Hcmute nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NCKH DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG TRÊN MÁY SẤY ĐIỆN TRỞ S K C 0 9 MÃ SỐ: T2020-03GVT S KC 0 1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2021 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG TRÊN MÁY SẤY ĐIỆN TRỞ Mã số: T2020-03GVT Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thành Luân TP HCM, 08/2021 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG TRÊN MÁY SẤY ĐIỆN TRỞ Mã số: T2020-03GVT Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thành Luân Thành viên đề tài: Không TP HCM, 08/2021 Luan van NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG TRÊN MÁY SẤY ĐIỆN TRỞ Mã số: T2020-03GVT Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu đề tài đơn vị phối hợp STT Vai trò Họ Tên Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Thành Luân Thành viên nghiên cứu Không Luan van MỤC LỤC MỞ ĐẦU I Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước II Tính cấp thiết III Mục tiêu IV Cách tiếp cận V Phương pháp nghiên cứu, đối tượng phạm vi nghiên cứu VI Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan máy sấy điện trở 1.2 Tổng quan ống nhiệt 1.3 Cơ sở lý luận kết hợp máy sấy điện trở ống nhiệt 13 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ TỦ SẤY ĐIỆN TRỞ VÀ BỘ ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG MÔI CHẤT R134a 17 2.1 Tính tốn thiết kế máy sấy đối lưu (điện trở) 17 2.1.1 Tính tốn q trình sấy lý thuyết 17 2.1.2 Tính tốn q trình sấy thực tế 18 2.2 Tính tốn thiết kế ống nhiệt 23 CHƯƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM , KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Mơ hình thực nghiệm 27 3.2 Nội dung thực nghiệm tiêu chí đánh giá 28 3.3 Kết thảo luận 30 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 Kết luận 39 Kiến nghị 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC 43 i Luan van DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông số làm việc số loại ống nhiệt Bảng 2.1 Thông số đầu vào cho thiết kế máy sấy đối lưu 17 Bảng 2.2 Thơng số điểm nút q trình sấy lý thuyết 18 Bảng 2.3 Thơng số điểm nút q trình sấy thực tế 22 Bảng 2.4 Thông số đầu vào cho thiết kế máy sấy đối lưu 23 Bảng 3.1 Thông số ống nhiệt 27 Bảng 3.2 Bố trí thí nghiệm theo phương pháp trực giao nhân tố 29 Bảng 3.3 Hiệu sử dụng lượng tủ sấy 37 ii Luan van DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Nguyên lý cấu tạo máy sấy đối lưu (điện trở) đồ thị I-d Hình 1.2 Nguyên lý cấu tạo ống nhiệt (heat pipe) Hình 1.3 Cấu tạo bên ống nhiệt mao dẫn Hình 1.4 Nguyên lý cấu tạo ống nhiệt ly tâm Hình 1.5 Sơ đồ nhiệt trở trình truyền nhiệt qua ống nhiệt 11 Hình 1.6 Tiềm thu hồi nhiệt thải máy sấy đối lưu 14 Hình 1.7 Sơ đồ thu hồi nhiệt khơng khí sau buồng sấy 15 Hình 1.8 Sơ đồ bố trí ống nhiệt trọng trường máy sấy điện trở đồ thị I-d 15 Hình 2.1 Đồ thị I-d trình sấy lý thuyết 18 Hình 2.2 Bố trí khay buồng sấy 18 Hình 2.3 Sơ đồ cân nhiệt thiết bị sấy 19 Hình 2.4 Thông số lớp vách buồng sấy 20 Hình 2.5 Sơ đồ trao đổi nhiệt 24 Hình 2.6 Giản đồ giải hệ phương trình phương pháp lặp 26 Hình 3.1 Bố trí ống nhiệt thu hồi nhiệt thải buồng sấy 27 Hình 3.2 Chênh lệnh nhiệt độ khơng khí vào, phần ngưng-phần sơi ống nhiệt 31 Hình 3.3 Nhiệt trao đổi phần ngưng, phần sôi ống nhiệt tỉ số truyền nhiệt 31 Hình 3.4 Cơng suất nhiệt ống nhiệt theo thực nghiệm, lý thuyết sai lệch 32 Hình 3.5 Nhiệt trao đổi phần sôi phần ngưng ống nhiệt chế độ thực nghiệm lý thuyết 32 Hình 3.6 Chênh lệch nhiệt độ khơng khí qua phần sơi phần ngưng ống nhiệt 34 Hình 3.7 Lượng nhiệt thu hồi ứng với nhiệt độ khơng khí vào phần sơi ống nhiệt 35 Hình 3.8 Hiệu suất trao đổi nhiệt ống nhiệt 36 Hình 3.9 Mức tăng hiệu sử dụng lượng tủ sấy kết hợp ống nhiệt so với trường hợp khơng có ống nhiệt 38 iii Luan van DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Qa- Giới hạn âm công suất nhiệt ống nhiệt; W Ah- Tiết diện ống nhiệt; m2 r- Nhiệt ẩn hóa hơi; J/kg R- Hằng số chất khí; J/kmol.K Th- Nhiệt độ tuyệt đối hơi; K k- Hệ số mũ đoạn nhiệt Qs- Giới hạn sôi công suất nhiệt ống nhiệt; W n- Khối lượng riêng chất lỏng ngưng; kg/m3 h- Khối lượng riêng hơi; kg/m3 Fis- Diện tích mặt phần ngưng ống nhiệt; m2 - Sức căng bề mặt môi chất; N/m g- Gia tốc trọng trường; m/s2 Qc- Giới hạn lôi công suất nhiệt ống nhiệt; W tz - Nhiệt độ trung bình dịng khơng khí qua phần sơi ống nhiệt; K tw - Nhiệt độ trung bình dịng khơng khí qua phần ngưng ống nhiệt; K Fes - Diện tích mặt ngồi ống nhiệt phần sơi; m2 Fen - Diện tích mặt ngồi ống nhiệt phần ngưng; m2 Fis- Diện tích mặt ống nhiệt phần sơi; m2 Fin - Diện tích mặt ống nhiệt phần ngưng; m2 des- Đường kính ngồi ống nhiệt phần sơi; m dis - Đường kính ống nhiệt phần sơi; m den- Đường kính ngồi ống nhiệt phần ngưng; m din - Đường kính ống nhiệt phần ngưng; m v - Hệ số dẫn nhiệt vách ống nhiệt; W/m.K s- Hệ số tỏa nhiệt ngưng môi chất ống nhiệt; W/m2.K s - Hệ số tỏa nhiệt sôi môi chất ống nhiệt; W/m2.K z - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu khơng khí bên ngồi phần sơi ống nhiệt; W/m2.K w - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu khơng khí bên ngồi phần ngưng ống nhiệt; W/m2.K z - Hệ số dẫn nhiệt khơng khí phần sôi ống nhiệt; W/m.K iv Luan van w - Hệ số dẫn nhiệt khơng khí ứng phần ngưng ống nhiệt; W/m.K Nu- Số Nusselt Pr - Số Prandtl  - Độ nhớt khơng khí; kg/m.s Vmax - Tốc độ khơng khí lớn qua khe hẹp trao đổi nhiệt; m/s V - Tốc độ không khí kênh; m/s d - Đường kính ống; m s1 - Bước ống ngang; m ps- Áp suất môi chất phần sôi; N/m2 pn - Áp suất môi chất phần ngưng ống nhiệt; N/m2 Th - Nhiệt độ trung bình ống; K Qi- Công suất nhiệt bên ống nhiệt; W  - Hệ số nạp r- Hệ số dẫn nhiệt lỏng môi chất nạp; W/m.K Pbh- Áp suất bão hịa; bar d- Dung ẩm; kg/kgkk I- Entanpy khơng khí; kJ/kg - Độ ẩm tương đối; % t- Nhiệt độ khơng khí; 0C Pkq- Áp suất khí quyển; Pkq=1 (bar) - Nhiệt tổn thất làm bay kg ẩm; kJ/kga hfg- Nhiệt hóa ẩm theo nhiệt độ sấy; J/kg v Luan van TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ TT (1) Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường máy sấy điện trở Mã số đề tài: T2020-03GVT Họ tên, học vị, chức danh khoa học chủ nhiệm: ThS Nguyễn Thành Ln Đơn vị cơng tác: Khoa Cơ Khí Động Lực Giải trình chỉnh sửa báo cáo tổng kết đề tài: Nội dung góp ý Hội Kết chỉnh sửa, bổ sung Ghi đồng (2) (3) (4) Ống nhiệt trọng trường có giới hạn bao gồm: Giới hạn âm thanh, giới hạn sôi, giới hạn lôi Vì thiết kế vận hành cần đảm bảo công suất nhiệt nhỏ công suất giới hạn trên, đảm bảo an tồn khơng làm hỏng ống nhiệt Qua tính tốn thực nghiệm người ta thấy giới hạn lơi nhỏ Vì thiết kế Tính tốn giới hạn ống nhiệt vận hành quan tâm đến giới hạn lôi (phần lý thuyết ống nhiệt trang 8-10) Sau xác định công suất ống nhiệt Tác giả tính giới hạn lơi để kiểm tra cơng suất ống nhiệt thiết kế (Trang 26) Qua tính tốn cơng suất nhiệt thiết kế thỏa mãn điều kiện nhỏ công suất nhiệt lôi Tác giả vẽ lại hình 2.4 tên Vẽ lại hình 2.4 lớp vách buồng sấy (Trang 20) Phương trình mật độ dòng nhiệt Phạm vi sử dụng áp dụng cho trường hợp dịng phương trình mật độ dịng tác nhân sấy khơng khí chảy nhiệt trang 20 rối Tác giả bổ sung phạm vi sử dụng phương trình (Trang 20) vi Luan van 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 73 Luan van 74 Luan van 75 Luan van 76 Luan van 77 Luan van S K L 0 Luan van ... giải pháp sử dụng ống nhiệt để thu hồi nhiệt thải máy sấy điện trở Sơ đồ thu hồi nhiệt thải sử dụng ống nhiệt thể Hình 1.8 Hình 1.8 Sơ đồ bố trí ống nhiệt trọng trường máy sấy điện trở đồ thị I-d... hợp ống nhiệt trọng trường vào máy sấy điện trở tiết kiệm lượng nhiệt Do đó, hiệu sử dụng lượng máy sấy tăng 16 Luan van CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ TỦ SẤY ĐIỆN TRỞ VÀ BỘ ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG... Quốc cs [21] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt trọng trường hệ thống máy lạnh hấp thụ Tác giả Nguyễn Thành Luân Nguyễn Thế Bảo, nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để nâng cao hiệu máy sấy bơm nhiệt [22]