2 = 16 + (2500 +1,8 16).0,008944 = 38,6176 kJ/kg Hệ số khử ẩm: 𝜉= 𝑄 = 𝑄𝑠 𝐼1 − 𝐼2 53,4036−38,6176 𝐶𝑝 (𝑡1 − 𝑡2 ) 2.𝛼𝑜𝑓 𝜉 m =√ = 𝜆 𝛿𝑐 =√ 1,005 (26−16) 70,90 1,4712 237.1,2 10−3 =1,4712 =27,084 𝜉: hệ số khử ẩm Q: tổng nhiệt lượng truyền Qs: Nhiệt 𝜆: hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm cánh, W/m.k Chọn vật liệu làm cánh nhôm nên 𝜆=237 W/m.k Cánh làm Dàn bay mini cánh hình chữ nhật 𝜌= 𝐵𝑓 2,2 = = 1,1 𝑑𝑛𝑔 𝜌′ = 1,145 𝜌 = 1,145 1,1 = 1,2595 R0 = 𝑑𝑛𝑔 2 = = 1mm 𝜁 ′ = (𝜌 − 1) (1 + 0,35 𝑙𝑛𝜌′ ) = (1,1 − 1) (1 + 0,35 ln 1,2595)=0,1081 𝑚𝑅0 𝜁 ′ = 27,084 0,001 0,1081 = 2,928 10−3 𝜂𝑓 = 𝑡ℎ (𝑚𝑅0 𝜁 ′ ) SV2020-02 𝑚𝑅0 𝜁′ = 𝑡ℎ(2,928.10−3 ) 2,928 10−3 = 0,999997 46 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn Do phân bố nhiệt độ nên hệ số toả nhiệt không đồng toàn bề mặt cánh Theo kinh nghiệm chọn hệ số 𝜓 = 0,85 𝛼2 = 𝛼𝑜𝑓 𝜂𝑓 𝜓 = 70,90 0,999997 0,85 = 60,27 W/m2.K 𝛼𝑎𝑖𝑟 = 𝛼2 𝜉 = 60,27 1,4712 = 88,67 W/m2.K Kết tính tốn 𝛼𝑎𝑖𝑟 = 88,67W/m2 độ, gần với biểu đồ thể mối tương quan đường kính thủy lực hệ số cường độ tỏa nhiệt phía khơng khí, tính tốn đường kính thủy lực dng = 2mm = 2000𝜇𝑚 Hình 4.3 Đồ thị thể liên hệ đường kính thủy lực với hệ số truyền nhiệt Sau so sánh, ta thấy kết tính tốn hệ số truyền nhiệt phù hợp với đường kính thủy lực nên ta sử dụng cơng thức tính hệ số tỏa nhiệt ống thường tính cho thiết bị ống mini - Hệ số tỏa nhiệt sôi ống 𝛼𝐶𝑂2 : + Tốc độ khối lượng vm: Theo chiều dịng chảy có 10 hàng ống (n2 = 10), số dãy ống mơi chất vào có dãy (60 ống), mơi chất tuần hồn hàng có lưu lượng Ga = 16,27 kg/h 𝑣𝑚 = 𝐺𝑎 /3600 𝑛2 𝜋.0,00122 SV2020-02 = 399,61 Kg/m2.s 47 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn + Cường độ tỏa nhiệt phía ống 𝛼𝐶𝑂2 : Để chọn cơng thức tính tốn 𝛼𝐶𝑂2 cần phải xác định quan hệ tốc độ khối lượng vm với tốc độ tới hạn vcm Trong thiết kế này, sơ giả thiết vm < vcm (giả thiết kiểm nghiệm lại phần sau) Trong trường hợp 𝛼𝐶𝑂2 tính: 0,1 0,7 0,54 𝛼𝐶𝑜2 = 0,9 𝐴2 𝑣𝑚 𝑞𝐶𝑂2 /𝑑𝑡𝑟 , W/m2độ A2  e.c1,3  Với hệ số: 32 𝐴1 = 𝑐 7𝜇 Trong 𝜇 phân tử lượng môi chất, (Tra bảng 15.6, TL[8]) với R744   44,01 Hệ số e = 10,1 (Trang 450 TL[8]) c định nghĩa sau: c to  273,15 tb  273,15 Trong đó: tb: Nhiệt độ điểm sôi tiêu chuẩn, với R744 tb = -78,52oC (Bảng 15.6, TL[8]) to: Nhiệt độ môi chất sôi hoá dàn bay hơi, chọn to = 6oC Kết tính được: 𝑐= 6+273,15 =1,4343 −78,52+273,15 𝐴2 = 𝐴1 = 10,1.1,43431,3 44,01 32 = 0,345 = 0,0582 1,43437 44,01 𝛼𝐶𝑂2 SV2020-02 0,7 𝑞𝐶𝑂2 0,7 = 0,9.0,345 399,61 = 21,3534 𝑞𝑐𝑜2 0,54 0,0012 0,1 48 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 Hình 4.4 Biến thiên nhiệt độ dàn bay Khi nhiệt độ khơng khí phịng trạng thái ổn định đạt 260C, hệ thống hoạt động ổn định ta có nhiệt độ khơng khí vào dàn 260C, nhiệt độ khơng khí khỏi dàn 160C Ta có ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 = 20 0C; ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 = 100C ∆𝑡𝑚 = ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 −∆𝑡𝑚𝑖𝑛 ∆𝑡 𝑙𝑛∆𝑡 𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑖𝑛 = 20−10 20 𝑙𝑛10 = 14,4270C - Tính hệ số truyền nhiệt k xét theo bề mặt ngồi: Xét đến nhiệt trở dẫn nhiệt hệ số truyền nhiệt tính theo cơng thức: 𝑘= 1 𝛿 + + 𝛼𝑘𝑘 𝜆 𝛼𝐶𝑂2 ; W/m2 độ Trong đó:  : Chiều dày vách ống nhôm, 𝛿𝐴𝑙 = 0,4 𝑚m  : Hệ số dẫn nhiệt ống nhôm, 𝜆𝐴𝑙 = 237 W/m2.độ 𝐾= 1 0,4.10−3 + + 0,7 88,67 237 21,3534𝑞𝑐𝑜2 = −0,7 11,28.10−3 +0,0468𝑞𝑐𝑜2 W/m2.độ - Mật độ dòng nhiệt tính quy bề mặt ống qtr: SV2020-02 49 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 𝑞𝑐𝑜2 = 𝛽 𝑘 ∆𝑡𝑚 = 17,56 −0,7 11,28.10−3 +0,0468𝑞𝑐𝑜2 14,427 W/m2 Giải phương trình ta 𝑞𝑐𝑜2 = 22075,025 W/m2 Với 𝑞𝑐𝑜2 = 22075,025 W/m2, xác định lại hệ số 𝛼𝑐𝑜2 , k: 𝛼𝑐𝑜2 = 21,3534 22075,0250,7 =23452,97 W/m2.độ 𝑘= 1 0,4.10−3 + + 88,67 237 23452,97 = 88,32 W/m2.độ Kiểm định lại giả thiết 𝑣𝑚 > 𝑣𝑐𝑚 ta thấy: 𝑣𝑐𝑚 : tốc độ khối lượng tới hạn 𝐴 0,345 0,77 𝐴1 0,0852 0,54 𝑣𝑐𝑚 = 0,92 ( 2)0,77 𝑞𝑐𝑜2 =0,92 ( ) 22075,0250,54 =598,655 kg/m2.s Ta thấy 𝑣𝑚 < 𝑣𝑐𝑚 nên gia thiết ban đầu Diện tích trao đổi nhiệt thiết bị bay F= 𝑄0 𝑘.Δ𝑡𝑙𝑜𝑔 = 3965,1086 88,32.14,427 =3,112 m2 4.3 Tính tốn suất lạnh hệ thống theo lý thuyết Lưu lượng môi chất qua máy nén theo catalogue máy nén Dorin G = 97,6 kg/h = 97,6/3600 = 0,02711 (kg/s) Công nén đoạn nhiệt để nén G kg môi chất lạnh từ trạng thái 1’ đến trạng thái 2: N = G.(i2 - i1’) = 0,02711 x (461,55 – 438,57) = 0,623 (kJ/s) = 623 (W) Năng suất giải nhiệt cho G kg môi chất lạnh thiết bị ngưng tụ: Q2-3= G.(i2 – i3) = 0,02711 x (461,55 – 309,72) = 4.116 (kJ/s) = 4116 (W) Năng suất lạnh G kg môi chất lạnh thiết bị bay hơi: Qo = G.(i1 – i4) = 0,02711 x (426,69 – 292,31) = 3,643 (kJ/s) = 3643 (W) Hệ số hiệu lượng COP chu trình lạnh: COP = SV2020-02 Qo 3643 = 623 = 5,847 N 50 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 4.4 Kết thực nghiệm Bảng 4.2 Thông số thực nghiệm chạy hệ thống ngày 04-06-2020 THÔNG SỐ CHẠY DÀN LẠNH KÊNH MINI (Vận tốc gió dàn lạnh : v = m/s) T trước TL T sau DL T gió DL T vào DN Thời gian P3 P1 P4 13g00 50 50 49,5 13g30 73,5 40 40 30,8 15,6 7.2 17,5 66,1 14g00 73 39,5 40 30,5 15,3 6,8 17,6 14g30 72,5 39 39,5 30,2 14,9 6,5 15g00 72 38,5 38,5 29,9 14,5 15g30 71,5 38 38 29,5 16g00 71 37,5 38 29 T hút T DN T phòng T mt 30 34,5 29,7 29 34 2,54 65,8 29,1 29 34 2,54 17,4 66,7 28,7 28,5 18,4 66 28,7 28 33 2,52 14 5,8 19 65,5 28,4 27.5 32 2,51 13,5 5,1 19,8 64,9 27,8 27 31 2,5 I 33,5 2,54 - Từ bảng thông số thực nghiệm dàn lạnh kênh mini Xưởng Nhiệt thể Bảng 4.2 hoạt động với lưu lượng thực nghiệm G = 130 kg/h = 0.0361 kg/s, nhóm tiến hành xác định điểm nút chu trình lạnh - Xác định điểm nút chu trình: + Điểm 1: Điểm cắt p1 đường nhiệt độ t1 (Trạng thái hút vào máy nén) + Điểm 2: Từ điểm kẻ đường song song s1 = s2 = const Điểm cắt đường p2 với s1=s2, (Trạng thái nhiệt khỏi máy nén) + Điểm 3: Điểm cắt p2 t3 ( trạng thái thoát khỏi thiết bị làm mát) + Điểm 4: Từ kẻ đường thằng h3 = h4 = const Điểm cắt p4 = p1 đường h4 điểm (Trạng thái ẩm mơi chất sau qua van tiết lưu) SV2020-02 51 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 Bảng 4.3 Thông số nhiệt động điểm nút chu trình Nhiệt độ môi trường Áp Suất Nhiệt Độ Enthanpy tmt(°C) P(bar) t(°C) h(kJ/Kg) 34 40 34 39,5 33,5 39 33 38,5 32 38 31 37,5 73,5 73,5 73 73 40 16 40 4 63,2 30,8 5,3 440,01 465,69 305,5 305,5 15,7 63,4 30,5 5,3 440,49 466,52 300,9 300,9 72,5 72,5 39,5 15,2 63,2 30,2 4,9 440,65 466,99 297,6 297,6 72 72 71,5 71,5 71 71 38.5 14,6 63,1 29,9 3,9 440,67 467,29 294,8 294,8 38 13,9 62,8 29,5 3,3 440,53 467,42 290,5 290,5 38 13,1 62,3 29 3,2 440,24 467,38 286 286 Bảng 4.4 Kết tính tốn thực nghiệm chu trình Thời gian tmt (°C) q0 (kJ/kg) l (kJ/kg) qk (kJ/kg) Q0 (kW) COP 13g30 34 134,5 25,69 160,2 4,9 5,238 14g00 34 139,6 26,03 165,6 5,0 5,361 14g30 33,5 143,1 26,34 169,4 5,2 5,432 15g00 33 145,9 26,62 172,5 5,3 5,48 15g30 32 150 26,89 176,9 5,4 5,579 16g00 31 154,3 27,13 181,4 5,6 5,684 Từ bảng 4.3 4.4 ta thấy trạng thái nhiệt động hệ thống điều hịa khơng khí CO2 giải nhiệt nước khơng khí chịu ảnh hưởng nhiệt độ môi trường, tạo nên ảnh hưởng đến suất lạnh Q0 hệ số hiệu lượng COP Cụ thể, theo Bảng 4.4 khoảng thời gian chiều, nhiệt độ môi trường giảm từ 34oC xuống 31oC, suất lạnh Qo tăng từ 4,9 kW lên 5,6 kW hệ số COP tăng lên từ 5,238 lên 5,684 SV2020-02 52 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 4.5 Nhận xét kết thực nghiệm: - So với kết tính toán lý thuyết, ta nhận thấy hệ số hiệu lượng thực nghiệm thấp tính tốn lý thuyết COPlý thuyết( 5,847)> COPthực nghiệm(5,238 – 5,684) - Sai số hệ số hiệu lượng thực nghiệm so với lý thuyết từ 3% đến 10% So sánh kết lý thuyết thực nghiệm nhiệt độ môi trường 33OC: Bảng 4.5 Bảng so sánh kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm Kết tính tốn Lý thuyết Thực nghiệm 0,02711 0.0361 N (W) 623 961 Qk (W) 4116 6227 Qo (W) 3643 5300 COP 5,847 5,48 G (kg/s) - Nguyên nhân trình hoạt động thực nghiệm hệ thống có tổn thất lượng, sai số dụng cụ đo số COP phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ môi trường thay đổi áp suất, Vì kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm hóa SV2020-02 53 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Từ trình tổng quan đề tài nghiên cứu khoa học ngồi nước hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng mơi chất lạnh CO2 dàn lạnh kênh mini tạo động lực cho nhóm nghiên cứu lý thuyết xác định xuất lạnh hệ thống, tính chọn thiết bị ngưng tụ phù hợp với khả hoạt động hệ thống khả trao đổi nhiệt dàn lạnh kênh mini Cùng với xu hướng công nghệ tiết kiệm lượng bảo vệ mơi trường, nhóm hồn thành mục đích nghiên cứu lý thuyết, tính tốn, so sánh xác định suất lạnh hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng mơi chất lạnh CO2 với dàn lạnh kênh mini tối ưu Kết thu được: Hệ số COP theo tính tốn lý thuyết 5.847 5.2 Kiến Nghị Qua báo cáo này, nhóm đề suất việc sử dụng CO2 làm mơi chất lạnh hệ thống lạnh cần thúc đẩy mạnh mẽ hơn, với dàn lạnh kênh mini khả trao đổi nhiệt tối ưu giảm kích thước dàn lạnh không gian bị giới hạn Kết nghiên cứu nhóm tạo tiền đề cho nghiên cứu sau, sử dụng làm nguồn tài liệu lĩnh vực nghiên cứu hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng môi chất lạnh CO2 cho dàn lạnh kênh mini Cuộc nghiên cứu cịn có ý nghĩa định việc tính tốn, thiết kế, so sánh dùng làm thực nghiệm cho hệ thống lạnh dùng CO2 làm môi chất lạnh tương lai gần Nhược điểm khả nhóm điều kiện có hạn chưa thể mơ cụ thể để so sánh độ chênh lệch lý thuyết với thực nghiệm SV2020-02 54 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Jiong Li, JiaJia, Lei Huang, Shuangfeng Wang Experimental and numerical study of an integrated fin and micro-channel gas cooler for a CO2 automotive air-conditioning Applied Thermal Engineering (2016) [2] Jackson Braz Marcinichen, John Richard Thome, Roberto Horn Pereira Working fluid charge reduction, part II: supercritical CO2 gas coolerdesigned for light commercial appliances International Journal of Refrigeration (2016) [3] Dileep Kumar Gupta, Mani Shankar Dasgupta Performance of CO2 Trans Critical Refrigeration System with Work Recovery Turbine in Indian Context International Conference on Recent Advancement in Air conditioning and Refrigeration, RAAR 2016 Energy Procedia 109 (2017) 102 – 112 [4] Yang Yingying, Li Minxia, Wang Kaiyang, Ma Yitai Study of multi-twisted-tube gas cooler for CO2 heat pump water heaters Applied Thermal Engineering 102 (2016) 204–212 [5] Jongsoo Jeong, Kiyoshi Saito, Jongtaek Oh, Kwangil Choi, Operation Characteristics of Heat Transportation System Using CO2, International Conference on Advances in Energy Engineering 2011 [6] Siamak Jamali, Mortaza Yari, Farzad Mohammadkhani Performance improvement of a transcritical CO2 refrigeration cycle using two-stage thermoelectric modules in subcooler and gas cooler, International Journal of Refrigeration (2016) [7] Paride Gullo, Konstantinos Tsamos, Armin Hafner, Yunting Ge, Savvas A Tassou International Conference on Sustainable Energy and Resource Use in Food Chains, ICSEF 2017, 19-20 April 2017, Berkshire, UK [8] J Pettersent, A Hafner and G Skaugen Development of compact heat exchangers for CO2 air-conditioning systems S1NTEF Energy Research Vol I No pp 180 193, 1998 [9] 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 SV2020-02 55 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn coefficients of finned-tube CO2 gas coolers International Journal of Heat and Mass Transfer 107 (2017) 168–180 [10] Paul Byrne, Jacques Miriel, Yves Lenat Design and simulation of a heat pump for simultaneous heating and cooling using HFC or CO2 as a working fluid International journal of refrigeration 32 (2009) 1711 – 1723 [11] Y.T Ge, S.A Tassou, I Dewa Santosa, K Tsamos Design optimisation of CO2 gas cooler/condenser in a refrigeration system Applied Energy 2015 [12] Pradeep Bansal, A review e Status of CO2 as a low temperature refrigerant: Fundamentals and R&D opportunities Department of Mechanical Engineering, The University of Auckland, Private Bag, 92019 Auckland, New Zealand Applied Thermal Engineering 41 (2012) 18-29 [13] Man-Hoe Kim, Jostein Pettersenb, Clark W Bullard Fundamental process and system design issues in CO2 vapor compression systems Progress in Energy and Combustion Science 30 (2004) 119–174 [14] Rin Yun, Yongchan Kim, Chasik Park, Numberical analysis on a microchannel evaporator designed for CO2 air-conditioning systems, Applied Thermal Engineering, 2006 [15] Pravin Jadhav, Neeraj Agrawal, Omprakash Patil Flow characteristics of helical capillary tube for transcritical CO2 refrigerant flow international Conference on Recent Advancement in Air Conditioning and Refrigeration, RAAR 2016, 10-12 November 2016, Bhubaneswar, India Energy Procedia 109 (2017) 431 – 438 [16] K.M.Tsamos, P Gullo, Y.T.Ge, Performance investigation of the CO2 gas cooler designs and its integration with the refrigeration system, International Conference on Sustainable Energy and Resource Use in Food Chain, ICSEF 2017, 19-20 April 2017, Berkshire, UK [17] N.Thiwaan Rao, A.N.Oumer, U.K.Jamaludin, State-of-the- Art on Flow and heat transfer characteristics of supercritical CO2 in various channels,The Journal of Supercritical Fluids, 2016 SV2020-02 56 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn [18] Momtaj Khanam, Tugrul U Daim A regional technology roadmap to enable the adoption of CO2 heat pump water heater: A case from the Pacific Northwest, USA Energy Strategy Reviews 18 (2017) 157-174 [19] Aklilu Tesfamichael Baheta, Suhaimi Hassana, Allya Radzihan B Reduan, and Abraham D Woldeyohannes Performance investigation of transcritical carbon dioxide refrigeration cycle ScienceDirect Procedia CIRP 26 (2015) 482 – 485 [20] Ignacio Peñarrocha, Rodrigo Llopis, Luis Tárrega, Daniel Sánchez, Ramón Cabello A new approach to optimize the energy efficiency of CO2 transcritical refrigeration plants Applied Thermal Engineering 67 (2014) 137-146 [21] Gregor Kravanja, Gasper Zajc, Zeljko Knez, Mojca Skerget, Simon Marcic, Masa H Knez Heat transfer performance of CO2, ethane and their azeotropic mixture under supercritical conditions Energy 152 (2018) 190-201 [22] Friedrich Kau Determination of the optimum high pressure for transcritical CO2 refrigeration cycles Daimler-Benz AG, G 254, 70546 Stuttgart, Germany 325-330 July 1998 [23] Nguyen B Chien, Pham Q Vu, Kwang-Il Choi, Jong-Taek Oh Boiling Heat Transfer of R32, CO2 and R290 inside Horizontal Minichannel The 8th International Conference on Applied Energy Energy Procedia 105 (2017) 4822 – 4827 [24] Hyungrae Kim, Hwan Yeol Kim, Jin Ho Song, Yoon Yeong Bae, Heat transfer to supercritical pressure carbon dioxide flowing upward through tubes and a narrow annulus passage, Progress in Nuclear Energy, vol 50, pp 518-525, 2008 [25] K.M Tsamos, Y.T Ge, I.D.M.C Santosa, S.A Tassou Experimental investigation of gas cooler/condenser designs and effects on a CO2 booster system Applied Energy (2016) [26] 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 [27] ThS Nguyễn Trọng Hiếu, PGS.TS Đặng Thành Trung, ThS Lê Bá Tân, NCS Đoàn Minh Hùng, KS Nguyễn Hoàng Tuấn, Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt SV2020-02 57 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn thiết bị bay kênh micro dùng môi chất CO2 phương pháp mô số, Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí – Lần thứ IV [28] 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 [29] ThS Nguyễn Trọng Hiếu Giảng viên khoa khí trường đại học sư pham kỹ thuật TP.HCM [30] Tankhuong Nguyen, Tronghieu Nguyen, Minhhung Doan, Thanhtrung Dang, An Experiment on a CO2 Air Conditioning System with Copper Heat Exchangers, International Journal of Advanced Engineering, Management and Science Vol 03 Issue12, 2016 [31] 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 [32] Hồng Đình Tín, Lê Chí Hiệp, Nhiệt Động Lực Kỹ Thuật, NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2011, 199 – 231 [33] Hồng Đình Tín, Cơ sở truyền nhiệt thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, năm 2013, 210 – 225, 421 – 466 SV2020-02 58 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2020 ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn PHỤ LỤC Bảng 5.1 Tính chất vật lý CO2 thể lỏng đường bão hòa SV2020-02 59 S K L 0 ... BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH NĂNG SUẤT LẠNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ CO2 THEO THỜI GIAN Mã số đề tài: SV2020-02 Thuộc... quan định hướng cho nhóm mục tiêu đề tài: - Xác định thông số nhiệt động điểm nút hệ thống điều hịa khơng khí CO2 - Xác định suất lạnh hệ thống điều hịa khơng khí CO2 theo thời gian dùng dàn lạnh. .. em định chọn đề tài Nghiên cứu lý thuyết suất lạnh hệ thống điều hịa khơng khí CO2 theo thời gian để đáp ứng xu 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Liên quan tới đề tài có nhiều cơng trình nghiên