(Luận văn thạc sĩ hcmute) ứng dụng cae trong thiết kế hệ thống tận dụng nhiệt thải từ động cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THANH BÌNH ỨNG DỤNG CAE TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TẬN DỤNG NHIỆT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THANH BÌNH ỨNG DỤNG CAE TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TẬN DỤNG NHIỆT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THANH BÌNH ỨNG DỤNG CAE TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TẬN DỤNG NHIỆT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS PHẠM SƠN MINH Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự – Hạnh Phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên học viên: Phạm Thanh Bình MSHV: 128520103002 Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Khóa: 2012 - 2014B Tên đề tài: Ứng dụng CAE thiết kế hệ thống tận dụng nhiệt thải từ động Học viên hoàn thành LVTN theo yêu cầu nội dung hình thức (theo qui định) luận văn thạc só Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ học tên) Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Phạm Thanh Bình Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/10/1986 Nơi sinh: Biên Hịa-Đồng Nai Q qn: Thanh Hóa Dân tộc:Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 41/3B , KP1, P.Thống Nhất , TP Biên Hòa, Tỉnh Đồng Nai Điện thoại quan: 0613822263 Điện thoại nhà riêng:0613916987 Fax: E-mail: ptbinh86@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2004 đến 09/2006 Nơi học (trường, thành phố): Trường CĐN Đồng Nai Ngành học: Nguội sữa chửa Đại học: Hệ đào tạo: Tại chức Thời gian đào tạo từ 09/2004 đến 09/2009 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học SPKT TP.Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí chế tạo máy III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trường CĐN Đồng Nai Giảng dạy Từ 06/2010 đến Luan van LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 09 năm 2014 (Ký tên ghi rõ họ tên) i Luan van LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến TS Phạm Sơn Minh, người thầy tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu quan trọng, định hướng sửa chữa thiếu sót suốt q trình tơi nghiên cứu để hồn thành luận văn Tôi xin cảm ơn quý thầy Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh tận tình dạy dỗ giúp đỡ tơi suốt q trình học tập trường Tơi cảm ơn lời hỏi thăm, giúp đỡ động viên nhiệt tình anh chị học viên lớp cao học khóa 2012-2014B ngành Kỹ Thuật Cơ Khí gia đình tạo điều kiện cho học tập tốt Cuối xin cảm ơn Phòng Cao học Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện để học tập thực xong luận văn Học viên thực ii Luan van TÓM TẮT Nhiệt thải nhiệt phát sinh trình đốt cháy nhiên liệu phản ứng hố học thải ngồi mơi trường Hiện đa số qui trình sản xuất, phần lượng chưa tái sử dụng cho mục đích kinh tế qui trình sản xuất khác Nhìn chung, với phương pháp tận dụng nhiệt thải phổ biến nay, hiệu suất tận dụng nhiệt phụ thuộc lớn vào nhiệt độ khí thải Trong đề tài nghiên cứu tận dụng nhiệt thải, tận dụng nhiệt thải hệ thống thu hồi nhiệt cách tốt để tận dụng nhiệt thải tiết kiệm nhiên liệu Sự phục hồi sử dụng nhiệt thải không bảo tồn nhiên liệu nói chung nhiên liệu hóa thạch nói riêng, mà cịn làm giảm lượng nhiệt thải mơi trường hiêu ứng nhà kính mơi trường Trong đề tài tác giả ứng dụng CAE thiết kế hệ thống tận dụng nhiệt thải từ động Sử dụng phẩn mềm Ansys Workbench 14 để mô phân tích ảnh hưởng từ thơng số hệ thống đến nhiệt độ đầu khí Từ cho mơ hình hệ thống tận dụng nhiệt thải phù hợp Đề xuất mơ hình thực nghiệm, tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống tận dụng nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm kiểm chứng kết iii Luan van ABSTRACT Waste heat is generated during fuel combustion or chemical reactions after that they are released into environment Currently, most of the manufacturing process, this energy is not re-used for economic purposes as well as other production processes yet In general, to get the best out of using waste heat, the utilization of heat depends greatly on the temperature of the exhaust gas In the researches to get the best out of using waste heat, the best way to take advantage of waste heat and save the economy is that using heat recovery system The re-use of waste heat not save the fuel in general and in particular fossil fuel, but also reduce the amount of waste heat into the environment and the greenhouse effect on the environment In this subject, the author has used CAE system to re-use waste heat from the engine He was using ANSYS Workbench 14 software to analysis the impact of the main parameters of the system to output air temperature Since then, the system model suitable waste heat Then, he will develop a waste heat system in the best way Proposed an empirical model, carried out the design and manufacturing systems utilize waste heat, conduct experiments and verify the results iv Luan van MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii Đề xuất mơ hình thực nghiệm, tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống tận dụng nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm kiểm chứng kết iii MỤC LỤC v DANH SÁCH BẢNG viii DANH SÁCH HÌNH ix Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Các kết nghiên cứu nước công bố 1.2.1 Trong nước 1.2.2 Ngoài nước 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài .9 1.5 Phương pháp nghiên cứu Chương NGHIÊN CỨU TỔNG THỀ VỀ CÁC DẠNG ĐIỀU KIỆN BIÊN TRONG MÔI TRƯỜNG PHẦN MỀM ANSYS CFX 11 2.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS 11 2.1.1 Giới thiệu chung 11 2.1.2 Kiểu tốn phân tích với ANSYS 14 13 2.2 Lý thuyết điều kiện biên 15 2.2.1 Định nghĩa điều kiện biên 15 2.2.2 Một số điều kiện biên toán học 15 2.3 Các dạng điều kiện biên ANSYS CFX [7] 16 2.3.1 Kiểu biên INLET 17 2.3.2 Kiểu biên OUTLET 18 2.3.3 Kiểu biên OPENING 19 v Luan van Qua kết phân tích nhiệt độ đầu khí trường hợp đề xuất trường hợp (mẫu X=190mm) để thiết kế cho mơ hình thực nghiệm Trong mơ hình thí nghiệm dịng khí gia nhiệt (khí lạnh) ngược chiều với dịng khí thải ống xả (khí nóng) ,khác với mơ hình thực nghiệm dịng khí nóng lạnh song song, truyền nhiệt hiệu so với dịng khí ngược chiều Kết thí nghiệm kết mô giúp chủ động việc tăng giảm nhiệt độ đầu khí cần thiết cách thay đổi thơng số hệ thống như: thiết kế, lưu lượng hút, linh hoạt việc ràng buộc điều kiện biên, tiết kiệm chi phí chế thạo mơ hình nhiều lần 5.2 Tính khả thi đề tài: Việc mô thành công kết nhiệt độ đầu hệ thống tận dụng nhiệt thải môi trường Ansys Workbench 14 So sánh với kết thực nghiệm hồn tồn có khả áp dụng vào thực tiễn Trong thực tế ống xả khí thải có nhiều hình dáng, kích thước khác nhau, việc áp dụng phần mềm Ansys 14 vào mơ hệ thống tiết kiệm chi phí chế tạo thử nghiệm đảm bảo kết xác 5.3 Những vấn đề tồn đề tài hướng phát triển: - Những vấn đề tồn đề tài : giới hạn đề tài khơng có điều kiện để thử tải động mà dùng 1/3 tải - Hướng phát triển đề tài : + Cải thiện hệ thống thu nhiệt cách linh hoạt ống xả không đạt nhiệt độ mong muốn ( nhiệt độ ống xả cao hoăc thấp) + Thiết kế thêm bô phận giữ nhiệt 62 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT PGS.TS Bùi Hải , PGS.TS Bùi Thế Sơn, Giáo trình Kỹ thuật nhiệt , NXB Khoa học kỹ thuật PGS.TS Lê Viết Lượng , Lý thuyết động Diesel ,NXB Giáo dục, 2000 PGS.TS.Đỗ Thành Trung , Giáo trình Ansys – Phân tích ứng suất biến dạng PGS.TS.Nguyễn Hoài Sơn , TS.Phan Đức Huynh, Giáo trình ứng dụng Ansys vào tốn kỹ thuật Nồi tận dụng nhiệt khí xả động Diezel tàu thủy kiểu Moduyn, GS.TS.Lê Viết Lượng, NCS.Nguyễn Ngọc Hải, KS.Phan Văn Đức Nghiên cứu tận dụng nhiệt từ khí xả động để chạy máy lạnh, Nguyễn Hữu Huệ, Chu Mai Vinh, Nguyễn Lê Châu Thành Nghiên cứu tính tốn mơ nhiệt - kết cấu cho buồng đốt động hàng không môi trường phần mềm Ansys Workbench Ansys CFX TIẾNG NƯỚC NGOÀI Fuel Economy in furnaces and Waste heat recovery-PCRA Sustainable Energy Authority of Victoria (SEAV), Australia Best Practice Design, Technology and Management, Module 2004 10.Heat Recovery Systems by D.A.Reay, E & F.N.Span, London, 1979 11.Reay, D.A Low Temperature Waste Heat Recovery in the Process Industry Good Practice Guide No 141 1996 12.SADC Energy Sector Module 15 Heat Recovery Systems Developed as part of the SADC Industrial Energy Management Project for the Canadian International Development Agency www.siemp.co.zw/manuals/htm 1999 13.King Fahad University of Petroleum & Minerals 2003 14.Hardtech Group www.hardtech.es/hgg_tt_hrt.0.html 63 Luan van PHỤ LỤC 64 Luan van 65 Luan van 66 Luan van 67 Luan van 68 Luan van 69 Luan van 70 Luan van 71 Luan van 72 Luan van Mô cho thực nghiệm Trường hợp ( X = 210 mm) Trường hợp ( X = 190 mm) Trường hợp ( X = 170 mm) 73 Luan van Trường hợp ( X = 210mm) Trường hợp ( X = 190mm) Trường hợp ( X = 170mm) 74 Luan van Tạo gân ống xả trường hợp Mẫu ( X = 210mm) 75 Luan van S K L 0 Luan van ... nghiện cứu thiết kế hệ thống tận dụng nhiệt thải từ động vào việc sấy khô loại nông sản, hải sản dược liệu vấn đề cần thiết cấp thiết Luan van Hệ thống sấy tận dụng nhiệt thải từ động hệ thống cung... Thiết lập qui trình ứng dụng cơng cụ mơ (CAE) cho q trình thiết kế hệ thống tận dụng nhiệt thải - Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số hệ thống đến nhiệt độ đầu khí - Thiết kế chế tạo hệ thống tận dụng. .. phương pháp tận dụng nhiệt thải phổ biến nay, hiệu suất tận dụng nhiệt phụ thuộc lớn vào nhiệt độ khí thải Trong đề tài nghiên cứu tận dụng nhiệt thải, tận dụng nhiệt thải hệ thống thu hồi nhiệt cách