TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
Năng lượng hiện đang được công nhận là yếu tố quan trọng nhất trong mọi thứ, từ công nghiệp và nông nghiệp đến thương mại và dịch vụ Tuy nhiên, bên cạnh sự phát triển vượt bậc của công nghiệp, việc sử dụng các nguồn năng lượng cũng đã dẫn đến những phát thải gây ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường Việc giải quyết các tác hại của các nguồn năng lượng đã, đang và sẽ ngày được chú tâm hơn Các hệ thống cần được giải quyết và tăng khả năng tiết kiệm năng lượng bao gồm hệ thống lạnh công nghiệp và dân dụng Các môi chất lạnh trong ngành công nghiệp điện lạnh, hệ thống nhiệt hay mạng nhiệt ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường Hiện nay, hầu hết các môi chất lạnh thông dụng như CFC, HFC hay HCFC đều là những môi chất có tác động không nhỏ đến sự ấm lên toàn cầu và sự suy giảm tầng Ozone Với nhu cầu cấp thiết này, môi chất có nguồn cung cấp dồi dào trong tự nhiên nên được chú trọng là môi chất CO2 hay còn gọi R744 với khả năng tái sử dụng cao Các nhà khoa học đã nghiên cứu chỉ ra đây là một môi chất có tiềm năng, góp phần giảm thiểu sự tác động đến môi trường, mang chỉ số ODP = 0 và GWP = 1 lý tưởng cho thấy CO2 là một môi chất lạnh có xu hướng thay thế các môi chất lạnh cũ trong tương lai
Nhằm hạn chế sự ảnh hưởng đến môi tường toàn cầu, tìm ra một môi chất với xu hướng xanh bền vững, tuy ngành công nghệ nhiệt điện lạnh nước ta còn khá phụ thuộc nhiều vào các công nghệ nước ngoài và còn non yếu, lạc hậu, song nhận thấy tình hình cấp thiết của việc nghiên cứu, đẩy mạnh cũng như đi tắt để bắt kịp thế giới, các nhóm sinh viên trong nước đã bắt tay vào hành trình nghiên cứu chế tạo ra các hệ thống lạnh ứng dụng môi chất lạnh CO2 với phương pháp giải nhiệt khác nhau, đặc biệt là thiết bị giải nhiệt bằng nước Nên nhóm tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu so sánh thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống và thiết bị ngưng tụ kiểu ngập sử dụng trong hệ thống lạnh
CO2” với mục đích tìm ra phương pháp giải nhiệt tối ưu tối hơn
Với đề tài này, nhóm báo cáo về phương pháp tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán và so sánh giữa hai thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống và thiết bị ngưng tụ kiểu ngập trong nước về tính toán lý thuyết cũng như thực nghiệm dựa trên các số liệu thực tế nhằm đưa ra kết luận, đánh giá về hai mô hình nêu trên.
Tình hình nghiên cứu
Trong khoảng thời gian gần đây, nhận thấy sự tiềm năng của môi chất lạnh CO2 có tiềm năng trở thành xu hướng mới cho các hệ thống lạnh trong khoảng thời gian tới trên toàn thế giới Tuy vậy, có khá ít các nghiên cứu về CO2 cho đến thời điểm hiện tại trong nước ta
PSG TS Đặng Thành Trung cùng cộng sự [1] từng tiến hành tìm hiểu thực nghiệm của quá trình tiết lưu (giản nở) cho hệ thống điều hòa không khí sử dụng môi chất lạnh CO2, qua quá trình nghiên cứu nhận thấy máy nén truyền thống thường dùng cho các môi chất phổ biến có chỉ số COP rất thấp (khoảng 0,5) nên không phù hợp với môi chất có áp suất cao như CO2 mà chỉ có máy nén khí CO2 mới đáp ứng được vì có COP cao khoảng 3,07 khá tương thích với các hệ thống điều hòa không khí hiện tại
Tương tự như nghiên cứu trước, PGS TS Đặng Thành Trung cùng cộng sự [2] tiến hành thí nghiệm quá trình quá lạnh cho hệ thống điều lạnh ứng dụng môi chất
CO2 trên thiết bị bay hơi kênh mini Nhận thấy kết quả thu được khi không có quá lạnh sẽ kém hơn khi có thêm chu trình quá lạnh Khi không quá lạnh, kết quả COP nhận được trong trường hợp này chỉ khoảng 1,59 (thấp hơn các hệ thống sử dụng các môi chất lạnh thông dụng thông thường), bên cạnh đó sau khi có thêm chu trình quá lạnh nhận thấy COP của hệ thống tăng lên đến gần khoảng 4,97 khi hoạt động tại áp suất là 77 bar và nhiệt độ bay hơi là 15 o C Từ đó gợi ý rằng hệ thống điều hòa không khí sử dụng môi chất lạnh CO2 nên được vận hành ở dải áp suất từ 74 ÷ 77bar và nhiệt độ bay hơi từ 10 ÷ 15°C để đảm bảo hoạt động hiệu quả và đạt hiệu suất cao hơn, tối ưu hơn
TS Đoàn Minh Hùng và cộng sự [3] đã thực hiện thí nghiệm một mô phỏng số và thực nghiệm về đặc tính truyền nhiệt cho quá trình ngưng tụ trong thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro Kết quả nhận được cho thấy khi tăng lưu lượng hơi thì độ giảm áp suất tăng, khi giảm lưu lượng hơi thì độ giảm áp suất giảm và độ giảm áp suất giảm khi giảm lưu lượng nước giải nhiệt (về mặt cụ thể, mức giảm này đạt giá trị tối đa là 10 kPa khi làm mát 1g/s)
Trong những năm gần đây, ứng dụng của môi chất lạnh R744 (CO2) ngày càng phổ biến nhiều trong các hệ thống lạnh Sau đây là các kết quả thu thập và phân tích có liên quan đã được công bố rộng rãi trên toàn thế giới trong khoảng thời gian vừa qua Trong nghiên cứu của Lorentzen [4] đã kiểm tra các chu trình khác nhau với CO2 và đưa ra kết luận rằng CO2 là một chất lỏng làm việc đầy hứa hẹn vì có khả năng dẫn nhiệt vượt trội, và các thiết bị của hệ thống có thể nhỏ gọn hơn (máy nén, đường ống,…) điều này là quan trọng cho tính bền vững của hệ thống
Brown cùng cộng sự [5] đã so sánh chu trình CO2 với chu trình R134a thông dụng, họ sử dụng các mô hình chi tiết cho bộ trao đổi nhiệt và máy nén cho cả hai loại chất lỏng làm việc, tuy nhiên cuối cùng đã tuyên bố rằng hệ thống CO2 có hiệu suất thấp hơn so với hệ thống lạnh thông thường dù CO2 được xem là một môi chất lạnh tiềm năng Zhang cùng cộng sự [6] nhận thấy hiệu suất của hệ thống làm lạnh chuyển đổi
CO2, đòi hỏi phải cải tiến hơn nữa để tiết kiệm năng lượng, nên thực hiện đánh giá lý thuyết về hiệu suất của bộ trao đổi nhiệt bên trong (IHE) trong chu trình làm lạnh xuyên
CO2 từ sự giãn nở đầu phun dựa trên định luật nhiệt động học thứ nhất Các tham số nhận thấy có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống trong quá trình nghiên cứu đã được nêu ra như việc bổ sung IHE trong chu trình làm lạnh khí thải CO2 làm tăng tỷ lệ cuốn theo khí thải và hiệu suất phun, đồng thời giảm khả năng hồi phục áp suất dưới cùng áp suất của bộ làm mát khí giống hệt nhau trong quá trình giãn nở đầu ra CO2 xuyên tới hạn
Chu trình CO2 nhìn chung đã được khảo sát, được thử nghiệm nhiều trường hợp về mặt lý thuyết và thực tế Tuy nhiên, về quá trình chuyển đổi giữa các chu trình CO2 cận tới hạn và xuyên tới hạn vẫn chưa có nhiều đề tài nghiên cứu sâu Sánchez cùng cộng sự [7] đã tiến hành đánh giá năng lượng của nhà máy lạnh CO2 được thiết kế cho điều kiện siêu tới hạn mà khả năng hoạt động ở điều kiện cận tới hạn (trong mùa đông hoặc mùa thu, nhiệt độ loại bỏ nhiệt có thể giảm xuống dưới nhiệt độ tới hạn trong thời gian dài) Từ đó thu được kết quả có sự sụt giảm của hệ số hiệu suất (COP) và giảm khả năng làm mát khi bộ trao đổi nhiệt được thiết kế như một bình ngưng Để cải thiện thông số thu được, biện pháp sử dụng biến tần được đề xuất để giảm khối lượng của môi chất lạnh nhằm nâng cao hiệu quả nhiệt của bộ làm mát khí (hoặc bộ ngưng tụ) Xét thấy, nếu thiết bị trao đổi nhiệt được thiết kế như một thiết bị ngưng tụ và cũng hoạt động như một thiết bị làm mát khí thì hiệu suất của thiết bị làm lạnh có thể được cải thiện trong cả điều kiện cận tới hạn và siêu tới hạn nhất định
Ngoài ra, mô phỏng số về khả năng truyền nhiệt của dòng chảy hai pha trong thiết bị ngưng tụ cũng được Mirzabeygi và Zhang [8] thực hiện nghiên cứu Thông lượng nhiệt trung bình trên các ống được tính toán và đối chiếu, so sánh với các nghiên cứu để xác định mô hình chảy rối có hiệu suất tốt nhất
Bên cạnh đó, Shao và Zhang [9] đã nghiên cứu quá trình biến đổi nhiệt động của chu trình sử dụng môi chất lạnh CO2 trong dãy từ dưới mức tới hạn đến mức siêu tới hạn Trong đề tài này, thông số về nhiệt động chính được quan tâm là nhiệt độ và áp suất, ở nhiệt dung riêng áp suất không đổi thì nhiệt độ là lớn nhất (nhiệt độ giả tới hạn) trong vùng siêu tới hạn, đây được xem là phần mở rộng của nhiệt độ bão hòa trong vùng cận tới hạn Do đó phương trình áp suất hơi thời điểm bấy giờ được mở rộng với dãy nhiệt độ trên Thêm vào đó, mối quan hệ giữa áp suất cao tối ưu của chu trình tới hạn và áp suất ngưng tụ của chu trình dưới tới hạn Chứng minh rằng kiến thức về chu kỳ cận tới hạn có thể được chuyển đổi một cách độc đáo để mô tả chu kỳ siêu tới hạn, cũng hữu ích trong việc tìm kiếm hướng chuyển đổi hoạt động theo mùa giữa các chu kỳ dưới tới hạn và trên tới hạn cho các hệ thống bơm nhiệt hoặc làm lạnh bằng CO2
Tương tự, Samer Sawalha cùng cộng sự [10] có tiến hành nghiên cứu về hiệu suất cho hệ thống làm lạnh HFC cho các siêu thị và so sánh với hệ thống thay thế là làm lạnh CO2 Dữ kiện ban đầu được lấy từ các phép đo tại hiện trường 3 siêu thị khác nhau ở Thụy Điển cho nhu cầu làm mát ở nhiệt độ thấp và trung bình COP được tính toán trong khoảng thời gian mỗi 5 phút, từ đó lọc và tính trung bình cho giá trị của hàng tháng Các hệ thống làm lạnh khác nhau được so sánh bằng cách xem xét các hệ số COP khác nhau so với nhiệt độ ngưng tụ Kết quả so sánh thu được từ kết quả đo lường hiện trường và lập mô hình lý thuyết cho thấy tổng COP của hệ thống lạnh CO2 là cao hơn (nhiệt độ ngoài trời ứng với điều kiện thấp hơn 24 o C) và nguồn năng lượng được sử dụng ít hơn khoảng 20% khi so sánh với hệ thống HFC điển hình Phần nào chứng minh rằng hệ thống làm lạnh tới hạn CO2 mới là phương pháp tiết kiệm, giảm thiểu sử dụng năng lượng cho các siêu thị cụ thể là tại Thụy Điển trong tương lai
Lata cùng cộng sự [11] nhận thấy bộ làm mát không khí là thành phần nhạy cảm nhất có thể tác động đến hiệu suất của hệ thống lạnh CO2 tại chu trình trên tới hạn (phải phụ thuộc vào điều kiện khí hậu) Nghiên cứu được thiết lập tại Ấn Độ, tại các cơ sở vận hành không giống nhau trên hệ thống làm lạnh sử dụng môi chất lạnh CO2 tại điểm làm việc trên tới hạn với bộ làm mát bằng bay hơi cải tiến được đề xuất và với bộ làm mát khí dạng ống Việc đưa ra kết quả để đánh giá và so sánh hiệu suất hằng năm của các hệ thống cho năm thành phố được chọn có điều kiện ban đầu khác nhau, điều kiện vận hành khác nhau (dưới tới hạn và trên tới hạn) được thực hiện trên chương trình MatLab Kết quả cho thấy ở các vùng có khí hậu nhiệt độ cao như Ấn Độ, hệ thống cần phải được vận hành theo chu trình trên tới hạn (do giá trị nhiệt độ tới hạn của CO2 thấp nên quá trình thải nhiệt diễn ra ở vùng siêu tới hạn mà không có hiện tượng ngưng tụ tại dàn lạnh khí) Đồng thời, có hai cách để tăng cao hiệu suất của toàn bộ hệ thống, một là sửa đổi hệ thống theo nhiều cấu hình khác nhau và hai là giảm nhiệt độ của môi chất làm lạnh tại đầu ra của bộ làm mát khí (tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường) cho thích hợp.
Mục tiêu đề tài
Ghi nhận số liệu thực nghiệm của hệ thống có thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống và thiết bị ngưng tụ kiểu ngập giải nhiệt bằng nước sử dụng môi chất CO2
Triển khai được các kết quả so sánh, nhận xét từ các số liệu đã thu thập được và kết luận về hiệu quả sử dụng năng lượng được đưa ra.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Chủ thể: thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống và thiết bị ngưng tụ kiểu ngập trong hệ thống lạnh, môi chất lạnh R744, nước giải nhiệt
Khách thể: những thông số nhiệt động cần thiết của chu trình cần thiết cho tính toán (áp suất, nhiệt độ, Enthalpy,…)
Sử dụng dữ kiện thu thập được từ những trang thiết bị sẵn có tại phòng thí nghiệm về truyền nhiệt của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM với hai kiểu thiết bị ngưng tụ khác nhau, một là kiểu ống lồng ống, hai là kiểu ngập được sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí dùng môi chất lạnh CO2 với cùng các dữ kiện đầu vào, tại năng suất lạnh 𝑄 𝑜 = 1000𝑊 và nhiệt độ môi trường 34,6 ℃ (TP Hồ Chí Minh).
Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Thông qua những dữ kiện được thu thập và phân tích từ các đề tài có liên quan trước đó, áp dụng các cơ sở lý thuyết:
‑ Dựa trên mô hình có sẵn tiến hành bổ sung một số thiết bị vào hệ thống giúp quá trình thu thập dữ liệu được dễ dàng và có độ chính xác hơn
‑ Tính toán lý thuyết cho hai kiểu TBNT được dùng trong hệ thống lạnh sử dụng môi chất CO2
‑ Chạy hệ thống, thu thập số liệu, tính toán, tiến hành xử lý số liệu từ các dữ kiện thực nghiệm thu được của hệ thống
‑ Phân tích các kết quả đã tính toán và đưa ra những đánh giá, so sánh về những sự chênh lệch và khác nhau giữa hai thiết bị
Phương pháp tổng quan: tổng kết các đề tài nghiên cứu, các bài báo khoa học có liên quan cả trong và ngoài nước, tìm ra các tồn đọng còn lại trong các nghiên cứu trước, đưa ra mục tiêu thực hiện đề tài
Phương pháp tính toán: vận dụng dữ kiện tại điều kiện ban đầu với cùng thông số đầu vào để tính toán lý thuyết cho chu trình, tính toán theo thông số thực nghiệm, từ đó làm cơ sở so sánh cho hai mô hình
Phương pháp thực nghiệm: kế thừa hai hệ thống đã được lắp đặt sẵn từ các nhóm nghiên cứu trước, tiến hành khắc phục một số lỗi còn tồn đọng, sau đó chạy hệ thống, truy xuất số liệu thực tế và tính toán
Phương pháp phân tích dữ liệu: tính toán, đánh giá hiệu năng của hệ thống dựa trên các giá trị thực nghiệm thu được
Phương pháp so sánh: so sánh kết quả giữa số liệu lý thuyết và thực nghiệm.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lý thuyết về môi chất lạnh R744 (CO 2 )
Trong sơ đồ các môi chất lạnh thông dụng đã và đang được sử dụng trên thế giới (Hình 2.1) Ứng với sơ đồ các môi chất lạnh được chia thành hai nhóm chính, dựa vào thành phần cấu tạo: môi chất lạnh đơn chất (chỉ có một chất nhất định trong thành phần) và môi chất lạnh hỗn hợp (có hơn một đơn chất tạo thành trong thành phần) Có thể nhìn nhận theo những giai đoạn phát triển mà ngành công nghiệp nhiệt lạnh đã trãi qua, khá nhiều môi chất được sử dụng phổ biến Tuy nhiên, sự tác động trực tiếp đến môi trường ngày càng được chú trọng nên các môi chất nào có tính gây hại cao đều đã và đang được loại bỏ hoàn toàn, như các môi chất CFC và HCHC Còn lại đối với các môi chất như HFC, môi chất tự nhiên hay các môi chất hỗn hợp vẫn đang được sử dụng và nghiên cứu không ngừng về các loại môi chất để tối ưu hơn
Hình 2.1: Các môi chất lạnh phổ biến
Với sự khắc khe của các quy chuẩn, tiêu chuẩn về khí thải buộc các ngành công nghiệp quay trở về các nguồn khí tự nhiên ban đầu, điều này càng làm bật lên những ưu điểm của môi chất CO2 Nằm trong nhóm môi chất tự nhiên, xét về tác động đối với môi trường CO2 được xem là có tiềm năng làm nóng lên toàn cầu gần như bằng không so với các môi chất lạnh thông dụng trước đó Trong thực tế, điều khiến cho môi chất R744 (CO2) trở thành ứng viên nổi bật trong thế hệ môi chất tự nhiên ban đầu do tính hiệu quả cao cũng như tính chất thực tế của việc sử dụng nó khi so sánh với HC hay NH3 CO2 được tạo bởi quá trình hô hấp của động vật và quá trình lên men hữu cơ, đồng thời cũng là kết tinh của hiện tượng tự nhiên khác như hiện tượng núi lửa và các sản phẩm của quá trình đốt cháy Cơ bản, khí R744 là một loại khí trong suốt (ở điều kiện khí quyển), không có mùi đặc biệt, không độc, tuy nhiên có thể bị ngạt ở nồng độ từ 10% và nó tồn tại đồng thời ở thể lỏng và hơi Dựa vào sơ đồ chuyển pha (Hình 2.2) có thể xác định nhiệt độ tới hạn của
CO2 là 31,1℃, kết tinh thành đá khô tại áp suất 5,2 bar và nhiệt độ -56,6 o C ở điểm ba pha, tại trạng thái đá khô ứng với nhiệt độ làm lạnh là -78℃ Với áp suất tĩnh vào khoảng 70 bar nên nếu một hệ thống làm mát đáp ứng yêu cầu có áp suất cao của nó thì môi chất CO2 sẽ có tiềm năng thông dụng phổ biến hơn trong tương lai
Hình 2.2: Sơ đồ pha của môi chất lạnh CO 2
Mặc dù môi chất lạnh CO2 được xem xét trong nhiều thập kỷ qua trên toàn thế giới, tuy nhiên vẫn tạo ra sự dè dặt về việc áp dụng nó vào thực tế do đặc điểm làm việc của nó khác hoàn toàn so với các hệ thống sử dụng HFC truyền thống, mặc dù có khá nhiều bất cập đối với các nhà nghiên cứu giai đoạn đầu nhưng khi dần hiểu rõ những đặc điểm về áp suất, nhiệt độ của nó đã giúp dễ dàng hơn trong việc ứng dụng và chế tạo những thiết bị có tính phù hợp cho môi chất CO2
2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm của CO 2 Ưu điểm:
- Sẵn có khắp mọi nơi trong tự nhiên, không có sự hạn chế về nguồn cung cấp, giá thành rẻ và không yêu cầu tái chế
- Đạt yêu cầu về tính chất vật lý đối với một môi chất lạnh
- Khả năng làm việc tương thích với dầu bôi trơn tương đối tốt
- Ít gây ăn mòn với tất cả các loại vật liệu
- Có nguy cơ rò rỉ cao, các thiết bị sử dụng cho CO2 có giá thành khá cao
- Nguy hiểm khi vận hành, sử dụng
- Phải tiến hành kiểm định thiết bị thường xuyên, đảm bảo an toàn trong khi làm việc với áp lực cao.
Lý thuyết về thiết bị ngưng tụ
2.2.1 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
TBNT giải nhiệt nước kiểu ống lồng ống, được ứng dụng phổ biến ở các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí Gồm đoạn hai đoạn ống dài được lồng vào nhau, môi chất chuyển động bên trong ống nhỏ và nước chuyển động trong không gian ngoài giữa hai ống hoặc ngược lại Giữa môi chất và nước làm mát có quá trình trao đổi nhiệt rất lớn do sự chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ cao trong ống Hình ảnh minh họa cho thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống được thể hiện trong hình 2.3:
Hình 2.3: Cấu tạo thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
1 Đường hơi môi chất vào 4 Ống đồng
2 Đường nước giải nhiệt ra 5 Đường nước giải nhiệt vào
3 Ống nhựa 6 Đường lỏng môi chất ra
Môi chất di chuyển vào không gian bên trong ống đồng (1) Tại đây, lỏng cao áp được ngưng tụ từ môi chất trao đổi nhiệt với nước chuyển động cưỡng bức trong ống nhỏ, tiếp tục di chuyển xuống dưới theo đường số (6) đi ra ngoài Nước lạnh giải nhiệt được bơm vào đường ống lớn (5) bao ngoài ống đồng, nước chạy theo cuộn ống đi lên đường ra (2) và quay về quạt giải nhiệt nước Ưu điểm:
‑ Ít tiêu hao kim loại do mật độ dòng nhiệt lớn
‑ Phù hợp cho hệ thống lạnh có công suất trung bình và lớn
‑ Dễ dàng sửa chửa, tháo lắp, thay thế
‑ Nước làm mát không vệ sinh, khó vệ sinh bên trong ống
‑ Chế tạo, lắp đặt phức tạp, đắt tiền
‑ Chiếm không gian lắp đặt do thiết bị cồng kềnh
‑ Cần có hệ thống cấp nước giải nhiệt
2.2.2 Thiết bị ngưng tụ kiểu ngập
TBNT kiểu ngập – dạng dàn nhúng phía trong bể nước cũng được sử dụng trong các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí Gồm chùm ống môi chất được ngập trong bể nước giải nhiệt, khả năng trao đổi nhiệt giữa môi chất trong ống và chất lỏng làm lạnh được chuyển động cưỡng bức bên trong bể được tăng cao Hình ảnh minh họa cho thiết bị ngưng tụ kiểu ngập được thể hiện ở hình 2.4:
Hình 2.4: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ngập
‑ Dàn ống cho dòng môi chất di chuyển bên trong
‑ Bể chứa nước cho dàn ngập bên trong Ưu điểm:
‑ Hiệu quả giải nhiệt cao dối với giải nhiệt bằng nước
‑ Không phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường, hiệu quả trao đổi nhiệt ổn định
‑ Phù hợp không gian trong nhà, do chắc chắn, gọn gàng và tiết kiệm diện tích
‑ Dễ dàng vận hành, chế tạo, lắp đặt và vệ sinh, sữa chữa
‑ Không thích hợp với hệ thống lớn vì đường kính bình chứa sẽ quá lớn, phù hợp hệ thống vừa và nhỏ
‑ Sử dụng nước giải nhiệt nên cần lắp đặt thêm hệ thống bơm cấp nước
‑ Cần tạo không gian trống để có thể vệ sinh, sữa chữa
‑ Thường xuyên vệ sinh đường ống, chất lượng nguồn nước không đảm bảo.
Tính toán thiết bị theo thông số lý thuyết
2.3.1 Thông số làm tính toán đầu vào
Từ các đề tài về thiết kế hai kiểu thiết bị ngưng tụ làm mát trong hệ thống lạnh sử dụng môi chất CO2 của các nhóm trước, ta có thông số làm việc chung của hai thiết bị như sau: Địa điểm lắp đặt của thiết bị: Xưởng nhiệt trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Thiết bị có năng suất lạnh 𝑄 0 = 1000 𝑊
Nhiệt độ môi trường: 𝑡 𝑚𝑡 = 34,6 ℃ Độ ẩm: 𝜑 𝑁 = 55%
Nhiệt độ nhiệt kế ướt: 𝑡 ư = 26,8 ℃
Nhiệt độ nước giải nhiệt trung bình 27 ℃
Nhiệt độ sôi môi chất (nhiệt độ bay hơi) phụ thuộc vào nhiệt độ phòng và có thể tính như sau:
∆𝑡: Hiệu nhiệt độ yêu cầu (℃)
Vì CO2 hoạt động ở áp suất cao, để đảm bảo an toàn cho hệ thống hiệu nhiệt độ yêu cầu thích hợp là 10℃ − 20℃ Nên ta chọn ∆𝑡 0 = 15℃
Với 𝑡 0 = 10 ℃, tra bảng tính chất vật lý của hơi và lỏng bão hòa của CO2, ta được áp suất bay hơi 𝑝 0 = 45 bar
Vì dãy áp suất hoạt động của CO2 khá cao nên để đảm bảo an toàn cho hệ thống khi vận hành, nhóm sẽ chọn áp suất 𝑝 𝑘 = 70 bar
Với 𝑝 𝑘 = 70 bar, tra bảng tính chất vật lý của hơi và lỏng bão hòa của CO2, ta tra được nhiệt độ ngưng tụ 𝑡 𝑘 = 28,6 0 𝐶
Do có sự tổn thất nhiệt trên đường ống từ dàn lạnh đến đầu hút máy nén và đồng thời để tránh máy nén hút phải lỏng nên ta có độ quá nhiệt: ∆𝑡 𝑞𝑛 = 15 0 𝐶
2.3.2 Tính toán, thiết lập các thông số điểm nút của chu trình lý thuyết
Tỷ số nén được xác định như sau:
45 = 1,5 < 9 nên ta chọn sử dụng chu trình lạnh 1 cấp Đồ thị p – h cho chu trình một cấp sử dụng môi chất CO2 và thông số các điểm nút của chu trình được thể hiện ở hình 2.5 và bảng 2.1:
Hình 2.5: Đồ thị p – h của chu trình một cấp sử dụng môi chất CO 2
Bảng 2.1: Thông số điểm nút của chu trình lạnh CO 2 Điểm nút Áp suất Nhiệt độ Enthalpy Entropy Thể tích riêng
Bar ℃ kJ/kg kJ/kg.K m 3 /kg
Từ bảng thông số điểm nút của chu trình, ta có:
𝑞 𝑘 = ℎ 2 – ℎ 3 = 470,27 − 295,43 = 174,84 𝑘𝐽/𝑘𝑔 Lưu lượng môi chất tuần hoàn qua hệ thống:
Hệ số lạnh của chu trình:
𝑙 = 135 18,86= 7,2 Công nén hữu ích của máy nén:
Công nén tiêu thụ của máy nén:
0.95×0.9 = 318,5 Trong đó: η td – Hiệu suất truyền động của khớp, đai, η td = 0,95 η el – Hiệu suất động cơ, η el = 0,8 ÷ 0,95 Đối với động cơ thực tế thường có công suất dự trữ từ 15 ÷ 20% so với công suất động cơ, nên ta có công suất của máy nén là 382,2 𝑊
2.3.3 Tính toán trao đổi nhiệt của hai thiết bị theo chu trình lý thuyết
2.3.3.1 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống a Lưu lượng nước giải nhiệt
Theo tài liệu [12] trang 282, ta có:
Nhiệt độ nước giải nhiệt vào 𝑡 𝑛ướ𝑐 𝑣à𝑜 = 27 0 𝐶 và nhiệt độ nước giải nhiệt ra
𝑡 𝑛ướ𝑐 𝑟𝑎 = 38 0 𝐶, tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa [13] theo nhiệt độ, ta có:
Lưu lượng nước giải nhiệt:
𝑑 𝐶𝑂2 = 1,21 < 1,4 do đó ta có thể sử dụng công thức tính hệ số truyền nhiệt k cho vách phẳng để tính cho vách trụ như sau:
𝛼 𝐶𝑂2 : Hệ số tỏa nhiệt của môi chất CO2.
𝛼 𝑛ướ𝑐 : Hệ số tỏa nhiệt nước
𝛿: Độ dày của vật liệu, 𝛿 = 0,41 mm
𝜆: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, 𝜆 (đồng) = 394 W/m.K
Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng của CO 2
𝑟: Nhiệt ẩn hóa hơi, (kJ/kg) ρ: Khối lượng riêng của màng chất lỏng, (kg/m 3 ) λ: Hệ số dẫn nhiệt của màng chất lỏng, (W/m.K) μ: Độ nhớt động lực học của màng chất lỏng, (Pa.s) υ: Độ nhớt động lực học của màng chất lỏng, (m 2 /s) t s : Nhiệt độ hơi bão hòa khi ngưng, t s = t k = 28,6 o C t w : Nhiệt độ bề mặt vách ngưng : 𝑡 𝑤 = 28,6 𝑜 𝐶
Từ bảng Refrigerant 744 (Carbon Dioxide) Properties of Saturated Liquid and Saturated Vapor hình 5.1 với 𝑡 𝑚 = 28,6 𝑜 𝐶 tra được:
𝜌 = 642,35 kg/m 3 : khối lượng riêng của màng chất lỏng
𝜆 = 83,55 ×10 -3 W/m.K : hệ số dẫn nhiệt của màng chất lỏng
𝜇 = 48,9 ×10 -6 Pa.s : độ nhớt động lực học của màng chất lỏng
642,35 = 7,6 × 10 − 8 𝑚 2 /𝑠 : độ nhớt động lực học của màng chất lỏng
Ta chọn: 𝑔 = 9,81 𝑚/𝑠 2 : gia tốc trọng trường
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước
Với 𝑡 𝑛ướ𝑐 𝑣à𝑜 = 27 0 𝐶 và 𝑡 𝑛ướ𝑐 𝑟𝑎 = 38 0 𝐶, ta có:
Từ bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa, tài liệu [13] trang 520 Với
Tốc độ nước giải nhiệt là:
Theo tài liệu [16] ta có hệ số tỏa nhiệt của nước:
Vậy hệ số truyền nhiệt của dàn ngưng kiểu ống lồng ống là:
Diện tích trao đổi nhiệt
Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị được xác định theo công thức tài liệu [12] trang 260 – 261:
F: Diện tích trao đổi nhiệt dàn ngưng, (𝑚 2 )
𝑄 𝑘 : Công suất nhiệt của chu trình
∆𝑡 𝑡𝑏 : Độ chêch lệch nhiệt độ trung bình logarit Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit
Theo bảng thông số 2.1 , ta có độ chênh nhiệt độ của môi chất lạnh CO2 và nhiệt độ nước vào 𝑡 𝑛ướ𝑐 𝑣à𝑜 = 27 𝑜 𝐶, nhiệt độ nước ra 𝑡 𝑛ướ𝑐 𝑟𝑎 = 38 𝑜 𝐶, ra thiết bị bộ trao đổi nhiệt ống lồng ống được thể hiện ở hình 2.6:
Hình 2.6: Độ chênh nhiệt độ trung bình giữa nước giải nhiệt và môi chất CO 2
Vậy diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn ngưng kiểu ống lồng ống:
Kiểm tra thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống
Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống nên ta chọn kích thước ống đồng trong và ống đồng ngoài cụ thể:
Với bán kính 1 vòng xoắn là 15 cm, độ dài một vòng xoắn là: l = 𝜋𝑅𝑛 °
R: bán kính cong của vòng xoắn, m n ° : góc của cung tròn, °
Tổng số vòng xoắn của TBNT ống lồng ống:
𝜋×0,00476×1×0,9 = 26 vòng Trong đó: n: số vòng xoắn (chọn n = 1) l: độ dài một vòng xoắn, (m)
⇒ Vậy tổng số vòng xoắn cho TBNT ống lồng ống là 18 vòng
Tổng chiều dài ống xoắn là:
𝐿 = 𝑁 × 2𝜋 × 𝑅 = 26 × 2𝜋 × 0,15 = 24 𝑚 Chiều cao cuộn ống lồng ống là:
ℎ = 𝑁 × 𝑡 = 26 × 0,012 = 0,3 𝑚 Với t: bước ống xoắn, m Vì ống được uốn sát nhau nên chọn bước ống xoắn bằng đường kính ngoài ống nhựa
Bơm của thiết bị ngưng tụ
Ta có đường ống dẫn nước xoắn 25 vòng mỗi vòng có đường kính 0,08 m với độ cao 0,3 m và đầu vào của ống dẫn nước là co 90 o Theo công thức tài liệu [15] trang 341:
H 2 : Cột áp phun tại đầu ra ( Do TBNT không cần đầu phun nên 𝐻 2 = 0)
H 3 : Tổn thất trên đường ống
∆𝑃 𝑚𝑠 : Tổn thất ma sát đường ống
∆𝑃 𝑐𝑏 : Tổn thất áp suất cục bộ
2 Trong đó: l: Chiều dài đoạn ống, 𝑙 = 12,5 𝑚
𝜌: Khối lượng riêng của nước, 𝜌 = 995,35 𝑘𝑔/𝑚 3
𝜔: Tốc độ nước, 𝜔 = 0,9 𝑚/𝑠 d: Đường kính trong của ống, 𝑑 = 0,008 − 0,00476 = 0,00324 𝑚
𝜉: Hệ số trở kháng cục bộ, nước từ bơm vào đường ống đi qua co 90 𝑜 nên
𝜆: Hệ số trở kháng ma sát
𝛾: Độ nhớt động học của nước, 𝛾 = 0,87 𝑚 2 /𝑠
Tổn thất ma sát đường ống:
Tổn thất áp suất cục bộ
Ta có tổng cột áp: 𝐻 = 𝐻 1 + 𝐻 2 + 𝐻 3 = 0,3 + 0 + 9,1 = 9,4 𝑚
Chọn bơm: FW7000 ghép với bơm Lifetech AP5400 dự trù cho đoạn ống quấn
Thông số kỹ thuật Bơm FW7000 Bơm Lifetech AP5400
Công suất: 105 W Công suất: 150 W Đẩy cao: 5 m Đẩy cao tối đa: 4,5 m
Lưu lượng: 5000 l/h Lưu lượng tối đa: 3900 l/h
Hệ thống thực tế sử dụng hai bom ghép, lưu lượng nước bơm đi tuần hoàn trong ống lồng ống và trở về bể bơm với lưu lượng 𝐺 = 0,03 𝑘𝑔/𝑠
Sơ đồ của hệ thống lạnh khi sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống được thể hiện ở hình 2.7:
Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống lạnh sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
1 Máy nén 2 TBNT kiểu ống lồng ống
3 Van tiết lưu 4 Dàn lạnh
5 Quạt giải nhiệt nước 6 Bơm Chu trình hoạt động của hệ thống lạnh CO2 có thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống: Môi chất được nén (1) đến áp suất 70 bar nhiệt độ đạt đến 59,6 o C đi vào thiết bị ngưng tụ (2) gồm hai ống lồng vào nhau và được cuộn tròn lại Môi chất lạnh được chuyển động từ trên xuống dưới ở ống bên trong, nước được chuyển động ngược lại từ dưới lên ở phần không gian giữa các ống ( nước được bơm (6) lấy từ quạt giải nhiệt nước (5) để bơm vào cuộn ống) Nước có nhiệt độ thấp có nhiệm vụ vận chuyển lượng nhiệt hấp thụ được từ hơi môi chất có nhiệt độ cao đến quạt giải nhiệt nước (5) Tại đây hơi môi chất có nhiệt độ cao trao đổi nhiệt với nước chuyển động cưỡng bức, ngưng tụ lại thành lỏng cao áp, ra khỏi thiết bị ngưng tụ nhiệt độ đạt 28,6 o C sau đó đi đến van tiết lưu (3), tiết lưu xuống đến 9,9 o C và đưa vào dàn lạnh (4) Tại dàn lạnh, quạt gió thổi khí lạnh xung quanh ống đồng vào phòng, làm cho nhiệt độ trong phòng thấp hơn Môi chất ra khỏi dàn lạnh sẽ có nhiệt độ cao hơn và đi vào lại máy nén (1) tiếp tục chu trình của mình
Hình 2.8: Hình ảnh 3D mô hình thực nghiệm thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
Mô hình 3D cho thấy hệ thống (hình 2.8), thể hiện một cách trực quan hơn, hiển thị bố trí các thiết bị một cách hợp lý để có thể thực hiện tiết kiệm thời gian hơn
2.3.3.2 Thiết bị ngưng tụ kiểu ngập
0,00394= 1,21 < 1,4 Nên có thể dùng công thức tính hệ số truyền nhiệt k cho vách phẳng để tính cho vách trụ như sau:
𝛼 𝐶𝑂2 : Hệ số tỏa nhiệt của môi chất CO2
𝛼 𝐶𝑂2 : Hệ số tỏa nhiệt nước
𝛿: Độ dày của vật liệu, 𝛿 = 0,41(mm)
𝜆: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, 𝜆 (đồng) = 394 (W/m.K)
Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng của CO 2 :
Theo công thức tài liệu [13] trang 197:
1 4 t s : Nhiệt độ hơi bão hòa khi ngưng ứng với áp suất, t s = t k = 28,6 o C
𝑡 𝑤 : Nhiệt độ bề mặt vách ngưng 𝑡 𝑤 = 28,6 𝑜 𝐶
Từ bảng Refrigerant 744 (Carbon Dioxide) Properties of Saturated Liquid and Saturated Vapor hình 5.1 với 𝑡 𝑚 = 28,6 𝑜 𝐶 tra được:
Ta chọn: 𝑔 = 9,81 𝑚/𝑠 2 : gia tốc trọng trường
Từ các thông số đã tính trên ta có hệ số truyền nhiệt :
Diện tích trao đổi nhiệt
Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị được xác định theo công thức tài liệu [12] trang
F: Diện tích trao đổi nhiệt dàn ngưng, (𝑚 2 )
𝑄 𝑘 : Công suất nhiệt của chu trình
∆𝑡 𝑡𝑏 : Độ chêch lệch nhiệt độ trung bình logarit Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit
Theo bảng thông số 2.1 , ta có hình 2.9 biểu diễn độ chênh nhiệt độ của môi chất lạnh
CO2 và nhiệt độ nước 𝑡 𝑛ướ𝑐 = 27 𝑜 𝐶 ở thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ngập:
Hình 2.9: Độ chênh nhiệt độ trung bình giữa nước giải nhiệt và môi chất CO 2
Thông số diện tích truyền nhiệt gần với kết quả đồ án trước nên ta trích thông số đồ án tốt nghiệp nhóm trước: 𝑛 = 200 ố𝑛𝑔 gồm 8 tép ( đường kính 10mm ), mỗi tép 25 ( đường kính 4mm), tổng chiều dài ống với mỗi ống dài 30cm là:
Sơ đồ của hệ thống lạnh khi sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu ngập được thể hiện ở hình 2.10:
Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống lạnh sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu ngập
1 Máy nén 2 Bộ TBNT kiểu ngập và quạt giải nhiệt nước
3 Van tiết lưu 4 Dàn lạnh 5 Bơm
Chu trình hoạt động của hệ thống lạnh CO2 có thiết bị ngưng tụ kiểu ngập: Môi chất được nén (1) đến áp suất 70 bar nhiệt độ đạt đến 59,6 o C đi vào thiết bị ngưng tụ
(2) có dạng dàn nhúng phía trong bể nước, gồm chùm ống môi chất được ngập trong bể nước giải nhiệt Tại đây, hơi môi chất có nhiệt độ cao chuyển động bên trong ống, trao đổi nhiệt với nước chuyển động khuấy cưỡng bức bên ngoài dàn ống ngưng tụ thành lỏng cao áp, nước ngoài dàn ống môi chất có nhiệm vụ hấp thụ lượng nhiệt từ hơi môi chất có nhiệt độ cao sau đó sẽ được bơm (5) bơm tuần hoàn lên quạt giải nhiệt nước va chảy lại vào bể Môi chất ra khỏi thiết bị ngưng tụ nhiệt độ đạt 28,6 o C,nước sau đó đi đến thiết bị tiết lưu (3), tiết lưu xuống đến 9,9 o C và đưa vào dàn lạnh (4) Tại dàn lạnh, quạt gió thổi khí lạnh xung quanh ống đồng vào phòng, làm cho nhiệt độ trong phòng thấp hơn Môi chất ra khỏi dàn lạnh sẽ có nhiệt độ cao hơn và đi vào lại máy nén (1) tiếp tục chu trình của mình
Hình 2.11: Hình ảnh 3D mô hình thực nghiệm thiết bị ngưng tụ kiểu ngập
Mô hình 3D cho thấy hệ thống một cách trực quan hơn Hiển thị bố trí các thiết bị một cách hợp lý để có thể thực hiện tiết kiệm thời gian hơn.
THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM
Thiết bị hỗ trợ lấy thông số hệ thống
Bộ cảm biến lưu lượng và điều khiển dòng chảy, màn hình hiển thị lưu lượng môi chất được sử dụng trong thực tế thể hiện ở hình 3.1:
Hình 3.1: Bộ cảm biến lưu lượng và điều khiển dòng chảy
Thông số kỹ thuật cảm biến lưu lượng (Turbine flow meter)
‑ Nguyên lý làm việc: turbine
‑ Nhiệt độ môi chất và môi trường: -40 đến 80 độ C
‑ Áp suất làm việc: max 500bar
Thông số kỹ thuật điều khiển dòng chảy (Flow control indicator)
‑ Hiển thị: 2 dòng 9 màn hình số
‑ Nguồn đầu vào: AC 100-240V/DC12v
‑ Tín hiệu đầu ra: Đầu ra xung, đầu ra xung hiệu chuẩn, đầu ra 4 ~ 20mA
‑ Điều khiển: Ngõ ra rơ le (Cao, Thấp)
Bộ cảm biến áp suất và số hóa hiển thị tín hiệu áp suất, sử dụng trong thực tế thể hiện ở hình 3.2:
Hình 3.2: Bộ cảm biến áp suất và số hóa tính hiệu áp suất
Thông số kỹ thuật của bộ số hóa tín hiệu áp suất:
Bộ xử lý tín hiệu MX100 (hình 3.3) được sử dụng trong quá trình thu thập dữ liệu có khả năng truyền phát, ghi lại và hiển thị thông số trực tiếp trên màn hình PC mà không cần lập trình:
Hình 3.3: Bộ xử lý tính hiệu MX100
Thông số kỹ thuật bộ xử lý tính hiệu MX100:
‑ Hệ thống màn hình hiển thị: Thông qua phần mềm MX100 hoặc API
‑ Số lượng đầu ra rơle: 1 đến 60 điểm tùy thuộc vào số lượng mô-đun DO được gắn
‑ Số lượng kênh tính toán: 60 (Cũng có thể được đặt cho đầu vào giao tiếp trên MW)
Thiết bị đồng hồ đo áp suất và đồng hồ đo nhiệt độ khi lấy dữ liệu thực tế được thể hiện ở hình 3.4:
Hình 3.4: Đồng hồ áp suất và đồng hồ nhiệt độ
Thông số kỹ thuật của đồng hồ áp suất:
‑ Khoảng nhiệt độ làm việc: - 20ºC ~ 60ºC
Thông số kỹ thuật đồng hồ nhiệt độ:
‑ Phạm vi nhiệt độ đo: -50°C~+70°C (-58°F~+158°F)
Ampe kìm ứng dụng lấy thông số dòng điện và máy đo nhiệt độ 2 kênh nhằm lấy chính xác nhiệt độ khi vận hành của hệ thống được thể hiện ở hình 3.5:
Hình 3.5: Ampe kìm Hioki và máy đo nhiệt độ hai kênh EXTECH
Thông số ampe kìm Hioki:
‑ Điện áp tối đa: 0 - 600V, với 5 thang đo
‑ Dòng điện AC tối đa: 0 - 600A, 3 thang đo
Thông số kỹ thuật máy đo nhiệt độ hai kênh EXTECH:
Lắp đặt thiết bị
3.2.1 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
Hình ảnh thực tế của hệ thống lạnh có thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống được thể hiện ở hình 3.6:
Hình 3.6: Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
Lắp đặt thêm một số thiết bị trên hệ thống lạnh CO2 sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống hỗ trợ lấy số liệu một cách trực quan hơn để có thể so sánh 2 thiết bị một cách khách quan nhất
Hình 3.7 dưới đây là cảm biến đo lưu lượng môi chất được trang bị thêm cho hệ thống thực nhằm lấy chính xác thông số lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống khi vận hành:
Hình 3.7: Lắp đặt thiết bị cảm biến lưu lượng môi chất
Turbine Flow Meter là loại turbine đo thể tích chất lưu Roto quay với vận tốc tỉ lệ với lưu lượng lưu chất khi có lưu chất chảy vào
Tốc độ dòng chảy trong ống tỉ lệ thuận với tốc độ quay của bánh công tác, cho phép đo chính xác nhất tốc độ dòng chảy của chất lỏng hoặc khí Tốc độ truyền chất lỏng càng cao, lưỡi cánh quạt quay càng nhanh Nguyên tắc đo lường dựa trên việc tính toán số vòng quay của lần sau trong một khoảng thời gian nhất định Để quan sát trực quan tốc độ dòng chảy của chất lỏng, khí và hơi nước, chuyển động quay của các cánh turbine trong thiết bị được truyền đến trục chính bằng bộ giảm tốc, hoặc thanh được nối thêm với một chỉ báo bằng một mũi tên
Bầu cả biến và ống lấy tín hiệu áp suất được kết nối thêm cho hệ thống thực được thể hiện ở hình 3.8:
Hình 3.8: Kết nối ống lấy tính hiệu áp suất
Kết nối phía trước tiết lưu và sau tiết lưu để lấy áp suất truyền về cảm biết áp suất
Sự thay đổi áp suất được phát hiện nhờ vào các cảm biến rất nhỏ được chứa trong bầu cảm biển Lớp màng sẽ bị thay đổi theo chiều cảm ứng khi có sự tác động của một lực vào nó So sánh về thay đổi áp suất so với lúc ban đầu được diễn ra sau đó để biết được phần trăm biến dạng Tín hiệu được xử lý và xuất ra để giá trị áp suất là bao nhiêu nhờ sự thay đổi đó
Dây tín hiệu kết nối từ cảm biến áp suất đến màn hình để đưa ra thông số áp suất cụ thể theo đơn vị đo bar hoặc PSI
Hình ảnh thực tế của bộ nguồn và màn hình hiển thị thông số áp suất, lưu lượng thực tế của hệ thống có thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống được thể hiện ở hình 3.9:
Hình 3.9: Bộ nguồn và màn hình hiển thị thông số hệ thống ống lồng ống
1: Nguồn tổ ong 24V5A 2,3: Bộ số hoá tín hiệu áp suất
4: Thiết bị đo lưu lượng (Turbine flow meter)
Các thông số lưu lượng, áp suất trước tiết lưu và sau tiết lưu được hiển thị trên màn hình để người theo dõi có thể nắm bắt được tình hình máy chạy
3.2.2 Thiết bị ngưng tụ kiểu ngập
Hình ảnh mô hình thiết bị ngưng tụ kiểu ngập trong thực tế được thể hiện ở hình 3.10:
Hình 3.10: Thiết bị ngưng tụ kiểu ngập
Thiết bị ngưng tụ kiểu ngập: dàn ống trao đổi nhiệt được đặt ngập trong bồn nước để làm mát, nước sẽ được bơm khuấy chuyển động xung quanh đồng thời bơm còn lại sẽ bơm lên máng trên chảy xuống các tấm làm mát bằng gió và trở lại bồn nước
Hình ảnh về bộ cảm biến lưu lượng và bộ điều khiển dòng chảy ở TBNT kiểu ngập nhằm lấy chính xác lưu lượng chất lưu tuần hoàn trong hệ thống thực được thể hiện ở hình 3.11:
Hình 3.11: Bộ cảm biến lưu lượng và điều khiển dòng chảy ở TBNT kiểu ngập
Tương tự hệ thống ống lồng ống bộ cảm biến lưu lượng dùng để lấy lưu lượng dòng chảy
Hình ảnh bộ nguồn và màn hình các thông số của hệ thống thực nghiệm có thiết bị ngưng tụ kiểu ngập thông qua bộ điều khiển MX100 được thể hiện ở hình 3.12:
Hình 3.12: Bộ nguồn và màn hình hiển thị thông số hệ thống kiểu ngập
Các thông số lưu lượng, áp suất trước tiết lưu, sau tiết lưu và nhiệt độ hệ thống được hiển thị trên màn hình để người theo dõi có thể nắm bắt được tình hình máy chạy.
Đo đạt thông số hệ thống
Hình ảnh các thao tác khi lấy dữ liệu thực nghiệm từ hai hệ thống thực thế được thể hiện ở hình 3.13 và 3.14:
Hình 3.13: Lấy thông số thực nghiệm hệ thống ống lồng ống
Hình 3.13: Lấy thông số thực nghiệm hệ thống ống lồng ống
Hình 3.14: Lấy thông số thực nghiệm hệ thống kiểu ngập
Các thông số được lấy thực nghiệm trên hệ thống là:
‑ Lưu lượng: lưu lượng môi chất sau khi ngưng tụ đưa đến trước tiết lưu
‑ Áp suất : áp suất đầu đẩy, đầu hút, trước tiết lưu và sau tiết lưu
‑ Nhiệt độ: nhiệt độ của từng quá trình trong hệ thống thực hiện bao gồm cả nhiệt độ nước giải nhiệt
Thu thập các thông số trên đây để có thể dễ dàng tính toán và so sánh 2 hệ thống chạy thực nghiệm với nhau nhằm đưa ra thông số chính xác nhất.
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Thông số chung
Thông số môi trường: Địa điểm: xưởng nhiệt ĐH SPKT TP.HCM
Thông số ngoài trời: 32 O C Độ ẩm: 𝜑 = 55%
Nhiệt độ nhiệt kế ướt: 𝑡 ư = 24,6 𝑜 𝐶
Cho hệ thống chạy ở 𝑝 𝑘 = 70 𝑏𝑎𝑟 và 𝑝 0 = 45 𝑏𝑎𝑟.
Tính toán chu trình hệ thống ống lồng ống
Đồ thị p – h và bảng thông số các điểm nút của trình thực nghiệm hệ thống ngưng tụ kiểu ống lồng ống được thể hiện tại hình 4.1 và bảng 4.1 dưới đây:
Hình 4.1: Đồ thị p-h của chu trình thực nghiệm
Bảng 4.1: Thông số điểm nút của chu trình thực nghiệm Điểm nút t p h s v o C bar kJ/kg kJ/kg.K m 3 /kg
Từ các thông số điểm nút của chu trình ta có:
Lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống thực nghiệm ta có:
Lưu lượng nước giải nhiệt tuần hoàn trong hệ thống thực nghiệm ta có:
𝐺 𝑛ướ𝑐 = 0,03 𝑘𝑔/𝑠 Tốc độ nước giải nhiệt:
Ta có thông số thực của hệ thống:
Bán kính một vòng xoắn là: 𝑅 = 14 𝑐𝑚 Độ dài một vòng xoắn là: 𝑙 = 88 𝑐𝑚
Tổng số vòng xoắn của TBNT ống lồng ống: N = 26 vòng
Suy ra, tổng chiều dài ống xoắn là:
𝐹 = 𝜋 × 𝑑 𝐶𝑂 2 × 𝑙 = 𝜋 × 0,00476 × 0,88 = 0,34 𝑚 2 Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit
Theo bảng thông số 4.1, ta có độ chênh nhiệt độ của môi chất lạnh CO2 và nhiệt độ nước vào 𝑡 𝑛ướ𝑐 𝑣à𝑜 = 27 𝑜 𝐶 , nhiệt độ nước ra 𝑡 𝑛ướ𝑐 𝑟𝑎 = 38 𝑜 𝐶,ra thiết bị bộ trao đổi nhiệt ống lồng ống được thể hiện ở hình 4.2:
Hình 4.2: Độ chênh nhiệt độ trung bình giữa nước giải nhiệt và môi chất CO 2
Tính toán thông số hệ thống kiểu ngập
Đồ thị p – h và bảng thông số các điểm nút của trình thực nghiệm hệ thống ngưng tụ kiểu ngập được thể hiện tại hình 4.3 và bảng 4.2 dưới đây:
Hình 4.3: Đồ thị log p-h của chu trình thực nghiệm
Bảng 4.2: Thông số điểm nút của chu trình thực nghiệm Điểm nút t p h s v o C bar kJ/kg kJ/kg.K m 3 /kg
Cách tính thông số của hệ thống kiểu ngập tương tự như cách tính của hệ thống kiểu ống lồng ống nên ta có các công thức tính toán tương tự nhau
Từ các thông số điểm nút của chu trình:
Lưu lượng môi chất CO2 tuần hoàn trong hệ thống:
𝑄 𝑘 = 𝐺 × 𝑞 𝑘 = 0,0068 × 185,6 = 1,26 𝑘𝑊 Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit:
Theo bảng thông số 4.2, ta có độ chênh nhiệt độ của môi chất lạnh CO2 và nhiệt độ nước 𝑡 𝑛ướ𝑐 = 27 𝑜 𝐶 , ở thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ngập được thể hiện ở hình 4.4 sau đây:
Hình 4.4: Độ chênh nhiệt độ trung bình giữa nước giải nhiệt và môi chất CO 2
Theo tài liệu [17] trang 37 ta có diện tích truyền nhiệt của hệ thống thực nghiệm là:
Ta có hệ số truyền nhiệt từ diện tích truyền nhiệt của hệ thống thực nghiệm:
Tính toán hệ thống theo tỉ lệ
Do hai hệ thống được vận hành với hai máy nén có thông số công suất tuy nhiên do hệ thống sử dụng thiết bị ngưng tụ ống lồng ống sử dụng loại máy nén cũ hơn nên khi hoạt động không đạt đủ yêu cầu về lưu lượng môi chất của hệ thống, nên ta có thể dùng phương pháp lập tỉ lệ để đưa về cùng thông số, sau đó tiến hành tính toán, so sánh về các mặt khác nhau giữa hai hệ thống
Ta có, tỉ lệ lưu lượng môi chất tuần hoàn của hai hệ thống thực:
0,0068≈ 0,7 Với cùng điều kiện thông số đầu vào, ta có áp suất đẩy 𝑝 𝑘 = 70 𝑏𝑎𝑟, áp suất hút
𝑝 0 = 45 𝑏𝑎𝑟 và nhiệt lượng nhận được ở quá trình bay hơi: 𝑞 0 = 128,8 𝑘𝐽/𝑘𝑔 là các thông số chung cần được bảo toàn, từ đó ta có năng suất lạnh theo tỉ lệ lưu lượng môi chất tuần hoàn là:
𝑄 𝑜 ′ = 𝐺 𝐶𝑂 2 𝑛𝑔ậ𝑝 × 𝑞 0 × 0,7 = 0,0068 × 128,81 × 0,7 = 0,61 𝑘𝑊 Để so sách hai hệ thống với nhau thông số lưu lượng phải được chạy tương đồng với nhau, vì vậy hạ lưu lượng môi chất ở hệ thống kiểu ngập theo tỉ lệ được tính ở trên tương đồng với hệ thống ống lồng ống, ta có lưu lượng:
Hình 4.5: Đồ thị biểu thị sự ảnh hưởng của lưu lượng đến nhiệt độ môi chất
Hệ thống chạy với lưu lượng tỉ lệ là 0,0047 kg/s so với lưu lượng lúc ban đầu là 0,0068 kg/s, theo thực tế hệ thống có thể thiếu lượng môi chất như lúc đầu dẫn đến máy nén hoạt động nhiều hơn và sẽ sản sinh nhiệt cao hơn dẫn đến nhiệt độ của môi chất ở đầu đẩy máy nén cao hơn lúc lưu lượng môi chất đủ như lúc bình thường nên ta có thông số điểm 2 sẽ cao hơn như hình 4.5 và bảng 4.4 sau đây:
Hình 4.6: Đồ thị p-h của chu trình thực nghiệm theo tỉ lệ Bảng 4.3: Thông số điểm nút của chu trình thực nghiệm theo tỉ lệ Điểm nút t p h s v o C bar kJ/kg kJ/kg.K m 3 /kg
𝑄 𝑘 ′ = 𝐺 ′ × 𝑞 𝑘 ′ = 0,0047 × 187,52 = 0,88 𝑘𝑊 Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit:
Nhiệt độ môi chất vào thiết bị ngưng tụ cao hơn vì lưu lượng hệ thống giảm so với ban đầu nên nhiệt độ của máy nén tăng lên dẫn đến nhiệt độ môi chất ở đầu đẩy cũng tăng theo, ta có đường biểu diễn độ chênh nhiệt độ của nước và môi chất CO2 thể hiện ở hình 4.6 như sau:
Hình 4.7: Độ chênh nhiệt độ trung bình giữa nước giải nhiệt và môi chất CO 2
Từ 𝐹 = 0,75 𝑚 2 , ta có hệ số truyền nhiệt:
Các thông số tính toán
Từ các thông số đã tính ở trên theo cơ sở lý thuyết và cơ sở thực nghiệm ta thu được các kết quả được thể hiện ở hiện ở các bảng 4.4 và 4.5 sau:
Bảng 4.4: Thông số tính toán hệ thống lạnh thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
𝐐 𝟎 𝐐 𝐤 𝛆 𝐆 𝒏ướ𝒄 𝐆 𝐂𝐎 𝟐 ∆𝐭 k F kW kW kg/s kg/s W/m 2 K m 2
Bảng 4.5: Thông số tính toán hệ thống lạnh thiết bị ngưng tụ kiểu ngập
Thông số 𝐐 𝐨 𝐐 𝐤 𝛆 𝐆 𝐂𝐎 𝟐 ∆𝐭 k kW kW kg/s W/m 2 K
Thông số thực lấy được của hai hệ thống dựa trên thông số tính toán lý thuyết, với các kết quả tính toán dựa trên thông số thực nghiệm lấy được nhỏ hơn so với thông số tính toán lý thuyết thì các thông số này có thể chấp nhận Các thông số tính toán dựa trên sự thay đổi nhiệt độ có thể lớn hơn lý thuyết nhưng vẫn có thể chấp nhận được Dựa trên các thông số lý thuyết và thực nghiệm có thể thấy ở hai bảng 4.4 và 4.5 trên
4.6 Đồ thị kết quả vận hành hai hệ thống
Ta có tổng hợp các thông số chạy thực nghiệm hai hệ thống lạnh sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống và thiết bị ngưng tụ kiểu ngập ở bảng 4.6 sau:
Bảng 4.6: Dữ liệu nhiệt độ trung bình các điểm của hai hệ thống
Hệ thống ống lồng ống 26 67 30,8 30,8 9,5 9,5 26 27 38
Từ các thông số của hai hệ thống chạy thực nghiệm được tổng hợp ở bảng trên, ta thể hiện chu trình hoạt động của hai hệ thống với nhau các thông số dưới dạng đồ thị hình 4.7 sau:
Hình 4.8: Biểu đồ nhiệt độ trung bình của chu trình hệ thống khi vận hành
Hệ thống ống lồng ống Hệ thống kiểu ngập
Từ các thông số nhiệt độ thực nghiệm lấy được khi vận hành hai hệ thống lạnh sử dụng môi chất CO2 ở cùng điều kiện, thu được các số liệu tổng hợp trung bình của cả quá trình ở hai hệ thống được ở bảng 4.7, qua đó thiết lập được biểu đồ nhiệt độ của chu trình hệ thống vận hành thực tế (hình 4.7) Từ biểu đồ trên, ta thấy đường biểu diễn nhiệt độ trung bình của hai hệ thống chênh nhau một khoảng khá nhỏ (0,2 ÷ 3 o C), cho thấy kết quả vận hành của hai hệ thống là gần như bằng nhau theo tỉ lệ Ở hai hệ thống có kiểu thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống và thiết bị ngưng tụ kiểu ngập, môi chất CO2 đều có nhiệt độ nước giải nhiệt thấp ở khoảng
27 o C nhận nhiệt và làm giảm nhiệt độ Trong quá trình vận hành, để đảm bảo yêu cầu về áp suất đầu hút (po) và áp suất đầu đẩy (pk) giữ ở mức ổn định, không được đột ngột tăng hay giảm quá mức cho phép cần tiến hành theo dõi sát sao trong suốt quá trình vận hành, trong trường hợp đó van tiết lưu tay sẽ được điều chỉnh để có thể ổn định được áp suất yêu cầu Khi áp suất đầu đẩy (pk) tăng, nhiệt độ tại đầu đẩy (tk) cũng sẽ tăng theo và nhiệt độ ngưng tụ cũng tăng, nhưng tại hai hệ thống ta thấy nhiệt độ sau khi ra khỏi dàn ngưng của môi chất đều tăng nhưng không cao là 30,8 o C đối với hệ thống ống lồng ống và 30,2 o C đối với hệ thống kiểu ngập Điều đó chứng minh thiết bị ngưng tụ cả hai hệ thống có hiệu suất trao đổi nhiệt khá ổn định theo thời gian, tuy nhiên hệ thống có thiết bị ngưng tụ kiểu ngập có hiệu suất trao đổi nhiệt tốt hơn 30,2 o C so với hệ thống có thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống là 30,5 o C
Bảng 4.7: Thông số nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ môi trường theo thời gian
Nhiệt độ nước giải nhiệt ( o C)
Nhiệt độ ngưng tụ TBNT kiểu ống lồng ống ( o C)
Nhiệt độ ngưng tụ TBNT kiểu ngập ( o C)
Hình 4.9: Biểu đồ biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến hai hệ thống theo thời gian
Nhiệt độ nước giải nhiệt Hệ thống ống lồng ống Hệ thống kiểu ngập
Từ bảng thông số nhiệt độ ngưng tụ của hai hệ thống thực nghiệm và nhiệt độ môi trường theo thời gian (bảng 4.7), ta thiết lập được biểu đồ biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ của hai hệ thống (hình 4.8) Sự tăng hay giảm nhiệt độ của nước chịu sự tác động từ nhiệt độ môi trường bên ngoài theo thời gian, nhiệt độ trong ngày có xu hướng tăng từ 9h đến 11h30 và giảm từ 15h đến 16h, nhiệt độ cao nhất trong ngày thường ở khoảng 13h30 – 14h (34.5 o C) Cả hai hệ thống sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống và thiết bị ngưng tụ kiểu ngập đều sử dụng nước để giải nhiệt cho môi chất CO2, từ đó có thể thấy nhiệt độ môi trường cũng là nhân tố tác động đến hiệu quả giải nhiệt của hai hệ thống Từ biểu đồ nhận thấy, theo thời gian thì sự dao động về nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống có thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống chịu sự tác động khá nhỏ và xu hướng tăng giảm cũng phụ thuộc nhiều vào sự dao động của nhiệt độ môi trường hơn so với hệ thống có thiết bị ngưng tụ kiểu ngập Giải thích cho kết quả này, theo cơ chế hoạt động của hệ thống có thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống, nước sẽ được bơm tuần hoàn từ bể bên ngoài (chịu sự ảnh hưởng không nhỏ) từ nhiệt độ môi trường) chảy qua giữa ống nhựa bao quanh bên ngoài ống dẫn môi chất bên trong để giải nhiệt cho môi chất, từ sự tuần hoàn nước nêu trên nên khi nhiệt độ môi trường bên ngoài có sự thay đổi cũng dẫn đến nhiệt độ ngưng tụ cũng có sự sự thay đổi theo tương tự như nhiệt độ môi trường, điển hình ta thấy trên biểu đồ nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống cũng có chiều hướng tăng từ 9h đến 11h30 và giảm từ 15h đến 16h, cao nhất vào 13h30 – 14h ( khoảng 31,9 o C) Còn lại đối với cơ chế hoạt động của hệ thống có thiết bị ngưng tụ kiểu ngập, nước được chứa trong bể ngập cả dàn ống và giải nhiệt xung quanh ống, nên nước giải nhiệt khi nhận càng nhiều nhiệt thì nhiệt độ nước càng tăng lên và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường khi có sự tổn thất và thông qua việc cấp thêm nước từ bên ngoài vào, từ biểu đồ trên, ta thấy nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống cũng chịu sự ảnh hưởng từ nhiệt độ môi trường nhưng khi nhiệt độ từ môi chất trao đổi nhiệt với nước làm nó càng nóng hơn dẫn đến khi hoạt động một khoảng thời gian càng lâu thì nhiệt độ ngưng tụ càng tăng khá cao từ 9h đến 11h30 và sẽ giảm đột ngột khi cấp thêm nước từ bên ngoài vào bể ( tại 12h) làm đột ngột thay đổi nhiệt độ nước bên trong, từ đó nhiệt độ ngưng tụ cũng giảm từ 30,2 o C xuống 30 o C và sau một khoảng thời gian hoạt động lại tiếp tục tăng Từ đó kết luận sự ổn định của thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có tính phụ thuộc vào sự dao động của nhiệt độ môi trường theo thời gian nhiều hơn thiết bị ngưng tụ kiểu ngập
Bảng 4.8: Thông số nhiệt độ nước giải nhiệt của hai hệ thống
Nhiệt độ nước giải nhiệt TBNT kiểu ngập
Nhiệt độ nước giải nhiệt đầu ra
TBNT kiểu ống lồng ống
Hình 4.10: Độ chênh nhiệt độ của nước sau giải nhiệt ở hai hệ thống
Từ bảng thông số nhiệt độ nước giải nhiệt ở thiết bị ngưng tụ kiểu ngập và nhiệt độ nước ra sau khi giải nhiệt ở thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống (bảng 4.8), biểu đồ thể hiện độ chênh nhiệt độ của nước sau khi giải nhiệt trong thực tế được thiết lập (hình 4.10) Từ biểu đồ dễ dàng nhận thấy nhiệt độ nước sau khi giải nhiệt của cả hai hệ thống thực theo thời gian có xu hướng gia tăng, tuy nhiên tăng không đáng kể Ta có, nhiệt độ nước giải nhiệt ban đầu của cả hai hệ thống đều là 27 o C, tuy nhiên nhiệt nước sau khi giải nhiệt của hệ thống có thiết bị ngưng tụ kiểu ngập (khoảng 27,1 o C
Nhiệt độ nước giải nhiệt TBNT kiểu ngậpNhiệt độ nước giải nhiệt đầu ra TBNT kiểu ống lồng ống đến 27,5 o C) thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ nước ra sau khi giải nhiệt của hệ thống ngưng tụ kiểu ống lồng ống (khoảng 37,8 đến 38,3 o C), có thể thấy rằng mức hao tổn lưu lượng nước dùng để giải nhiệt và nhiệt độ nước ra ở thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống nhiều hơn và cao hơn so với thiết bị ngưng tụ kiểu ngập, từ đó có thể thấy rằng thiết bị ngưng tụ kiểu ngập dòng nhiệt ổn định hơn và giải nhiệt tốt hơn với nhiệt độ được thể hiện ở bảng 4.8 và hình 4.10
Bảng 4.9: Hệ số làm lạnh và nhiệt độ môi trường theo thời gian
Thời gian (giờ) Nhiệt độ môi trường ( o C)
Hệ số làm lạnh kiểu ống lồng ống
Hệ số làm lạnh kiểu ngập ( o C)
Hình 4.11: Biểu đồ biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến hệ số làm lạnh
Thời gian ( giờ)COP TBNT kiểu ống lồng ống COP TBNT kiểu ngập Nhiệt độ môi trường
Theo các dữ liệu thực tế thu thập được tại hai mô hình thực nghiệm đặt tại TP.HCM có thông số trung bình trong ngày là độ ẩm 55% và nhiệt độ môi trường là 32 o C Kết quả hệ số làm lạnh của cả hai hệ thống được tính toán dựa vào số liệu thực tế thu thập được theo từng mốc thời gian cũng như sự ảnh hưởng nhiệt độ từ môi trường tác động trực tiếp đến không gian làm mát của hệ thống lạnh, cho thấy nhiệt độ tác động đến không gian làm lạnh của hệ thống rất lớn vì thế các hệ số làm lạnh thay đổi khá nhiều Tích hợp thông số từ bảng 4.7, 4.8 và bảng 4.9 cho thấy:
- Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống: sau khi môi chất qua dàn ngưng có nhiệt độ là 30,8 o C, sau đó môi chất với nhiệt độ này đi qua van tiết lưu, tiết lưu xuống nhiệt độ 9,5 o C và môi chất đi qua dàn bay hơi giải nhiệt cho không gian làm mát
- Thiết bị ngưng tụ kiểu ngập: sau khi môi chất qua dàn ngưng có nhiệt độ là 30,2 o C, sau đó môi chất với nhiệt độ này đi qua van tiết lưu, tiết lưu xuống nhiệt độ 8,8 o C và môi chất đi qua dàn bay hơi giải nhiệt cho không gian làm mát
Từ hai điều trên có thể thấy dãy nhiệt độ của quá trình hoạt động thiết bị ngưng tụ kiểu ngập thấp hơn thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
Qua đó cho thấy nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến không gian làm mát làm không gian gia tăng một lượng nhiệt độ không nhỏ
Từ các bảng thông số, đồ thị trên, xét về mặt nhiệt độ và chịu sự ảnh hưởng của môi trường đã cho thấy thệ thống lạnh sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu ngập hoạt động tốt hơn mặt dù bị giảm lượng lưu lượng xuống, còn hệ thống lạnh sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống hoạt động cũng khá tốt, tuy nhiên thông số nhiệt độ thu được chênh lệch với hệ thống ngưng tụ kiểu ngập một khoảng không lớn
Với các kết quả tính toán từ các thông số đo thực ta rút ra được hệ số truyền nhiệt qua một đơn vị diện tích:
Bảng 4.10: Thông số nhiệt độ thực nghiệm của hai hệ thống
Thông số Nhiệt độ nước vào ( o C)
Nhiệt độ môi chất đầu vào ( o C)
Nhiệt độ môi chất đầu ra ( o C)
TBNT kiểu ống lồng ống 27 67 30,8
Hình 4.12: Đồ thị biểu diễn nhiệt độ ngưng tụ của hai hệ thống
Thông số nhiệt độ thực nghiệm thu được từ việc vận hành hai hệ thống (bảng 4.10), ta thiết lập được đồ thị biểu diễn nhiệt độ trước và sau khi ngưng tụ của môi chất (hình 4.11), qua đồ thị ta nhận thấy rằng nhiệt độ môi chất vào ngưng tụ chênh
Nhiệt độ đầu vào Nhiệt độ đầu ra
TBNT kiểu ống lồng ống TBNT kiểu ngập Nhiệt độ nước vào lệch không nhỏ (1~1,5 o C) và sau khi ngưng tụ nhiệt độ môi chất ra chênh lệch không nhiều(0,~0,8 o C)
Bảng 4.11: Hệ số truyền nhiệt của hệ thống thực nghiệm
TBNT kiểu ống lồng ống 0,34 212