Mô phỏng và thực nghiệm tối ưu hóa theo nhiệt độ của thiết bị trao đổi nhiệt theo biên dạng của thân cây bông súng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM TỐI ƯU HÓA THEO NHIỆT ĐỘ CỦA THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT THIẾT KẾ THEO BIÊN DẠNG CỦA THÂN CÂY BÔNG SÚNG GVHD: ĐẶNG HÙNG SƠN SVTH: NGUYỄN SONG TIẾN LƯƠNG VĂN TRƯỜNG NGUYỄN VĂN HƯNG SKL008298 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT – ĐIỆN LẠNH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM TỐI ƯU HÓA THEO NHIỆT ĐỘ CỦA THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT THIẾT KẾ THEO BIÊN DẠNG THÂN CÂY BÔNG SÚNG GVHD: TS ĐẶNG HÙNG SƠN Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT – ĐIỆN LẠNH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên nghành: Công nghệ Kỹ thuật nhiệt MƠ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM TỐI ƯU HĨA THEO NHIỆT ĐỘ CỦA THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT THEO BIÊN DẠNG CỦA THÂN CÂY BÔNG SÚNG GVHD: TS ĐẶNG HÙNG SƠN SVTH MSSV Nguyễn Song Tiến 17147185 Lương Văn Trường 17147194 Nguyễn Văn Hưng 17147145 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021 TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA THUẬT TP HCM VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên sinh viên: Lương Văn Trường MSSV: 17147194 Nguyễn Văn Hưng MSSV: 17147145 Nguyễn Song Tiến MSSV: 17147185 Chuyên Ngành: Công Nghệ Kĩ Thuật Nhiệt Mã ngành: 147 Hệ: Đại học quy Thơng tin đề tài Tên đề tài: Mô thực nghiệm tối ưu hóa theo nhiệt độ thiết bị trao đổi nhiệt thiết kế theo biên dạng thân bơng súng Mục đích đề tài: Nghiên cứu trường nhiệt độ thiết bị trao đổi nhiệt thiết kế theo kích thước biên dạng than súng Đồ án tốt nghiệp thực tại: Bộ Mơn Cơng Nghệ Kĩ Thuật Nhiệt, Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: Từ ngày 1/04/2021 đến 28/08/2021 Các nhiệm vụ cụ thể đề tài - Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu súng phần mêm mô - Nhiệm vụ 2: Xây dựng mơ hình - Nhiệm vụ 3: So sánh thông số từ lý thuyết thực nghiệm i Lời cam đoan sinh viên Chúng cam đoan ĐATN cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn TS Đặng Hùng Sơn Các kết công bố ĐATN trung thực không chép từ công trình khác NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… Xác nhận Bộ Môn Tp.HCM, ngày tháng 08 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên học hàm học vị) ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA THUẬT TP HCM VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn: Cơ khí Động lực PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Tên đề tài: Mô thực nghiệm tối ưu hóa theo nhiệt độ thiết bị trao đổi nhiệt thiết kế theo biên dạng thân súng Họ tên sinh viên : Lương Văn Trường MSSV: 17147194 Hội đồng: 2 Nguyễn Văn Hưng MSSV: 17147145 Hội đồng: Nguyễn Song Tiến MSSV: 17147185 Hội đồng: Chuyên Nghành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt Họ tên GV hướng dẫn: TS.Đăng Hùng Sơn Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) Các bạn sinh viên có tinh thần thái độ làm việc nghiêm túc, có tinh thần học hỏi tìm hiểu Chịu khó khảo sát tìm hiểu thiết bị để xây dựng mơ hình thực nghiệm……… Nhận xét kết thực ĐATN (không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Kết cấu cách thức trình bày đồ án tốt nghiệp phù hợp với đồ án tôt nghiệp sinh viên hệ đại học quy………………………………………………………… iii 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Nội dung đồ án Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án có tính mới, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển………………………………… 2.3.Kết đạt được: Bài luận cho đồ án tốt nghiệp, báo cáo, mơ hình thực nghiệm, mơ hình mơ phỏng…………………………………………………………………………………… 2.4 Những tồn (nếu có): Cịn nhiều lỗi tả, số đoạn luận cịn chưa hợp lí, chưa thực trình thực nghiệm thực, yếu tố khảo sát cịn ít, khó khăn dụng cụ đo lường xác mơ đồ tốn nên sai số lớn Đánh giá: TT Mục đánh giá Điểm Điểm tối đa đạt Hình thức kết cấu ĐATN 30 iv Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, 15 quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng 08 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) v TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THUẬT TP HCM Độc lập - Tự – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Bộ mơn: Cơng nghệ Nhiệt – Điện lạnh PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Tên đề tài: Mô thực nghiệm tối ưu hóa theo nhiệt độ thiết bị trao đổi nhiệt thiết kế theo biên dạng thân súng Họ tên sinh viên :1 Lương Văn Trường MSSV: 17147194 Hội đồng: 2 Nguyễn Văn Hưng MSSV: 17147145 Hội đồng: Nguyễn Song Tiến MSSV: 17147185 Hội đồng: Chuyên Nghành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt Họ tên GV phản biện: (Mã GV): Th.S Nguyễn Thành Luân (0860) Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: - Kết cấu cách trình bày phù hợp với đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) - Nội dung đồ án phù hợp với đồ án tốt nghiệp chuyên ngành kỹ thuật nhiệt Kết đạt được: - Bước đầu tiếp cận mô số ( cụ thể Ansys ) ứng dụng vào mơ TBTĐN có biên dạng bơng súng vi - Bước đầu tiếp cận phương pháp thực nghiệm tối ưu theo phương pháp Taguchi Những thiếu sót tồn ĐATN: - Cần có mơ hình vật lý mơ tả đầy đủ điều kiện biên mô - Cần làm rõ sở chọn mơ hình chảy rối k-ε Standard (Tr 37) - Kích thước lưới ? cần kiểm tra độc lập lưới (Tr43) - Cần rõ sai số cho phương trình liên tục, phương trình động lượng, phương trình lượng mô ? - Cần Validiation – để kiểm tra độ xác mơ - Cần rõ biến đáp ứng tiêu chí lựa chọn để tính tỉ số tín hiệu/ nhiễu (S/N) ? - Cần Phân tích ANOVA cho biết tỉ lệ phần trăm đống góp mức độ ảnh hưởng biến đầu vào - Cần giải thích đồ thị hình 4.9 (Tr 70) - Cần trình bày sở kết luận giá trị tối ưu (Tr 84) Câu hỏi: Câu 1: Cơ sở chọn mơ hình chảy rối k- standard Nhóm có kiểm tra độc lập lưới khơng ? Cho biết sai số phương trình phương trình liên tục, phương trình động lượng, phương trình lượng Nhóm có validiation để kiểm tra xác kết mơ phỏngkhơng Câu 2: Nhiệt độ nước nóng đầu bảng (Tr 65) lại có khác biệt giá trị nhiệt độ đầu điều kiện mơ ? Câu 3: Nhóm cho biết biến đáp ứng tiêu chí lựa chọn để tính tỉ số tín hiệu/ nhiễu (S/N)? tỉ lệ phần trăm đóng góp giải thích đồ thị hình 4.9 (Tr 70) Thanh Luan Đánh giá: TT Mục đánh giá Điểm Điểm đạt tối đa vii *Chiết áp Dùng để điều chỉnh dòng điện 12V cấp cho bơm, cơng dụng điều chỉnh lưu lượng Hình 4.7: Chiết áp *Lưu lượng kế Là thiết bị thị lượng nược chảy qua ông đơn vị thời gian (10 lít/phút) Hình 4.8: Lưu lượng kế 81 4.2 Sơ đồ ngun lý Hình 4.9: Sơ đồ lắp đặt Mơ hình sơ đồ lắp đặt phác thảo trước 82 4.3 Mơ hình thực tế lắp đặt Hình 4.10: Mơ hình thực tế đã lắp đặt 4.4 Thực nghiệm 4.4.1 Cơ sở thực nghiệm Bảng 4.1: Mức độ yếu tố ảnh hưởng đến trình trao đổi nhiệt TBTĐN Yếu tố Lv Lv Lv Nhiệt độ phòng (oC) 20 24 28 Vận tốc nước lạnh (m/s) 1.5 2.25 Nhiệt độ nước lạnh (oC) 20 25 30 83 Bảng 4.2: Bảng Taguchi L9 STT P1 P2 P3 1 1 2 3 2 2 3 3 Bảng 4.3: Bảng ấn định thông số yếu tố STT P1 P2 P3 20 1.5 20 20 2.25 25 20 30 24 1.5 25 24 2.25 30 24 20 84 4.4.2 28 1.5 30 28 2.25 20 28 25 Các bước tiến hành thực nghiệm Bước Mở cơng tắc cấp nguồn cho mơ hình Kiểm tra cảm biến cịn hoạt động khơng Đổ nước đầy vào thùng nước nóng lạnh cách nhiệt Bước Tiến hành cấp điện gia nhiệt nước nóng, dùng nhiệt kế đo đến nhiệt độ theo thông số ấn định dùng lại Dùng đá điện trở tương tự nước nóng cho nước lạnh Điều chỉnh nhiệt độ phịng theo thơng số bảng Bước Khi nhiệt độ nước nóng, lạnh nhiệt độ phịng đã theo thơng số ấn định tiến hành bật bơm nước nóng nước lạnh hoạt động điều chỉnh lưu lương theo chiết áp theo thông số đã ấn định Bước Quan sát cảm biến nhiệt độ nước lạnh, nóng vào ra, đợi số liệu ổn định tiến hành ghi chép Bước Sau ghi chép xong (khoảng phút rưỡi) tắt dừng bơm lặp lại từ đâu Mỗi thí nghiệm tiến hành lần 4.5 Tính tốn lý thuyết sơ 4.5.1 Phương trình cân nhiệt Phương trình cân nhiệt dùng để tính tốn cho thiết bị trao đổi nhiệt thiết kế theo biên dạng thân súng bỏ qua tổn thất nhiệt theo công thức (1-16) tài liệu [9] Q = G1.Cp1.(t1’- t1”) = G2.Cp2.(t2”- t2’) Trong đó: G1, G2 lưu lượng khối lượng nước chất lỏng nóng lạnh, [kg/s]; 85 Cp1, Cp2 nhiệt dung riêng nước nóng lạnh, [J/kg.℃]; t1’, t1” nhiệt độ nước nóng vào ra, [℃]; t2’, t2” nhiệt độ nước lạnh vào ra, [℃] 4.5.2 Tính tốn trường hợp thí nghiêm Trường hợp có thơng số sau, nhiệt độ nước nóng t1’ = 85 oC, lưu lượng 6,8l/p Nước lạnh t2’= 25 oC, lưu lượng 6,8l/p Nhiệt độ bề mặt 20 oC Thiết bị trao đổi ngược chiều, làm nhơm có hệ số dẫn nhiệt 𝜆 = 201 W/mK TBTĐN có phần chỉnh gồm phần ống góp nơi nước lạnh vào nước nóng ra, phần TBTĐ nhiệt, phần ống góp nới nước nóng vào nướng lạnh Bỏ qua tổn thất nhiệt góp ta có Vận tốc nước nóng ống (12 ống) ω= 𝑄 𝑆 = (6,8⁄1000.60.12)/(π.0,0022)= 0,75457 m/s Trong đó: ω vận tốc trung bình nước ống, m/s; Q lưu lượng thể tích, m3/s; S tiết diện bề mặt ống, m2; Tiêu chuẩn Reynolds cho phần nước nóng: Re = ω.dtd ν Trong đó: ω vận tốc, m/s; 86 dtd đường kính tính tốn, m; ν độ nhớt động học, nhiệt độ t2’ = 85 ℃ tra bảng thông số vật lý nước đường bão hòa ta ν = 0,3455.10-6 m2/s Đường kính tính tốn dtd = d = 0,004 m Vậy Ref = 0,75457.0,004 0,3455.10−6 = 8735,977 Vì 2200 < Ref