Nghiên cứu tích hợp ejector vận hành bằng các nguồn nhiệt có nhiệt thế thấp vào máy lạnh có máy nén hơi để đáp ứng các nhu cầu về điều hòa không khí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP EJECTOR VẬN HÀNH BẰNG CÁC NGUỒN NHIỆT CÓ NHIỆT THẾ THẤP VÀO MÁY LẠNH CÓ MÁY NÉN HƠI ĐỂ ĐÁP ỨNG CÁC NHU CẦU VỀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP EJECTOR VẬN HÀNH BẰNG CÁC NGUỒN NHIỆT CÓ NHIỆT THẾ THẤP VÀO MÁY LẠNH CÓ MÁY NÉN HƠI ĐỂ ĐÁP ỨNG CÁC NHU CẦU VỀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ Chun ngành: Kỹ thuật Nhiệt Mã số chuyên ngành: 62520115 Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: PGS TS Nguyễn Huy Bích PGS TS Trần Thanh Sơn Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: PGS TS Võ Chí Chính TS Lê Minh Nhựt PGS TS Nguyễn Thế Bảo NGƯỜI HƯỚNG DẪN: GS TS Lê Chí Hiệp LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Nguyễn Trung Kiên i TÓM TẮT LUẬN ÁN Luận án trình bày nghiên cứu khả tích hợp ejector vận hành nguồn nhiệt thấp vào máy lạnh có máy nén để đáp ứng nhu cầu điều hịa khơng khí Trong chương 2, tác giả trình bày sở lý thuyết chu trình ghép tầng ejector – máy lạnh có máy nén hơi, phương trình tính tốn thiết kế ejector phương pháp mô số ejector Trong chương 3, tác giả xây dựng mơ hình tính tốn chu trình tích hợp, mơ hình tính tốn thiết kế ejector R134a sử dụng chu trình tích hợp mơ hình mơ số ejector Từ mơ hình đó, tác giả phân tích, đánh giá ảnh hưởng điều kiện vận hành đến hiệu hệ thống đồng thời tìm mối liên hệ kích thước ejector R134a sử dụng chu trình tích hợp điều kiện vận hành hệ thống Mô số cho phép tối ưu hóa hình học ejector nhằm phục vụ cho phần thực nghiệm Trong chương 4, tác giả trình bày cách thiết lập thực nghiệm, thiết bị sử dụng thực nghiệm thiết bị đo đạc điều khiển Trong chương 5, thí nghiệm tiến hành để kiểm chứng lý thuyết đánh giá khả tích hợp ejector vào hệ thống máy lạnh có máy nén Bốn ejector có tỷ lệ diện tích khác thử nghiệm ejector có hiệu cao lựa chọn Kết tích hợp ejector vào máy lạnh máy nén cho thấy hệ thống tích hợp có khả tiết kiệm 21,7%-30,7% lượng điện tiêu thụ ii ABSTRACT The thesis presents the possibility of integrating ejector operated by low-grade heat sources into air-conditioners with vapour compressor refrigerator to satisfy the air conditioning demands In chapter 2, the author presents the theoretical background of the ejector - air-compressor cascade cycle, the ejector-design equations and the ejector simulation method Some model have been built in chapter 3: integrated cycle model, R134a-ejector design model and ejector-simulation model From these models, the author has analyzed and evaluated the impact of operating conditions on the efficiency of the system and found a relationship between the ejector dimensions and operating conditions The CFD simulation allows optimizing ejector geometry for experimental purposes In chapter 4, the author presents the experimental setup, the main components used in the experiment and the instrument and control equipment In chapter 5, the experimental model is built to validate theory’s facts and evaluate the possibility of integrating ejector into air-conditioning systems with vapour compressor refrigerator Four ejectors of different area ratio were tested and the most effective ejector was chosen The result of integrating ejector into the vapour compressor conditioner shows that the integrated system can save 21,7% -30,7% of the power consumption iii LỜI CÁM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Đốc Đại học Quốc Gia Tp.HCM, Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa tập thể giảng viên môn Công nghệ Nhiệt Lạnh, khoa Cơ Khí tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình thực đề tài hồn thành luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn GS.TS Lê Chí Hiệp hướng dẫn tơi suốt năm qua Những dẫn quý báu thiết thực Thầy giúp tơi vượt qua nhiều khó khăn trình thực luận án đạt kết tốt Tác giả xin cám ơn ThS Trần Hữu Thương Tín KS Nguyễn Dương Bảo Long hỗ trợ tơi q trình thực luận án Trân trọng cám ơn công ty Oval Việt Nam cho mượn thiết bị đo lưu lượng đại góp phần khơng nhỏ vào thành cơng luận án Tôi xin cảm ơn người thân gia đình bè bạn động viên tinh thần giúp đỡ vật chất để tơi hồn thiện luận án iv MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Ejector chu trình điều hịa khơng khí ejector .2 1.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động ejector 1.2.2 Môi chất lạnh làm việc chu trình ejector 1.3 Các cơng trình nghiên cứu có liên quan 1.3.1 Nghiên cứu lý thuyết mô ejector 1.3.2 Nghiên cứu môi chất lạnh làm việc hệ thống ejector .11 1.3.3 Nghiên cứu chế độ hoạt động ejector .13 1.3.4 Nghiên cứu tối ưu hóa hình học ejector 14 1.3.5 Nâng cao hiệu làm việc chu trình ejector .15 1.4 Tổng quan chu trình tích hợp ejector – máy lạnh có máy nén .19 1.5 Động lực thực đề tài 22 1.5.1 Tính cấp thiết đề tài 22 1.5.2 Mục tiêu nghiên cứu 23 1.5.3 Đối tượng nghiên cứu 23 1.5.4 Phạm vi nghiên cứu 23 1.5.5 Nội dung nghiên cứu 24 1.5.6 Phương pháp nghiên cứu 25 1.5.7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 25 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .27 2.1 Cơ sở lý thuyết chu trình điều hịa khơng khí ghép tầng ejector – máy lạnh có máy nén 27 2.1.1 Đồ thị t-s chu trình 27 2.1.2 Các phương trình .30 2.2 Cơ sở lý thuyết ejector 36 2.2.1 Tính tốn thiết kế ống phun .36 v 2.2.2 Tính tốn, thiết kế buồng hịa trộn 38 2.2.3 Tính tốn, thiết kế ống khuếch tán 39 2.3 Cơ sở lý thuyết cfd 40 2.3.1 Các phương trình vi phân 41 2.3.2 Chia lưới 42 2.3.3 Điều kiện biên 43 2.3.4 Mơ hình rối k-ε 43 2.3.5 Lớp biên .45 2.3.6 Kết tính tốn CFD 47 2.4 Kết luận 48 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG SỐ EJECTOR 49 3.1 Phân tích chu trình tích hợp ejector – máy lạnh có máy nén 49 3.1.1 Phương pháp 49 3.1.2 Xác thực mơ hình với mơi chất khác .51 3.1.3 Phân tích lượng 52 3.1.4 Phân tích exergy 56 3.1.5 So sánh COP chu trình tích hợp với COP chu trình đơn tương ứng .61 3.2 Môi chất lạnh làm việc chu trình tích hợp .61 3.3 Tính tốn thiết kế ejector r134a làm việc chu trình tích hợp 66 3.3.1 Các giả thiết .66 3.3.2 Phương pháp 67 3.3.3 Kết tính tốn .68 3.4 Thiết lập mơ hình mơ số ejector 74 3.4.1 Hình học ejector 74 3.4.2 Chia lưới 75 3.4.3 Tính chất vật lý môi chất 76 3.4.4 Các thiết lập khác 76 3.4.5 Kết mô số ejector R141b 76 3.5 Tối ưu hóa hình học ejector r134a làm việc chu trình tích hợp .79 3.5.1 Ảnh hưởng tỷ lệ diện tích ejector 80 3.5.2 Ảnh hưởng chiều dài thân ống 83 vi 3.6 Kết luận 85 CHƯƠNG THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM 87 4.1 Xây dựng mơ hình thực nghiệm 87 4.1.1 Ejector 91 4.1.2 Bình phát sinh 92 4.1.3 Bình ngưng 93 4.1.4 Bình chứa lỏng 94 4.1.5 Bình bay 94 4.1.6 Tháp giải nhiệt 95 4.1.7 Bơm môi chất 96 4.1.8 Các đường ống 97 4.2 Các thiết bị điều khiển đo đạc 97 4.2.1 Các thiết bị điều khiển .97 4.2.2 Các thiết bị đo đạc 101 4.2.3 Hệ thống thu thập tín hiệu cảm biến 101 4.3 Vận hành hệ thống 102 4.4 Xây dựng mơ hình thí nghiệm khả tích hợp 105 4.4.1 Sơ đồ chu trình tích hợp 105 4.4.2 Một số thiết bị bổ sung vào chu trình: 108 4.5 Kết luận 109 CHƯƠNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ SO SÁNH LÝ THUYẾT .110 5.1 Thí nghiệm chu trình đơn 110 5.1.1 Khoảng cách ống phun thân ống tối ưu 110 5.1.2 Ảnh hưởng điều kiện vận hành 111 5.2 Độ xác kết đo 115 5.3 So sánh lý thuyết thực nghiệm 117 5.3.1 Mô số ejector EJ3 117 5.3.2 So sánh kết thực nghiệm kết mô số phần mềm ansysfluent 119 5.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số .120 5.4 Thí nghiệm chu trình tích hợp .121 5.4.1 Thí nghiệm khả vận hành .121 vii 5.4.2 Đánh giá khả ứng dụng 126 5.5 Kết luận 126 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .127 6.1 Kết luận 127 6.2 Những đóng góp luận án 129 6.3 Đề xuất hướng nghiên cứu .130 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 PHỤ LỤC 140 PHỤ LỤC 142 PHỤ LỤC 151 PHỤ LỤC 177 PHỤ LỤC 184 viii Mặc dù thiết bị bay khơng nằm tiểu chu trình ejector, ảnh hưởng đến việc thiết kế ejector Nhiệt độ bay tăng lên làm cho lưu lượng qua bình bay giảm lưu lượng toàn hệ thống giảm, dẫn đến việc giảm kích thước thiết kế ejector Tỷ lệ diện tích giảm từ 8,56 xuống 6,27 khoảng xét Khi suất lạnh hệ thống tăng lên, giá trị lưu lượng khối lượng tuần hòa hệ thống tăng, làm tăng kích thước thiết kế ejector Tỷ lệ diện tích trường hợp khơng thay đổi (bằng 8,55) Hình 3.21 Ảnh hưởng suất lạnh đến kích thước thiết kế ejector Từ kết hình 3.17 – 3.21, ta thấy suất lạnh điều kiện vận hành có ảnh hưởng lớn đến việc thiết kế ejector Vì lý đó, cần thiết phải thiết lập mối quan hệ tương quan kích thước ejector biến số Phương trình hồi quy tuyến tính đa biến đường kính cổ ống phun, đường kính cửa ống phun đường kính buồng hịa trộn ejector có dạng sau: 𝐷 = 𝑓(𝑇𝑝𝑠 , 𝑇𝑛𝑡 , 𝑇𝑏ℎ , 𝑇𝑡𝑔 , 𝑄𝑏ℎ ) = 𝑎0 + 𝑎1 𝑇𝑝𝑠 + 𝑎2 𝑇𝑛𝑡 + 𝑎3 𝑇𝑏ℎ + 𝑎4 𝑇𝑡𝑔 + 𝑎5 𝑄𝑏ℎ (3.1) Với hệ số cho bảng 3.3 71 Bảng 3.3 Hệ số phương trình (3.1) Kích thước Các hệ số R2 Đường kính cổ ống phun dco (m) a0 = 2,172316×10-3 84,98% a1 = - 6,051767×10-5 a2 = 1,437332×10-4 a3 = -7,965921×10-6 a4 = -8,541482×10-5 a5 = 5,542732×10-4 Đường kính cửa ống phun d1r a0 = 3,609567×10-3 (m) a1 = -1,045933×10-4 87,00% a2 = 2,882167×10-4 a3 = -7,376264×10-5 a4 = -1,886310×10-4 a5 = 1,125799×10-3 Đường kính buồng hịa trộn a0 = 4,651666×10-3 ejector dht (m) a1 = -9,910666×10-5 89,71% a2 = 2,431008×10-4 a3 = -1,151184×10-4 a4 = -1,328218×10-4 a5 = 1,385460×10-4 Việc phân tích hồi quy đa biến thực phần mềm SPSS Bảng 3.3 cho thấy, biến thiên biến phụ thuộc dco, d1r, dht giải thích biến độc lập 𝑇𝑝𝑠 , 𝑇𝑛𝑡 , 𝑇𝑏ℎ , 𝑇𝑡𝑔 𝑄𝑏ℎ mức 84,98%, 87% 89,71% Hệ số R2 tăng lên mơ hình lựa chọn phức tạp hơn, có nhiều biến biến có tương tác qua lại với Tuy nhiên, việc lựa chọn mơ hình q phức tạp khơng phải lúc tốt dẫn đến tượng “over-fitting” [70] khơng tốt cho mơ hình hồi quy 72 Để đánh giá mức độ phù hợp mơ hình hồi quy tuyến tính đa biến so với tổng thể, kiểm định F sử dụng Để đánh giá mức ý nghĩa hệ số mơ hình, kiểm định t áp dụng Các bảng trình bày kiểm định F kiểm định t mơ hình hệ số mơ hình tính tốn Bảng 3.4 Kiểm định F mơ hình tính tốn Mơ hình tính dco F Mơ hình tính d1r Sig 67,201 F < 0,01 Mơ hình tính dht Sig 197,151 F < 0,01 Sig 265,479 < 0,01 Bảng 3.5 Kiểm định t hệ số mơ hình tính tốn Các hệ số Mơ hình tính dco t Sig Mơ hình tính d1r t Sig Mơ hình tính dht t Sig a0 4,109 < 0,001 3,037 0,003 4,204 < 0,001 a1 -14,655 < 0,001 -16,347 < 0,001 -16,042 < 0,001 a2 5,892 < 0,001 12,137 < 0,001 10,898 < 0,001 a3 0,600 0,550 -2,022 0,046 -3,653 < 0,001 a4 -2,253 0,27 -6,660 < 0,001 -4,964 < 0,001 a5 8,920 < 0,001 22,570 < 0,001 29,715 < 0,001 Trên bảng 3.4, mơ hình, hệ số ý nghĩa (Sig.) bé 5%, điều cho thấy mơ hình sử dụng phù hợp với tổng thể Trên bảng 3.5, hệ số có giá trị Sig bé 5% có ý nghĩa mơ hình, hệ số có giá trị Sig lớn 5% cần phải loại bỏ Vì vậy, hệ số a3, a4 cần phải loại bỏ khỏi mơ hình tính tốn dco Điều cho thấy rằng, nhiệt độ bay nhiệt độ trung gian không ảnh hưởng đến thiết kế đường kính cổ ống phun 73 Thiết lập mơ hình mơ số ejector Trong phần 3.3, phân tích lý thuyết ejector thiết bị yếu, có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu tồn chu trình tích hợp ejector – máy lạnh có máy nén Chính lý đó, việc mơ số ejector để hiểu rõ chi tiết trình xảy bên ejector đóng vai trị quan trọng Từ mơ số, kích thước hình học ejector tối ưu nhằm hỗ trợ cho phần thực nghiệm Việc mô số thực phần mềm ANSYS-FLUENT 17.1 Vì khối lượng tính tốn lớn, máy tính sử dụng máy trạm Dell Precision T5600 gồm CPU sử dụng chip Intel Xeon E5-2650, Ram 32Gb, 16 nhân, 32 luồng Trong phần này, tác giả lặp lại mô Scott [25] với mơi chất R141b nhằm xác thực phương pháp Từ đó, phương pháp tương tự sử dụng để tối ưu hóa ejector R134a thực phần 3.4.1 Hình học ejector Hình 3.22 trình bày mơ hình ejector với kích thước hình học chi tiết cho bảng 3.6 Các kích thước ejector E1 E2 thể [25] sử dụng môi chất R141b nhằm xác thực với kết thực nghiệm Huang cộng [17] Hình 3.22 Mơ hình ejector ANSYS-FLUENT 74 Bảng 3.6 Chi tiết kích thước hình học ejector sử dụng mơ Ký hiệu E1 E2 Chiều dài (mm) Bán kính (mm) H1 H2 H3 H4 H5 H6 V1 V2 V3 V4 V5 40 32,24 35,6 56,94 18,32 18,32 11,55 6,65 1,32 2,25 3,49 40 32,24 35,6 56,94 18,32 18,32 11,55 6,65 1,32 2,25 3,67 V6 7,04 7,04 3.4.2 Chia lưới Cấu trúc lưới lựa chọn hầu hết cấu trúc lưới tứ giác Các vùng có trường dịng chảy cao ống phun thân ống chia dày Hình 3.23 thể lưới tính tốn thiết lập cho ejector E2 Các ejector khác chia lưới theo phương pháp tương tự Hình 3.23 Lưới tính tốn ejector E2 Do mơ hình sử dụng hệ đối xứng trục 2D nên hình học lưới cần vẽ nửa ejector Lưới chia nhiều lần từ thô đến mịn để kết hội tụ tiệm cận dần đến kết xác Số phần tử lưới sau chia cho ejector E1, E2 16600 17050 phần tử 75 Điều kiện hội tụ lưới cần kiểm tra kỹ sau chia lưới Kết kiểm tra hội tụ lưới trình bày phụ lục 3.4.3 Tính chất vật lý mơi chất Các tính chất vật lý cần phải thiết lập cách rõ ràng CFD Hart [71] độ nhớt, độ dẫn nhiệt nhiệt trị riêng môi chất thiết lập số dựa dịng lưu động cho tiên đốn xác thiết lập tính chất vật lý mơi chất dạng khác Do đó, tính chất vật lý lựa chọn số cho bảng 3.7 Khối lượng riêng môi chất tính tốn dựa định luật khí lý tưởng Bảng 3.7 Tính chất vật lý R141b Môi chất 𝜇 (𝑘𝑔/𝑚𝑠) 𝑘 (𝑊/𝑚𝑘 ) 𝑐𝑝 (𝐽/𝑘𝑔𝐾) R141b 0,00038 0,095 763 Phân tử khối (kg/kmol) 116,9 3.4.4 Các thiết lập khác Mơ hình rối sử dụng mơ số mơ hình rối thực 𝑘 − 𝜀, có kể đến hiệu ứng nén tồn ejector Giải thuật lựa chọn để giải phương trình vi phân giải thuật ghép đơi Các điều kiện biên thiết lập cho áp suất vào khỏi ejector Các tiêu chuẩn hội tụ thiết lập 10−6 Các hệ số khác giữ nguyên theo cài đặt mặc định phần mềm Các thiết lập chi tiết phần mềm ANSYSFLUENT trình bày phụ lục 3.4.5 Kết mô số ejector R141b 3.4.5.1 Trường nhiệt độ áp suất Hình 3.24 hình 3.25 thể kết mô áp suất tốc độ dịng dọc theo ejector Các kết mơ thực ejector E2 với nhiệt độ phát sinh, ngưng tụ, bay 78℃; 29,2℃ 12℃ Môi chất sử dụng R141b 76 Static Pressure (pascal) Hình 3.24 Biểu đồ contour phân bố áp suất đồ thị áp suất tĩnh dọc theo ejector Các q trình giảm áp, hịa trộn shock thể rõ hình 3.24 Áp suất dịng lưu động giảm liên tục qua ống phun đạt áp suất bé cửa ống phun (vị trí 0,04 m) Tại trí này, áp suất dịng lưu động nhỏ áp suất dịng bị lơi nên theo dịng vào bên ejector Sau đó, hai dịng tiếp tục hịa trộn (vị trí từ 0,04 m đến 0,07 m) sóng xung kích pháp tuyến xảy cuối thân ống (vị trí 0,08 m) Các trình xảy ejector trình giảm áp, q trình hịa trộn, shock mơ số hồn tồn tương tự mơ thực Rusly [23] Ablwaifa [8] 77 Mach Number Hình 3.25 Biểu đồ contour phân bố tốc độ đồ thị số Mach dọc theo ejector Hình 3.25 thể phân bố áp suất dọc theo ejector Các vùng màu đỏ biểu đồ contour thể áp suất cao Tốc độ dòng lưu động cao đạt vị trí cửa ống phun, tương ứng với vị trí áp suất dịng thấp Tại cổ ống phun, kết mô số thể rõ số Mach (màu xanh cây) Các vùng màu đỏ vàng thể q trình hịa trộn tốc độ dòng đạt mức siêu âm Vùng màu xanh dương từ nhạt chuyển sang đậm thể trình shock Hình bên thể rõ số Mach thay đổi khoảng từ đến 2,25 78 3.4.5.2 Xác thực kết Để kiểm chứng cho kết mô ejector làm việc với môi chất R141b Các kết từ phân tích CFD so sánh với phân tích chiều từ liệu thực nghiệm ejector Huang đồng nghiệp [17] Bên cạnh đó, kết phân tích CFD so sánh với kết phân tích CFD Rusly [23] Các điều kiện đầu vào lấy tương ứng áp suất bão hịa thí nghiệm Huang [17] Áp suất đầu chọn 60 kPa [25] Kết kiểm chứng mô thể bảng 3.8 Bảng 3.8 Xác thực kết mô số Tps (oC) Ejector E1 78 84 90 Ejector E2 84 90 95 90 95 tn [17] Tbh (oC) Mơ hình 1D (Chương 3) Sai số 1D (%) Mơ hình CFD Rusly [23] Sai số CFD1 (%) Mơ hình CFD (Chương 4) CFD2 Sai số (%) 8 0,3922 0,3117 0,2718 0,364 0,298 0,252 -7,19 -4,39 -7,28 0,4097 0,3770 0,2749 +4,45 +8,13 +1,13 0,3926 0,3155 0,2651 +0,10 +1,22 -2,47 12 12 12 8 0,4790 0,4043 0,3503 0,3040 0,2552 0,449 0,384 0,349 0,268 0,258 -6,26 -4,80 -0,37 -11,84 +1,10 0,4835 0,3831 0,3548 0,3343 0,2480 -0,44 -5,03 +1,30 +9,96 -2,83 0,4882 0,4076 0,3512 0,3321 0,2801 +1,92 +0,82 +0,26 +9,24 +9,76 Như trình bày, áp suất ngưng tụ nhỏ giá trị tới hạn khơng ảnh hưởng đến kết tỷ lệ lôi Các kết mô số tỷ lệ lôi sử dụng CFD cho kết tốt nhiều so với sử dụng mô hình 1D sử dụng chương gần với kết thực nghiệm Tối ưu hóa hình học ejector R134a làm việc chu trình tích hợp Tối ưu hình học ejector R134a mục tiêu luận án Dựa kết tính tốn lý thuyết phần 3.3 phương pháp mô số phần 3.4, ejector E3 xây dựng để thực mô số với môi chất R134a Bảng 3.9 trình bày chi tiết kích thước ejector E3 bảng 3.10 trình bày tính chất vật lý môi chất R134a sử dụng mô số 79 Bảng 3.9 Kích thước hình học ejector E3 Ký hiệu E3 Chiều dài (mm) Bán kính (mm) H1 H2 H3 H4 H5 H6 V1 V2 V3 V4 V5 40 32,24 35,6 56,94 18,32 18,32 11,55 6,65 1,55 2,25 4,62 V6 7,04 Bảng 3.10 Tính chất vật lý R134a Môi chất 𝜇 (𝑘𝑔/𝑚𝑠) 𝑘 (𝑊/𝑚𝑘 ) 𝑐𝑝 (𝐽/𝑘𝑔𝐾) R134a 0,00001175 0,01406 1001 Phân tử khối (kg/kmol) 102 Các thông số quan trọng cần nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ diện tích chiều dài thân ống đến tỷ lệ lôi ejector Các nghiên cứu sở để chế tạo ejector sử dụng phần thực nghiệm 3.5.1 Ảnh hưởng tỷ lệ diện tích ejector Theo cơng thức (2.40) tỷ lệ diện tích bình phương tỷ lệ đường kính thân ống cổ ống phun Để tìm hiểu ảnh hưởng tỷ lệ diện tích ejector, đường kính ống phun thay đổi Các kích thước ejector khảo sát cho bảng 3.11 Bảng 3.11 Kích thước ejector khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ diện tích ejector Ký hiệu ejector E3 E3-1 E3-2 E3-3 E3-4 Kích thước V3 1,55 1,55 1,55 1,55 1,55 Kích thước V5 4,62 3,7 5,54 6,47 7,39 Tỷ lệ diện tích 8,88 5,7 12,77 17,42 22,73 Để tìm ejector phù hợp cho chu trình tích hợp, nhiệt độ đầu vào cao áp hạ áp chọn cho mô số 80C, 15C; nhiệt độ đầu 34C Tỷ lệ lôi cho ejector E3, E3-1, E3-2 0,632; 0,347; 0,215 Các ejector E3-3 E3-4 có tượng dịng ngược, lưu lượng khối lượng dịng bị lơi số âm, kết tốn phân kỳ 80 Hình 3.26 – 3.28 thể phân bố tốc độ ejector dọc theo ejector (biểu diễn dạng biểu đồ số Mach) Mach Number Hình 3.26 Biểu đồ số Mach dọc theo ejector E3 Mach Number Hình 3.27 Biểu đồ số Mach dọc theo ejector E3-1 81 Mach Number Hình 3.28 Biểu đồ số Mach dọc theo ejector E3-2 Có thể quan sát hình 3.26, vùng hịa trộn dịng lưu chất xảy vừa vặn thân ống Quá trình shock xảy bên thân ống Các nguyên lý ejector đảm bảo nên ejector hoạt động hiệu quả, tỷ lệ lơi cao Trên hình 3.27, kích thước phần thân ống q nhỏ, q trình hòa trộn xảy suốt phần thân ống trình shock xảy ống khuếch tán Điều làm cho hiệu ejector giảm xuống rõ rệt Trong trường hợp kích thước phần thân ống lớn, hình 3.28, q trình hịa trộn xảy ngắn, shock xảy sớm Quan sát phía ngồi vách ống, vận tốc nhỏ (màu xanh dương) tương ứng với áp suất lớn Áp suất có ảnh hưởng trực tiếp đến q trình hịa trộn bên ejector làm giảm hiệu ejector Trong trường hợp ejector có phần thân ống lớn ejector E3-3 E3-4, mô số không hội tụ Điều dự đốn tượng dòng ngược xảy ra, ejector chức nên khơng thể theo dịng bị lơi vào ejector khơng thể xảy q trình hịa trộn hay shock Từ phân tích đây, thấy ejector E3 có tỷ lệ diện tích 8,88 phù hợp cho chu trình tích hợp Tỷ lệ diện tích tương đồng với tỷ lệ diện tích ejector tính tốn thiết kế chương (có tỷ lệ diện tích 8,55) với điều kiện đầu vào 82 3.5.2 Ảnh hưởng chiều dài thân ống Chiều dài phần thân ống kích thước có ảnh hưởng đến hiệu suất ejector Để nghiên cứu chi tiết ảnh hưởng chiều dài thân ống, ejector có chiều dài thân ống khác mơ Bảng 3.12 trình bày kích thước ejector dùng mơ ảnh hưởng chiều dài thân ống đến hiệu ejector Bảng 3.12 Kích thước ejector khảo sát ảnh hưởng chiều dài thân ống Ký hiệu ejector E3 E3-A E3-B E3-C E3-D Kích thước V5 4,62 4,62 4,62 4,62 4,62 Kích thước H3 35,6 10 22 47 60 Tỷ lệ chiều dài/ đường kính ống 3,85 1,08 2,38 5,08 6,49 Nhiệt độ đầu vào cao áp hạ áp chọn cho mô số 80C, 15C; nhiệt độ đầu 34C Kết tính tốn tỷ lệ lơi ejector E3-A, E3B, E3-C, E3-D 0,557; 0,658; 0,627; 0,582 Phân bố dịng chảy ejector thể hình 3.29 – 3.32 Mach Number Hình 3.29 Biểu đồ số Mach dọc theo ejector E3-A 83 Mach Number Hình 3.30 Biểu đồ số Mach dọc theo ejector E3-B Mach Number Hình 3.31 Biểu đồ số Mach dọc theo ejector E3-C 84 Mach Number Hình 3.32 Biểu đồ số Mach dọc theo ejector E3-D Trên biểu đồ hình 3.29, chiều dài thân ống nhỏ, q trình hịa trộn shock chưa hoàn thành phần thân ống tiếp tục xảy phần ống khuếch tán Điều làm cho dịng chảy khơng ổn định sau khỏi ejector Biểu đồ số Mach ejector E3-B, E3-C E3-D tương đối giống cho thấy chiều dài ống không ảnh hưởng nhiều đến phân bố dịng chảy tỷ lệ lơi Tuy nhiên, thân ống dài, thực tế, ma sát dịng chảy làm giảm hiệu suất ejector Vì lý ejector E3-B E3-C cho hiệu cao so với ejector E3-D Việc lựa chọn chiều dài ống khuếch tán cần đảm bảo vừa đủ cho q trình hịa trộn q trình shock xảy Việc thiết kế thân ống dài không cần thiết Dựa vào kết mô số ejector R134a, chiều dài thân ống nên chọn gấp từ 2,38 đến 5,08 lần đường kính thân ống Kết luận Trong chương 3, NCS trình bày phân tích lý thuyết tính tốn chu trình lạnh tích hợp ejector – máy lạnh có máy nén phân tích thiết kế ejector sử dụng chu trình tích hợp nhằm phục vụ cho thực nghiệm Một số kết luận rút sau: 85