(Luận văn thạc sĩ hcmute) ứng dụng matlab trong việc xây dựng phần mềm tính toán máy lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ NGỌC LIÊN ỨNG DỤNG MATLAB TRONG VIỆC XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NHIỆT THẢI NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ NGỌC LIÊN ỨNG DỤNG MATLAB TRONG VIỆC XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NHIỆT THẢI NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 / 2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ NGỌC LIÊN ỨNG DỤNG MATLAB TRONG VIỆC XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NHIỆT THẢI NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Hướng dẫn khoa học: T.S HỒNG AN QUỐC Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 / 2013 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Trần Thị Ngọc Liên Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 01/ 04/ 1985 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Tân Phú, Đồng Nai Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Linh Trung, Thủ Đức Điện thoại quan: Điện thoại: 0966.009.850 Fax: Email: Lientran2012@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian từ 2004 đến 2009 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp Môn thi tốt nghiệp: Công nghệ đúc, Vật liệu học Ngày nơi thi tốt nghiệp: tháng 04/ 2009 trường ĐH SPKT TPHCM III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Từ 05/ 2009 – 12/2009 Từ 02/2010 – 08/ 2010 Từ 10/2011 – Nơi cơng tác Cty Cơ khí cơng nghiệp sài gịn Cty cổ phần Kim Tín Trường CĐ Công Thương TPHCM i Luan van Công việc đảm nhiệm Nhân Viên Nhân viên Giảng Viên LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày….tháng… năm 2013 Trần Thị Ngọc Liên ii Luan van LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Hoàng An Quốc tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu liên quan đóng góp nhiều ý kiến quý giá cho nội dung luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến người thân gia đình giúp đỡ, chia sẻ động viên tác giả suốt thời gian thực luận văn iii Luan van TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Việc sử dụng chủ yếu nguồn nhiệt có nhiệt độ không cao (80  1500C) để hoạt động máy lạnh hấp thụ ngày quan tâm Bởi góp phần vào việc sử dụng hợp lý nguồn lượng như: lượng nhiệt mặt trời, tận dụng nguồn nhiệt thừa, khói thải, Ngồi ra, việc sử dụng môi chất lạnh NH3 – H2O máy lạnh hấp thụ góp phần vào việc bảo vệ mơi trường, hạn chế tình trạng phá hủy tầng ozone chất Freon gây giảm nguy gây hiệu ứng nhà kính Luận văn trình bày nguyên lý hoạt động máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O sử dụng nhiệt thải, nghiên cứu sở lý thuyết tính tốn máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O từ tác giả ứng dụng Matlab việc xây dựng phần mềm tính toán máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O Luận văn tiến hành thí nghiệm máy vi tính để đưa phương án thiết kế tối ưu nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt hệ thống, khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ bay đến bội số tuần hoàn, ảnh hưởng nhiệt độ nước giải nhiệt đến hệ số sử dụng nhiệt C.O.P Kết luận văn dùng để tham khảo việc tính tốn, thiết kế lựa chọn phương án tối ưu sản xuất, lắp đặt máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O Đồng thời làm tài liệu nghiên cứu cho sinh viên ngành nhiệt điện lạnh iv Luan van ABSTRACT Using the thermal source between 800C-1500C to operating the NH3 - H2O absorption chiller is more and more concerned Because it can use the cheap thermal resources such as: solar enegy, waste heat, exhaust… In addition, using NH3 - H2O absorption chiller is also contributing to enviromental protection Reducing the greenhouse effect and damaging the Ozon layer This thesis presents the principles operation of NH3 - H2O absorption chiller using waste heat, studied the theoretical basis to calculate the NH3 - H2O absorption chiller The author has used Matlab language to build an application to calculate NH3 - H2O absorption This thesis has conducted experiments on the computer to make the optimal designed to improve the thermal efficiency of the system, effect of evaporated temperatures to multiple circulatory, effects of cooling water temperature to thermal coefficient C.O.P (Coefficient of performance) The result of thesis can be used to calculate the design and selection of the optimal design and installation, and it can also use as learning materials, research for students in heat and refrigeration engineering v Luan van MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt nội dung luận văn iv Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt vii Danh sách bảng viii Danh sách hình ix Chương TỔNG QUAN Chương NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MLHT NH3-H2O Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MLHT NH3-H2O 14 Chương XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH .20 GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU ĐẾN C.O.P Chương KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHẦN MỀM 41 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO vi Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT i entanpi, kJ/kg p áp suất tuyệt đối, bar q nhiệt lượng riêng phần, kJ/kg Q nhiệt lượng tồn phần, kJ cơng suất nhiệt, kW t độ chênh lệch nhiệt độ, 0C 0K p độ chênh lệch áp suất, bar Pa  hiệu suất nhiệt, hiệu suất  hệ số dẫn nhiệt, W/(m.độ) c nồng độ dung dịch, % COP hệ số sử dụng nhiệt f bội số tuần hoàn máy lạnh hấp thụ NH3-H2O G lưu lượng khối lượng, kg/s t nhiệt độ bách phân, 0C T nhiệt độ tuyệt đối, 0K cp Nhiệt dung riêng, (kJ/kg.độ)  Hệ số dẫn nhiệt dung dịch, (W/m.độ) vii Luan van Luận văn thạc sĩ Hình 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ bay đến C.O.P Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy nhiệt độ bay cao hệ số sử dụng nhiệt COP cao Nhiệt độ bay chọn dựa theo đặc điểm trình làm lạnh, chu trình máy lạnh hấp thụ NH3-H2O thường làm việc nhiệt độ thấp (nhỏ 00C) Khi nhiệt độ nguồn lạnh thay đổi ảnh hưởng đến trình làm việc máy lạnh hấp thụ, nồng độ dung dịch đặc, áp suất sôi dàn bay hơi, áp suất bình hấp thụ, bội số tuần hồn thay đổi Trên hình 5.3, 5.4, mô tả ảnh hưởng nhiệt độ nguồn nhiệt khác đến hệ số COP bội số tuần hồn f chu trình máy lạnh hấp thụ NH3-H2O Đây thơng số có ảnh hưởng đến chu trình đặc điểm nguồn nhiệt sử dụng: nguồn nhiệt có mức nhiệt độ cao, trung bình hay thấp Khi nguồn nhiệt cung cấp có nhiệt độ cao khả sôi bốc dung dịch NH3-H2O bình phát sinh diễn mãnh liệt, áp suất ngưng tụ gia tăng đồng thời dung dịch NH3-H2O sôi nước theo ( nhiệt độ sơi NH3 H2O khơng chênh lệch nhiều ) tháp tinh luyện phải làm việc nhiều đôi lúc tách nước khỏi dung dịch cách triệt để, điều làm giảm khả bay dàn bay giảm suất lạnh hệ thống Ngoài áp suất ngưng tụ gia tăng dẫn đến nhiệt độ ngưng tụ Trang 38 Luan van Luận văn thạc sĩ tăng lên lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng, bình hấp thụ, thiết bị ngưng hồi lưu tăng lên làm giảm hệ số COP chu trình máy lạnh hấp thụ NH3-H2O Ngược lại nguồn nhiệt cung cấp có nhiệt độ giảm xuống, nhiệt độ dung dịch loãng cuối q trình sơi giảm xuống Do hiệu số nồng độ (cs – cw) bị giảm , bội số tuần hoàn f tăng lên COP hệ thống giảm xuống Do nhiệt độ nguồn nhiệt cung cấp thấp quá, đến mức mà hiệu số (cs – cw) bé bắt buộc phải dùng sơ đồ khác để mở rộng hiệu số nồng độ Trang 39 Luan van Luận văn thạc sĩ Chƣơng KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHẦN MỀM 5.1 So sánh nhận xét kết tính tốn phần mềm Matlab kết tính tốn đồ thị i-c 5.1.1 So sánh kết tính tốn Theo tài liệu [6], xác định thông số trạng thái điểm chu trình đồ thị i-c Hình 5.1 Đồ thị i-c NH3-H2O [6] Trang 40 Luan van Luận văn thạc sĩ Điểm : trạng thái lỏng ngưng tụ khỏi bình ngưng Ta có t6 =500C ; p6 = pc = 20 bar c6 = 1,0 Entanpi điểm xác định đồ thị i-c : i6 = 585 kJ/kg  Điểm : trạng thái NH3 sau bốc pe = bar, c=1 dựa vào đồ thị i-c ta có i8 = 1605 kJ/kg  Điểm : trạng thái lỏng NH3-H2O sau tiết lưu trước bốc Ta có t7 = te1; p7 = pe = 4,0 bar ; c7 = 1,0 i7 = i6 = 585 kJ/kg (tiết lưu)  Điểm : trạng thái dung dịch loãng khỏi bình phát sinh Trạng thái điểm trạng thái dung dịch lỗng khỏi bình phát sinh p2 = pG = 20 bar ; t2 = tG = 1340C Từ áp suất p2 nhiệt độ t2 dung dịch NH3-H2O tra đồ thị i-c xác định nồng độ dung dịch loãng khỏi bình phát sinh c2 = 0,3 entanpi dung dịch loãng i2 = 500 kJ/kg  Điểm : trạng thái dung dịch đặc khỏi bình hấp thụ Trạng thái điểm trạng thái dung dịch đặc khỏi bình hấp thụ áp suất p4 = bar ; t4 = 500C ; c4 = 0,38 Tra đồ thị i-c xác định entanpi dung dịch đặc i4 = 108 kJ/kg Lưu ý trạng thái lỏng chưa sôi  Điểm : trạng thái dung dịch loãng trước vào bình hấp thụ Từ nhiệt độ t3 = 580C nồng độ c3 = cw dung dịch NH3-H2O tra đồ thị ic xác định entanpi dung dịch loãng i3 = 140 kJ/kg  Điểm 2a : trạng thái dung dịch loãng thiết bị trao đổi nhiệt Ta có : c2a = cw i2a = i3 = 140 kJ/kg (tiết lưu) Tra đồ thị i-c ta xác định nhiệt độ t2a = 580C Lưu ý áp suất p2a = p2 Trang 41 Luan van Luận văn thạc sĩ  Điểm 1a : trạng thái dung dịch đặc thiết bị trao đổi nhiệt Điểm 1a trạng thái dung dịch đậm đặc NH3-H2O bão hòa áp suất pc = 20 bar vào bình phát sinh Dựng đường thẳng qua điểm cắt đường NH3H2O bão hòa pc = 20 bar điểm 1a, tra đồ thị i-c ta xác định i1a = 420 kJ/kg; t1a = 1150C c1 a = 0,383  Điểm : trạng thái bay thiết bị ngưng tụ hồi lưu Nhiệt độ NH3 khỏi thiết bị ngưng tụ hồi lưu trước vào bình ngưng có ảnh hưởng đến hàm lượng nước có dung dịch NH3-H2O Hàm lượng nước có dung dịch làm giảm khả bay tác nhân lạnh NH3: nhiệt độ t5 = tc (nhiệt độ ngưng tụ) hàm lượng nước có dung dịch NH3-H2O Hàm lượng nước cho phép không vượt 0,5% tức nồng độ dung dịch NH3-H2O điểm c5 = 99,5% = 0,995, tương ứng với độ chênh nhiệt độ t5 = t5 – tc = 150C Theo thiết kế ta chọn nồng độ c5 = 0,998, t5 = t5 – tc = 50C Vậy : t5 = tc + t5 t5 = 50 + = 550C Từ áp suất p5 = pG nồng độ c5 = 0,998 tra đồ thị i-c dung dịch NH3H2O xác định entanpi i5 = 1640 kJ/kg Trang 42 Luan van Luận văn thạc sĩ Bảng 5.1 Thông số trạng thái điểm theo đồ thị i – c TT Tên trạng thái t c p i C kg/kg bar kJ/kg 1a Dung dịch đặc khỏi trao đổi nhiệt 115 0,383 20 420 Dung dịch lỗng khỏi bình phát sinh 134 0,3 20 500 2a Dung dịch loãng trao đổi nhiệt 58 0,3 20 140 Dung dịch lỗng trước bình hấp thụ 58 0,3 140 Dung dịch đặc sau bình hấp thụ 50 0,383 108 Hơi NH3 đỉnh tháp chưng cất 55 1,0 20 1640 Lỏng NH3 sau ngưng tụ 50 1,0 20 585 Lỏng NH3 sau tiết lưu trước bốc –4 1,0 585 Hơi NH3 sau bốc –2 1,0 1605 Hệ số sử dụng nhiệt COP  Q0 qE  qG Q G COP  Q0 Q 175,8    0,3053 G.qG 0,187.3233 Q G 1, 05 1, 05 Trang 43 Luan van Luận văn thạc sĩ Bảng 5.2 Thơng số trạng thái điểm tính phần mềm Bảng 5.3 Kết tính tốn phần mềm Trang 44 Luan van Luận văn thạc sĩ 5.1.2 Nhận xét đánh giá độ tin cậy phần mềm Dựa vào kết tính tốn điểm chu trình theo bảng 5.1 bảng 5.2 ta thấy khơng có sai khác nhiều kết đặc biệt hệ số sử dụng nhiệt C.O.P gần phương pháp Điều chứng tỏ phần mềm có độ xác độ tin cậy cao, hồn tồn thay việc tính tốn thiết kế MLHT phương pháp đồ thị hay tra bảng mà phương pháp nhiều thời gian công sức 5.2 So sánh nhận xét kết tính tốn phần mềm Matlab kết tính tốn phần mềm visual basic 5.2.1 So sánh kết tính tốn Để kiểm chứng thêm tính xác phần mềm, tơi xin lấy ví dụ tác giả Trần Ngọc Hợp tài liệu [4] sau: Tác giả Trần Ngọc Hợp tính tốn máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O cấp hồi nhiệt có lạnh sơ đồ nguyên lý hình 5.2 phần mềm Visual basic với thông số ban đầu sau: Năng suất lạnh yêu cầu: Q0 = 100Kw Nhiệt độ bay hơi: t0 = -80C Nhiệt độ nước giải nhiệt: tw = 320C Nhiệt độ nguồn nhiệt: th = 1350C Trang 45 Luan van Luận văn thạc sĩ Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3-H2O có q lạnh [4] Kết tính tốn theo tài liệu [4] thông số điểm chu trình có chênh lệch khơng đáng kể so với kết tính phần mềm Riêng hệ số sử dụng nhiệt theo tài liệu [4] C.O.P = 0,45 cịn kết tính tốn phần mềm cho C.O.P = 0,4 Trang 46 Luan van Luận văn thạc sĩ Bảng 5.4 Thông số trạng thái điểm tính phần mềm Bảng 5.5 Kết tính tốn Trang 47 Luan van Luận văn thạc sĩ 5.2.2 Nhận xét đánh giá độ tin cậy phần mềm Hệ số sử dụng nhiệt (hay bội số tuần hồn) sơ đồ hình 5.2 tính theo phần mềm Visual Basic có lớn (hay nhỏ hơn) so với kết phần mềm Matlab tính theo sơ đồ hình 3.1 hình 5.2 sơ đồ nguyên lý MLHT cấp hồi nhiệt có gắn thêm lạnh Chính lạnh làm cho lỏng NH3 sau ngưng tụ qua lạnh có nhiệt độ thấp, điều cho thấy ta giảm nhiệt độ nước làm mát Khi nhiệt độ nước làm mát thấp dẫn đến nồng độ dung dịch loãng C w giảm nồng độ dung dịch đặc Cs tăng hay hiệu số (Cs - Cw) tăng nên bội số tuần hồn giảm, giảm cơng tiêu hao cho bơm hệ số sử dụng nhiệt COP tăng Trang 48 Luan van Luận văn thạc sĩ Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Luận văn xây dựng hồn chỉnh chương trình tính tốn thiết kế máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O cấp hồi nhiệt, sở tính tốn chu trình cách nhanh chóng xác Đánh giá ảnh hưởng thông số làm việc ban đầu nhiệt độ nước giải nhiệt, nhiệt độ nguồn nhiệt… đến hệ số sử dụng nhiệt C.O.P, bội số tuần hoàn mà dung phương pháp truyền thống khó khăn nhiều thời gian Người sử dụng dễ dàng tính tốn thiết kế hệ thống lạnh hấp thụ chọn lựa phương án tính tốn, thiết kế tối ưu việc sản xuất lắp đặt Làm tài liệu học tập, nghiên cứu cho sinh viên ngành nhiệt điện lạnh Qua đó, sinh viên dễ dàng hiểu chu trình làm việc hệ thống, biết thay đổi yếu tố đầu vào ảnh hưởng đến hiệu chu trình Với kết nghiên cứu, sau so sánh với kết tính tốn phương pháp truyền thống cho thấy tính xác hiệu phần mềm Do ứng dụng cho việc giảng dạy sinh viên chuyên ngành nhiệt điện lạnh 6.2 Kiến nghị Muốn đưa công nghệ máy lạnh hấp thụ ứng dụng rộng rãi vào Việt Nam phải tiến hành chế tạo mơ hình máy lạnh hấp thụ để đo đạc kiểm chứng thông số thực nghiệm Mở rộng nghiên cứu cho nhiều sơ đồ hệ thống lạnh hấp thụ để đa dạng hóa sơ đồ q trình tính tốn, thiết kế, lắp đặt làm nguồn tài liệu học tập, Trang 49 Luan van Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phong phú cho sinh viên Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, thời gian hạn hẹp mà vấn đề triển khai ứng dụng thiết bị vào thực tế cần phải có nhiều thời gian tài nên chắn kết thu luận văn khiêm tốn Tuy nhiên, xem bước đầu triển vọng việc triển khai ứng dụng máy lạnh hấp thụ Nếu tiếp tục đầu tư cho việc nghiên cứu, tin kết nghiên cứu đem lại hiệu thiết thực Trang 50 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Lê Chí Hiệp, Máy Lạnh hấp thụ kỹ thuật điều hịa khơng khí, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2004, 504 trang Hồng Đình Tín, Lê Chí Hiệp, Nhiệt động lực học kỹ thuật, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 1997, 446 trang Hồng Đình Tín, Đỗ Hữu Hoàng, Hoàng Thị Nam Hương, Bài tập nhiệt động học kỹ thuật truyền nhiệt, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2008, 589 trang Trần Ngọc Hợp, Nghiên cứu thiết kế máy lạnh hấp thụ NH3-H2O tận dụng nhiệt thải từ động đốt đánh giá khả ứng dụng Việt Nam, Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hoài Sơn, Đỗ Thanh Việt, Bùi Xn Lâm, Ứng dụng MATLAB tính tốn kỹ thuật, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2000 TIẾNG NƢỚC NGOÀI P.L Ballaney, Refrigeration and air conditioning, Khanna, 1992, 1051 page Luan van Luan van ... THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ NGỌC LIÊN ỨNG DỤNG MATLAB TRONG VIỆC XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NHIỆT THẢI NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Tp Hồ Chí... THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ NGỌC LIÊN ỨNG DỤNG MATLAB TRONG VIỆC XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NHIỆT THẢI NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Hướng dẫn khoa học:... Luận văn trình bày nguyên lý hoạt động máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O sử dụng nhiệt thải, nghiên cứu sở lý thuyết tính tốn máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O từ tác giả ứng dụng Matlab việc xây dựng phần mềm