Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ống nhiệt tận dụng nhiệt thải xe máy để giữ ấm thùng giao thực phẩm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH -o0o - NGUYỄN TIẾN CẢNH NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM ỐNG NHIỆT TẬN DỤNG NHIỆT THẢI CỦA XE MÁY ĐỂ GIỮ ẤM THÙNG GIAO THỰC PHẨM Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT Mã số: 60.52.80 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2014 CƠNG TRÌNH ÐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ÐẠI HỌC BÁCH KHOA –ÐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Cán chấm nhận xét 1: TS BÙI NGỌC HÙNG Cán chấm nhận xét 2: TS BÙI TRUNG THÀNH Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Ðại học Bách Khoa, ÐHQG Tp HCM ngày 15 tháng nam 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN Thư ký: TS HÀ ANH TÙNG Ủy viên – Phản biện 1: TS BÙI NGỌC HÙNG Ủy viên – Phản biện 2: TS BÙI TRUNG THÀNH Ủy viên: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ÐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA _ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên: Năm sinh: Chuyên ngành: NGUYỄN TIẾN CẢNH 1974 CÔNG NGHỆ NHIỆT Phái: Nơi sinh: MSHV: Nam BRVT 11060417 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM ỐNG NHIỆT TẬN DỤNG NHIỆT THẢI CỦA XE MÁY ĐỂ GIỮ ẤM THÙNG GIAO THỰC PHẨM Nhiệm vụ luận văn - Khảo sát loại ống nhiệt nói chung đặc biệt loại ống nhiệt sử dụng nước để gia nhiệt - Nghiên cứu ống nhiệt tận dụng nhiệt thải - Tính tốn, thiết kế, chế tạo ống nhiệt tận dụng nhiệt thải xe máy để giữ ấm cho thùng giao thực phẩm quy mô nhỏ - Thực nghiệm mơ hình để xây dựng thơng số ảnh hưởng đến hiệu suất ống nhiệt - Rút kết luận kiến nghị Ngày giao nhiệm vụ : 21/01/2014 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 21/06/2014 Cán hƣớng dẫn : GS TS Lê Chí Hiệp Tp.HCM, ngày … tháng …… năm…… Chủ nhiệm môn Cán hƣớng dẫn GS.TS Lê Chí Hiệp GS.TS Lê Chí Hiệp Trƣởng khoa khí ii LỜI CẢM ƠN Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc:    Ðến Thầy hướng dẫn – GS.TS Lê Chí Hiệp – dành nhiều thời gian định hướng, hướng dẫn, sửa chữa giúp đỡ học viên để học viên hoàn thành nội dung nghiên cứu luận văn Ðến Thầy – TS Bùi Trung Thành – động viên, giúp đỡ, tạo nhiều điều kiện thuận lợi để học viên hoàn thành luận văn Ðến quý Thầy Cô Bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh – Trường ÐH Bách Khoa – ÐHQG TP.HCM nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm suốt thời gian học viên học cao học   Ðến quý Thầy, Cô đồng nghiệp Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh – Trường ÐH Công Nghiệp TP.HCM giúp đỡ, động viên, chia sẻ công việc thời gian học viên học cao học học viên thực luận văn Ðến thành viên gia đình người bạn thân đồng hành, giúp đỡ, động viên học viên suốt thời gian qua Học Viên NGUYỄN TIẾN CẢNH iii TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Luận văn Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm ống nhiệt tận dụng nhiệt thải xe máy để giữ ấm cho thùng giao thực phẩm bao gồm nội dung sau: - Nghiên cứu sở lý thuyết liên quan đến tính tốn, thiết kế ống nhiệt từ cơng trình nghiên cứu ngồi nước - Xây dựng sở lý thuyết viết chương trình thiết kế ống nhiệt tận dụng nhiệt thải xe máy chương trình khác tính tỷ lệ nạp theo tải, xác định phụ tải nhiệt theo tỉ lệ nạp ống nhiệt chương trình khác phục vụ cho việc đánh giá hoạt động ống nhiệt nhằm lựa chọn thông số tối ưu ống nhiệt - Chế tạo ống nhiệt tận dụng nhiệt thải xe máy tiến hành nghiên cứu thực nghiệm sau: - Nghiên cứu, thực nghiệm tỷ lệ nạp tối ưu môi chất (nước) làm việc bên ống nhiệt - Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hiệu giữ ấm thực phẩm ống nhiệt tận dụng nhiệt thải học viên chế tạo - Rút kết luận kiến nghị ABSTRACT The thesis “Theoretical & Experimental Study on Heat Pipe used vehicle wast heat to keep warm for dilivery foods” consists of the following main items: - Synthesizing the research results from the related references - Writing the theoretical to design the working parameters of heat pipe then writing the program to design the heat pipe by Matlab program In addition, writing some sub - programs such as calculate the filling ratio by load, calculate the heat load by filling ratio, as well as other sub programs to find out the optimine parameters of heat pipe - Manufacturing the heat pipe use vehicle wast heat And searching some iterms as follow: + Studying the optimine filling ratio of working fluid (pure water) inside the heat pipe + Studying the efficiency of manufactured heat pipe thought keep warm efficiency foods in the delivery tank - Conclutions and suggestions iv LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN TIẾN CẢNH Năm sinh: 1974 Nơi sinh: Phƣớc Tỉnh, Long Điền, Bà Rịa – Vũng Tàu Địa liên lạc: Bộ môn Kỹ Thuật Lạnh – Khoa Công nghệ Nhiệt lạnh – Trƣờng Đại học Công nghiệp TP.HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Từ năm 1994 – 1999: Sinh viên trường Đại học Thủy Sản Nha Trang - Chuyên ngành: Công nghệ chế biến Thủy Sản Từ năm 1995 – 2000: Sinh viên trường Đại học Tổng hợp TP.HCM, trường Đại Học Khoa Học Xã Hội Nhân Văn - Chuyên ngành: Ngoại ngữ Tiếng Anh Từ năm 2008 – 2010: Học viên lớp Bồi dưỡng Sau Đại Học, trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM - Chuyên ngành: Quản trị kinh doanh Từ năm 2011 đến năm 2013: Học viên Cao học trường Ðại Học Học Bách Khoa – ÐHQG TP HCM - Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt Q TRÌNH CƠNG TÁC: Từ năm 2000 đến 2003: Trưởng Bộ môn Kỹ Thuật Lạnh, khoa Điện – Điện tử - Điện lạnh, Trường TH KT NV Nguyễn Hữu Cảnh, Quận 7, TP.HCM Từ năm 2004 đến nay: Giảng viên Bộ môn Kỹ Thuật Lạnh, khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh, trường Đại học Công nghiệp TP.HCM Tp.HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2014 Người khai NGUYỄN TIẾN CẢNH v LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan nội dung trình bày luận văn học viên tìm hiểu nghiên cứu Các nội dung trích dẫn từ nguồn tài liệu khác có ghi rõ nguồn gốc Tác giả NGUYỄN TIẾN CẢNH vi MỤC LỤC Chƣơng Tựa đề Nhiệm vụ luận văn Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Lý lịch trích ngang Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu Tổng quan 1.1 Nghiên cứu ống nhiệt 1.1.1 Tổng quan ống nhiệt 1.1.2 Ống nhiệt vòng 1.2 Các nghiên cứu ống nhiệt giới 1.3 Các nghiên cứu ống nhiệt nước Cơ sở lý thuyết 2.1 Khảo sát phụ tải hệ thống 2.1.1 Nhiệt lượng cần để trì nhiệt độ thực phẩm, Q1 2.1.2 Nhiệt lượng cần để trì nhiệt độ thùng, Q2 2.1.3 Tổn thất nhiệt môi trường 2.1.4 Một số vấn đề khác liên quan 2.2 Cơ sở truyền nhiệt 2.2.1 Truyền nhiệt sôi 2.2.2 Truyền nhiệt ngưng 2.3 Giới hạn làm việc ống nhiệt 2.4 Các vấn đề khác liên quan đến thiết kế ống nhiệt 2.4.1 Môi chất làm việc bên ống nhiệt 2.4.2 Vật liệu chế tạo ống nhiệt 2.4.3 Tỷ lệ nạp ống nhiệt 2.5 Kết luận chương Tính tốn, thiết kế ống nhiệt tận dụng nhiệt thải xe máy 3.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống 3.2 Số liệu thiết kế 3.3 Tính tốn, thiết kế 3.3.1 Trường hợp 3.3.2 Trường hợp Trang i ii iii iv v vi viii x xi xii 1 22 24 27 27 27 27 28 29 30 30 32 34 36 36 38 39 41 42 42 43 43 43 48 3.3.3 Trường hợp vii 48 3.4 Thiết lập phần mềm tính tốn thiết kế 50 3.4.1 Chương trình thiết kế ống nhiệt 50 3.4.2 Chương trình tính tỷ lệ nạp theo tải 51 3.5 Phân tích số ảnh hưởng hệ thống theo tính tốn lý thuyết 52 3.5.1 Tỷ lệ nạp thay đổi theo tải 52 3.5.2 Khối lượng thực phẩm thay đổi theo tỷ lệ nạp 54 3.6 Kết nghiên cứu lý thuyết 55 Nghiên cứu thực nghiệm ống nhiệt 56 4.1 Gia công chế tạo 56 4.1.1 Đặc điểm 57 4.1.2 Các bước gia công ống nhiệt 57 4.1.3 Hút chân không ống nhiệt 57 4.1.4 Nạp môi chất vào ống nhiệt 59 4.2 Phương pháp thực nghiệm 59 4.2.1 Phương pháp nghiên cứu 59 4.2.2 Các thiết bị đo phương pháp đo 60 4.2.3 Phương pháp tiến hành thí nghiệm mơ hình 63 4.3 Kết thực nghiệm 64 4.3.1 Thực nghiệm khảo sát hoạt động hệ thống theo tỷ lệ nạp 58% 64 4.3.2 Thực nghiệm khảo sát hoạt động hệ thống theo tỷ lệ nạp 68% 65 4.3.3 Thực nghiệm khảo sát hoạt động hệ thống theo tỷ lệ nạp 78% 67 4.3.4 Thực nghiệm khảo sát hoạt động hệ thống theo tỷ lệ nạp 88% 68 4.3.5 Thực nghiệm khảo sát hoạt động hệ thống theo tỷ lệ nạp 98% 69 4.3.6 Đánh giá hoạt động ống nhiệt thông qua nhiệt trở 71 4.3.7 Đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ nạp đến hoạt động hệ thống 77 4.4 Kết nghiên cứu thực nghiệm 81 Kết luận kiến nghị 82 5.1 Kết luận chung 82 5.1.1 Các kết đạt 82 5.1.2 Một số hạn chế 82 5.2 Kiến nghị hướng nghiên cứu 83 Phụ lục 84 Tài liệu tham khảo 114 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu a Ý nghĩa Hệ số khuếch tán nhiệt C D d F Nhiệt dung riêng Đường kính ngồi Đường kính Diện tích G H Lưu lượng khối lượng Chiều cao Hệ số truyền nhiệt qua vách phẳng kv Thứ nguyên m /s J/kgK mm mm m kg/s mm kl L M’ Hệ số truyền nhiệt đường Chiều dài Hệ số Merit n Nq p Pd Ptđ Pr Q Số ống dàn ngưng Tiêu hao điện riêng W/m K W/m.K mm 3/4 5/2 kg/(K s ) ống Wh/kg ẩm Áp suất bão hịa mơi chất sơi Áp suất dư đo bình bay bar cmHg Áp suất tuyệt đối tính từ áp suất dư Tiêu chuẩn Prandtl Tổng phụ tải nhiệt hệ thống Nhiệt lượng cần để trì nhiệt độ thực phẩm cmHg Nhiệt lượng cần để trì nhiệt độ thùng Tổn thất nhiệt môi trường Tổn thất nhiệt từ thùng môi trường Tổn thất nhiệt đường ống dẫn Mật độ dòng nhiệt Nhiệt ẩn hóa Nhiệt trở Tiêu chuẩn Reynolds Nhiệt độ Nhiệt độ trung bình đo bề mặt thiết bị bay kJ kJ kJ kJ kJ/kg kJ/kg C/W Q1 Q2 Q3 Q31 Q32 q r R Re t Te Tc Tth Tk V W  kJ kJ C C Nhiệt độ trung bình đo bề mặt thiết bị ngưng tụ C Nhiệt độ trung bình đo thùng chứa thực phẩm Nhiệt độ trung bình đo đầu ống khói C C Thể tích Chiều rộng Hệ số tỏa nhiệt đối lưu m mm W/m2.K