Nghiên ứu mô phỏng chế độ nhiệt không ổn định của các kết cấu nhiệt lạnh

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hµ néi B Văn đăng cảnh luận văn thạc sỹ khoa học Công nghệ nhiệt lạnh nghiên cứu mô chế độ nhiệt không ổn định kết cấu nhiệt-lạnh Văn Đăng cảnh 2003 - 2005 Hà Nội - 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205116611000000 Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội B luận văn thạc sỹ khoa học nghiên cứu mô chế độ nhiệt không ổn định kết cấu nhiệt-lạnh ngành: công nghệ nhiệt-lạnh Mà số: Văn Đăng cảnh Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TSKH Đặng quốc phú Hà Nội - 2005 Lời cảm ơn Đợc tạo điều kiện thuận lợi ban giám hiệu trờng Đại học Bách khoa Hà Nội, Trung tâm đào tạo bồi dỡng sau đại học, giúp đỡ thầy giáo, cô giáo Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt-Lạnh nỗ lực phấn đấu thân em đà hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: Nghiên cứu mô chế độ nhiệt không ổn định kết cấu nhiệt-lạnh Qua em xin đợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với: - Ban giám hiệu trờng Đại học Bách khoa Hà Nội - Trung tâm đào tạo bồi dỡng sau đại học, trờng Đại học Bách khoa Hà Nội - Trờng Cao đẳng Công nghiệp Hà Nội - Thầy giáo hớng dẫn: GS TSKH Đặng Quốc Phú thầy, cô giáo viện Khoa học Công nghệ Nhiệt-lạnh, ý kiến bảo tận tình giúp em hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 28 tháng 11 năm 2005 Học viên Văn Đăng Cảnh Luận văn thạc sỹ khoa học Mục Lục Lời Mở đầu chế độ nhiệt không ổn định kết cấu nhiệt lạnh, phơng pháp nghiªn cøu …1 1.1 KÕt cấu nhiệt-lạnh chế độ nhiệt không ổn định kÕt cÊu nhiƯtl¹nh …1 1.1.1 Tỉng quan vỊ kết cấu nhiệt-lạnh .1 1.1.2 Chế độ nhiệt kết cấu nhiệt-lạnh .3 1.2 Các phơng pháp nghiên cứu trình dẫn nhiệt không ổn định .4 1.2.1 Phơng trình vi phân dẫn nhiệt điều kiện biên .4 1.2.2 Phơng pháp giải phơng trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định 1.3 Tổng quan kết nghiên cứu theo phơng pháp mô hình điện .8 Phơng pháp mô hình tơng tự - Mô hình điện 11 2.1 Cơ sở phơng pháp mô hình điện .11 2.2 Tơng quan đại lợng nhiệt điện - đại lợng không thứ nguyên.13 2.2.1 Sự tơng quan đại lợng nhiệt đại lợng điện .13 2.2.2 Các đại lợng không thứ nguyên .15 2.3 Xác định thông số mô hình ®iƯn .21 2.3.1 Th«ng sè mô hình điện thông số mô hình nhiƯt 21 2.3.1.1 H»ng sè thêi gian cđa phân tố RC đơn giản 21 2.3.1.2 H»ng sè thêi gian cđa kÕt cÊu vµ số thời gian mô hình 22 2.3.2 Xác định đại lợng mô hình điện 24 2.3.2.1 Xác định giá trị điện dung C D điện trở RD mô hình điện tơng ứng với kết cấu nhiệt lạnh 24 2.3.2.2 X¸c định dòng điện cung cấp điện trở chuyển tiếp Ra cho mô hình điện 24 Văn Đăng Cảnh: CH - Nhiệt 2003 Luận văn thạc sỹ khoa học Nghiên cứu thực nghiệm chế độ nhiệt không ổn định thiết bị lạnh 26 3.1 Mục đích yêu cầu .26 3.2 Mô hình thí nghiÖm .26 3.2.1 Cấu tạo thiết bị 26 3.2.2 Đặc trng cđa thiÕt bÞ thÝ nghiƯm .27 3.3 Phơng pháp thực nghiệm kÕt qu¶ .29 3.3.1 Chuẩn bị dụng cụ đo .29 3.3.2 Bố trí đầu cảm biÕn .31 3.3.2.1 Các vị trí cần đo nhiệt độ .31 3.3.2.2 C¸ch gá đầu cảm biến 31 3.3.3 Trình tự tiến hành thực nghiệm kết .32 3.3.3.1 KiĨm tra ®é ®ång ®Ịu cđa nhiƯt ®é níc muèi .32 3.3.3.2 KiÓm tra trêng nhiệt độ bề mặt vách 33 3.3.3.3 KÕt qu¶ thùc nghiƯm .35 3.4 Đánh giá kÕt qu¶ thÝ nghiƯm 39 3.4.1 Biến thiên nhiệt độ nớc muèi 39 3.4.1.1 Phơng trình cân tổng quát 39 3.4.1.2 Năng suất lạnh bể ®¸ .41 3.4.1.3 Hệ số truyền nhiệt qua vách bể đá 42 3.4.1.4 KÕt qu¶ tính toán lý thuyết thực nghiệm .44 3.4.2 Các dòng nhiệt tiêu hao 45 Mô trình dẫn nhiệt không ổn định 49 4.1 Đối tợng mô .49 4.1.1 Mô hình lß thÝ nghiƯm 49 4.1.2 Mô hình máy đá 50 4.1.3 Kho lạnh Thụy Phơng 50 4.2 Điều kiện biên mô hình điện 51 Văn Đăng Cảnh: CH - Nhiệt 2003 Luận văn thạc sỹ khoa học 4.2.1 Điều kiện biên .51 4.2.1.1 Điều kiện biên cho mô hình lò thí nghiệm .51 4.2.1.2 Điều kiện biên cho mô hình máy đá .52 4.2.1.3 Điều kiện biên cho kho lạnh Thụy Phơng 53 4.2.2 Các mô hình điện 53 4.2.2.1 Mô hình điện cho vách mô hình lò thí nghiệm .53 4.2.2.2 Mô hình điện cho vách bể đá 56 4.2.2.3 Mô hình điện cho vách kho lạnh Thụy Phơng .58 4.2.3 Xây dựng phần mềm phân tích mạch .60 4.3 Kết ®¸nh gi¸ .71 4.3.1 Kết tính toán đối mô hình lß thÝ nghiƯm 72 4.3.2 Kết tính toán bể đá .74 4.3.3 KÕt qu¶ tÝnh toán cho kho lạnh Thụy Phơng .76 Tóm tắt, kết luận kiến nghị 80 5.1 Tãm t¾t .80 5.2 KÕt luËn 81 5.3 Ph¬ng hớng mở rộng kết nghiên cứu 82 Tài liệu tham khảo …83 Phô lôc Văn Đăng Cảnh: CH - Nhiệt 2003 Luận văn thạc sỹ khoa học Các ký hiệu sử dụng đồ án Ký hiệu Đơn vị Tên gọi RN RD Ra CN CD θ α t T λ a V ρ k τ Q d F l P q i u m2K/W Ω, kΩ Ω, kΩ kJ/kgK, J/kgK µF, F K W/m2K C K W/mK m2/s m3 kg/m3 W/m2K s W m m2 m W W/m2 A V NhiÖt trë §iƯn trë §iƯn trë chun tiÕp NhiƯt dung riªng §iƯn dung Nhiệt độ thừa Hệ số toả nhiệt Nhiệt độ bách phân Nhiệt độ tuyệt đối Hệ số dẫn nhiệt Hệ số dẫn nhiệt độ Thể tích Khối lợng riêng Hệ số truyền nhiệt Thời gian Công suất nhiệt Đờng kính Diện tích Kích thớc hình học Công suất Mật độ dòng nhiệt Cờng độ dòng điện Điện áp Kí hiƯu chØ sè díi: N,n NhiƯt bx ®l i f tt Bức xạ đối lu Thành phần thứ i Môi trờng Tổn thất Văn Đăng Cảnh: CH - Nhiệt 2003 Luận văn thạc sỹ khoa học Lời mở đầu Chức quan trọng hệ thống nhiệt lạnh cung cấp nhiệt, lạnh để tạo không gian có nhiệt độ khác biệt với nhiệt độ môi trờng xung quanh nhằm thực trình công nghệ đó: Cấp nhiệt để tạo không gian sấy, nung; cấp lạnh để có kho lạnh đông, kho lạnh bảo quản không gian đợc điều hoà không khí Vì có nhiệt độ cao thấp nhiệt độ môi trờng nên không gian nhiệt lạnh đợc ngăn cách với môi trờng kết cấu cách nhiệt Kết cấu có khả cách nhiệt cao, tức có chiều dày lớn, hệ số dẫn nhiệt bé thông thờng lợng nhiệt tích lớn Vì tổn thất nhiệt đặc trng kết cấu nhiệt-lạnh Tổn thất nhiệt (do tích nhiệt trao đổi với môi trờng) có chiếm tới 50% tiêu hao lợng hệ thống nhiệt-lạnh Trong bối cảnh ngày cạn kiệt nguồn lợng vấn đề sử dụng hiệu quả, tiết kiệm lợng đợc đặt lên hàng đầu ý thức đợc tầm quan trọng nên năm gần Trung tâm nghiên cứu ứng dụng thuộc Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt-Lạnh đà tập trung nghiên cứu nhằm xác định đặc trng tính toán chế độ nhiệt không ổn định kết cấu nhiệtlạnh nh đà nghiên cứu phơng pháp giải tích, phơng pháp số chế độ nhiệt không ổn định kết cấu nhiệt-lạnh Với phát triển bùng nổ máy tính thành tựu vợt bậc công nghệ thông tin đà có nhiều phần mềm lập trình mô mạch điện hai phơng pháp lí thuyết xác định trờng nhiệt độ không ổn định kết cấu nhiệt-lạnh (phơng pháp số phơng pháp giải tích), có phơng pháp tỏ có hiệu phơng mô hình tơng tự - mô hình điện Để hoàn thiện kết nghiên cứu nh để kiểm tra độ tin cậy kết thu đợc nhằm góp phần xây dựng phơng pháp tính toán chế độ Văn Đăng Cảnh: CH - Nhiệt 2003 Luận văn thạc sỹ khoa học nhiệt không ổn định sau này, phạm vi luận văn tiến hành nghiên cứu chế độ nhiệt không ổn định kết cấu nhiệt-lạnh phơng pháp mô hình tơng tự - mô hình điện để giải bài toán với điều kiện biên thay đổi theo thời gian Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm kết cấu nhiệt-lạnh thực tế mô hình máy đá Các kết thu đợc đợc đánh giá, so sánh với kết thực nghiệm, tiến hành kiểm tra, đánh giá số kết thực nghiệm có sẵn phơng pháp mô hình tơng tự Mô hình tơng tự đợc nghiên cứu theo hớng xây dựng mô hình dới dạng mạch điện mô trình dẫn nhiệt không ổn định kết cấu nhiệt-lạnh phơng pháp phân tích mạch điện tơng tự theo phần mềm tin học chuyên dùng Orcad Matlab lí thuyết mạch Do hạn chế thời gian trình độ nên kết thu đợc khiêm tốn không tránh khỏi sai sót, mong đợc góp ý, bảo thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp Văn Đăng Cảnh: CH - Nhiệt 2003 Luận văn thạc sỹ khoa học chế độ nhiệt không ổn định kết cấu nhiệt lạnh, phơng pháp nghiên cứu 1.1 Kết cấu nhiệt-lạnh chế độ nhiệt không ổn định kết cấu nhiệtlạnh 1.1.1 Tổng quan kết cấu nhiệt-lạnh Hệ thống nhiệt-lạnh có chức tạo trì nhiệt độ cho không gian nhiệt-lạnh khác với nhiệt độ môi trờng Do có chênh lệch nhiệt độ nên không gian nhiệt-lạnh đợc ngăn cách với môi trờng kết cấu bao che, cách nhiệt - gọi kết cấu nhiệt-lạnh Nhiệt độ yêu cầu không gian nhiệt-lạnh thay ®ỉi ph¹m vi rÊt réng, thêng tõ - 40 OC ®Õn 1600 OC Dùa theo mơc ®Ých sư dơng yêu cầu nhiệt độ, phân không gian nhiệt-lạnh làm loại: không gian lò công nghiệp, không gian buồng sấy, không gian đợc điều hoà không khí, không gian buồng lạnh (kho lạnh), bể nớc muối công nghệ làm kem hay nớc đá Các kết cấu bao che tạo không gian đợc gọi tên tơng ứng, nh kết cấu lò công nghiệp, kết cấu buồng sấy, kết cấu điều hoà không khí, kết cấu buồng lạnh, kết cấu bể đá Vì nhiệt độ làm việc không gian nhiệt-lạnh khác với nhiệt độ môi trờng nên có tổn thất lợng Chênh lệch nhiệt độ không gian nhiệt-lạnh môi trờng lớn lợng nhiệt tổn thất tăng Để giảm tổn thất nhiệt, ngời ta phải dùng loại vật liệu cách nhiệt Kích thớc nh loại vật liệu cách nhiệt đợc chọn tuỳ vào nhiệt độ không gian nhiệt-lạnh độ chênh lệch nhiệt độ với môi trờng Do dải nhiệt độ làm việc không gian nhiệt-lạnh khác nên cấu tạo kết cấu nhiệt-lạnh đa dạng Kết cấu vách lò công nghiệp thờng có hai lớp Thứ lớp chịu lực, tuỳ theo nhiệt độ tính chất môi trờng làm việc lò mà lớp đợc xây dựng vật liệu (thờng vật liệu chịu lửa) khác Lớp thứ hai Văn Đăng Cảnh: CH - Nhiệt 2003