Tóm tắt: Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.

Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ Phạm Duy Bính NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC HẠT LƯU CHẤT ĐA THÀNH PHẦN CÓ TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA Chuyên ngành: Cơ học chất lỏng chất khí Mã số: 44 01 08 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CƠ HỌC Hà Nội – 2023 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Vũ Văn Trường Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS Nguyễn Thị Việt Liên Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … …’, ngày … tháng … năm 202… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Hạt lưu chất đa thành phần (sau gọi tắt hạt đa thành phần) có tiềm ứng dụng lớn việc chế tạo pin lượng mặt trời Có nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến nguồn lượng tái tạo chúng gần vơ tận gây tác hại tiêu cực đến môi trường nguồn nhiên liệu hóa thạch Thành phần pin mặt trời đề cập gồm hạt bán dẫn đặc cầu đặt lưới Theo đó, giá trị sử dụng hạt bán dẫn chủ yếu lớp mỏng bên ngồi hạt Do đó, việc sử dụng hạt bán dẫn rỗng (hay hạt lưu chất đa thành phần có nhân khí bên bị hóa rắn) giúp tiết kiệm chất bán dẫn làm cho lưới bán dẫn nhẹ mà hiệu chuyển đổi lượng không đổi Việc nghiên cứu chuyển pha hạt đa thành phần bán dẫn giúp việc chế tạo pin mặt trời đại trà, rẻ rộng rãi Việc nghiên cứu chuyển pha (trong luận án hóa rắn) hạt lưu chất đa thành phần cịn giúp tìm giải pháp phá băng đá bề mặt cánh máy bay, tuabin gió, nâng cao tuổi thọ hiệu suất máy Hiện tượng băng đá gặp nhiều vùng khơng khí lạnh Theo đó, hạt nước khơng khí tiếp xúc với bề mặt cánh máy bay tuabin gió bị hóa rắn nhiệt độ bề mặt cánh nhỏ nhiệt độ hóa rắn nước Các hạt nước lẫn bóng khí bên chúng bị hóa rắn bám vào bề mặt cánh Sự hóa rắn hạt nước bề mặt cánh nguyên nhân nghiêm trọng giảm hiệu suất tuổi thọ máy Nguy hiểm nguyên nhân vụ tai nạn hàng khơng nghiêm trọng ảnh hưởng tới khí động lực học dịng khí qua cánh máy bay Ngồi ra, hạt lưu chất đa thành phần sử dụng để loại bỏ hạt nước bẩn, công nghệ thực phẩm sản xuất vật liệu hấp thụ âm Chính tiềm ứng dụng hạt đa thành phần nói nên nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tính tốn động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha” với mong muốn điều khiển thời gian, hình dạng hạt đa thành phần trình hóa rắn góp phần tìm giải pháp, nâng cao hiệu suất máy chất lượng máy Mục tiêu nghiên cứu luận án Nghiên cứu trình truyền nhiệt, chuyển pha (ở q trình hóa rắn) hạt lưu chất rỗng (một loại hạt lưu chất đa thành phần có nhân khí bên trong) phương pháp theo dấu biên (fronttracking method) Các nội dung nghiên cứu luận án Nội dung luận án bao gồm: Chương 1: Tổng quan động lực học hạt đa thành phần Chương 2: Nghiên cứu xây dựng chương trình tính tốn cho tốn có truyền nhiệt, chuyển pha Chương 3: Nghiên cứu trình truyền nhiệt, chuyển pha hạt lưu chất rỗng bề mặt lạnh Chương 4: Nghiên cứu trình truyền nhiệt, chuyển pha hạt lưu chất rỗng chịu ảnh hưởng đối lưu cưỡng Cuối phần kết luận đưa tóm tắt kết đạt vấn đề cần giải tương lai CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trong chương này, khái niệm số thuật ngữ trình bày hạt lưu chất đa thành phần, hạt lưu chất rỗng, tượng chuyển pha hạt lưu chất,… vài số khơng thứ ngun sử dụng luận án Luận án đưa hai phương pháp tạo hạt lưu chất đa thành phần tách hạt tia lưu chất tách hạt sợi lưu chất Một số ứng dụng tiêu biểu hạt đa thành phần trình bày ứng dụng công nghệ thực phẩm, y sinh, chế tạo vật liệu hấp thụ âm thanh,… đặc biệt ứng dụng ngành chế tạo pin lượng mặt trời nâng cao hiệu suất máy, phá bỏ băng đá bề mặt cánh máy bay tuabin gió Qua khảo sát cơng trình nghiên cứu hóa rắn hạt lưu chất, kết luận rút sau: - Có nhiều nhà nghiên cứu quan tâm xây dựng mơ hình lý thuyết hóa rắn hạt lưu chất Tuy nhiên, nghiên cứu tập trung vào hóa rắn hạt lưu chất đơn mà Các cơng trình nghiên cứu cho hạt lưu chất đa thành phần thiếu - Các cơng trình thực nghiệm nghiên cứu hóa rắn hạt lưu chất đơn nhiều nhiên nghiên cứu hạt lưu chất rỗng có vài cơng trình thực - Nghiên cứu chuyển pha hạt lưu chất rỗng phương pháp mô chưa thực thời điểm Điều dẫn tới đời đề tài Cuối lựa chọn phương pháp để mơ hóa rắn hạt lưu chất rỗng Các phương pháp phổ biến dùng để mô chuyển pha hạt lưu chất bao gồm phương pháp tập mức, phương pháp thể tích lưu chất, phương pháp lưới Boltzmann phương pháp theo dấu biên Trong luận án này, phương pháp theo dấu biên lựa chọn để mô chuyển pha hạt lưu chất rỗng có ưu điểm xấp xỉ biên xác, đơn giản, tính sức căng bề mặt xác CHƯƠNG NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN CHO BÀI TỐN CĨ TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA Trong chương này, luận án tập trung xây dựng chương trình mơ cho hạt lưu chất có truyền nhiệt, chuyển pha Các lưu chất toán luận án giả sử không nén được, không trộn lẫn lưu chất Newton Các hệ phương trình sử dụng luận án - Phương trình Navier-Stokes  u  . uu  p      u  uT   t     x  x f  n f dS    f  g  (2.1) f - Phương trình lượng    C pT  t     C pTu     k T    q  x  x f  dS (2.2) f - Thông lượng nhiệt biên chuyển pha q  ks T T  kl n s n (2.3) l Do chênh lệch khối lượng riêng hai pha rắn pha lỏng, nên phương trình liên tục .u   1       x  x f  qdS Lh   s l  f (2.4) Các thông số không thứ nguyên xuất ta không thứ ngun hóa phương trình Navier-Stokes phương trình lượng Ngồi ra, vài thơng số khơng thứ ngun khác tỉ số đặc tính pha hình học hạt lưu chất rỗng sử dụng Các thông số không thứ nguyên sử dụng luận án Pr  Oh  C pl l kl , St  C pl Tm  Tc  Lh , Bo  l gR ,  l U R U R ,We = l , Re  l t ,  l l R t (2.5) 0  g g T0  Tc  R ,  sl  s ,  gl  ,  gl  ,R  i Tm  Tc l l l io Ro (2.6) ksl  k C C ks z z , kgl  g , C psl  ps , C pgl  pg ,   ci co kl kl C pl C pl R (2.7) Trong đó, Pr số Prandtl đặc trưng cho tỷ số khuếch tán động lượng với khuếch tán nhiệt St số Stefan đại diện cho tỷ số nhiệt đặc trưng với nhiệt ẩn hóa lỏng Bo số Bond đặc trưng cho tỷ số lực hấp dẫn với sức căng bề mặt We số Weber đại diện cho lực quán tính so với sức căng bề mặt θ0 nhiệt độ không thứ nguyên ban đầu ρsl, ρgl tỷ số khối lượng riêng μsl, μgl tỷ số độ nhớt, Rio tỉ số bán kính hạt hạt ksl, kgl tỷ số dẫn nhiệt, Cpsl, Cpgl tỷ số nhiệt dung đẳng áp ε0 độ lệch tâm ban đầu hạt bên hạt bên Đối với hạt lưu chất rỗng ta chọn bán kính ngồi làm sở, tức là, R = Ro Các phương trình Navier-Stokes lượng rời rạc hóa để đưa vào chương trình tính tốn Đầu tiên ta tách phương trình Navier-Stokes (2.1) thành phương trình - Phương trình có thành phần áp suất un1  u t  h p n - Phương trình khơng có thành phần áp suất (2.8)  u  u n n    uu   n     u  uT   t  n  n     x  x f  n f dS    f  g   f (2.9) Ta lấy toán tử phân kỳ (toán tử div) hai vế phương trình (2.8) ta    h   n  h p     h  u   h  u n 1    t (2.10) Vận tốc trung gian u* tìm phương trình (2.9), tìm áp suất theo phương trình (2.10) Cuối vận tốc thời điểm tìm thơng qua phương trình (2.8) Sau tìm vận tốc áp suất Ta tiến hành rời rạc phương trình lượng (2.2), ta có C pn T n 1  T n  t     C pTu  n n      n  n    k T     q  x  x f  dS        f    (2.11) Một lược đồ giải (Hình 2.1) xây dựng giúp ta hình dung q trình tính tốn chương trình theo bước thời gian Theo đó, biến khối lượng riêng (ρ), vận tốc (u), áp suất (p), nhiệt độ (T),… cập nhật qua vịng lặp tương ứng Hình 2.1 Lược đồ giải 10 Hình 2.2 Sự hóa rắn hạt lưu chất đơn bề mặt phẳng lạnh với miền tính tốn W × H bán kính ướt Rw dựng có độ tin cậy cao, sử dụng làm cơng cụ để nghiên cứu q trình truyền nhiệt, chuyển pha hạt lưu chất rỗng Kết luận chương Trong chương này, chương trình tính tốn cho hạt lưu chất có truyền nhiệt, chuyển pha xây dựng Theo đó, hai phương trình Navier-Stokes phương trình lượng rời rạc hóa để đưa vào chương trình tính tốn Phương pháp theo dấu biên sử dụng để nghiên cứu toán truyền nhiệt, chuyển pha hạt lưu chất Theo đó, biên phân cách pha mơ hình hóa chuỗi điểm Mỗi bước tính tốn điểm di chuyển cập nhật 11 lại Hai hàm thị I1 I2 sử dụng để xác định đặc tính pha điểm miền tính tốn Các kết mơ số có trùng khớp tốt với kết thực nghiệm Từ cho thấy chương trình tính tốn vừa xây dựng có độ tin cậy cao, sử dụng làm công cụ để nghiên cứu trình truyền nhiệt, chuyển pha hạt lưu chất rỗng Các kết so sánh chương trình tính tốn với cơng trình thực nghiệm cơng bố báo đăng tạp chí nước, cụ thể, báo số “Danh mục công trình khoa học tác giả liên quan đến luận án” CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA CỦA HẠT LƯU CHẤT RỖNG TRÊN MỘT BỀ MẶT LẠNH Một số cơng trình thực nghiệm theo dõi q trình hóa rắn hạt lưu chất rỗng cơng trình Vũ cộng sự, Bahgat cộng Các cơng trình thực nghiệm sử dụng cặp vòi phun đồng trục để tạo hạt lưu chất đơn nhân rỗng lỏng Hạt đơn nhân rỗng lỏng hóa rắn trình rơi xuống (chưa tiếp xúc với bề mặt lạnh) sau tiếp xúc với bề mặt lạnh Chương tập trung mơ trường hợp thứ “hạt lưu chất rỗng hóa rắn sau tiếp xúc với bề mặt lạnh” Mô hình tốn hạt lưu chất rỗng hóa rắn bề mặt lạnh trình bày Hình 3.1 Bề mặt lạnh giữ nhiệt độ cố định Tc Bài tốn bao gồm ba pha khơng nén được, khơng trộn lẫn có tính chất Newton là: rắn (với khối lượng riêng s), lỏng (với 12 khối lượng riêng l độ nhớt µl) khí (với khối lượng riêng g độ nhớt µg) Ban đầu, hạt lưu chất rỗng bao gồm hạt lưu chất mà bên chứa hạt bóng khí giả sử bán cầu Khí bao quanh hạt giả sử có tính chất giống với khí hạt bóng khí Do đó, pha lỏng hạt lưu chất rỗng lớp vỏ lỏng ngồi nằm lớp khí bên bên ngồi, q trình chuyển pha xảy lớp vỏ lỏng bên hạt lưu chất rỗng Một số cơng trình nghiên cứu trước khảo sát mô hạt lưu chất đơn hóa rắn bề mặt lạnh cho thấy hình dạng hạt giả sử phần hình cầu lúc bắt đầu mơ Do đó, Hình 3.1 Hạt lưu chất rỗng đối xứng hóa rắn bề mặt lạnh giữ nhiệt độ Tc Bài toán giải phương pháp theo dấu biên zc-in zc-out tọa độ trọng tâm hạt bóng khí bên hạt lưu chất 13 thời điểm t = 0, hạt lưu chất rỗng ban đầu giả sử có hình dạng cầu nghiên cứu chấp nhận Bán kính ban đầu hạt Ro Ri Pha lỏng có nhiệt độ hóa lỏng hay nhiệt độ chuyển pha Tm lớn nhiệt độ Tc Do đó, hóa rắn bắt đầu bề mặt bề mặt lạnh phát triển lên phía hạt Trong suốt q trình hóa rắn, pha rắn (được kí hiệu số s), pha lỏng (được kí hiệu số l) pha khí (được kí hiệu số g) giao đường chập ba pha, nghiên cứu điểm chập ba pha Hai điểm chập pha xuất xem Hình 3.1): biên phân cách phía biên phân cách phía ngồi Động lực học tốn đặc trưng thơng số khơng thứ nguyên Pr = C pl l kl , St = C pl Tm  Tc  Lh , Bo  l gR l , Oh   l R (3.1) Rio  g g Ri T T  ,0  c ,  sl  s ,  gl  ,  gl  Ro Tm  Tc l l l (3.2) ksl  k C C ks , k gl  g , C psl  ps , C pgl  pg kl kl C pl C pl (3.3) Để chọn độ phân giải lưới để sử dụng mơ tốn, trường hợp mơ số hạt lưu chất rỗng hóa rắn bề mặt lạnh thực với thông số Pr = 0,01, St = 0,1, Bo = 0,1, Oh = 0,01, Rio = 0,5, ρsl = 0,9, θ0 = 1,0, kgl = 0,005, ρgl = μgl =0,05, ksl = Cpsl = 1,0 Cpgl = 0,24, 0i = 0o = 90o gr = 0o Bảng 3.1 thể sai số trung bình chiều cao biên hóa rắn chiều cao 14 Bảng 3.1 Sai số trung bình lưới 128 × 256 so với độ phân giải lưới 256 × 512 Độ phân giải lưới 128 × 256 so với độ phân Sai số trung bình (%) giải lưới 256 × 512 Chiều cao biên hóa rắn Chiều cao hạt 0,54% 0,22% hạt lưu chất rỗng theo thời gian hai lưới 128 × 256 256 × 512 cho miền tính tốn 3R × 6R Bảng 3.1 cho thấy sai số trung bình chiều cao biên hóa rắn chiều cao hạt lưu chất rỗng lưới 128 × 256 so với lưới 256 × 512 nhỏ Cụ thể, sai số trung bình chiều cao biên hóa rắn lưới 128 × 256 so với lưới 256 × 512 0.54% Sai số trung bình hai lưới thấp chiều cao hạt lưu chất rỗng 0,22% Do hai lưới chọn để mô đạt độ trùng khớp cao, mặt lý thuyết, ta lựa chọn lưới 128 × 256 Tuy nhiên, kết mô xác cuối q trình hóa rắn hạt, ta chọn lưới với độ phân giải 256 × 512 để mơ tốn Bài tốn xem xét vài thơng số khơng thứ ngun ảnh hưởng lên q trình hóa rắn hạt lưu chất rỗng bề mặt lạnh Bo dải 0,18 – 3,16, Pr dải 0,01 – 1,0, St dải 0,032 – 1,0, ρsl dải 0,8 – 1,2, Rio dải 0,2 – 0,7 góc phát triển gr dải 0o – 25o Các thơng số hình học xem xét góc ướt ngồi 0o dải 60o – 130o góc ướt 0i dải 50o – 120o xem xét Các thông số khác giữ khơng đổi suốt q trình tính tốn Oh = 0,01, θ0 = 1,0, kgl = 0,005, ρgl = μgl =0,05, ksl = Cpsl = 1,0 Cpgl = 0,24 15 Kết luận chương Các thơng số khơng thứ ngun ảnh hưởng đến q trình hóa rắn hạt lưu chất rỗng bề mặt lạnh khảo sát Cụ thể, việc thay đổi độ dày vỏ lưu chất cách thay đổi bán kính hạt khí bên bên thành phần Rio, tăng kích cỡ hạt bóng khí dẫn đến thời gian hồn thành hóa rắn dài khơng ảnh hưởng tới chiều cao toàn hạt q trình hóa rắn kết thúc Chiều cao hạt bóng khí bên hạt hóa rắn khơng bị ảnh hưởng nhiều việc tăng số Bo (tức là, lực hấp dẫn đóng vai cho chi phối lớn lực sức căng bề mặt) khoảng 0,18 – 3,16 St (tức giảm nhiệt ẩn chuyển pha) dải từ 0,032 – 1,0 Tuy nhiên, việc tăng Pr (tức là, tăng ảnh hưởng khuếch tán động lượng so với khuếch tán nhiệt) từ 0,01 – 1,0 làm giảm chiều cao hạt bóng khí hạt hóa rắn Nếu ta tăng Pr Bo giảm chiều cao tồn hạt hóa rắn Nghiên cứu thay đổi thể tích hóa rắn cách thay đổi tỉ số khối lượng riêng pha rắn lên pha lỏng ρsl, việc tăng giá trị số ρsl từ 0,8 đến 1,2 giảm chiều cao hóa rắn hạt hóa rắn chiều cao hạt bóng khí dẫn đến q trình hóa rắn kết thúc sớm Các ảnh hưởng thơng số hình học (góc ướt (0i) dải 50o – 120o góc ướt ngồi (0o) dải 60o – 130o) góc phát triển (gr dải 0o – 25o) nghiên cứu Kết mơ số cho thấy góc ướt giảm góc ướt ngồi tăng 0 = 180o - 0i = 0o gr = 0o, chiều cao hạt bóng 16 khí hạt ngồi thời gian hóa rắn tăng, khi, độ tăng chiều cao hạt lưu chất rỗng giảm sau trình hóa rắn kết thúc Các ảnh hưởng tương tự khảo sát tăng góc ướt ngồi (tức là, 0i = 90o gr = 0o) Điều việc tăng 0i từ 50o đến 120o với 0o = 90o gr = 0o không ảnh hưởng tới hình dạng hạt ngồi dẫn đến việc tăng thời gian hóa rắn Thời gian hóa rắn, chiều cao hạt lưu chất rỗng độ tăng chiều cao tăng góc phát triển tăng Tuy nhiên, việc tăng góc phát triển dẫn đến giảm chiều cao hạt bóng khí sau q trình hóa rắn kết thúc Bên cạnh đó, có gr ảnh hưởng tới góc đỉnh hạt ngồi, tức là, việc tăng gr dẫn đến biên ngồi Nói cách khác, việc thay đổi góc ướt ngồi trong, giữ gr không đổi không ảnh hưởng tới góc đỉnh Các kết chương cơng bố báo đăng tạp chí quốc tế thuộc danh mục SCIE (Q1), cụ thể, báo số “Danh mục công trình khoa học tác giả liên quan đến luận án” CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA CỦA HẠT LƯU CHẤT RỖNG CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC Như chương đề cập, hạt lưu chất rỗng lỏng hóa rắn trước chạm tới bề mặt lạnh công trình thực nghiệm thể Trong chương này, tốn mơ chuyển pha hạt lưu chất rỗng thực 17 Ban đầu, giả sử hạt lưu chất rỗng có dạng hình cầu đối xứng lơ lửng môi trường lạnh Hạt lưu chất rỗng bao gồm nhân khí (hạt bóng khí) bên vỏ lưu chất (hạt ngồi) bắt đầu hóa rắn nhân hóa rắn với bán kính r0 đặt phía đáy hạt Nhiệt độ nhân hóa rắn giữ khơng đổi Tc Trong đó, Tm kí hiệu cho nhiệt độ vỏ lưu chất nhiệt độ chuyển pha lưu chất Bán kính ban đầu bóng khí bên hạt ngồi kí hiệu Ri = [3Vi/(4π)]1/3 Ro = [3V0/(4π)]1/3, Vi V0 thể tích ban đầu hạt bóng khí bên hạt ngồi Tại phía đáy miền tính tốn khí lạnh với nhiệt độ Tin vận tốc Uin đưa vào Để đơn giản hóa tốn, ta giả sử Tin với T0 – nhiệt độ ban đầu pha khí xung quanh hạt Khơng giống q trình hóa rắn hạt lưu chất Hình 4.1 Mơ hình tốn mơ với nửa hạt lưu chất rỗng đối xứng lơ lửng với dịng cưỡng phía đáy miền tính tốn 18 đơn, hạt lưu chất rỗng có hai điểm chập ba pha (Hình 4.1) Ở có xuất ba biên phân cách kí hiệu biên rắn-lỏng (tức biên chuyển pha), biên rắn-khí biên lỏng-khí Trong pha, khối lượng riêng (), độ nhớt (µ), hệ số dẫn nhiệt (k) nhiệt dung riêng đẳng áp (Cp) giả sử không đổi Các thông số không thứ nguyên sử dụng toán Pr = C pl l kl , St = C pl Tm  Tc  Lh , Re = lUin R U2R ,We = l in l  (4.1) Rio  g g Ri T T  ,0  c ,  sl  s ,  gl  ,  gl  Ro Tm  Tc l l l (4.2) ksl  k C C ks z z , k gl  g , C psl  ps , C pgl  pg ,   ci co kl kl C pl C pl R (4.3) Để chọn độ phân giải lưới mơ tốn, ta khảo sát độ hội tụ lưới thông qua xem xét lưới với miền tính tốn W × H = 3R × 12R: 096 × 384, 128 × 512, 192 × 768 384 × 1536 Các thơng số St = 0,1, Pr = 0,01, Re = 50, We = 1, sl = 0,9, Rio = 0,6, r0/R = 0,2, 0 = 0, 0 = 0, gl = 0,05, µgl = 0,05, ksl = 0,5, kgl = 0,01, Cpsl = Cpgl = Bảng 4.1 thể sai số trung bình tọa độ hướng tâm biên hóa rắn chiều cao biên hóa rắn lưới khác so với lưới mịn 384 × 1536 Ta thấy sai số trung bình lưới 192 × 768 so với lưới 384 × 1536 ứng với sai số trung bình tọa độ hướng tâm biên hóa rắn (1,155%) sai số trung bình chiều cao biên hóa rắn (0.128%) nhỏ sai số chấp nhận Do đó, để tiết kiệm nguồn tính tốn thời gian 19 Bảng 4.1 Sai số trung bình lưới khác so với độ phân giải lưới 384 × 1536 Các độ phân giải lưới so với độ phân giải lưới Sai số trung bình 384 × 1536 (%) 096 × 384 128 × 512 192 × 768 Sai số trung bình tọa độ hướng 3,843% 2,973% 1,155% 0,549% 0,410% 0,128% tâm biên hóa rắn Sai số trung bình chiều cao biên hóa rắn đảm bảo độ xác chấp nhận được, độ phân giải lưới 192 × 768 lựa chọn để nghiên cứu tốn Trong chương này, vài thơng số khơng thứ ngun ảnh hưởng lên q trình hóa rắn hạt lưu chất rỗng lơ lửng môi trường lạnh xem xét Các thơng số Re thay đổi dải 25 – 200, St dải 0,025 – 1,6, ρsl dải 0,8 – 1,2, kích thước nhân hóa rắn r0/R dải 0,05 – 0,3, độ lệch tâm ban đầu ε0 dải -0,15 – 0,3, Rio dải 0,2 – 0,7 góc phát triển gr dải 0o – 15o Các thông số không thứ nguyên khác giữ không đổi q trình tính tốn Pr = 0,01, We = 1, 0 = 0, gl = 0,05, µgl = 0,05, ksl = 0,5, kgl = 0,01, Cpsl = Cpgl = Kết luận chương Trong chương này, trình hóa rắn hạt lưu chất rỗng lơ lửng tác dụng đối lưu cưỡng trình bày 20 Các thơng số số Reynolds (Re), số Stefan (St), tỉ số khối lượng riêng (sl) pha rắn pha lỏng, kích thước nhân hóa rắn (r0/R), độ lệch tâm ban đầu (0), tỉ số bán kính (Rio) góc phát triển (gr) xem xét Việc tăng số Re (tức là, tăng ảnh hưởng quán tính so với lực nhớt) dải 25 – 200, Rio (tức là, tăng kích thước hạt bóng khí bên trong) dải 0,2 – 0,7 gr dải 0o – 15o dẫn đến việc tăng thời gian hóa rắn (s) Ngược lại, với giảm số St (tức là, tăng nhiệt ẩn chuyển pha) dải 0,05 – 1,6, r0/R (tức là, giảm kích thước nhân hóa rắn) dải 0,05 – 0,3 0 (tức là, hạt bóng khí gần nhân hóa rắn hơn) dải -0,15 – 0,3 dẫn đến q trình hóa rắn kéo dài Trong đó, việc thay đổi tỉ số khối lượng riêng pha rắn pha lỏng (sl) dải 0,8 – 1,2 có ảnh hưởng nhỏ lên thời gian hóa rắn Tỉ số hình dạng (Ari) không thay đổi nhiều thông số thay đổi ngoại trừ việc thay đổi gr Theo đó, việc tăng góc phát triển (gr) làm giảm tỉ số hình dạng (Ari) Liên quan đến tỉ số hình dạng ngồi (Aro), việc tăng tỉ số khối lượng riêng (sl) dẫn đến việc giảm tỉ số hình dạng ngồi (Aro) Mặt khác, tỉ số hình dạng ngồi (Aro) tăng với việc tăng góc phát triển Các thơng số khác St, Re, kích thước nhân hóa rắn (r0/R), độ lệch tâm ban đầu (0) hạt kích thước hạt bóng khí (Rio) bên có ảnh hưởng nhỏ lên hình dạng ngồi hạt hóa rắn Các kết chương cơng bố báo đăng tạp chí quốc tế thuộc danh mục SCIE (Q1), cụ thể, báo số “Danh mục cơng trình khoa học tác giả liên quan đến luận án” 21 KẾT LUẬN Luận án thu số kết sau đây: Đã xây dựng mơ hình tính tốn hạt lưu chất rỗng hóa rắn bề mặt lạnh hạt lưu chất rỗng lơ lửng mơi trường tự trình bày Các mơ hình chưa khảo sát mơ hình mơ số khác Các thông số không thứ nguyên đưa để khảo sát q trình hóa rắn hạt lưu chất rỗng bề mặt lạnh Ta thấy rằng, việc thay đổi thơng số dẫn đến hình dạng thời gian hóa rắn hạt thay đổi Qua đó, giúp hiệu chỉnh điều khiển q trình hóa rắn hạt lưu chất rỗng bề mặt lạnh để ứng dụng công nghiệp Q trình hóa rắn của hạt lưu chất rỗng lơ lửng môi trường tự tác dụng đối lưu cưỡng khảo sát Qua thấy hình dạng thời gian hóa rắn hạt lưu chất rỗng môi trường tự bị ảnh hưởng thông số không thứ nguyên thay đổi Do đó, qua khảo sát ảnh hưởng giúp hiệu chỉnh điều khiển q trình hóa rắn hạt đơn nhân rỗng lơ lửng mơi trường lạnh 22 NHỮNG ĐĨNG GĨP MỚI CỦA LUẬN ÁN Q trình hóa rắn hạt lưu chất đơn thực nhiều thông qua mô số phương pháp theo dấu biên Các công trình mơ hạt lưu chất rỗng chưa thực đến thời điểm Do đó, luận án có điểm sau: - Đã xây dựng mơ hình tính tốn hạt lưu chất rỗng hóa rắn đặt bề mặt lạnh hạt lưu chất rỗng lơ lửng hóa rắn mơi trường tự Cụ thể, hạt bóng khí hạt lưu chất thêm vào bên hạt lưu chất tạo thành mơ hình hạt lưu chất rỗng Từ đó, xuất thêm điểm chập ba pha biên phía bên hạt; - Đã phân tích ảnh hưởng thơng số khơng thứ ngun đến q trình hóa rắn hạt lưu chất rỗng bề mặt lạnh Qua đó, điều chỉnh hình dạng thời gian hóa rắn hạt lưu chất rỗng bề mặt lạnh cách điều chỉnh thơng số khơng thứ ngun; - Đã phân tích ảnh hưởng thông số không thứ nguyên đến trình hóa rắn hạt lưu chất rỗng lơ lửng môi trường tự tác động đối lưu cưỡng Điều chỉnh thông số không thứ nguyên gây thay đổi hình dạng thời gian hóa rắn hạt lưu chất rỗng lơ lửng môi trường tự 23 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nang X Ho, Truong V Vu, Binh D Pham, A numerical study of a liquid compound drop solidifying on a horizontal surface, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol 165, nov 2020, p 120713 (SCIE, IF2020 = 5.584, Q1) Binh D Pham, Truong V Vu, Lien V.T Nguyen, Nang X Ho, Cuong T Nguyen, Hoe D Nguyen, Vinh T Nguyen and Hung V Vu, A numerical study of geometrical effects on solidification of a compound droplet on a cold flat surface, Acta Mechanica, Vol 232, jun 2021, pp 3767–3779 (SCIE, IF2020 = 2.698, Q1) Truong V Vu, Binh D Pham, Phuc H Pham, Hung V Vu, and Bo X Tran, A numerical study of hollow water drop breakup during freezing, Physics of Fluids, Vol 33, oct 2021, p 112110 (SCIE, IF2021 = 4.98, Q1) Truong V Vu, Binh D Pham, Nang X Ho, Hung V Vu, Solidification of a hollow sessile droplet under forced convection, Physics of Fluids, Vol 34, Feb 2022, p 033302 (SCIE, IF2021 = 4.98, Q1) Binh D Pham and T V Vu, A numerical study of a suspended compound droplet solidifying under forced convection, Int J Heat Mass Transf, Vol 196, p 123296, Nov 2022 (SCIE, IF2021 = 5.431, Q1) 24 Pham Duy Binh, Vu Van Truong, Nguyen Thi Viet Lien, Nguyen Tien Cuong, Nguyen Dinh Hoe, Nguyen Tuan Vinh, Vu Van Hung, Direct numerical simulation study of water droplets freezing on a horizontal plate, Vietnam J Sci Technol., vol 59, no 3, Art no 3, May 2021, doi: 10.15625/2525- 2518/59/3/15434 Binh D Pham, Truong V Vu, Lien V.T Nguyen, Cuong T Nguyen, Hoe D Nguyen, Vinh T Nguyen, Hung V Vu, A numerical study of the solidification process of a retracting fluid filament, Vietnam J Mech., Nov 2021, doi: 10.15625/08667136/16393