Nghiên Cứu Sự Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Và Lưu Lượng Đến Quá Trình Bay Hơi Kênh Micro Dùng Môi Chất Co2.Pdf

Untitled BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU VĂN KẾT ĐOÀN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ LƯU LƯỢNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BAY HƠI KÊNH MI[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU VĂN KẾT ĐOÀN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ LƯU LƯỢNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BAY HƠI KÊNH MICRO DÙNG MÔI CHẤT Co2 NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT - 60520115 S K C0 3 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU VĂN KẾT ĐOÀN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ LƢU LƢỢNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BAY HƠI KÊNH MICRO DÙNG MÔI CHẤT CO2 NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT Mà SỐ: 60520115 Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU VĂN KẾT ĐOÀN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ LƢU LƢỢNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BAY HƠI KÊNH MICRO DÙNG MÔI CHẤT CO2 NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT - 60520115 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG NCS NGUYỄN TRỌNG HIẾU Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 %Ӝ*,È2'Ө&9¬ĈҤ27Ҥ2 75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&6Ѭ3+Ҥ0.Ӻ7+8Ұ7 7+¬1+3+Ӕ+Ӗ&+Ë0,1+ 3+,ӂ81+Ұ1;e7/8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ӻ 'jQKFKRJLҧQJYLrQSKҧQELӋQ 7rQÿӅWjLOXұQYăQWKҥFVӻ 1JKLrQFӭXVӵҧQKKѭӣQJFӫDQKLӋWÿӝYjOѭXOѭӧQJÿӃQTXiWUuQKED\KѫL NrQK0LFURGQJP{LFKҩW&2 7rQWiFJLҧ &+ặ891.72ơ1 MSHV: 1521004 Ngnh: WKXW1KLW Khúa: 2015-2016 nh Kng: QJGQJ +ӑYjWrQQJѭӡLSKҧQELӋQ 3*676+RjQJ$Q4XӕF &ѫTXDQF{QJWiF ĈLӋQWKRҥLOLrQKӋ 0908197416 ,é.,ӂ11+Ұ1;e7 9ӅKuQKWKӭF NӃWFҩXOXұQYăQ +uQKWKӭFYjNӃWFҩXFӫDOXұQYăQSKKӧS 9ӅQӝLGXQJ 2.1 Nh̵n xét v͉–ÀŠŠ‘ƒŠб…ǡ”Ù”‰ǡЛ…ŠŽЛ…ǡŠï……Š‹Ъ––”‘‰OX̵QYăQ /XұQYăQÿѭӧFWUuQKEj\U}UjQJFyNKRDKӑF 2.2 Nh̵š±–¯žŠ‰‹ž˜‹Ю…•у†о‰Š‘Ц…–”À…Š†РЪ–“—М…пƒ‰рк‹Šž……ׯ“—‹¯аŠ Š‹ЮŠŠ…пƒ’Šž’Ž—С–•лŠф—–”À–—Ю &yWUtFKGүQFiFQJKLrQFӭOLrQTXDQ 2.3 Nh̵š±–˜Ыͭc tiêu nghiên cͱu, ph˱˯ng pháp nghiên cͱu s͵ dͭng LVTN 1JKLrQFӭXPi\OҥQKVӱGөQJ&22ÿӇWKD\WKӃP{LFKҩWOҥQKWUX\ӅQWKӕQJQKҵPEҧRYӋP{LWUѭӡQJOjKӃW VӭFFҫQWKLӃW 2.4 Nh̵n xét T͝ng quan cͯƒ¯͉ tài 7әQJTXDQFyWuPKLӇXYӅWuQKKuQKQJKLrQFӭXWURQJYjQJRjLQѭӟFU}UjQJ 2.5 ŠСš±–¯žŠ‰‹ž˜͉ n͡‹†—‰Ƭ…ŠН–Žрн‰…пƒ ĈmVӱGөQJÿѭӧFSKҫQPӅPP{SKzQJÿmWKӵFKLӋQÿѭӧFP{KuQKWKtQJKLӋP 2.6 ŠСš±–¯žŠ‰‹ž˜͉ kh̫£‰ͱng dͭ‰ǡ‰‹ž–”а–Šх…–‹Э…ͯƒ¯͉ tài +ѭӟQJQJKLrQFӭXFyNKҧQăQJӭQJGөQJ 2.7 Lu̵˜£…О…ŠЯŠ•уƒǡ„е•—‰Šф‰з‹†—‰‰¿ȋ–Š‹͇t sót t͛n t̩i): 'LӋQWtFKWUX\ӅQQKLӋWFӫDWKLӃWEӏ" II CÁC VҨ0ӄ CҪN LÀM RÕ &iFFkXK͗LFͯDJL̫QJYLrQSK̫QEL͏Q &ѫVӣÿӇFKӑQNtFKWKѭӟFFӫDP{KuQKWKtQJKLӋP" 7UuQKEj\FiFKÿRÿӝNK{FӫDKѫLWURQJWKtQJKLӋP" Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Hình 3.8 Mơ hình graphics Thi t lập giá trị - Parameters: Thiết lập giá trị thông số điều kiện biên cho toán sau: Trong khung Model Builder, ta nhấp phải vào Glodal Definitions chọn Parameters Thiết lập thông số theo bảng 3.3 Bảng 3.3 Thông số giá trị ban đầu tốn mơ số Tên Gi t ị M tả m_CO2in 5,2[g/s] Lưu lượng CO2vào kênh t_ CO2in 5[degC] Nhiệt độ CO2tại đầu vào t_ Air 18,6[degC] Nhiệt độ khơng khí h_ Air 10[W/m2.K] Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu Trong Model Builder nhấp phải chuột vào Global definitions chọn Parameters, khung Parameters tiến hành nhập thông số, giá trị, kèm đơn vị vào Khi hoàn tất tiến hành lưu lại nút Save to file, cần thiết load lại file thông số 30 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 3.2.3.2 Cài đặt vật liệu ch ài t n Trên công cụ Home click Add Material hình 3.9 Hình 3.9 Chọn thêm vật liệu Trong khung Add Material window, h n Built-In, click CO2 [In] Hình 3.10 Vật liệu sau thêm vào 3.2.3.3 Cài đặt iền c n điều iện iên Ở mục thiết lập thơng số điều kiện biên cho tốn truyền nhiệt mơ hình Soild Ở thiết lập truyền nhiệt cho khối nhôm Intital Value Trong khung Setting Initial Values đến mục Temperature> nhập t_ Air Thermal insulation Đây điều kiện ranh giới mặc định cho nhiệt độ Thêm điều kiện cách click chuột phải vào Heat Transfer chọn thiết lập hình 3.11 31 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Hình 3.11 Thiết lập liệu truyền nhiệt Temperature – CO2 in Hình 3.12.Thiết lập miền nhiệt độ đầu vào Ở nhập nhiệt độ đầu vào t_CO2 in 32 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Heat Flux Hình 3.13.Thiết lập miền heat flux Hình 3.14 Thiết lập giá trị cho mục Convective heat flux 33 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Phase Change Material Hình 3.15 Thiết lập giá trị cho mục phase change material 34 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Tiếp tục tiến hành thiết lập thơng số dịng chảy cho mơ hình 3.16 Hình 3.16 Thiết lập liệu dòng chảy Inlet Tiến hành thiết lập điều kiện đầu vào lưu chất Trên công cụ Physics click Boundaries chọn Inlet hình 3.17 Hình 3.17 Thiết lập Inlet Chọn biên đầu vào lưu chất Trong khung Setting Inlet, chọn Boundary Inlet hình Phần màu xanh hình phần biên chọn hình 3.18 35 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Hình 3.18.Thiết lập điều kiện biên cho Inlet 36 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Outlet Trên công cụ Physics click Boundaries chọn Oulet Trong khung Setting Outlet, ta chọn Boundary Outlet hình Phần màu xanh hình phần biên chọn hình 3.19 Hình 3.19 Thiết lập điều kiện biên cho Outlet 37 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 3.2.3.4 Tạ lưới giải h nh Tạ lưới Đến khung Setting – Mesh Đến mục Element size chọn Extra coarse Trong khung Setting – Mesh, click Build All Sau Build all có kết hình 3.20 Hình 3.20 Hình ảnh sét lưới sau Build all Giải h nh Trong Model Builder đến mục Study> chọn Computer Sau tính tốn xong, máy tính cho loạt kết hình 3.21 Hình 3.21 Kết sau tính tốn Các kết thể chi tiết chương 38 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 3.3 S đồ hệ thống thí nghiệm Cooler HPG HT HPG HT Compressor Expansion Valve LPG LPG LT Micro channel evaporator LT Hình 3.22 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm T LgP 2 3 4 1 S h Hình 3.23 Đồ thị T-S Lgp-h chu trình nén CO2 Trong : HT hight thermometer, LT low thermometer, HPG hight pressure gause, LPG low pressure gause 1-2quá trình nén đoạn nhiệt đẳng entropy máy nén; 2-3quá trình ngưng tụ đẳng áp thiết bị làm mát; 3-4 trình tiết lưu đẳng enthalpy van tiết lưu; 4-1 trình bay đẳng áp thiết bị bay kênh micro 39 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Hình 3.24.Mơ hình thực nghiệm thiết bị bay kênh micro dùng môi chất CO2 40 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Bảng 3.4 Thông số thực nghiệm với dàn bay kênh micro Thời gian I (A) phút (bar) pnén (bar) to ( C) o tk ( C) tmt (oC) 10h45 2.6 37 85 33 30,1 10h55 2.6 37 85 6,5 33 30,8 11h00 2.6 37 85 32 30,6 11h05 2.6 36 86 33,5 31 11h10 2.6 36 86 33,5 30,9 11h15 2.6 36 86 34 31,1 11h25 2.6 36 87 34 31,4 11h35 2.6 35 87 34 31,1 11h45 2.6 35 87 34 31,5 11h55 2.6 35 87 34 31,6 12h35 2.7 34 88 34 31,8 o (Ở I dòng vận hành, p áp suất t nhiệt độ) Thông số thực nghiệm đo từ hệ thống thực nghiệm, áp suất đo đồng hồ áp suất tương đối, sau ta cộng 1bar để có áp suất tuyệt đối Chọn kết thích hợp để kiểm chứng mô số Cụ thể mô số trạng thái môi chất CO2 ứng với áp suất ngưng tụ 85 bar, áp suất bay 37 bar, nhiệt độ bay oC [14] 41 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung Chư ng IV KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ VÀ THẢO LUẬN 4.1 C c t uả số kênh micro với nhiệt độ đầu CO2 5oC lưu lư ng đầu 5,2 g/s Các điều kiện mô số dựa thông số nhiệt động đo hệ thống điều hịa khơng khí thiết bị bay kênh micro dùng mơi chất CO2 hình 3.2 Ngun lý chu trình điều hịa khơng khí dùng mơi chất CO2 hình 4.1 Hình 4.1 Điểm nhiệt động chu trình đồ thị lgp-h Nghiên cứu mô số thực kênh micro kích thước 0,9x0,9mm,dài 200mm thiết bị bay với mơ hình 3D sử dụng phần mềm COMSOL Multiphysics, phiên 5.2a Sơ đồ lưới kênh micro thiết bị bay thể hình 3.21 Mơ hình chia 42 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung thành 244.329 phần tử lưới Thời gian để giải toán mơ hình 1505 giây; số bậc tự 287.833; dung sai tương đối 10-6 *K t uả nhiệt độ H nh 4.2 Trường phân bố nhiệt độ kênh micro Chu trình làm việc với áp suất dàn ngưng 85 bar, áp suất bay 37 bar (tương ứng với nhiệt độ bay 0C), lưu lượng khối lượng 5,2 g/s Kết mô số hình 4.2 trường nhiệt độ, cho thấy trường phân bố nhiệt độ kênh micro đồng dạng ; điều phù hợp với lý thuyết truyền nhiệt trình bay Đồng thời kết mơ số hình 4.1 phù hợp với kết thu từ số liệu thực nghiệm điều kiện (như thể hình 4.3) 43 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung H nh 4.3 Một ảnh thể trường nhiệt độ thiết bị bay kênh micro sử dụng camera nhiệt độ *K t áp suất H nh 4.4 Phân bố áp suất kênh Phân bố trường áp suất thiết bị bay kênh micro hiển thị hình.4.4 Các giá trị áp suất kênh micro đồng với giá trị 44