Nghiên cứu và mô phỏng số các yếu tố ảnh hưởng tới đặc tính dòng chảy trong kênh micro dạng lai

ĐẶNG HÙNG SƠN SVTH: NGUYỄN THỊ THÚY VÂN NGUYỄN ANH TRUNG TRIỆU NHẬT LINH Trang 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN CÔNG NGH

TỔNG QUAN

Giới thiệu về kênh tản nhiệt micro

Trong những năm gần đây, công nghệ micro/nano đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật như điện tử, vi sinh, kỹ thuật hóa học và nhà máy điện nguyên tử micro, Trong đó, kênh tản nhiệt micro là một trong những ứng dụng của công nghệ này bởi tính ưu việt là kích thước nhỏ và khả năng tản nhiệt rất tốt

Trong ngành công nghệ điện tử ngày nay được sử dụngđể thực hiện nhữngtác vụ với tốc độ cao hơn, chính vì thế mạch tích hợp tốc độ cao đã được phát triển nhằm giải quyết vấn đề này Những mạch tốc độ cao dự kiến sẽ tạo ra những luồng nhiệt sẽ làm mát mạch vượt quá nhiệt độ cài đặt của nó Để giải quyết nhu cầu này tản nhiệt vi kênh được phát triểnnăm 1981 bởi Tuckerman và Pease

Sự ra đời của các hệ thống sử dụng các mạch tích hợp tốc độ cao, mật độ cao, quy mô rất lớn (VLSI) có ý yêu cầu loại bỏ lượng nhiệt hiệu quả và có kích thước nhỏ gọn Đã có những gợi ý rằng các giới hạn vật lý của công nghệ tản nhiệt sẽ giới hạn mật độ công suất của các mảng của các mạch phẳng ở mức 20W/cm 2 hoặc hơn Trong bài viết này, chúng em chỉ ra rằng bằng cách nhân rộng công nghệ trao đổi nhiệt làm mát bằng chất lỏng đến kích thước hiển vi, mật độ công suất mạch lớn hơn 1000W/cm 2 là khả thi Để chứng minh những nguyên tắc này, chúng tôi đã chế tạo một bộ tản nhiệt làm mát bằng nước rất nhỏ gọn.

Ứng dụng

Tản nhiệt vi kênh là một phương pháp làm mát đầy hứa hẹn cho linh kiện vi điện tử, các thiết bị điện tử như laptop, máy tính,… các thiết bị có công suất lớn Hiệu suất tản nhiệt vượt trội của tản nhiệt vi kênh đã được chứng minh về nhiệt độ tối đa, tốc độ làm mát và khả năng chịu nhiệt Cấu hình nhiệt độ dọc theo kênh vi mô được trích xuất và thậm chí có thể phát hiện ra những nhiễu loạn nhiệt độ nhỏ Đỉnh nhiệt độ hình thành của nguồn nhiệt dịch chuyển theo hướng dòng chảy với tốc độ dòng chảy ngày càng tăng

1.2.1 Ứng dụng của tản nhiệt vi kênh trong các thiết bị vi điện tử

Một trong những kỹ thuật làm mát chất lỏng đầy hứa hẹn cho vi điện tử là gắn tản nhiệt vi kênh vào hoặc chế tạo trực tiếp vi kênh trên mặt không hoạt động của chip Một tản nhiệt vi kênh xếp chồng lên nhau tích hợp nhiều lớp vi kênh và các lớp đa tạp thành một chồng So với các vi kênh đơn lớp, các vi kênh xếp chồng cung cấp các dòng chảy lớn hơn,

2 do đó, đối với một tải nhiệt cố định, việc giảm áp suất cần thiết được giảm đáng kể Độ đồng đều nhiệt độ tốt hơn có thể đạt được bằng cách sắp xếp dòng chảy ngược trong các lớp vi kênh liền kề Các ống góp chuyên dụng giúp phân phối chất làm mát đồng đều cho vi kênh Trong công việc hiện tại, một tản nhiệt vi kênh xếp chồng lên nhau được chế tạo bằng cách sử dụng các kỹ thuật vi mô silicon Hiệu suất nhiệt của tản nhiệt vi kênh xếp chồng lên nhau được đặc trưng thông qua các phép đo thử nghiệm và mô phỏng số Ảnh hưởng của hướng dòng nước làm mát, phân bổ tốc độ dòng giữa các lớp và gia nhiệt không đồng nhất được nghiên cứu Hồ sơ nhiệt độ tường được đo bằng cách sử dụng một loạt chín máy phát hiện nhiệt độ điện trở màng mỏng bạch kim lắng đọng đồng thời với máy sưởi bạch kim màng mỏng ở mặt sau của cấu trúc xếp chồng lên nhau Hiệu suất làm mát tổng thể tuyệt vời (0,09 oC/W.cm 2 ) cho các tản nhiệt vi kênh xếp chồng lên nhau đã được hiển thị trong các thí nghiệm Người ta cũng đã xác định rằng trong phạm vi tốc độ dòng chảy được thử nghiệm, sự sắp xếp dòng chảy mang lại sự đồng đều nhiệt độ tốt hơn, trong khi dòng chảy song song có hiệu suất tốt nhất trong việc giảm nhiệt độ đỉnh Các hiệu ứng truyền nhiệt liên hợp cho các vi kênh xếp chồng cho các điều kiện dòng chảy khác nhau được nghiên cứu thông qua các mô phỏng số Dựa trên các kết quả, một số hướng dẫn thiết kế chung cho các tản nhiệt vi kênh xếp chồng được cung cấp

Hình 1.1: Linh kiện tản nhiệt nước VGA Block Vga EK-FC1080

Hình 1.2: Hệ thống làm mát của card đồ họa Asus GTX-650

1.2.2 Ứng dụng của vi kênh tản nhiệt trong các máy tính

Hệ thống làm mát sử dụng các rãnh nhỏ song song được gọi là các vi rãnh (microchannel) được cắt trên bề mặt chip và được bao phủ lên trên bằng một tấm kim loại Hydrofluorocarbon, một loại chất lỏng được sử dụng trong máy điều hóa không khí để làm mát không khí, sẽ được đẩy qua các lổ nhỏ của tấm kim loại gọi là microjet và đi vào các rãnh để đưa nhiệt ra khỏi chip

Khi đi theo các rãnh, bọt của chất lỏng và một phần bị bốc hơi sẽ làm tăng thêm khả năng làm mát Sau mỗi lần đi qua chip, chất lỏng và hơi lại quay trở về vị trí cũ để bắt đầu một vòng lặp mới, tại đó tất cả sẽ được chuyển về trạng thái chất lỏng hoàn toàn để rồi sau đó tiếp tục đi đến các rãnh để làm mát chip

Hình 1.3: Tản nhiệt trên bộ xử lý của máy tính cá nhân

Hình 1.4: Tản nhiệt ổ cứng ssd M2 thermorysis

1.3 Tính cấp thiết của đề tài

Công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã xác định rõ ràng chỉ ra rằng quá trình giải nhiệt trong kênh vi mô phụ thuộc vào một yếu tố quan trọng quan trọng Kích thước và hình dáng của kênh vi mô, cách bố trí các kênh, phương pháp giải nhiệt, lưu chất được sử dụng, nhiệt độ và lưu lượng chất lưu - tất cả đều có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu truyền nhiệt Điều này dẫn đến một tình huống đa dạng về đặc tính truyền nhiệt và khó khăn trong việc tạo ra các quy định luật chung áp dụng cho kênh vi mô Mặc dù có nhiều hình dạng kênh khác nhau như hình thang, tam giác, hình tròn, chữ nhật và hình vuông, chất lưu cơ bản như nước lại mang lại lợi thế đáng kể trong nghiên cứu các quy luật chung cho kênh vi mô Với tính chất vật lý và hóa học phong phú của nước, ta có thể tiến xa hơn trong nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của kênh vi mô Tuy nhiên, các tính năng truyền nhiệt đặc biệt trong quá trình giải nhiệt kênh micro vẫn còn nhiều điểm cần được hoàn thiện Vì những lý do này, việc thực hiện đề tài "Nghiên cứu và mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính dòng chảy trong kênh vi mô dạng lai" trở nên vô cùng cần thiết

1.4 Lí do chọn đề tài

Trong giai đoạn sự phát triển và bùng nổ của ngành công nghệ thì những thiết bị và linh kiện điện tử phải có hiệu năng hoạt động mạnh mẽ trong kích thước được thu nhỏ tối đa đồng thời phải tiết kiệm năng lượng Yếu tố tản nhiệt, giải nhiệt hay làm mát là vất đề rất được quan tâm bởi những kỹ sư và các nhà nghiên cứu Chúng luôn được thử nghiệm, kiểm tra kỹ lưỡng để hệ thống có thể làm việc bình thường, phù hợp với môi trường khí hậu mà thiết bị đó đang hoạt động nhằm phát huy, tận dụng được tối đa hiệu năng và tăng độ bền của thiết bị

Hiện trạng nghiên cứu đang diễn ra là theo phương thức cũ đó là tiếp những nghiên cứu có trước và tối ưu bằng cách thay đổi một đến nhiều biến ảnh để tìm ra kết quả tối ưu hơn Với phương thức này, nó không sai nhưng chưa đạt hiểu quả cao Qua tìm hiểu nhóm biết được phương pháp kết hợp công cụ nghiên cứu phân tích phương sai kết hợp với Taguchi để chọn ra những biến hiệu quả nhất từ trong quá trình thiết kế sản phẩm

Trên cơ sở chất lượng nên được tạo nên từ trong quá trình thiết kế và tầm quan trọng của tản nhiệt vi kênh, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Mô phỏng và thực nghiệm kênh micro” xây dựng phương pháp nghiên cứu và mô phỏng số với mục đích nghiên cứu

Tính cấp thiết của đề tài

các yếu tố ảnh hưởng đến kênh micro để từ đó đánh giá được chọn ra sản phẩm tối ưu cũng như đưa ra nhận xét và kiến nghị để sản phẩm hoàn hảo hơn trong tương lai Đảm bảo chất lượng tốt nhất trước khi tiến hành thực nghiệm

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Hình dạng: Hình chữ nhật, Hình tam giác, hình thang

• Các đặc tính của kênh: Nhiệt độ, áp suất, vận tốc

• Vật liệu chế tạo thiết bị kênh micro là nhôm

• Lưu chất giải nhiệt là nước

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các nghiên cứu trong nước về tản nhiệt vi kênh

PGS.TS.Đặng Thành Trung và các cộng sự đã nghiên cứu về sự ảnh hưởng của sơ đồ dòng chảy đến quá trình bay hơi trong vi kênh được thực hiện bởi phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm

TS Đặng Hùng Sơn, Nghiên cứu các thông số được thiết kế của tản nhiệt vi kênh hai lớp theo thiết kế cho Six Sigma (DFSS)

TS.Đoàn Minh Hùng nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro

Lê Bá Tân cùng các cộng sự đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của lưu lượng chất lưu đến khả năng giải nhiệt cho thiết bị bay hơi kênh micro vuông

Nguyễn Trọng Hiếu và các cộng sự nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt trong thiết bị bay hơi kênh micro dùng môi chất CO2 bằng phương pháp mô phỏng số

Nguyễn Huy Bích nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện biên nhiệt đến sự di chuyển của vi giọt chất lỏng trong microchannel Trong nghiên cứu này phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để giải hệ phương trình phi tuyến với các điều kiện biên trên cơ sở phần mềm Comsol multiphysics 4.3a.

Nghiên cứu trên thế giới

2.2.1 Nghiên cứu về các loại dòng chảy trong vi kênh

Nghiên cứu về các hình dáng dòng chảy khác nhau tồn tại trong vi kênh rất quan trọng vì không thể dự đoán chính xác các đặc điểm giảm áp suất và truyền nhiệt nếu không có thông tin toàn diện về các loại hình dáng dòng chảy khác nhau Rất khó để dự đoán chuỗi các dòng chảy trong vi kênh nếu không có chụp ảnh tốc độ cao khác với các kênh thông thường

Trong các kênh thông thường như được giải thích bởi Thome , chuỗi hình dáng dòng chảy là bọt, sên, khuấy, dòng chảy hình khuyên với các bong bóng tí hon và hình khuyên trong dòng chảy thẳng đứng, trong khi đối với dòng chảy ngang bọt, sên, chốt chặn, hình khuyên, phân tầng, hình khuyên sương mù và dòng sóng tồn tại, như hình 2.1 (a) và (b), tương ứng Trong trường hợp hình dáng dòng chảy trong vi kênh khá khác so với các kênh thông thường

Sobierska và cộng sự đã thực hiện các thí nghiệm sử dụng nước trong một vi kênh hình chữ nhật duy nhất (W, H) (2000, 860) và quan sát dòng chảy bọt, hình sên và hình khuyên

Megahed đã thực hiện nghiên cứu trực quan hóa dòng chảy trên 45 vi kênh thẳng (𝐷ℎ = 727) được kết nối thụng qua ba liờn kết ngang cú chiều rộng 500 àm

Zhang và Fu đã thực hiện các thí nghiệm trên các vi ống hướng lên trên có đường kớnh trong 531 và 1042 à𝑚 sử dụng nitơ lỏng làm chất lỏng làm việc

Cornwell và Kew đã tiến hành thí nghiệm với R-113 chảy bên trong các vi kênh hình chữ nhật có kích thước (W, H) (1200, 900)

Wang và cộng sự thực hiện nghiên cứu trực quan hóa dòng chảy trong các vi kênh song song với ba loại hình dáng đầu vào / đầu ra khác nhau

Choi và Kim đã thực hiện các thí nghiệm dòng chảy 2 pha nước và khí nitơ qua phạm vi vận tốc bề mặt của chất lỏng (0,06-1,0 𝑚 𝑠⁄ ) và khí (0,06-72 𝑚 𝑠⁄ ) trên năm loại vi kênh hình chữ nhật khác nhau (Dh = 141, 143, 304, 322 và 490)

2.2.2 Nghiên cứu về quá trình giảm áp suất trong vi kênh

Việc tìm hiểu các đặc điểm giảm áp trên vi kênh là điều đáng quan tâm khi thiết kế các ứng dụng dựa trên vi kênh Vì đường kính thủy lực của vi kênh rất nhỏ, dự kiến giảm áp suất một pha trên mỗi đơn vị chiều dài liên kết với vi kênh sẽ cao hơn nhiều so với các kênh thông thường trong cùng điều kiện vận hành Đun sôi trong vi kênh thậm chí còn thúc đẩy giảm áp hai pha so với các kênh kích thước thông thường Mặc dù có liên quan đến việc giảm áp suất lớn, các bộ tản nhiệt vi kênh đã thu hút được nhiều sự chú ý do sự điều khiển mạnh mẽ của chúng đối với các đặc tính truyền nhiệt Áp suất lớn chịu trách nhiệm cho việc tiêu thụ điện năng rất lớn Do đó, nghiên cứu về giảm áp trong vi kênh cũng quan trọng không kém tương tự như các khía cạnh khác liên quan

Sự sụt giảm áp suất trên kênh chủ yếu phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng (mật độ, độ nhớt và sức căng bề mặt), lưu lượng (lưu lượng, tốc độ dòng chảy hoặc số Reynold), nhiệt hiệu quả (nhiệt độ tường), độ khô và hình dáng kênh tỷ lệ với khung, tỷ lệ thủy lực và mặt cắt ngang) Nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số này đến đặc tính giảm áp của vi kênh

Qu và Mudawar đã thực hiện nghiên cứu thực nghiệm và số học để dự đoán sự sụt giảm áp suất cho một pha trong tản nhiệt vi kênh hình chữ nhật sử dụng nước làm chất lỏng làm việc

Ergu và cộng sự đã thực hiện các thí nghiệm trong phạm vi số Reynold từ 100-845 sử dụng nước làm chất lỏng làm việc trên vi kênh hình chữ nhật (W, H)

Ling và cộng sự đã tiến hành phân tích giảm áp suất trên các ống tròn có đường kính

13 và 20 àm và chiều dài dao động từ 40 đến 100 mm trong điều kiện lực điều khiển ỏp suất

Peiyi và Little đã thực hiện các thí nghiệm một pha trên khí nitơ, hydro và argon với tỏm vi ống khỏc nhau cú đường kớnh từ 55,81 đến 83,08 àm

Peng và Wang đã nghiên cứu ảnh hưởng của sự đối lưu lực lên các đặc tính truyền nhiệt một pha bằng cách sử dụng vi kênh hình chữ nhật (W, H) (700, 600)

Qi và cộng sự đã thực hiện các thí nghiệm phân tích truyền nhiệt một pha trên các ống micro sử dụng nitơ lỏng làm chất lỏng làm việc

Yun và cộng sự đã thực hiện các thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng, mật độ dòng nhiệt và áp suất bão hòa lên các đặc tính truyền nhiệt

Wang và cộng sự đã phân tích thực nghiệm ảnh hưởng của độ nghiêng kênh (vi kênh hình chữ nhật Dh = 825)

2.2.3 Nghiên cứu về truyền nhiệt trong vi kênh

Hệ số truyền nhiệt là thông số quan trọng nhất chi phối tính hữu ích của tản nhiệt vi kênh Hệ số truyền nhiệt cho sự sôi của dòng chảy trong vi kênh rất cao do ảnh hưởng kết hợp của đường kính thủy lực rất nhỏ và nhiệt độ bốc hơi tiềm ẩn liên quan Hệ số truyền nhiệt bị ảnh hưởng chủ yếu bởi các tính chất của chất lỏng (mật độ và độ nhớt), lưu lượng, mật độ dòng nhiệt hiệu quả, hình dáng kênh (diện tích mặt cắt ngang và tỷ lệ hình dáng) và độ khô Các nhà nghiên cứu khác nhau đã thực hiện các nghiên cứu thử nghiệm trong một pha cũng như truyền nhiệt hai pha trong vi kênh Tuy nhiên, trọng tâm chính cho nghiên cứu truyền nhiệt hai pha

Peng và Wang đã nghiên cứu ảnh hưởng của sự đối lưu lực lên các đặc tính truyền nhiệt một pha bằng cách sử dụng vi kênh hình chữ nhật (W, H) (700, 600)

Wang và Peng cũng thực hiện nghiên cứu đối lưu cưỡng bức một pha sử dụng sáu tản nhiệt có kích thước vi kênh (W, H, N) (800, 700, 4), (600, 700, 4), (400, 700, 4), (400,

700, 6), (200, 700, 4) và (200, 700, 6) sử dụng nước làm chất lỏng làm việc

Qi và cộng sự đã thực hiện các thí nghiệm phân tích truyền nhiệt một pha trên các ống micro sử dụng nitơ lỏng làm chất lỏng làm việc

Yun và cộng sự đã thực hiện các thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng, mật độ dòng nhiệt và áp suất bão hòa lên các đặc tính truyền nhiệt

Wang và cộng sự đã phân tích thực nghiệm ảnh hưởng của độ nghiêng kênh (vi kênh hình chữ nhật Dh = 825)

Phương pháp – công cụ nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp phân tích phương sai (Analysis of variance – Anova)

Phân tích phương sai (Phân tích phương sai - ANOVA) là một công cụ thống kê được sử dụng để phân tích các biến thiên phân tách trong tệp dữ liệu Nó giúp chia tệp dữ liệu thành hai phần: yếu tố hệ thống và yếu tố ngẫu nhiên Các yếu tố hệ thống ảnh hưởng được thống kê đến tệp dữ liệu đã được chọn, trong khi các yếu tố ngẫu nhiên ngẫu nhiên không có tác động đáng kể

Phân tích phương sai (Phân tích phương sai - ANOVA) là một phương pháp thống kê để phân tích các biến thiên tổng quy mô của các biến phụ thuộc Phương pháp này chia tổng biến thiên (tổng hợp các độ lệch bình phương so với giá trị trung bình) thành các phần và gán từng phần cho sự biến thiên của một biến giải thích độc lập hoặc một nhóm các biến giải thích Phần còn lại, không thể giải thích bởi các biến này, được gọi là biến thiên không giải thích hoặc phần dư Phương pháp này được sử dụng để kiểm tra giả thuyết và xác định dữ liệu các mẫu thu được phát hành từ một tổng thể hoặc không Kết quả kiểm tra việc cung cấp thông tin về mức độ tương đương giữa các mẫu thu được

2.3.2 Phương pháp Taguchi (Taguchi Methods)

Tiến sĩ Taguchi từ Nhật Bản đã đặt móng đế cho phương pháp thiết kế bền vững (Robust Design) và đưa ra phương pháp thực nghiệm mang tên ông Mục tiêu của phương pháp Taguchi là thiết kế một quá trình hoặc sản phẩm ít bị ảnh hưởng bởi những yếu tố gây ra sự bất ổn về chất lượng Mục đích chính là điều chỉnh các thông số đến mức tối ưu để quá trình hoặc sản phẩm đạt ổn định với chất lượng tốt nhất Phương pháp Taguchi sử dụng các dãy trực giao trong quy hoạch thực nghiệm, giúp giảm thiểu số lượng thí nghiệm cần thiết để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số lên một ứng dụng cụ thể của quá trình dự án hoặc sản phẩm Điều này giúp nhanh chóng điều chỉnh các thông số tiến tới giá trị tối ưu

Có hai yếu tố trong phương pháp Taguchi, một là sản xuất một sản phẩm và hai là các thiệt hại liên quan đến việc sản xuất các sản phẩm này Taguchi lập luận rằng kỹ sư và

12 nhà sản xuất phải đáp ứng một tiêu chuẩn chất lượng nhất định của sản phẩm là khối lượng – sản xuất, nếu không lợi nhuận sẽ giảm Phương pháp Taguchi cho phép các nhà sản xuất có hệ thống kiểm tra bất kỳ quá trình sản xuất và dự đoán sự mất mát lợi nhuận như là sản phẩm chất lượng giảm

Các đặc điểm phương pháp Taguchi:

• Phương pháp Taguchi bổ sung cho 2 phương pháp quy hoạch thực nghiệm toàn phần (TNT) và riêng phần (TRT)

• Phương pháp Taguchi dựa trên ma trận thực nghiệm trực giao xây dựng trước và phương pháp để phân tích đánh giá kết quả

• Các nhân tố có thể có 2, 3, 4, 5, 8 mức giá trị

• Phương pháp Taguchi sử dụng tốt nhất với số nhân tố khảo sát từ 3 đến 50, số tương tác ít và khi chỉ có một số ít nhân tố có ý nghĩa

Ansys (Analysis Systems) là một gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis, FEA) hoàn chỉnh được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết kế công nghiệp Với khả năng mô phỏng và tính toán, Ansys hỗ trợ các lĩnh vực kỹ thuật như kết cấu, nhiệt, dòng chảy, điện, điện từ, tương tác giữa các môi trường và hệ thống vật lý Phần mềm này cho phép có thể xâm nhập vào thế giới mô hình ảo và phân tích kỹ thuật trong quá trình thiết kế Sự ưu ái của các nhà đầu tư đối với Ansys đến từ khả năng của phần mềm này và hiệu quả mà nó mang lại, vượt qua các hạn chế và ràng buộc Ansys giúp nâng cao tính sáng tạo và hiệu quả thiết kế, đồng thời thực hiện các bài kiểm tra mô phỏng không thể thực hiện được trên các phần mềm khác

Ansys là một công ty phát triển và tiếp thị phần mềm phân tích phần tử hữu hạn, được sử dụng để mô phỏng các vấn đề kỹ thuật Phần mềm này cho phép tạo ra các mô hình máy tính để mô phỏng cấu trúc, thiết bị điện tử và linh kiện máy, Đánh giá ứng dụng, độ dẻo dai, độ đàn hồi, phân bố nhiệt độ, điện từ, lưu trữ lực lượng chất lỏng và các thuộc tính khác Ansys được sử dụng để mô phỏng cách một sản phẩm hoạt động với các thông số kỹ thuật khác nhau, mà không cần thực hiện các sản phẩm thử nghiệm hoặc thử nghiệm va chạm

Autodesk Inventor là một phần mềm mạnh mẽ được sử dụng để xây dựng mô hình 3D, thiết kế, hình mẫu và kiểm tra ý tưởng của các sản phẩm Được phát triển bởi Autodesk, Inventor cung cấp môi trường cho người dùng để tạo mô phỏng chính xác về khối lượng, áp lực, tốc độ ma sát, tải trọng và các thuộc tính khác của các đối tượng trong môi trường 3D Với sự kết hợp tốt nhất của các công cụ mô phỏng và phân tích, người dùng có thể thiết kế từ khuôn đúc đơn giản cho đến các thiết kế máy chi tiết phức tạp và trực quan hóa sản phẩm Autodesk Inventor cũng kết hợp CAD và các công cụ giao tiếp thiết kế để tăng cường hiệu suất làm việc trong CAD, giảm thiểu lỗi và tiết kiệm thời gian Phần mềm này cung cấp một môi trường thiết kế tương tự như AutoCAD và hỗ trợ tệp DWG, giúp người dùng dễ dàng chuyển đổi từ thiết kế 2D sang xây dựng mô hình 3D

Những người sử dụng AutoCAD hiện tại hoặc trong tương lai sẽ được hưởng nhiều lợi ích từ việc sử dụng Inventor Phần mềm Inventor cung cấp một môi trường thiết kế và các phím tắt tương tự như AutoCAD, hỗ trợ tệp DWG, cho phép người dùng dễ dàng chuyển từ việc vẽ 2D hiện tại sang việc xây dựng mô hình 3D Inventor rất phổ biến trong việc tạo nguyên mẫu kỹ thuật số, nơi mà các mẫu được tạo ra từ bản vẽ 2D AutoCAD được tích hợp với dữ liệu 3D để tạo ra các sản phẩm ảo Qua cách này, các kỹ sư có thể thiết kế và mô phỏng sản phẩm mà không cần tạo ra các mẫu vật lý Người dùng có thể sử dụng các công cụ thiết kế cơ khí 3D trong Inventor để nghiên cứu và đánh giá mô hình một cách thuận tiện và hiệu quả hơn Ngoài ra, Autodesk Inventor cung cấp các công cụ và tính năng khác để nâng cao hiệu suất làm việc, bao gồm quản lý dữ liệu tổng hợp

Matlab là một phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty MathWorks Nó cho phép người dùng thực hiện tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số và biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo giao diện người dùng và liên kết với các chương trình máy tính được viết trên nhiều ngôn ngữ language setting other nhau Ngôn ngữ lập trình trong Matlab, cũng được phát triển bởi MathWorks, cho phép người dùng xây dựng ma trận, vẽ đồ thị hàm số và biểu tượng dữ liệu, thực hiện các phép toán, tạo giao diện người dùng, liên kết với các chương trình máy tính viết bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau như C, C++, Java và Fortran Matlab cũng hỗ trợ phân tích dữ liệu, phát triển thuật toán, xây dựng mô hình và ứng dụng

Matlab đã tích hợp một chuỗi lệnh và các hàm toán học, mang lại khả năng tính toán số, vẽ đồ thị và thực hiện các phương pháp số để mô phỏng và thực nghiệm các mô hình trong thực tế và kỹ thuật Với sự đa dạng của các công cụ tính toán, Matlab trở thành một phần mềm linh hoạt và mạnh mẽ, hỗ trợ người dùng trong việc thực hiện các phép toán và phân tích số liệu

Phần mềm Minitab được phát triển vào năm 1972 tại Đại học Pennsylvania bởi Barbara F Ryan, Thomas A Ryan, Jr và Brian L Joiner Nó là một ứng dụng thống kê phần mềm được phát triển từ phiên bản thu gọn của Omnitab và phần mềm phân tích thống kê của NIST Minitab đã trở thành một công cụ quan trọng trong lĩnh vực thống kê và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và nghiên cứu

Minitab là một phần mềm thống kê mạnh mẽ được sử dụng rộng rãi bởi các chuyên gia phân tích dữ liệu, chuyên gia kiểm soát chất lượng và nhà nghiên cứu để phân tích, trực quan hóa và cải thiện chất lượng Với một loạt công cụ và tính năng thống kê, phần mềm này cho phép người dùng dễ dàng khám phá, trực quan hóa và phân tích dữ liệu của họ một cách dễ dàng và trực quan.

Phương pháp Taguchi

Phương pháp Taguchi là một phương pháp thiết kế thí nghiệm, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố ngoài kiểm soát

Phương pháp này được phát triển bởi kĩ sư và nhà thống kê Genichi Taguchi của Nhật Bản, cho rằng trong kiểm soát chất lượng, thiết kế quan trọng hơn qui trình sản xuất, nhằm loại bỏ phương sai trong sản xuất trước khi chúng có thể xảy ra

Phương pháp Taguchi dựa trên bảng hoạch định trực giao (OA – Orthogonal Arrays) xây dựng trước và phương pháp để phân tích đánh giá kết quả Do đó, phương pháp này cho phép sử dụng tối thiểu các thí nghiệm cần thiết để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số lên một đáp ứng được lựa chọn nào đó của một quá trình (hoặc sản phẩm) từ đó nhanh chóng điều chỉnh các thông số tiến đến tối ưu nhanh nhất

Các yếu tố có thể có 2, 3, 4 mức độ

Phương pháp Taguchi sử dụng tốt nhất với số yếu tố khảo sát từ 3 đến 50, số tương tác ít và khi chỉ có một số ít yếu tố có ý nghĩa

2.4.1 Các đặc điểm phương pháp Taguchi:

1 Phương pháp Taguchi bổ sung cho 2 phương pháp quy hoạch thực nghiệm toàn phần (TNT) và riêng phần (TRT)

2 Phương pháp Taguchi dựa trên ma trận thực nghiệm trực giao xây dựng trước và phương pháp để phân tích đánh giá kết quả

3 Các nhân tố có thể có 2, 3, 4, 5, 8 mức giá trị

4 Phương pháp Taguchi sử dụng tốt nhất với số nhân tố khảo sát từ 3 đến 50, số tương tác ít và khi chỉ có một số ít nhân tố có ý nghĩa

Phương pháp Taguchi, còn được gọi là phương pháp thiết kế mạnh mẽ, là một phương pháp thống kê được phát triển bởi Genichi Taguchi (1924-2012) Thúc đẩy nâng cao chất lượng sản phẩm và được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất hàng hóa, kỹ thuật, công nghệ sinh học, tiếp thị và quảng cáo Dù được các chuyên gia thống kê đánh giá cao vì những mục tiêu cải tiến mà phương pháp Taguchi mang lại, đặc biệt là thiết kế của Taguchi để nghiên cứu biến thể, nhưng cũng có những chỉ báo về sự không hiệu quả của một số output title from this method

Công việc của Taguchi bao gồm có ba đóng góp qua trọng cho thống kê:

➢ Một chức năng mất cụ thể

➢ Triết lý kiểm soát chất lượng ngoại tuyến

➢ Những đổi mới trong thiết kế thí nghiệm

Taguchi có kiến thức về lý thuyết thống kê chủ yếu từ các nhà nghiên cứu theo Ronald

A Fisher Ông phản ứng với phương pháp thiết kế thí nghiệm của Fisher và giải thích rằng những phương pháp này đã được yêu thích để tìm ra cách cải thiện kết quả trung bình của một quy trình Công việc chủ yếu của Fisher là thực hiện các chương trình so sánh năng suất nông nghiệp dựa trên các phương pháp xử lý và khối khác nhau Những thí nghiệm như vậy đã được thực hiện để cải thiện dự án và được coi là một phần của chương trình dài hạn

Tuy nhiên, Taguchi đã nhận ra rằng trong quá trình sản xuất công nghiệp, có một nhu cầu quan trọng để đạt được kết quả mục tiêu Do đó, ông đã đưa ra lập luận rằng kỹ thuật chất lượng nên bắt đầu bằng cách hiểu rõ chi phí chất lượng trong các tình huống khác nhau Trong nhiều phương pháp chất lượng công nghiệp thông thường, chi phí chất lượng được biểu thị một cách đơn giản bằng số lượng sản phẩm không đạt được yêu cầu kỹ thuật nhân với chi phí làm lại hoặc tiêu hao Tuy nhiên, Taguchi đã nhấn mạnh rằng các nhà sản xuất cần mở rộng tầm nhìn của mình để xem xét chi phí xã hội Mặc dù chi phí ngắn hạn có thể chỉ đơn giản là chi phí không phù hợp, bất kỳ sản phẩm nào được sản xuất không đạt chuẩn sẽ gây tổn hại cho khách hàng hoặc cộng đồng rộng hơn thông qua việc mài mòn sớm, gặp khó khăn khó khăn trong công việc tương tác với các bộ phận khác nhau, ẩn các nguy cơ an toàn Những thất thoát này là tàng trữ và thường bị các nhà sản xuất bỏ qua, họ chỉ quan tâm đến chi phí tư nhân hơn là chi phí xã hội Như các phân tích của kinh tế công cộng đã chỉ ra, những thiệt hại này có thể ngăn chặn hiệu quả của thị trường Taguchi thất bại lập luận rằng những tổn thất đó chắc chắn sẽ quay trở lại tác động lên tập đoàn sản xuất (tương tự như bi kịch chung), và bằng cách làm việc để giảm thiểu chúng, các nhà sản xuất sẽ tăng cường uy tín thương mại hiệu, sử dụng lĩnh vực thị trường và tạo ra lợi nhuận

2.4.3 Mục tiêu của phương pháp Taguchi:

Chất lượng của một sản phẩm nên được xem xét và chắc chắn ngay từ quá trình thiết kế Chất lượng sản phẩm có thể được định nghĩa thông qua việc thiết kế hệ thống, thiết kế tham số và thiết kế dung sai Trong đó, việc thiết kế tham số đóng vai trò quan trọng và sẽ được tập trung trong bài viết này Quá trình này bao gồm việc xác định những tham số nào ảnh hưởng mạnh nhất đến sản phẩm chất lượng và sau đó thiết kế các tham số đó để đạt được mục tiêu cụ thể về sản phẩm chất lượng Chất lượng "được kiểm soát" của sản phẩm có nghĩa là sản phẩm được sản xuất với chất lượng ngẫu nhiên và những sản phẩm có chất lượng quá xa giá trị trung bình sẽ bị loại bỏ

Chất lượng đạt được tốt nhất bằng cách giảm thiểu đọ sai số so với chỉ tiêu Sản phẩm nên được thiết kế sao cho nó miễn nhiễm với các yếu tố môi trường không thể kiểm soát Nói cách khác, độ kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm phải đạt giá trị cao Để đánh giá chi phí chất lượng, chúng ta có thể sử dụng hàm sai số so với tiêu chuẩn và kiểm tra các tổn thất trên toàn bộ hệ thống Khái niệm này liên quan đến việc chuyển đổi

17 tổn thất hoặc tổn thất chung phát sinh từ một sản phẩm kém chất lượng, gây ra tổn thất cho khách hàng và xã hội.

2.4.4 Ưu điểm và nhược điểm:

Một lợi thế của phương pháp Taguchi là sự tập trung vào hiệu quả trung bình hơn là giá trị cụ thể trong giới hạn kỹ thuật, giúp cải thiện thiện chất lượng sản phẩm Phương pháp của Taguchi cũng có thiết kế thử nghiệm đơn giản và dễ áp dụng trong nhiều trường hợp, tạo ra một phương pháp mạnh mẽ nhưng lại đơn giản Nó có thể được sử dụng để nhanh chóng thu hút thị trường của một dự án nghiên cứu dữ liệu hiện có Hơn nữa, phương pháp Taguchi cho phép phân tích nhiều thông số khác nhau mà không cần số lượng thử nghiệm lớn

Một nhược điểm chính của phương pháp Taguchi là kết quả thu được chỉ mang tính tương đối và không cung cấp đầy đủ thông tin về tham số nào có ảnh hưởng cao nhất đến hiệu suất đặc trưng Ngoài ra, bởi vì các mảng trực giao không kiểm tra tất cả các kết hợp biến, phương pháp này gây khó khăn trong việc tính toán các tham số Hơn nữa, tập trung vào việc thiết kế chất lượng bên trong, phương pháp Taguchi đặt nhiều trọng tâm vào việc phát triển quá trình sản xuất

2.4.5 Hoạch định taguchi – hoạch định thí nghiệm

Chỉ có yếu tố chính và tương tác bậc 1 giữa 2 yếu tố là quan trọng Tương tác bậc cao xem như không đáng kể

Nhà nghiên cứu phải xác định trước các tương tác có ý nghĩa Bảng hoạch định trực giao Taguchi được xây dựng trên cơ sở kết hợp các hình vuông Latin theo một cách nhất quán

Tính chất bảng hoạch định trực giao:

➢ Các cột phải trực giao – tổng số tích số các mức độ tương ứng của 2 cột bằng 0

➢ Do các cột phải trực giao nên việc thay đổi giá trị các mức độ tại các cột sẽ ảnh hưởng đến giá trị của các cột khác, do đó các bảng qui hoạch trực giao thường được xây dựng và có thể tìm thấy trong các tài liệu

Các bước tiến hành phân tích Taguchi

Hình 2.1: Các bước tiến hành

XÂY DỰNG MODEL VÀ THIẾT LẬP THÔNG SỐ MÔ PHỎNG

Thiết lập mô hình theo phương pháp Taguchi

Chúng ta sẽ giữ nguyên phần vi kênh và thay đổi biên dạng trong vi kênh

• Đáy bé của hình thang là w1

Hình 3.1: Subtrate microchannel heat sink

3.4.1 Factors and Level Taguchi Method

Bảng 3.1: Factors and Level Taguchi Method

P3: Ribs cross-section Rec Trape Tri

3.4.2 Xây dựng 9 model theo Taguchi Method

Bảng 3.2: Xây dựng model theo Taguchi Method

Gọi w1 là kích thước đáy bé của Trapezoidal

Bảng 3.3: Bổ sung kích thước cho Trapezoidal

Xây dựng model

3.2.1 Giới thiệu phần mềm Autodesk Inventor

Autodesk Inventor là một phần mềm mạnh mẽ dành cho việc xây dựng mô hình 3D, thiết kế, hình mẫu và kiểm tra ý tưởng sản phẩm Với Inventor, người dùng có khả năng tạo ra các mô phỏng chính xác về khối lượng, áp lực, tốc độ ma sát, tải trọng và nhiều thuộc tính khác của các đối tượng sản phẩm trong môi trường 3D Phần mềm tích hợp các công cụ mô phỏng và phân tích, cho phép người dùng thiết kế từ các khuôn đúc cơ bản đến các thiết kế chi tiết phức tạp và trực quan hóa sản phẩm Ngoài ra, Inventor còn hợp tác với CAD và các công cụ giao tiếp thiết kế Nâng cao hiệu suất làm việc trong CAD, giảm thiểu lỗi phát sinh, tiết kiệm thời gian và tạo tài liệu phát triển, được phát triển bởi Autodesk

Những người sử dụng AutoCAD, hiện tại hoặc trong tương lai, sẽ được hưởng nhiều lợi ích từ việc sử dụng Inventor Inventor cung cấp một môi trường thiết kế và các phím tắt tương tự như AutoCAD, hỗ trợ tệp DWG và cho phép người dùng dễ dàng chuyển từ việc vẽ 2D sang việc xây dựng mô hình 3D Inventor rất phổ biến trong việc tạo nguyên mẫu kỹ thuật số, nơi mẫu được tạo từ bản vẽ 2D AutoCAD tích hợp với dữ liệu 3D để tạo ra sản phẩm ảo Điều này cho phép các kỹ sư thiết kế và mô phỏng sản phẩm mô phỏng mà không cần thiết phải tạo ra các mẫu vật lý Ngoài ra, người dùng có thể sử dụng các công cụ thiết kế máy khí 3D trong Inventor để nghiên cứu và đánh giá mô hình một cách thuận tiện và hiệu quả AutoDesk Inventor còn cung cấp các công cụ và tính năng khác như Quản lý dữ liệu tích hợp, Tự động hóa thiết kế, Cập nhật và xem trực tiếp các bản vẽ tự động,

3.2.2 Xây dựng model trên phần mềm Autodesk Inventor

Mô hình gồm các thành phần sau: o Phần vi kênh bao gồm: Vi kênh microchanel, điện trở, nắp kênh o Phần bao phủ vi kênh: Nhựa Aclyric, nhựa cách nhiệt bakelit, đầu nối o Phần chất lỏng của vi kênh: Nước

Hình 3.3: Kích thước của phần vi kênh

Phần vi kênh của mô hình được làm bằng vật liệu nhôm nguyên chất với các kích thước như hình 3.4

Hình 3.4: Các thông số kích thước cơ bản của vi kênh

Phần nắp kênh của mô hình được làm bằng vật liệu nhôm nguyên chất với các kích thước như hình 3.5

Hình 3.5: Các thông số kích thước cơ bản của nắp kênh

Hình 3.6: Các thông số kích thước cơ bản của điện trở

Phần water fluid là phần chất lỏng trao đổi nhiệt với model Chất lỏng được sử dụng ở đây là nước

Hình 3.7: Phần water fluid của model

Phần nhựa glass của mô hình được làm bằng vật liệu chủ yếu cấu tạo nên tấm glass chính là nhựa PVC Bằng công nghệ và kỹ thuật tiên tiến, nhựa được cộng tính với bọt và nén thành tấm glass hoàn chỉnh

Hình 3.8: Thông số kích thước phần nhựa glass

Nhựa bakelite là một loại vật liệu đặc chắc chắn, còn gọi là tấm nhựa Phenolic Bakelite Được điều chế bằng cách dùng áp suất và nhiệt lên những lớp vải thủy tinh hay giấy đã được ngâm với nhựa phenol Những lớp này thường là vải bông, giấy xenluloza, sợi thủy tinh, vải sợi tổng hợp, vải không dệt Tấm Bakelite có sẵn tính cách điện, cách nhiệt tốt, ngoài ra còn chịu được hóa chất, tia cực tím

Hình 3.9: Thông số kích thước phần nhựa bakelit

Hình 3.10: Thông số kích thước của model

Phần mềm MATLAB

Matlab là một phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty MathWorks Nó cho phép người dùng thực hiện tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số và biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo giao diện người dùng và liên kết với các chương trình máy tính được viết trên nhiều ngôn ngữ language setting other nhau Ngôn ngữ lập trình trong Matlab, cũng được phát triển bởi MathWorks, cho phép người dùng xây dựng ma trận, vẽ đồ thị hàm số và biểu tượng dữ liệu, thực hiện các phép toán, tạo giao diện người dùng, liên kết với các chương trình máy tính viết bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau như C, C++, Java và Fortran Matlab cũng hỗ trợ phân tích dữ liệu, phát triển thuật toán, xây dựng mô hình và ứng dụng

Matlab đã tích hợp một chuỗi lệnh và các hàm toán học, mang lại khả năng tính toán số, vẽ đồ thị và thực hiện các phương pháp số để mô phỏng và thực nghiệm các mô hình trong thực tế và kỹ thuật Với sự đa dạng của các công cụ tính toán, Matlab trở thành một phần mềm linh hoạt và mạnh mẽ, hỗ trợ người dùng trong việc thực hiện các phép toán và phân tích số liệu

Hàm 𝑟𝑎𝑛𝑑𝑛(𝑚, 𝑛) là hàm tạo ra ma trận mà các phần tử ngẫu nhiên phân bố trực giao với số hang m, số cột n

𝑥 = 300 + 3 ∗ 𝑟𝑎𝑛𝑑𝑛(1,3) với: 300 là nhiệt độ môi trường (K) mặc định đã chọn

Hình 3.11: Kết quả trả về của hàm randn cho thông số nhiệt độ

Với: 2000000 là giá trị heat flux đã chọn (𝑊/𝑚 2 )

Hình 3.12: Kết quả trả về của hàm randn cho thông số heat flux

Với: 1 là vận tốc đầu vào của nước (𝑚/𝑠)

Hình 3.13: Kết quả trả về của hàm randn cho thông số inlet velocity

3.3.3 Thông số kỹ thuật sau khi sử dụng phần mềm Matlab

Chọn nhiệt độ môi trường là 300K, heat flux 2000000 W/m 2 , inlet velocity 1.5 m/s

Sử dụng hàm random trong phần mềm Matlab để chọn thông số nhiệt độ, heat flux và inlet velocity Tiến hành mô phỏng theo bảng sau:

Bảng 3.4: Thông số nhiệt độ trước mô phỏng

Bảng 3.5: Thông số heatflux trước mô phỏng

Bảng 3.6: Thông số inlet velocity mô phỏng

Mô phỏng với Ansys Fluent

Ansys là một phần mềm toàn diện và bao quát hầu hết các lĩnh vực vật lý, giúp can thiệp vào thế giới mô hình ảo và phân tích kỹ thuật cho các giai đoạn thiết kế Hầu hết các nhà đầu tư rất thích phần mềm phân tích kỹ thuật này so với những gì chúng làm được và số tiền họ phải bỏ ra

Công cụ Ansys Fluent là một phần mềm mô phỏng dòng chảy và nhiệt động lực học trong lĩnh vực kỹ thuật Nó cho phép người dùng mô phỏng và phân tích các vấn đề liên quan đến dòng chảy chất lỏng, chất khí và cả cảm biến nhiệt động Các tính năng chính của Ansys Fluent bao gồm:

1 Mô phỏng dòng chảy: Ansys Fluent cho phép người dùng mô phỏng dòng chảy chất lỏng và chất khí trong các hệ thống khác nhau như đường ống, máy bơm, túi khí, khuôn thúc đẩy và nhiều hệ thống khác

2 Phân tích nhiệt động lực học: Ansys Fluent cung cấp các công cụ để phân tích và mô phỏng các vấn đề liên quan đến nhiệt động lực học, bao gồm truyền nhiệt, dẫn nhiệt và phản ứng hóa học

3 Tính toán tính năng bề mặt: Ansys Fluent giúp người dùng tính toán các tính năng bề mặt như áp suất, lực cản và tác động của dòng chảy

4 Mô phỏng dòng chảy đa pha: Ansys Fluent cho phép mô phỏng các vấn đề liên quan đến sự trao đổi chất, nhiệt và động lực giữa các pha khác nhau của chất lưu Có thể sử dụng các mô hình đa pha khác nhau tùy theo loại dòng chảy và ứng dụng

2 Chọn trên Component Systems trong hộp Toolbox của bảng điều khiển chính;

3 Nhấp đôi chuột Geometry để đưa vào Project Schematic;

4 Ở Project Schematic nháy phải trên Geometry và chọn Import Geometry > Browse Tìm file Case…(.stp) trong thư viện của bạn

3.5.3 Edit Geometry Ẩn và gộp cái thành phần trong model

1 Nháy đúp chuột vào ô Geometry trong Project Schematic;

2 Trong hộp Tree Outline mục 30 Part, 30 bodies

Hình 3.15: Hộp thoại Tree Outline

3 Trong hộp thoại tree outline, click chuột phải chọn tất cả bulong và đai ốc > chọn Suppress Solid Bodies để ẩn các chi tiết đi

Hình 3.16: Ẩn các chi tiết bulong và đai ốc

Hình 3.17: Model trước và sau khi ẩn chi tiết bulong đai ốc

4 Chọn Water và 2 cột nước > vào create > chọn Boolean > Ganerete;

Sau khi thực hiện xong ta được 1 khối thống nhất

Hình 3.18: Thống nhất water và cột nước

5 Trong hộp Details mục Fluid/Solid chọn Fluid cho water

Hình 3.19: Thay đổi thuộc tính cho water

6 Chọn các thông số còn lại > click chuột phải > chọn Form New Part

Hình 3.20: Tạo Part mới cho cái chi tiết cần mô phỏng

7 Click chuột phải vào Part > chọn Measure Selection

Hình 3.21: Đo lường lại các thông số của các chi tiết trong part

1 Chọn trên Component Systems trong hộp Toolbox của bảng điều khiển chính;

2 Nhấp đúp chuột Mesh để đưa vào Project Schematic;

3 Ở Project Schematic nháy vào Geometry của ô A2 và kéo thả chuột sang Geometry của ô B2 > nháy đúp chuột vào Mesh và tiến hành tạo Mesh

Hình 3.23: Kiểm tra lại Geometry

Mở rộng Gemmetry > Part > Click chuột phải vào dientro >

Suppress Body để ẩn điện trợ đi

Hình 3.24: Suppress Body điện trở

Chọn mặt cần tạo, nháy phải chuột chọn Create Named Selections và đặt tên tương ứng cho inlet; outlet; portwall; glasstop; glasstop; glasswall; glasshole; bakewall; b akebottom; bakehole; heatflux

Hình 3.25: Chọn và đặt tên cho các mặt

Hình 3.26: Đặt tên cho portwall

Hình 3.27: Đặt tên cho Outlet

Hình 3.28: Đặt tên cho Inlet

Hình 3.29: Đặt tên cho Glasswall

Hình 3.30: Đặt tên cho Glasstop

Hình 3.31: Đặt tên cho Glasshole

Hình 3.32: Đặt tên cho Bakewall

Hình 3.33: Đặt tên cho Bakebottom

Hình 3.34: Đặt tên cho Bakehole

Hình 3.35: Đặt tên cho Heatflux

1 Trong bảng tùy chọn chia lưới, chọn các tùy chọn chia lưới sau:

• Use Advanced Size Function - On: Proximity and Curvature;

• Nhấp vào biểu tượng Generate Mesh trên thanh công cụ

Hình 3.36 : Thiết lập các thông số trong bảng tùy chọn chia lưới

1 Xét thông số Skewness trong ô Details of “Mesh” mục Statistics

• Classification of the mesh quality metrics based on skewness:

Hình 3.38: Thông số Skewness và bảng phân loại chất lượng lưới

➢ Ta thấy chỉ số Skewness Max là 0.944… nằm trong khoảng giá trị chấp nhận được dựa theo tài liệu hướng dẫn sử dụng ANSYS - Appendix A -Mesh Quality

2 Xét thông số Aspect Ratio trong ô Details of “Mesh” mục Statistics

Hình 3.39: Thông số Aspect Ratio và hướng dẫn yêu cầu chất lượng lưới cho FLUENT

➢ Dựa theo tài liệu hướng dẫn sử dụng ANSYS - Appendix A -Mesh Quality - ANSYS Meshing Application Introduction 2009 về yêu cầu chất lượng lưới cho FLUENT ta thấy chỉ số Aspect Ratio Max là 24.38 là rất tốt vì nhỏ hơn nhiều so với yêu cầu dưới 40

3 Mesh sau khi khởi tạo xong

Hình 3.40: Mesh sau khi khởi tạo xong

3.5.5 Tạo và thiết lập Fluent

1 Chọn trên Analysis Systems trong hộp Toolbox của bảng điều khiển chính;

2 Nhấp đúp chuột Fluid Flow(FLUENT) để đưa vào Project Schematic;

3 Ở Project Schematic nháy vào Mesh của ô B3 và kéo thả chuột sang Setup của ô C2

> nháy đúp chuột vào Setup và tiến hành thiết lập thông số

Hình 3.41: Các bước khởi tạo Fluid Flow(FLUENT)

1 Cấu trúc các mục setup trong FLUENT

Hình 3.42: Giao diện cài đặt của FLUENT

- Nháy chọn General trong Problem Setup;

- Trong bảng giá trị General, Time chon Steady;

- Nháy chọn ô Gravity và điền giá trị y = -9.81 (𝑚/𝑠 2 );

Hình 3.43: Setup thông số cho General

- Nháy chọn Models trong Problem Setup;

- Ở bảng thông số Models, nháy chọn Energy - off > Energy Equation > OK để chuyển sang

- Ở bảng thôn g số Models, nháy chọn Viscous - Laminar > k-epsilon (2 eqn) > OK

Hình 3.44: Setup thông số cho Models

• Nháy chọn Materials trong Problem Setup;

• Ở bảng thông số, nháy chọn air > Create/Edit… > FLUENT Database… > water liquid (h2o)

Hình 3.45: Chọn thông số water liquid

• Ở bảng thông số, nháy chọn Solid > Create/Edit… > FLUENT Database… > aluminum và steel

Hình 3.46: Chọn thông số cho aluminum và steel

• Thêm các vật liệu không có trong ansys bao gồm nhựa bakelit và glass

Hình 3.47: Setup thông số cho Glass và Bakelit

- Nháy chọn Cell Zone Conditions trong Problem Setup;

- Ở bảng thông số Cell Zone Conditions > part-water > Type> fluid > OK

Hình 3.48: Setup thông số cho Cell Zone Conditions

• Nháy chọn Boundary Conditions trong Problem Setup;

• Ở bảng thông số Boundary Conditions:

+ Chọn bottombottom > Zone ( chọn thông số mình cần thiết lập) > edit

• Setup thông số cho các mặt của model

+Chọn bottombottom > Edit… > thẻ Thermal > Convection (trong Thermal

Hình 3.50: Setup thông số bakebottom

Hình 3.51: Setup thông số bakehole

Hình 3.52: Setup thông số bakewall

Hình 3.53: Setup thông số glasshole

Hình 3.54: Setup thông số glasstop

Hình 3.55: Setup thông số glasswall

Hình 3.56: Setup thông số Heatflux

Hình 3.57: Setup thông số Inlet

Hình 3.58: Setup thông số Outlet

Hình 3.59: Setup thông số portwall đầu nối 1 và 2

Hình 3.60: Setup thông số wall part bottom – part water

• Nháy chọn Solution Initialization trong Solution;

• Ở bảng thông số của Solution Initialization > Hybid Initialization > Initialize

Hình 3.61: Thiết lập thuộc tính Hybrid Initialization

• Nháy chọn Run Calculation trong Solution;

• Chọn Number of IteraTions là 1000

Hình 3.62: Setup giá trị cho Run Calculation