Nghiên ứu sử dụng ống nhiệt trong bộ thu năng lượng mặt trời để đun nướ nóng

Một trong những lĩnh v c nghiờn cứu và ứng dụng của ống nhiệt là sửựdụng trong bộ thu năng lượng mặt trời.. Bằng cỏch thay cấu trỳc của ống, lượng và loại mụi chất nạp trong ống cỏc nhà

bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn sâu xắc nhất tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Bùi Hải, người đã trực tiếp giành nhiều thời gian tận tình hướng dẫn, đã trực tiếp giám sát quá trình lắp đặt thiết bị cũng như khi thí nghiệm, cung cấp những thông tin quý báu giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới các thầy giáo trong Viện khoa học và Công nghệ Nhiệt lạnh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã hỗ - trợ về mặt thiết bị, thời gian khi tôi thực hiện bản luận văn này

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình cùng bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thiện bản luận văn này

Hà nội, ngày 29 tháng năm 2008 9

Vũ Văn Minh

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn thạc sỹ này do tôi nghiên cứu và thực hiện với sự hướng dẫn

của PGS.TS Bùi Hải Để hoàn thiện bản luận văn này, ngoài các tài liệu đã

liệu tham khảo được kê, tôi cam đoan không sao chép các công trình hoặc luận văn tốt nghiệp của người khác

Hà nội, ngày 29 tháng 9 năm 2008

Người cam đoan

Vũ Văn Minh

TỔNG QUAN VỀ ỐNG NHIỆT……… 2

1.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ỐNG NHIỆT……… 2

.1.1 CẤU TẠO CỦA ỐNG NHIỆT……… 2

1.1.2 NGU YÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ỐNG NHIỆT……… ………… 4

1.2 PHÂN LOẠI ỐNG NHIỆT……… ………… 6

1.2.1 THEO LỰC TÁC DỤNG ĐỂ ĐƯA CHẤT LỎNG NGƯNG QUAY TRỞ VỀ PHẤN SÔI………

6 1.2.2 THEO PHẠM VI NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG……… … 9

1.2.2 THEO MÔI CHẤT NẠP……….……… 9

CHƯƠNG 2……….

ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG CÓ BỀ MẶT NHẴN BÊN TRONG…… 18

2 1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG……….

18 2.1.1 CẤU TẠO……… ……… ……… ………… 18

2.1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ……….……… ……… ……… 19

2.1.3 CHON MÔI CHẤT NẠP CHO ỐNG NHIỆT ……… ……… ……… 20

2.2 TÍNH TOÁN ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG CÓ BÈ MẶT NHẴN BÊN TRONG……… ……….

25 2.2.1 TRỞ KHÁNG THỦY LỰC……… ……… 25

2.2.2 CÔNG SUẤT NHIỆT CỦA ỐNG NHIỆT.……… 25

2.2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG NẠP MÔI CHẤT VÀ GÓC NGHIÊNG TỚI CÔNG SUẤT NHIỆT TRONG Q I CỦA ỐNG NHIỆT.………. 36

TRỌNG TRƯỜNG ……… ………

CHƯƠNG 3………

BỨC XẠ MẶT TRỜI……….……… 43

3.1 TỔNG QUAN BỨC XẠ MẶT TRỜI……… 43

3.1.1 MẶT TRỜI……… 43

3.1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ BỨC XẠ……… 45

3.2 BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI(COLLECTOR).……… 58

3.2.1 BỘ THU DẠNG TẤM PHẲNG……… ……… 58

3.2.2 BỘ THU DẠNG TẬP TRUNG.……… ……… 69

3.2.3 BỘ THU DẠNG TẤM HÚT CHÂN KHÔNG… ……… 73

3.2.4 BỘ THU KIỂU ỐNG NHIỆT……… ……… 76

3.3 TÍNH TOÁN NHIỆT BỨC XẠ……… 78

3.3.1 NHIỆT BỨC XẠ MẶT TRỜI TỚI BÈ MẶT NGHIÊNG………… 78

3.3.2 BỨC XẠ MẶT TRỜI XUYÊN QUA KÍNH VÀO KHÔNG KHÍ BÊN TRONG……… ……… 85

3.3.3 BỨC XẠ MẶT TRỜI BÊN TRONG NHẬN ĐƯỢC TỪ BỀ MẶT HẤP THỤ CỦA BỘ HẤP THỤ (COLLECTOR).……… 86

CHƯƠNG 4………

TÍNH TOÁN BỘ THU ỐNG NHIỆT CHÂN KHÔNG ……… 87

4.3 HIỆU SUẤT NHIỆT CỦA BỘ THU NĂNG LƯỢNG ỐNG NHIỆT

CHÂN KHÔNG……….….…

93 4.4 XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT NHIỆT CỦA MỘT ỐNG Q1……… 93

4.5 XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT HẤP THỤ BỨC XẠ ……… 100

CHƯƠNG 5………

THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ỐNG NHIỆT CHÂN KHÔNG ………

101 5.1 THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ THU ỐNG NHIỆT CHÂN KHÔNG……… 101

5.1.1 CÁC BỘ PHẬN CỦA BỘ THU……… 101

5.1.2 THÙNG CHỨA NƯỚC……….……… 102

5.1.3 ỐNG NHIỆT……….……….……… 102

5.1.4 GIÁ ĐỠ……….……….……… 104

5.1.5 TẤM PHẢN XẠ ……….……….……… 104

5.2 THÍ NGHIỆM BỘ THU ỐNG NHIỆT CHÂN KHÔNG……… 105

5.2.1 ĐO NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT NGOÀI ỐNG NHIỆT VÀ NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ NGOÀI TRỜI ……….………

105 5.2.2 ĐO NHIỆT ĐỘ CỦA NƯỚC TRONG THÙNG.….……… 106

5.3 XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT CỦA BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ỐNG NHIỆT CHÂN KHÔNG………

107

M Ở ĐẦ U

Ống nhi t là m t ph n t truy n nhi t m i có nhi u tính năng t t hơn so ệ ộ ầ ử ề ệ ớ ề ố

với các phần tử truyền nhiệt cũ Bởi vậy ngày nay ống nhiệt ngay càng đư c các ợnhà khoa học c a nhiủ ều nư c trên thế giới tiếớ n hành nghiên c u và tri n khai ứ ể ứng

dụng Một trong những lĩnh v c nghiên cứu và ứng dụng của ống nhiệt là sửự

dụng trong bộ thu năng lượng mặt trời

Ở Việt Nam ta nguồn năng lư ng mặt trời khá nhiều chúng ta đã và đang ợnghiên c u t n d ng nguứ ậ ụ ồn năng lượng mặt trời này cho qúa trình sấy, cho máy

lạnh hấp thụ và cho bộ ấ c p nư c nóng mặt trời củớ a các gia đình V i mục đích ớnâng cao hi u qu và hiệ ả ệu su t bấ ộ thu năng lượng mặt trời, em đã tiến hành nghiên c u sứ ử ụ d ng ống nhi t chân không cho b thu vệ ộ ớ ềi đ tài “ Nghiên c u sứ ử dụng ống nhiệt chân không cho bộ thu năng lượng mặt trời” Phương pháp nghiên cứu em chọn là kết hợp lý thuyết và thực nghiệm Mục tiêu trư c mắt là ớnghiên cứu chế ạ t o bộ thu năng lượng mặt trời dùng ống nhiệt chân không cho bình nước nóng mặt tr i c a các h ờ ủ ộ gia đình, sau đó sẽ tri n khai nghiên cứu ểdùng bộ thu ống nhi t chân không này c p không khí nóng cho thiệ ấ ết bị ấ s y, cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ỐNG NHIỆT

Ống nhiệt được sáng chế từ rất lâu tuy nhiên việc nghiên cứu ứng dụng nó mới chỉ phát triển mạnh trong vài thập kỷ gần đây Nguyên tắc của quá trình truyền nhiệt cơ bản giống nhau ở các loại ống nhiệt nhưng công suất nhiệt phụ thuộc vào cấu tạo của ống nhiệt và điều kiện làm việc của nó Bằng cách thay cấu trúc của ống, lượng và loại môi chất nạp trong ống các nhà khoa học chế tạo

ra các loại ống nhiệt khác nhau có khả năng ứng dụng hiệu quả trong công nghiệp và cuộc sống

1.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ỐNG NHIỆT

1.1.1 CẤU T ẠO CỦA ỐNG NHIỆT

Ống nhiệt là một ống thường làm bằng kim loại hàn kín hai đầu trong đó

có chứa một lượng môi chất lỏng xác định (Hình 1 1) Tuỳ theo từng loại ống mà phía trong ống có thể trơn, xẻ rãnh hoặc gắn lưới mao dẫn, phía ngoài cũng có thể trơn hoặc làm cánh tản nhiệt

Hình 1.1.Ống nhiệt

Ống nhiệt được chia làm 3 phần:

Phần sôi, phần đoạn nhiệt và phần ngưng (Hình 1.2)

Phần sôi: Phần này được đốt nóng bằng các nguồn nhiệt khác nhau, môi

chất lỏng trong ống nhận nhiệt sẽ sôi và hơi bão hoà được tạo thành

Phần đoạn nhiệt: Hơi bão hoà từ phần sôi sẽ chuyển động qua phần đoạn

nhiệt lên phần ngưng Sở dĩ gọi là phần đoạn nhiệt vì ở phần này không thực hiện quá trình trao đổi nhiệt nghĩa là ống được bọc cách nhiệt bên ngoài ở phần này Phần này có thể có hoặc không có

Phần ngưng : Hơi bão hòa lên tới phần ngưng nhả nhiệt cho môi chất làm

mát ở bên ngoài ống và ngưng lại Nước ngưng sẽ quay về phần sôi nhờ lực trọng trường , lực mao dẫn hay lực ly tâm,…

Bề mặt bên trong ống nhiệt có thể nhẵn, được xẻ rãnh hoặc có cấu trúc bấc Hơi môi chất di chuyển bên trong lòng ống, chất lỏng ngưng di chuyển về phần sôi ở bề mặt trong của ống Cánh có thể được gắn vào bên ngoài phần sôi

và phần ngưng tụ để tăng diện tích bề mặt và tăng cường quá trình truyền nhiệt, tùy thuộc vào từng ứng dụng

thu nhiÖt

Hình 1 2 Sơ đồ cấu tạo của ống nhiệt

Táa nhiÖt Táa nhiÖt

thu nhiÖt

PhÇn ®o¹n nhiÖt PhÇn ngng

PhÇn

V¸ch èng Dßng h¬i

Dßng m«i chÊt

1.1.2 NGUYÊN LÝ HOẠ T Đ ỘNG CỦA ÔNG NHIỆT

Chất lỏng trong ống nhận nhiệ ủa ngu n nóng (ví dt c ồ ụ khói lò, năng lư ng ợ

bức xạ ặt trời, ) trong phần sôi sẽ sôi và bi m ến thành hơi, hơi chuy n để ộng qua

ph n ầ đoạn nhiệt tới phần ngưng Tại đây hơi to ả nhiệt cho ngu n làm mát qua ồvách ống (ví dụ không khí, nư c, ) Chất lỏớ ng ngưng tạo thành sẽ ảy về phầch n sôi nhờ ộ m t trong nh ng lữ ực sau đây: l c trọự ng trường, lực mao dẫn, lực ly tâm,

lực đi n trư ng, lực từ rường ệ ờ t

Áp suất và nhiệ ột đ làm việc bên trong ng nhiố ệt chính là áp suất và nhiệt

độ hơi c a ch t l ng n p bên trong ng nhi t ủ ấ ỏ ạ ố ệ

Các quá trình làm việc của ống nhiệt đư c biểợ u diễn trên đ th T-s (Hình ồ ịl.3), trong đó:

AB - quá trình sôi xảy ra trong phần sôi ở áp suất P1

BC - quá trình chuyển đ ng c a hơi từộ ủ ph n sôi t i ph n ngưng, đây do ma sát, ầ ớ ầ ở

áp suất của hơi gi m từ Pả l đến P2 (P2 - áp suất hơi trong ph n ngưng) Tuy nhiên ầthông thường sự giảm áp này là r t nhỏ ấ

CD - quá trình ngưng tụ hơi t o thành chất lỏạ ng ngưng áp su t Pở ấ 2

DA - quá trình chuyển động c a ch t lủ ấ ỏng ngưng theo bề ặ m t trong củ ốa ng nhiệt,

t ừ phần ngưng qua ph n đo n nhiệt về phần sôi nhờ ực trọầ ạ l ng trư ng, lực mao ờ

dẫn, và quá trình đư c lặp lạ (trong quá trình này áp suất của chất lỏng tăng ợ i lên do lực trọng trư ng…đ thờ ể ắng sức cản ma sát giữa chất lỏng và bề ặ m t trong của ống) Như vậy môi chất trong ống nhiệt đã th c hiện một chu trình hay một ự

vòng tu n hoàn kín mà không c n t i ngoầ ầ ớ ại lực do bơm hay do quạt tạo ra như ởcác phần tử trao đổi nhiệt khác.

Hình 1.3 Quá trình hoạ ộ t đ ng của ống nhiệt trên biể n đ T-s ồ

P2 áp suấ- t hơi phần ngưng ở

1.2 PHÂN LOẠI ỐNG NHIỆT

Có thể phân lo i ạ ống nhiệ theo nhi u cách: Theo lt ề ực tác dụng lên chất

lỏng, theo nhiệ ột đ hơi, theo mục đích sử dụng, theo hình dạng ống…

1.2.1 THEO LỰC TÁC D Ụ NG Đ ĐƯA CH Ể ẤT LỎNG NGƯNG QUAY TRỞ

B mề ặt trong của ống nhiệt có thể nhẵn gọi là ống nhiệt trơn ho c làm ặrãnh (các rãnh này có kích thư c tương đớ ố ới l n) gọi là ng nhiệt có rãnh hoặc có ố

đặt m t b tách dòng (hơi và ch t l ng) g i là ng nhi t tách dòng M c đích ộ ộ ấ ỏ ọ ố ệ ụ

của việc làm rãnh cũng như đ t bộ tách dòng nhằặ m tăng cư ng khả ăng truyền ờ n

tải nhiệt từ vùng sôi đến vùng ngưng ụ ặ t , đ c biệt nhằm tăng công su t tới hạn của ấ

ống nhi t tr ng trườệ ọ ng (công su t nhi t l n nh t) Ta nh n th y ng nhi t tr ng ấ ệ ớ ấ ậ ấ ố ệ ọ

trường có b m t nh n bên trong là lo i có cề ặ ẵ ạ ấu tạo đơn giản và dễ chế ạ t o nhất

b vởi ậy có nhiều khả năng ứng dụng cho những trường h p thông thư ng ợ ờ

2)Ống nhiệt mao dẫn ( Capillary heat pipe )

Hình 1.5 Ống nhi t mao d ệ ẫn

Trong ống nhiệt mao dẫn (Hình l.5), lực tác dụng đ đưa chất lỏng ngưng ể

v ề phần sôi là lực mao dẫn ống nhiệt mao ẫn có thể đượd c đ t ngư c hư ng ặ ợ ớtrọng trư ng nghĩa là ph n sôi nằờ ầ m cao hơn ph n ngưng Chúng ta nhận thấy ng ầ ốnhiệt mao dẫn có c u t o phấ ạ ức tạp hơn ống nhiệt trọng trường, tuy nhiên có những tính năng t t hơn nhố ất là ống có thể làm vi c ở ịệ v trí đ t nằm nặ gang hoặc phần sôi (đ t nóng) cao hơn ph n ngưng (tố ầ ỏa nhiệt) tức ngược hư ng trọng ớtrường

3)Ống nhiệt ly tâm (Rotating heat pipe)

Ống nhi t ly tâm đư c ng d ng thành công trong vi c làm mát các ng ệ ợ ứ ụ ệ độ

cơ cơ điện Phương pháp c đi n là dùng không khí thổi vào stato đ ng cơ ( thiổ ể ộ ết

b d b bị ễ ị ụi bẩn và khó lấy nhiệt từ rôto) Khi sử dụng ống nhiệt, trục đ ng cơ ộtrên có rôto s ẽ là trục ỗr ng bên trong là ng nhiố ệt chứa nư c, nư c sẽ ấớ ớ l y nhiệt từ rôto và stato truyền ra ngoài qua các cánh tản nhiệt được nhiều hơn và đ ng cơ ộkhông bị ụ b i bẩn

Trong các ng nhiố ệt ly tâm, ch t lấ ỏng phở ần ngưng trở ề v ầph n sôi nhờ tác dụng củ ực li tâm sinh ra khi ốa l ng quay với một tốc đ nào đó (Hộ ình 1.7)

Hình1 7 Ống nhiệ t ly tâm làm mát đ ng cơ đi ộ ện

1 Thân động cơ - 2- Stato

3 Rôto- 4- Trục và ống nhiệt

4) Ống nhiệ t đi n trư ng(Electrohydrodynamic heat pipe) ệ ờ

Lực đưa ch t lỏấ ng ngưng trở v ề phần sôi là lực đi n trư ng ệ ờ

5) Ống nhiệt từ trường(Magnetohydrodynamic heat pip )

Lực đưa ch t lỏng về phần sôi là lực từ trường.ấ

6) Ống nhiệ thẩt m th u (Osmotic heat pipe) ấ

Lực đưa ch t lỏấ ng ngưng v vùng sôi là lực thẩm thấề u

1.2.2.THEO PHẠM VI NHIỆ T Đ S D NG Ộ Ử Ụ

Phạm vi nhiệ ột đ thường sử ụ d ng của ống nhiệt tương đ i rộố ng từ -800C đến trên 25000C, Có thể chia phạm vi nhiệt độ s dử ụng theo các mức đ thấp, ộtrung bình và cao

• Ống nhi t nhi t đ th p: nhiệ ộệ ệ ộ ấ t đ làm vi c từ -80ệ 0C đến 500C

• Ống nhi t nhi t đ v a ph i: nhi t đ làm vi c t 50ệ ệ ộ ừ ả ệ ộ ệ ừ 0C đến 2800C

• Ống nhi t nhi t đ trung bình: nhiệ ộệ ệ ộ t đ làm vi c từ 280ệ 0C đến 4800C

• Ống nhi t nhi t đ cao: nhiệ ộệ ệ ộ t đ làm vi c từ 480ệ 0C đến trên 15000C

1.2.4 THEO MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG ỐNG NHIỆT

• Ống nhi t t i nhi t thệ ả ệ ực hiện quá trình truy n nhiề ệ ừt t nơi có nhi t đ cao ệ ộ

đến nơi có nhi t đ th p hơn ệ ộ ấ

• Ống nhi t đi u ch nh nhi t đ s d ng đ gi cho nhi t đ c a môi ch t có ệ ề ỉ ệ ộ ử ụ ể ữ ệ ộ ủ ấnhiệt đ th p hơn không đổộ ấ i khi lư ng nhiợ ệt cấp cho ống nhiệt thay đổi Hoạt động của loại ống nhiệt này như là một Thermostat

• Ống nhi t truy n nhi t một chiều gọi là diot nhiệ ề ệ ệt

1.2.5 THEO HÌNH DẠNG ỐNG

• Ống nhi t hình tr ệ ụ

• Ống nhi t hình hộp ệ

• Ống nhi t d ng ph c t pệ ạ ứ ạ

1.3 ƯU ĐIỂM CỦA ỐNG NHIỆT

So với các phầ ử truyền nhin t ệt khác, ống nhi t có nhệ ững ưu đi m sau: ể

• Ống nhi t có tính siêu d n nhi t Thí d m t ng nhi t đư ng kính 14mm, ệ ẫ ệ ụ ộ ố ệ ờdài 600mm, làm b ng crom niken chằ - ứa natri lỏng có hệ ố ẫ s d n nhiệt tương đương bằng l06w/m.K, nghĩa là gấp 10.000 l n h s d n nhi t c a ầ ệ ố ẫ ệ ủ

hợp kim đ ng Ưu đi m này là do quá trình truyền nhi t bên trong ồ ể ệ ống nhiệt thực hiện bởi sự ến đ i pha (sôi và ngưng), do đó quá trình truybi ổ ền nhiệt lớn g p nhi u l n so vấ ề ầ ới sự ẫ d n nhiệt bằng thanh kim loại dù là bằng

bạc

• Ống nhi t truy n đư c m t lư ng nhi t l n c kho ng cách khá xa trong ệ ề ợ ộ ợ ệ ớ ả ở ảkhi hi u nhiệ ệt đ ch chênh vài đ Nhiệộ ỉ ộ t đ b m t ốộ ề ặ ng nhiệt đ ng đ u ồ ềtheo toàn bộ chiều dài ng, áp su t trong phố ấ ần ngưng và phần sôi không chênh l ch nhau nhiệ ều

• Ống nhi t có th truy n t i lư ng nhi t l n mà không c n đ n các thi t b ệ ể ề ả ợ ệ ớ ầ ế ế ịphụ như bơm, vì vậy thi t bế ị làm vi c vớ ộệ i đ tin cậy cao, không gây tiếng

ồn

• Với thiết bị trao đổi nhiệt loại khí khí nếu dùng ống nhiệt ta có thể làm - cánh ở bên ngoài ng, phố ần tiếp xúc v i khí nóng (khói), khí l nh (không ớ ạkhí) nên thiết bị ấ r t gọ n

• Khi chọn môi ch t n p bên trong ng nhi t thích h p có th b o đ m v n ấ ạ ố ệ ợ ể ả ả ậhành ống nhiệt an toàn trong kho ng nhiả ệ ộ ột đ r ng từ -800C bến 25000C

• Trên thự ếc t ống nhiệt thư ng đư c lắờ ợ p đ t thành dàn ống hoặc thành cụm ặống Trong quá trình làm vi c giệ ả ử s có m t vài ốộ ng nhiệt bị ỏ h ng thì hệ thống vẫn làm việc được Mặt khác ta có thể ễ d dàng thay thế các ống nhiệt bị ỏ h ng ngay c khi hả ệ ố th ng đang hoạ ột đ ng

• Nguồn nhi t c p cho ph n nóng cệ ấ ầ ủa ống nhiệt rất đa dạng, có th là s n ể ảphẩm cháy của nhiên li u r n, nhiên li u l ng, các khí thệ ắ ệ ỏ ải, hơi nư c, năng ớlượng m t trời ặ

• Nhiệ ừt t m t ngu n nóng có th truy n t i đ n nhi u h dùng nhi t ộ ồ ể ề ả ế ề ộ ệ ởnhững kho ng cách khác nhau khá xa mà c n hi u nhiả ầ ệ ệ ột đ khá nhỏ

Dưới đây chúng ta nêu lên mộ ố ứt s ng d ng c a ng nhi t ụ ủ ố ệ

• Đã từ lâu do ưu đi m c a ng nhi t là nhi t đ b m t ph n to nhi t (ph n ể ủ ố ệ ệ ộ ề ặ ầ ả ệ ầngưng củ ốa ng) đồng đều và ít thay đổi, nên ống nhiệt trọng trường với môi ch t ấ

nạp là nư c đ t nghiêng (góc nghiêng so vớ ặ ới phương nằm ngang kho ng 5ả 0 )

đượ ức ng dụng để làm các lò nư ng bánh dùng nhiên liệu than, dầu khí ớ

• Các ống nhi t tr ng trư ng có cánh bên ngoài đã đư c ng d ng r t có ệ ọ ờ ợ ứ ụ ấhiệu quả để ậ t n dụng nhiệt thải (khói) từ các nhà máy nhất là trong công nghiệp hoá chất, bởi vì thi t bế ị ọ g n hoạ ột đ ng lâu bền có đ tin cậy cao Ví dụ, hãng ộFurakawa của Nhật Bản đã sử ụ d ng 1700 ng nhi t tr ng v i môi ch t n p là ố ệ ọ ớ ấ ạ

H2O, mỗi ống dài 8,5 m, bên ngoài ng phố ủ ộ m t lớp chì đ chể ống hiện tư ng ăn ợmòn của SO2 Kết quả đã t n dậ ụng được 2.1 tri u kcal/h cệ ủa 250.l03 m3 khí thải

của các nhà máy hoá chất chứa SO2 ở nhiệ ột đ khói thải l60oC

• Ống nhi t mao d n d ng hình h p đư c ng d ng có hi u qu làm mát ệ ẫ ạ ộ ợ ứ ụ ệ ả đểcác linh kiện đi n tử ệ có công suất lớn, thay cho phương pháp c điổ ển là dẫn nhiệt qua thanh nhôm Ở đây nhi t từ ệ các linh kiện điện tử truyền cho môi ch t trong ấ

ống nhi t r i to ra ngoài qua các cánh toả nhiệ ồ ả ệt gắ ở ần đuôi dưới của ốn ph ng nhiệt

• Ống nhi t ly tâm đư c ng d ng thành công trong việệ ợ ứ ụ c làm mát các đ ng ộ

cơ điện Phương pháp c đi n là dùng không khí th i vào stato làm ổ ể ổ để mát động

cơ (thiế ị ễ ị ụ ẩt b d b b i b n và khó lấy nhiệ ừt t rôto) Khi sử ụ d ng ống nhi t, tr c ệ ụ

động cơ trên có rôto r ng bên trong (là ng nhi t) ch a Hỗ ố ệ ứ 2O Nước s l y nhi t ẽ ấ ệ

t ừ rôto và stato truyền ra ngoài qua các cánh tỏa nhiệt Nhiệt sẽ ấ l y đi được nhiều hơn và động cơ không b b i b n ị ụ ẩ

• Ống nhi t v i chi u dài t i hàng trăm mét đã đư c ng d ng đ làm mát ệ ớ ề ớ ợ ứ ụ ểcác đường cáp đi n đ t ng m dư i đ t thay cho phương pháp c đi n dùng nư c ệ ặ ầ ớ ấ ổ ể ớlàm mát (chảy trong ống đ t cạặ nh dây cáp nhờ ệ ố h th ng bơm) Hãng Furakawa

đã chế ạ ố t o ng nhi t mao dẫệ n dài 200 m đ t d c theo đư ng cáp đi n đ làm mát ặ ọ ờ ệ ểdây cáp K t qu thí nghi m cho th y n u không làm mát, 12 dây cáp ngế ả ệ ấ ế ầm đ t ặtrong kênh d n s có nhiẫ ẽ ệt đ 107ộ oC, nếu dùng một ống nhiệt thì nhiệ ộ ủt đ c a dây cáp gi m còn 82ả oC ( khi dùng ống nhiệt không cần dùng tới hệ thống bơm

nư c như trướ ờng hợp dùng nước làm mát)

• Ống nhi t đư c s d ng trong các b thu năng lư ng m t tr i nh m nâng ệ ợ ử ụ ộ ợ ặ ờ ằcao độ tin c y và gi m chi phí cho vi c bơm nư c so v i b thu ki u cũ ậ ả ệ ớ ớ ộ ể

• Ống nhi t tr ng trư ng đư c s d ng trong vi c ch ng đóng băng m t ệ ọ ờ ợ ử ụ ệ ố ặ

đường cao tốc và bãi đ ỗ xe ôtô thay cho phương pháp cũ là phải dùng hệ ố th ng hơi nước hoặc nư c nóng rấ ốớ t t n kém Ngư i ta c m m t đ u ống nhiệt sâu ờ ắ ộ ầxuống đ t đ l y nhi t (vì nhiấ ể ấ ệ ệ ột đ trong lòng đất lớn hơn nhiệ độ ề ặt b m t), còn

đầu kia (ph n ngưng, t a nhi t c a ng) đ t n m ngang dư i m t đư ng to nhi t ầ ỏ ệ ủ ố ặ ằ ớ ặ ờ ả ệlàm nóng mặt đường và làm tan tuyết

• Ống nhi t tr ng trườệ ọ ng s d ng đ ch t o các calorife cho thi t b s y ử ụ ể ế ạ ế ị ấ

• Ống nhi t còn đư c dùng đ b o qu n th c ph m trong các xe t i chuyên ệ ợ ể ả ả ự ẩ ảchở không có máy l nh Ở đây thùng xe được chia làm hai phần, ph n nhạ ầ ỏ ch a ứnước đá có cắm các ng nhi t tr ng trư ng đ t nghiêng, ph n l n c a thùng xe ố ệ ọ ờ ặ ầ ớ ủchứa thực phẩm có phần còn lạ ủa ống nhii c ệt Ống nhiệ ẽt s nh n nhiệ ừ thực ậ t tphẩm cần bảo qu n truyả ền cho nước đá N u không dùng ng nhiế ố ệt thì phải cho nước đá ti p xúc trựế c ti p với thựế c ph m và có th làm h ng thựẩ ể ỏ c ph m ẩ

• Trong ngành ôtô, ng nhiố ệt đư c dùng đ đi u chỉợ ể ề nh nhiệt đ nư c làm ộ ớmát động cơ, làm mát hay đ t nóng d u trong xe, sư i m ca bin nh lư ng nhi t ố ầ ở ấ ờ ợ ệthải qua ng xố ả

• Ống nhi t còn đư c s d ng đ làm mát các b c tư ng, tr n nhà b ng bê ệ ợ ử ụ ể ứ ờ ầ ằtông của các toà nhà trong mùa hè Hàng loạt ống nhiệt trọng trư ng đư c cắm ờ ợvào trong tư ng nhà, đờ ầu kia hở ra ngoài tr i Vào bu i t i khi không còn ánh ờ ổ ố

nắng mặt trời và nhiệt đ không khí đã giảm xuốộ ng, đ u hở ủa ống nhiệt sẽầ cnhanh chóng toả nhiệt lấy từ bên trong tường bê tông ra ngoài không khí Toà nhà nhanh chóng được làm mát, ph n còn lạầ i là nhi m v c a các máy đi u hoà ệ ụ ủ ềnhiệ ột đ Như v y, nhờậ có ng nhiệt mà năng lượng c n thiố ầ ết cho các máy điều hoà sẽ giảm và toà nhà nhanh chóng được làm mát

• Trong ngành vũ trụ, ngư i ta dùng ng nhi t đi u ch nh nhi t đ đi u ờ ố ệ ề ỉ ệ ộ để ềchính nhiệ ộ ủt đ c a thân tàu vũ tr , mộụ t bên con tàu bị đố t nóng bởi m t trặ ời còn bên kia nằm trong bóng tối ít bị đốt nóng

ở nh ng nư c đang phát tri n ữ ớ ể

• Có thể nói Perkin là ngư i đ u tiên đã phát minh ra ng nhi t Lò ờ ầ ố ệ

nướng bánh mỳ dùng ống nhiệt trọng trường do Perkin sáng chế ra t 1836 và ừđược ph biến rộng rãi trong thời gian này ng nhiổ Ố ệt trọng trư ng c a Perkin là ờ ủ

ống nhi t b ng thép cacbon bên trong là nư c ng đư c đ t nóng b ng d u khí ệ ằ ớ Ố ợ ố ằ ầhoặc than

• Năm 1929, Gay là ngườ ầi đ u tiên s d ng ng nhiệử ụ ố t tr ng trọ ường để

tận dụng nhiệt khói thả ối đ t nóng không khí Các ống nhiệt này đư c làm cánh ởợ bên ngoài Phát minh này cho phép o ra tạ khả năng tận d ng nhiụ ệt th i cả ủa các lò cao rất tốt

• Năng 1942, Gaugler là ngườ ầi đ u tiên phát minh ra ng nhiố ệt mao

dẫn Ở đây bên trong ống có đ t một lớp kim loại gọi là bấc để ạo ra lực hút ặ tchất lỏng từ vùng ngưng đến vùng sôi (đặt trên cao ) mà không cần dùng bơm Ống nhiệt mao dẫn này đư c ứng dụợ ng đ làm lạnh phòng bảo quản thực ểphẩm.Sự phát minh này lúc đó chưa được hãng General Motors (nơi Gaugler làm việc) ứng dụng trong ngành lạnh và b lãng quên.ị

• Năm 1962, Trefethen trong chương trình nghiên cứu vũ tr c a M ụ ủ ỹ

đã có những ý tư ng s d ng l i ng nhi t Tuy nhiên s phát tri n th c s c a ở ử ụ ạ ố ệ ự ể ự ự ủ

ống nhi t b t đ u t nh ng phát minh c a Grover và c ng s c a ông t i phòng ệ ắ ầ ừ ữ ủ ộ ự ủ ạthí nghiệm quốc gia Los Alamos ở bang New Mehico vào năm 1963,1964,1966

Ở đây Grover đã ch t o ra m t s lo i ng nhi t đ u tiên s d ng nư c làm môi ế ạ ộ ố ạ ố ệ ầ ử ụ ớ

chất sau đó dùng kim lo i lỏạ ng như Natri, Li và bạc ở nhi t ệ độ1100K

• Năm 1965, Cotter lần đ u tiên cho xu t b n tài li u nghiên c u v ầ ấ ả ệ ứ ề

ống nhi t , k t đó s nghiên c u v ng nhi t m i phát tri n r ng rãi t i các ệ ể ừ ự ứ ề ố ệ ớ ể ộ ạnước công nghiệp phát triển như M ,Anh ,Ý ,Đỹ ức ,Pháp,Liên Xô(USSR)

• Những sách v ng nhi t đ u tiên đư c xu t b n là c a ề ố ệ ầ ợ ấ ả ủS.W.Chi(1976) , Dunn and Reay (1982) , Ivanovski (1982)

• Vì tầm quan tr ng c a ng nhi t mà các nhà khoa học trên thế giới ọ ủ ố ệ

đã họp nhau kho ng 2,3 năm m t l n t i h i ngh qu c tế ề ốả ộ ầ ạ ộ ị ố v ng nhi t g i là ệ ọIHPC (In Heat Pipe Conference).Các hội nghị IHPC đư c tợ ổ chứ ại các nước c tnhư sau :

IHPC 1 tiến hành năm 1973 tại Stuttgart – Đức

IHPC 2 tiến hành năm 1976 tại Bologna -Ý

IHPC 3 tiến hành năm 1978 tại Palo Alto

IHPC 4 tiến hành năm 1981 tại London -Anh

IHPC 5 tiến hành năm 1984 tại Tsukuba –Nhật

IHPC 6 tiến hành năm 1987 tại Grenoble- Pháp

IHPC 7 tiến hành năm 1990 tại Minsk - Nga

IHPC 8 tiến hành năm 1992 tại Bắc Kinh - Trung Quốc

IHPC 9 tiến hành năm 1995 tại New Mexico - M ỹ

IHPC 10 tiến hành năm 1997 tại Stuttgart Đứ- c

tIHPC 11 tiến hành năm 1999 ại Tokyo - Nhật Bản

IHPC 12 tiến hành năm 2002 tại Moscow - Nga

IHPC 13 tiến hành năm 2005 tại Thư ng Hảợ i -Trung Qu c ố

IHPC 14 tiến hành năm 2007 tại Florianopolis –Brazil

Ở Vi t Nam s nghiên c u v ng nhi t m i ch là nh ng b c đi đầu tiên ệ ự ứ ề ố ệ ớ ỉ ữ ướ

tại viện khoa học nhiệt lạnh Trư ng Đ i Học Bách Khoa Hà Nội và khoa nhiệt ờ ạ –trường Trư ng Đ i Họờ ạ c Bách Khoa Đà N ng ẵ

Hiện nay bộ thu năng lượng mặt trời dùng ng thố ủy tinh chân không đang được s d ng khá nhiều tuy nhiên nếu ứng dụng ống nhử ụ iệt sẽ có hiệu quả ố t t hơn Đó cũng là lý do mà tôi ch n đọ ề tài là nghiên c u sử ụứ d ng ống nhi t chân ệkhông thủy tinh trong bộ thu năng lượng mặt trờ ểi đ đun nước nóngvà chế ạo ttoàn bộ ộ b thu năng lư ng mặt trờợ i dùng ng nhiố ệt chân không th y tinh.ủ Phươngpháp nghiên cứu là lý thuyết và thực nghệm

b) Không có phần đoạn nhiệt, có cánh bên ngoài ố ng

1- Nắp dư i 2 Vách ống 3 Vách ngoài phần sôi 4 Vách ngăn ớ - - -

phần ngưng 5 - Nắp trên 6 - L nỗ ạp môi ch t và víấ t 7 - Cánh( tròn hay chữ nhật) - Vách ngăn 8

LS, La, Ln _ chiều dài phần sôi, phần đo n nhiệt, phần ngưng ạ

Ống nhi t thư ng có d ng hình tr , thân ng và các n p thư ng b ng kim ệ ờ ạ ụ ố ắ ờ ằloại ( thép, đ ng , nhôm…) ồ Ở ắ n p trên có một lỗ để ạ n p môi chất ( chấ ỏt l ng ) vào trong ống , sau đó có vít b t chặị t và hàn lại Ống nhiệt được chia làm 3 phần ( hình 2-1-a ) hoặc chỉ có 2 ph n ( hình 2ầ -1-b) Ở đây, ph n dưầ ới là ph n sôi ( ầ

nhận nhiệt cấp vào ví dụ ừ t khói nóng,…), ở ữa là phần đoạn nhiệt ( ở đây ốgi ng

được b c cách nhiọ ệt và không trao đổi nhiệt v i bên ngoài, phầớ n này có th ểkhông có ), ở trên là ph n ngưng t ( thải nhiệầ ụ t Q cho ngu n có nhiồ ệ ộ ất đ th p hơn

ví dụ cho không khí, …) M t ngoài ốặ ng nhi t có th không làm cánh ( ví d khi ệ ể ụtiếp xúc với chất lỏng có hệ ố ỏ s t a nhiệt đ i lưu lố ớn ) hoặc có làm cánh ( khi tiếp xúc với chất khí như khói hay không khí có hệ ố ỏ s t a nhiệ ốt đ i lưu nh ) ỏ

2.1.2 NGUYÊN LÝ HOẠ T Đ NG Ộ

i cKhi ống nhận nhiệt ( từ quá trình đốt cháy nhiên liệu , từ khói thả ủa các nhà máy , từ năng lư ng mặt trời, … ) ở phầợ n sôi hay phần cấp nhiệt của ống, chất lỏng bên trong ống ( như nư c, môi chất lớ ạnh, kim loại lỏng…) s sôi và tẽ ạo

ra hơi ở áp su t pấ 1 Hơi tạo ra sẽ chuyển đ ng lên phía trên là phần ngưng hay ộ

phần tỏa nhiệt của ống Tại đây hơi tỏa nhiệt cho môi trường có nhiệt dộ thấp hơn ( như không khí…) và ngưng tụ ạ l i thành chấ ỏt l ng ở áp su t pấ 2 Khi dòng hơi chuy n để ộng có tổn th t áp su t nên pấ ấ 1>p2, nhưng tổn th t áp su t này nhỏ ấ ấnên đa số các trư ng hợp ta coi pờ 1=p2=p là áp suất của hơi bão hòa trong ng ố

nhiệt Chất lỏng ngưng được tạo ra tại bề ặ m t trong ống ở ph n ngưng sẽầ ch y ả

v ề phần sôi ở phía dưới nhờ ực trọ l ng trư ng Như v y đi u kiệờ ậ ề n đ ống nhiệt ểtrọng trư ng có thờ ể hoạ ột đ ng được là phần c p nhi t ( ph n sôi ) phấ ệ ầ ả ặi đ t thấp hơn phần tỏa nhiệt ( phần ngưng ) để ạ t o ra lực trọng trường tác d ng tớụ i ch t ấ

lỏng ngưng quay v phần sôi ề

1, Chọn môi chất theo nhiệt độ làm việc của ống nhiệt

Nhiệ ột đ làm vi c c a ng nhi t đư c hi u là nhi t đ trung bình c a hơi ệ ủ ố ệ ợ ể ệ ộ ủtrong ống th Nhiệ ột đ trung bình c a hơi đư c tính gần đúng như sau: ủ ợ

t

h = 0,5 (tis + tin) 0,5 (tes + ten)

Ở đây :

tis - nhiệ ột đ trung bình bề ặt trong ống phần sôi ( m o C)

tin - nhiệ ột đ trung bình bề ặt trong ống phần ngưng ( m o C)

tes - nhiệ ột đ trung bình bề ặt ngoài phần sôi ( m o C)

ten - nhiệ ột đ trung bình bề ặt ngoài phần ngưng ( m o C)

Tùy theo nhiệ ột đ làm việc của ống nhiệt mà môi chất nạp có thể là những chất sau:

Trong khoảng nhiệ ột đ thấp là cỏc mụi chất lạnh như: RI2, R22, R111,~ NH3…

vTrong khoảng nhiệ ột đ ừa là nước, rư u, ợ

Trong khoảng nhiệ ột đ cao là kim loại lỏng như Hg, Na, K,

Bảng 2 1 chỉ ra cỏc mụi chất nạ- p đư c sử ụng trong ống nhiệt và khoảng ợ dnhiệ ộ ủt đ c a nú

Cũng cần phải lưu ý đ n khớa cạnh nhiệt của mụi chất nạế p, đú là khảnăng bị phõn hu c a mụi ch t nỷ ủ ấ ạp dưới tỏc d ng của nhiệụ t V i m t s mụi ch t ớ ộ ố ấ

nạp là chất hữu cơ c n phải duy trỡ nhiệ ộầ t đ của chỳng thấp hơn m t nhiệ ộộ t đ nào

đú để cho ch t hữấ u cơ đú khụng bị phõn hu thành cỏc thành ph n khỏc ỷ ầ

B nả g 2 Mụi chấ ạ.1 t n p c a ng nhi t và nhi t đ làm vi c ủ ố ệ ệ ộ ệ

Môi chất Nhiệt độ nóng

chảy ( 0C )

Nhiệt độ sôi ở p

= 1at ( 0C )

Khoảng nhiệt dộ làm việc ( 0C )

Ngoài tính chất nhiệt ta còn phải chú ý sự tác d ng tương h gi a môi ụ ỗ ữ

chất nạp và vật liệu làm ống nhiệt Tính chất này gọi là tính phù hợp củ ống a nhiệt.Khi ta chọn môi chất nạp không phù h p vợ ới việc chọn vách ng nhiố ệt, có nghĩa là ta đã t o điạ ều kiện cho môi chất n p tác d ng vớạ ụ i vách ng: mộố t m t ặlàm hỏng vách ng, m t khác tố ặ ạo ra các khí không ngưng tụ ạ t i phần ngưng c a ủ

ống, làm gi m kh năng truy n nhi t ả ả ề ệ

Đố ớ ối v i ng nhi t mao d n, n u g p ph i trư ng h p này thì các ph n ng ệ ẫ ế ặ ả ờ ợ ả ứgiữa môi chất nạp và vách ng s gây ra nh ng s n phố ẽ ữ ả ẩm phụ Những s n phả ẩm này sẽ chuyển v vùng sôi tề ụ ạ l i ở đó làm cho ở tr kháng th y lủ ực c a củ ấu trúc mao dẫn tăng lên, các l ỗ mao dẫn có nguy cơ b b t kín mị ị ột phần hay b t kín ịhoàn toàn

Tính phù hợp của ống nhiệt đã đư c nghiên cứu , kết quả ủợ c a chúng đư c trình ợbày ở ả b ng 2.2.

3, Chọn theo các yêu cầu khác của môi chất

a) Theo tính chất vật lý, hóa học của môi chất nạp

- Có hệ ố ứ s s c căng bề mặt lớn (đ i với ống nhiệt mao dẫn) ố

- Có góc dính ướt ( ) v i thành ng nhớ ố ỏ ố (đ i với ống nhiệt mao dẫn)

- Có nhiệt ẩn hoá hơi r lớn

- Có độ nhớt nhỏ

- Có hệ ố ẫn nhiệt s d cao

- Có khối lư ng riêng lợ ớn (đ i với ống nhiệt trọố ng trư ng).ờ

- Môi chất nếu là đơn ch t phải tinh khiết, phảấ i không đ c.ộ

b) Theo áp su t bão hòa cấ ủ a hơi trong ng ố

Một đi m cần chú ý là trong khoảng nhiệ ộể t đ làm việc, áp suất của hơi bão hoà tương ứng phải có giá tr nhỏ để ốị t c đ cộ ủa hơi không l n, tránh gây ra đớ ộ chênh nhiệt đ l n làm cản trở chuyển động ổn địộ ớ nh của nư c ngưng tr v ớ ở ềphần sôi trong trường hợp hai dòng hơi và chất lỏng chuyển đ ng ngưộ ợc chiều Tuy nhiên áp suất không đư c chọợ n quá bé, vì n u quá bé (nhế ỏ hơn áp suất khí quyển) thì dễ ị b không khí bên ngoài l t vào trong ng nhiọ ố ệt Mặt khác áp suất bão hoà không được quá l n đ tránh dùng ng nhiệt có vách dày ớ ể ố

2.2 TÍNH TOÁN ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG CÓ BỀ MẶT TRONG NHẴN

2.2.1 TRỞ KHÁNG THỦY LỰC

Để ống nhiệt trọng trường làm vi c bình thư ng, thì đ chênh áp suất do ệ ờ ộ

lực trọng trư ng gây ra phải lớờ n hơn t ng đ chênh lệch áp suất trong ống, nghĩa ổ ộ

là :

h 1

bởi giữa mặt phẳng nằm ngang và trục ống nhiệt)

2.2.2 CÔNG SUẤT NHI T C Ệ ỦA ỐNG NHIỆT

Công suất nhiệt của ống nhiệt bao gồm công suất nhiệt toàn bộ Q và công suất nhi t trong Qệ i và đư c tính như sau:ợ

1,Công suất nhiệt toàn bộ

Công suất nhiệt toàn bộ ủ c a ống nhiệt Q(W) đư c xác đ nh theo đ chênh ợ ị ộnhiệ ột đ toàn b ộ ∆t và tổng nhiệt trở R ( hình 2-2)

Q

w vn n h s vs z

w z

RRRRRRR

ttR

Δt

++++++

−

=

twtw

tz – Nhiệt đ trung bình của nguồộ n đ t nóng (khói …) khi chuyển động qua ố

phần sôi của ống (0C),

tw – Nhiệ ột đ trung bình của nguồn làm mát ( không khí …) khi chuyển đ ng ộqua phần ngưng c a ốủ ng (0C),

Rz – Nhiệt trở ủa nguồ c n đ t nóng với vách ngoài của ống ở phần sôi (K/W),ố

Rw – Nhiệt trở ủa nguồn làm mát với vách ngoài của ống ở phần ngưng (K/W), c

Rvs – Nhiệt trở ẫn nhiệt qua vách ống phần sôi (K/W), d

Rvn – Nhiệt trở ẫn nhiệ qua vách ống phần ngưng (K/W), d t

Rs – Nhiệt trở chất lỏng sôi trong ống phần sôi(K/W),

Rn – Nhiệt trở hơi ngưng tụ trong ống phần ngưng (K/W),

Rh – Nhiệt trở hơi chuyển đ ng từ phầộ n sôi đ n phần ngưng (K/W),ế

Ri - Tổng nhiệt trở trong

Ri = Rs + Rn +Rh (2-5) c

Nhiệt trở ủa từng bộ phận đư c xác đ nh bằng các biểu thức :ợ ị

Rz =

es

z F α

Rw =

en

w.Fα

1

Rvs =

.λL 2

)/dln(d

s

i e

Rvn =

.λL 2

)/dln(d

n

i e

Rs =

is

s.Fα

1

-Rh =

i h

h.n h.s h

.r.Qρ

)P(P

(2 12)

-ở đây :

z

α - H s tệ ố ỏa nhiệt giữa chất lỏng (khí) nóng và bề ặt ngoài của ống m

ở ph n sôi, (W/mầ 2.K),

α - H s tệ ố ỏa nhiệt khi sôi và ngưng trong ống, (W/m2.K),

Fen - Diện tích mặt ngoài ống phần ngưng (m2),

Fis - Diện tích mặt trong ống phần sôi (m2),

Fin - Diện tích mặt trong ống phần ngưng (m2),

de, di - Đường kính ngoài và đư ng kính trong cờ ủa ống (m),

Ls - Chiều dài ống phần sôi (m),

λ - H s dệ ố ẫn nhiệt của vách ống (W/m.K),

Ph,s - Áp suất hơi trong phần sôi của ống (N/m 2),

Ph,n - Áp suất hơi trong ph n ngưng c a ống (ầ ủ N/m 2),

Th - Nhiệ ột đ trung bình của hơi trong ống (K),

h

ρ - Khối lư ng riêng của hơi (ợ kg/m 3 ),

r - Nhiệt hóa hơi c a môi chất nạp (J/kg),ủ

Qi - Công suất nhiệt bên trong c a ng nhi t (W) ủ ố ệ

Qi =

h n s

in is i

i

R R R

t t R

Δt

+ +

−

-tis - Nhiệ ột đ trung bình của bề ặt trong ống phần sôi ( m 0C),

tin - Nhiệ ột đ trung bình của bề ặt trong ống phần ngưng ( m 0C),

ở đây là làm sao xác định đư c các hệ ố ỏa nhiệt ợ s t αs, αn Có nhi u công trình ề[6], [7], [8] nghiên c u vứ ấn đ ề này, phần lớn các công trình tính riêng lẻ từng trường h p và đưa k t quảợ ế dư i dạớ ng các công th c th c nghi m đ xác đ nh ứ ự ệ ể ịchúng Tuy nhiên áp d ng các công thụ ức này đ ểtính toán g p nhiặ ều khó khăn

Để đơn giản cho việc tính toán trong ngành nhiệt với sai số có thể chấp nhận được, theo [1] đã đưa ra giả thi t sau : ế

n

-ở đây ϕ - là hệ ố đượ s c xác đ nh bằng thực nghiệm Kết quả thực nghiệm [1] cho ị

thấy, vớ ống nhiệt tri ọng trư ng có b mờ ề ặt nhẵn bên trong, đặt thẳng đ ng ở ứlượng n p t i ưu thì : ạ ố

ϕ=0,44 với nư c, ớ

ϕ= 1 với C2H5OH và CH3OH

h s tTheo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả ệ ố ỏa nhiệt khi ngưng αn có thể tính theo công thức ngưng trên vách đứng của Nusselt αn =αN

2) Công su t nhiấ ệt trong

Công suất nhiệt trong, theo [1], [2], [6] được xác định như sau: từ (2-5) với ống nhiệt trọng trường có nhi t đ th p và nhi t đ v a ph i, ng không quá ệ ộ ấ ệ ộ ừ ả ốdài (chi u dài ng L< 6m) thì Rề ố h rất nhỏ so với hai thành phần còn lại, nên ta có thể coi Rh ≈0 và t ng nhiổ ệt trở trong ch còn lỉ ại :

in is

n i n s i s

in is

.L.d.α

1.L

.d α1

tt.L

.d.α

1.L

.d.α

1

tt

ππ

ϕπ

−

=+

−

Biến đ i ta có : ổ

)/L(LL .L

.d

n s

n s i

-Với giả thiết như đã nói α n = α N, ta có :

4

n in h

2 3 N

n

)Lt.(t4

.r.g.ρλ3

4α

ρ - Khối lư ng riêng của chất lỏng ngưng (kg/mợ 3),

r - Nhiệt ẩn hóa hơi ( hay ngưng t ) (J/kg), ụ

μ - Độ nhớ ột đ ng ực ọc của chất lỏng ngưng (Ns/ml h 2),

th - Nhiệ ột đ của hơi trong ng (ố 0C),

tin - Nhiệ ột đ vách ống bên trong phần ngưng (0C),

Các đại lư ng v t lý trên có th ợ ậ ểxác định t nhi t đ c a hơi trong ng nhi t từ ệ ộ ủ ố ệ h

Mặt khác theo công thức Newton ta có :

Q

-Thay vào (2 18) và bi- ến đ i ta đư c : ổ ợ