Mô phỏng quá trình ngưng tụ của không khí ẩm đi qua thiết bị bay hơi

Việc tiếp xúc với không khí trong phòng kín cũng ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người như: tắc nghẽn mãn tính theo WHO, hội chứng Sick Building Syndrome, ho khan, chống mặt, mệt mỏi, buồ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT

MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ CỦA KHÔNG KHÍ ẨM ĐI QUA THIẾT BỊ BAY HƠI

GVHD: TS ĐẶNG HÙNG SƠN SVTH : NGUYỄN THỊ THÙY DUYÊN TRẦN XUÂN TRƯỜNG LÊ PHƯỚC THƯƠNG TRẦN THANH QUANG TRƯỜNG

S K L 0 1 1 7 2 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

TRẦN THANH QUANG TRƯỜNG 19147259

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Họ và tên sinh viên:

- Tìm hiểu về quá trình chuyển pha của không khí ẩm

- Tìm hiểu các phương pháp mô phỏng số, phương pháp taguchi, phương pháp anova

- Sử dụng phương pháp tính tay và tính máy đảm bảo kết quả chính xác

- Đánh giá yếu tố ảnh hưởng nhất

i

LỜI CÁM ƠN

Chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Nhiệt - Điện lạnh với đề

tài "Mô phỏng quá trình ngưng tụ của không khí ẩm đi qua thiết bị bay hơi", kết quả của

sự nỗ lực trong suốt 4 năm học tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Nhóm chúng

em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các quý thầy cô thuộc bộ môn Công nghệ Nhiệt - Điện lạnh, khoa Cơ khí Động lực, trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh, đã truyền đạt cho chúng em kiến thức chuyên ngành và kinh nghiệm thực tế, giúp chúng em chuẩn bị tốt cho công việc của mình trong tương lai

Đặc biệt, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Đặng Hùng Sơn - giáo viên hướng dẫn, người đã luôn quan tâm và hỗ trợ chúng em một cách tận tâm, chỉ dẫn chúng em một cách chi tiết để hoàn thành đề tài một cách tốt nhất

Chúng em thừa nhận rằng kiến thức của chúng em vẫn còn hạn chế và có một số thiếu sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự thông cảm, đóng góp ý kiến và đánh giá từ các quý thầy cô để đề tài của chúng em được hoàn thiện và cải thiện hơn

Lời cuối cùng, nhóm chúng em xin kính chúc quý thầy cô có thật nhiều sức khỏe, gặt hái được nhiều thành công hơn nữa trong công việc và luôn tràn đầy hạnh phúc trong cuộc sống

Xin trân trọng cám ơn!

Sinh viên thực hiện đề tài: Nguyễn Thị Thùy Duyên Trần Xuân Trường

Lê Phước Thương Trần Thanh Quang Trường

ii

TÓM TẮT

Hiện nay, ô nhiễm không khí là một vấn đề nhận được rất nhiều sự quan tâm từ mọi người Phần lớn con người dành 70 – 80% thời gian tiếp xúc không khí trong phòng kín với nhiều thiết bị văn phòng Việc tiếp xúc với không khí trong phòng kín cũng ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người như: tắc nghẽn mãn tính (theo WHO), hội chứng Sick Building Syndrome, ho khan, chống mặt, mệt mỏi, buồn nôn, không tập trung…

Trong đề tài đồ án tốt nghiệp này, nhóm chúng em đã thu thập các thông từ các bài báo nghiên cứu về chất lượng không khí trong nước và ngoài nước, từ đó xác định các yếu

tố ảnh hưởng đến chất lượng không khí như: chất lượng không khí bên ngoài, thông gió không đầy đủ, nhiệt độ và độ ẩm cao, nguồn đốt, các sản phẩm sinh hoạt (chất tẩy rửa, hóa chất…), vật liệu xây dựng,….Với đề tài này, nhóm đã tập trung nghiên cứu hai yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng không khí là nhiệt độ và độ ẩm Đặc biệt, nhóm đã mô phỏng quá trình ngưng tụ nước trên dàn coil giúp kiểm soát độ ẩm Để thực hiện đề tài nhóm đã dựa trên các biện pháp như tổng hợp, thống kê, phương pháp quy hoạch thực nghiệm của Taguchi, Anova từ đó xác định được bảng hoạch định trực giao cho các yếu tố Nhóm đã

để thu thập các thông số cần thiết cho việc thiết lập mô hình và mô phỏng dựa trên bảng quy hoạch của các yếu tố đã xây dựng từ trước

Cuối cùng nhóm đã sử dụng các công cụ hỗ trợ như: Minitab, Autodesk AutoCad, Ansys, … để mô phỏng, phân tích, đánh giá các số liệu đã thu thập, từ đó tìm ra yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng không khí, góp phần phục vụ cho việc thiết kế và chế tạo các thiết bị liên quan một cách tối ưu nhất

iii

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN i

TÓM TẮT ii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1.Giới thiệu chất lượng không khí 1

1.2.Đối tượng và ứng dụng 4

1.2.1.Đối tượng 4

1.2.2.Ứng dụng 4

1.3.Đề tài nghiên cứu 5

1.3.1.Tính cấp thiết của đề tài 5

1.3.2.Lí do chọn đề tài 5

1.3.3.Mục đích nghiên cứu 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ PHỎNG SỐ 6

2.1 Tình hình nghiên cứu 6

2.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 6

2.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 6

2.2 Phương pháp và công cụ nghiên cứu 9

2.2.1 Phương pháp phân tích phương sai (Analysis of variance - Anova) [11] 9

2.2.2 Phương pháp Taguchi (Taguchi Methods) [12] 9

2.2.3 Phần mềm Minitab 14

2.2.4 Phần mềm AutoCAD 15

2.2.5 Phần mềm ANSYS Fluent 15

2.3 Thiết lập mô hình trong mô phỏng số 16

2.3.1 Thiết lập các yếu tố ảnh hưởng 16

2.3.2 Xác định các mức độ của từng yếu tố 16

2.3.3 Thiết lập bảng ma trận trực giao 18

CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH-MÔ PHỎNG SỐ 20

3.1 Thiết lập mô hình 20

3.1.1 Xác định các thông số xây dựng mô hình 3D của dàn lạnh 21

3.1.2 Xây dựng mô hình 3D của dàn lạnh 23

iv

3.2 Mô phỏng số 26

3.2.1 Bắt đầu với Project – Model 26

3.2.2 Edit Geometry 27

3.2.3 Xây dựng Mesh 29

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55

4.1.Kết quả mô phỏng 55

4.1.1.Kết quả mô phỏng của trường nhiệt độ 55

4.1.2.Kết quả mô phỏng của trường vận tốc 56

4.1.3.Kết quả mô phỏng của trường độ ẩm 58

4.1.4.Kết quả mô phỏng của Volume Fraction 59

4.2.Xử lí số liệu 64

4.2.1.Xử lí số liệu theo phương pháp Taguchi 64

4.2.2 Xử lý số liệu theo phương pháp Anova 71

4.3 Thảo luận 73

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

5.1 Kết luận 76

5.2 Kiến nghị 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Thí nghiệm tiêu chuẩn với giá trị trung bình TN 12

Bảng 2 2 Thí nghiệm tiêu chuẩn với giá trị SN 13

Bảng 2 3 Gía trị trung bình của tỷ số SN 14

Bảng 2 4: Tổng hợp nhiệt độ gió hồi theo thực nghiệm 17

Bảng 2 5: Các yếu tố ảnh hưởng 18

Bảng 2 6: Taguchi L9 18

Bảng 2 7 Bảng ma trận trực giao L9 với các giá trị 19

Bảng 3 1 Thông số kỹ thuật của Indoor Unit FT50FVM 20

Bảng 4 1 Kết quả lượng nước ngưng sau khi mô phỏng 64

Bảng 4 2 Ấn định tỷ số SN 66

Bảng 4 3 Tỷ số SN 67

Bảng 4 4 Giá trị trung bình của tỷ số SN 68

Bảng 4 5 So sánh kết quả lượng nước ngưng của các model và model tối ưu 75

vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1: Thông số tính toán của không khí bên trong nhà dùng để thiết kế điều hòa

không khí đảm bảo điều kiện tiện nghi nhiệt, TCVN 5687:2010 16

Hình 2 2 Thiết bị đo nhiệt độ và vận tốc gió 17

Hình 3 1 Đường kính ngoài của ống đồng 21

Hình 3 2 Đường kính trong của ống đồng 21

Hình 3 3 Khoảng cách giữa hai lá tản nhiệt 22

Hình 3 4 Độ dày lá tản nhiệt 22

Hình 3 5 Thông số nhà sản xuất coil Faridabad Coil Industries 23

Hình 3 6 Mặt cắt 2D dàn coil 23

Hình 3 7 Dàn coil 3D 24

Hình 3 8 Vị trí dàn coil dùng trong mô phỏng 24

Hình 3 9 Model coil trong Box không khí 24

Hình 3 10 Kích thước Box 25

Hình 3 11 Kích thước lá tản nhiệt và ống đồng 25

Hình 3 12 Độ dày và khoảng cách giữa các lá tản nhiệt 26

Hình 3 13 Import Geometry > model-3D-coil-vf.igs 26

Hình 3 14 Tạo Boolean1 27

Hình 3 15 Tạo Boolean2 28

Hình 3 16 Đặt tên cho Bodies 29

Hình 3 17 Khởi tạo Mesh 30

Hình 3 18 Tạo Named Selections 30

Hình 3 19.Mặt air inlet và air outlet 31

Hình 3 20 Mặt wall air và wall pipet 31

Hình 3 21 Khối air fluid và các khối pipe solid 32

Hình 3 22 Các khối fin soild 32

Hình 3 23 Setup trong Details of Mesh 33

Hình 3 24 Lưới của part air 34

Hình 3 25 Lưới của part fin 34

vii

Hình 3 26 Lưới của part pipe 35

Hình 3 27 Thông số Skewness 35

Hình 3 28 Dãy thông số đánh giá chất lượng lưới theo Skewness [14] 35

Hình 3 29 Thông số Aspect Ratio 36

Hình 3 30 Yêu cầu chất lượng lưới cho Aspect Ratio [14] 36

Hình 3 31 Các bước khởi tạo Fluent 37

Hình 3 32 Setup các thông số cho General 38

Hình 3 33 Setup các thông số Multiphase 38

Hình 3 34 Setup các thông số Enery 39

Hình 3 35 Setup các thông số Viscous 39

Hình 3 36 Setup các thông số Species 40

Hình 3 37 Setup các thông số Materials Solid và Fluid 40

Hình 3 38 Setup các thông số Material Mixture 41

Hình 3 39 Setup các thông số Mixture-template air-vapor 42

Hình 3 40 Setup các thông số Mixture-template water-l 42

Hình 3 41 Kết quả cuối cùng khi setup Materials 43

Hình 3 42 Setup các thông số của Primary Phase 43

Hình 3 43 Setup các thông số của Secondary Phase 44

Hình 3 44 Setup các thông số của Forces 44

Hình 3 45 Setup các thông số Phase phần Mass 45

Hình 3 46 Setup vật liệu cho fin 46

Hình 3 47 Setup vật liệu cho pipe 46

Hình 3 48 Thông số điều kiện đầu vào thực nghiệm lúc 10h [15] 47

Hình 3 49 Phần mềm Psychrometric Calculator tính dung ẩm 47

Hình 3 50 Setup các thông số air_inlet 48

Hình 3 51 Setup các thông số air_vapor của air_inlet 49

Hình 3 52 Setup các thông số air_outlet 50

Hình 3 53 Setup các thông số air_vapor của air_outlet 50

Hình 3 54 Setup các thông số của Wall Pipet 51

Hình 3 55 Setup các thông số Solution Methods 51

Hình 3 56 Thiết lập thuộc tính Hybrid Initialization 52

viii

Hình 3 57 Setup giá trị cho Run Calculation 53

Hình 3 58 Đồ thị kết quả mô phỏng 54

Hình 3 59 Kết quả lượng nước ngưng 54

Hình 4 1 Trường nhiệt độ của một mặt cắt tại trục Oxy 55

Hình 4 2 Trường nhiệt độ của một mặt cắt tại trục Oyz 55

Hình 4 3 Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ Inlet-Outlet 56

Hình 4 4 Trường vận tốc của một mặt cắt tại trục Oxy 56

Hình 4 5 Trường vận tốc của một mặt cắt tại trục Oyz 57

Hình 4 6 Đồ thị biểu diễn kết quả vận tốc gió Inlet-Outlet 57

Hình 4 7 Trường độ ẩm của một mặt cắt tại trục Oxy 58

Hình 4 8 Trường độ ẩm của một mặt cắt tại trục Oyz 58

Hình 4 9 Volume Fraction của một mặt cắt tại trục Oxy 59

Hình 4 10 Volume Fraction của một mặt cắt tại trục Oyz 59

Hình 4 11 Đồ thị biểu diễn kết quả Mass flow rate Inlet-Outlet 60

Hình 4 12 Thông số lượng nước ngưng theo thực nghiệm 60

Hình 4 13 Thông số lưới 617650 phần tử 61

Hình 4 14 Thông số lưới 1471573 phần tử 61

Hình 4 15 Thông số lưới 1898459 phần tử 62

Hình 4 16 Thông số lưới 1898459 phần tử 62

Hình 4 17 Lượng nước ngưng của 4 trường hợp lưới 63

Hình 4 18 Nhập các số liệu vào phần mềm Minitab 19 69

Hình 4 19 Response Table for Signal to Noise Ratios 69

Hình 4 20 Đồ thị ảnh hưởng theo giá trị lượng nước ngưng 70

Hình 4 21 Đồ thị ảnh hưởng theo giá trị SN 70

Hình 4 22 Tính toán Anova từ Minnitap19 Analysis of Variance 72

Hình 4 23 Kết quả lượng nước ngưng của model tối ưu 73

Hình 4 24 Kết quả lượng nước ngưng của model tối ưu 74

Hình 4 25 Đồ thị lượng nước ngưng của model tối ưu trong hai Case 74

ix

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

WHO (World Health Organization): Tổ chức y tế thế giới

PM 2.5: Hạt mịn ô nhiễm trong không khí có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 2,5 micromet IAQ (Indoor Air Quality): Chất lượng không khí trong nhà

VOCs (Volatile organic compounds): Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

LPG: Khí dẩu mỏ hóa lỏng

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chất lượng không khí

Tầm quan trọng của chất lượng không khí [1]

Như chúng ta đã biết, con người có thể sống từ 8 đến 21 ngày mà không cần ăn, 3 ngày không uống nước, nhưng con người chỉ có thể sống được hơn 3 phút nếu không hít thở Vì vậy, không khí và chất lượng không khí giữ một vai trò mấu chốt và ảnh hưởng lớn đối với sức khỏe chúng ta

Hiện nay, không khí bên ngoài trời cũng quan trọng đối với chúng ta và dần trở thành một vấn đề cấp bách mà mỗi chúng ta cần quan tâm để đảm bảo sức khỏe cho chính bản thân Bằng cách thông qua thông tin về các thành phố ô nhiễm và khói bụi hay là những chỉ số đo đạc được từ các cơ quan trong lĩnh vực môi trường Chính vì chất lượng không khí ngoài trời không đảm bảo yêu cầu về độ sạch nên nó cũng là một nguyên nhân gây ảnh hưởng đến chất lượng không khí trong phòng

Rất nhiều người dành từ 70-80% thời gian cuộc sống của họ trong nhà, bao gồm nhà ở, nơi làm việc, phòng tập, trường học, phương tiện vận tải, cửa hàng và nhà hàng Lưu lượng không khí mà chúng ta thực hiện quá trình hô hấp trong nhà có sự ảnh hưởng trực diện đến sức khỏe của chúng ta Ở những nơi không có thông gió tốt, lượng khí thải

PM 2.5 và hàm lượng các chất gây ra ô nhiễm không khí khác có thể vượt quá 100 lần – ngưỡng mức giới hạn về độ sạch và an toàn theo những khuyến nghị mà WHO đưa ra WHO chỉ ra rằng lượng khí thải PM 2.5 không nên vượt quá 0,23 mg/phút khi không có thông gió và 0,80 mg/phút khi có thông gió Đối với carbon monoxide, mức khuyến nghị

là không vượt quá 0,16 g/phút cho thiết bị không có thông khí và 0,59 g/phút cho thiết bị

có thông khí Như vậy hàm lượng chất gây ô nhiễm cao hơn mức đưa ra của WHO có thể ảnh hưởng đến bản thân chúng ta như: viêm đường hô hấp, viêm phổi, làm yếu khả năng miễn dịch và làm chậm quá trình vận chuyển hàm lượng oxy trong máu Thống kê cho thấy

có khoảng 4,3 triệu người đã qua đời mỗi năm vì đã tiếp xúc liên tục với hàm lượng các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà, trong đó tỷ lệ tử vong do đột quỵ, bệnh tim và bênh phổi tắc nghẽn mãn tính theo thứ tự là 34%, 26% và 22% là cao nhất Những bệnh liên quan đến phổi có thể như viêm và ung thư chiếm tỷ lệ tử vong lần lượt là 12% và 6%

2

Không khí có chất lượng kém mà còn là không khí trong phòng là một nguyên nhân tiềm

ẩn đặc biệt có thể gây ảnh hưởng cho những nhóm người có hệ miễn dịch phát triển chưa đầy đủ hoặc bị lão hóa dễ bị tác động thông qua tiếp xúc trực tiếp như trẻ em, người già và những người có bệnh nền về tim mạch cũng như hen suyễn Hàm lượng không khí trong nhà bị ô nhiễm là một trong hàng loạt nguyên nhân gây ra ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe, ngoài ra còn là nguyên nhân gây ra tử vong hàng đầu ở cả những nước phát triển lẫn đang phát triển

Hiện nay, có các bằng chứng được đưa ra cho thấy mức độ không khí ô nhiễm hiện nay ở các thành phố châu Âu gây ra những tác động mạnh mẽ và vẫn còn đang gia tăng các ca tử vong, nhập viện, phần lớn là những ca bệnh trong các bệnh viện tim mạch và hô hấp Mặc dù các đặc tính nguy hiểm của nhiều chất ô nhiễm vẫn đang được nghiên cứu sâu hơn, nhưng chính sách dựa trên những số liệu được đưa ra là minh chứng rõ rằng việc bảo

vệ sức khỏe là khả thi và hiệu quả

Mỗi người trưởng thành trung bình hít vào và thở ra khoảng 7-8 lít không khí mỗi phút, tức là khoảng 11.000 lít không khí mỗi ngày Không khí hít vào chứa khoảng 20% oxy, trong khi không khí thở ra chỉ chứa khoảng 15% oxy, điều này đồng nghĩa với việc khoảng 5% thể tích không khí được tiêu thụ trong mỗi hơi thở và chuyển thành carbon dioxide Do đó, một người sử dụng khoảng 550 lít oxy tinh khiết mỗi ngày Trong hàm lượng không khí con người thực hiện hô hấp có thể hàm lượng các chất hóa học và chất gây hại, bao gồm bụi, vi khuẩn, vi rút, và vô số các chất có thể gây ô nhiễm khác Tuy nhiên, hệ thống hô hấp có một khả năng tuyệt vời không những có thể bảo vệ chính mình

mà còn có thể chống lại các hạt có hại trong lượng khí thở mà con người hô hấp Chỉ có những hạt rất nhỏ (kích thước 3-5 µm) mới có thể xâm nhập sâu vào phổi Tuy vậy, không khí ô nhiễm đi qua màng miệng và mũi, và cũng bị giữ lại ở đó Lượng không khí ô nhiễm bất kể là người lớn hay trẻ nhỏ, giới tính nam hay nữ, thể trạng tốt hay xấu, cao hay thấp, mức độ hoạt động thể chất, đều có thể chịu tác động khi tiếp xúc trực tiếp Trung bình, người đàn ông trưởng thành làm việc ở mức độ hoạt động vừa phải hít vào khoảng 16,8 m3không khí

Môi trường trong nhà phụ thuộc vào sự tương tác giữa địa điểm, khí hậu, các vật liệu trong quá trình xây dựng công trình và nội thất, quá trình xử lý độ ẩm, các hoạt động

3

được thực hiện đi thực hiện lại diễn ra thường xuyên trong tòa nhà, nguồn gốc bên ngoài,

hệ thống thông gió và hành vi, sinh hoạt cá nhân cũng như thói quen sống của những người đang làm việc, học tập, sinh hoạt trong tòa nhà (ví dụ: hút thuốc, sử dụng các chất sơn, v.v.)

Môi trường trong nhà là sự pha trộn của các hạt, các hợp chất ô nhiễm xuất phát từ nhiều nguồn gốc ở môi trường bên ngoài, như từ các hoạt động đi lại, vận chuyển trong giao thông và hoạt động sản xuất, chế tạo, tạo ra sản phẩm trong công nghiệp, có thể được len lõi qua từng ngóc ngách, cửa, giếng trời, hoặc xâm nhập thông qua hệ thống thông gió

tự nhiên và cơ khí; các hợp chất bắt nguồn từ bên trong tòa nhà thông qua quá trình làm việc, sinh hoạt, nấu nướng, sửa chữa thải ra các nguồn ô nhiễm như khói, khí thải từ vật liệu xây dựng và đồ đạc, hệ thống sưởi và làm mát trung tâm, thiết bị tạo ẩm, sản phẩm vệ sinh gia đình, động vật nuôi và hành vi cũng như thói quen sống của con người đang sống trong tòa nhà

Những hợp chất có thể gây ra những ảnh hưởng đến chất lượng không khí trong nhà được đưa ra cụ thể: khí (ví dụ: carbon monoxide, ozone, radon), các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs), hạt, cũng như các hạt sinh học như vi khuẩn, nấm và phấn hoa

Các chất ô nhiễm hữu cơ bay hơi (VOCs), acrolein, formaldehyde, nitơ dioxide (NO2), hạt vật chất có thể hô hấp (PM4.0 và PM2.5) và hàm lượng benz(a)pyrene tương ứng đã được nghiên cứu và đưa ra nhận định trong khoảng nửa tháng nghiên cứu Các nồng

độ trung bình theo thời gian của NO2 (4,9-17,4 µg/m3) và formaldehyde (2,5-6,4 µg/m3) ở

cả trong nhà và ngoài trời là như nhau Các hợp chất gây ô nhiễm trong không khí bên trong căn nhà chủ yếu được phát tán ra từ các nguồn và hoạt động bên trong nhà đã biết

Các ảnh hưởng sức khỏe khác có thể xuất hiện nhiều năm sau khi phơi nhiễm hoặc chỉ sau thời gian dài hoặc lặp đi lặp lại phơi nhiễm Những ảnh hưởng này, bao gồm một

số bệnh về đường hô hấp, bệnh tim và ung thư, có thể gây suy nhược nghiêm trọng hoặc gây tử vong Ngoài ra, điều rất quan trọng cần nhấn mạnh là phản ứng của mỗi người khi tiếp xúc với các chất ô nhiễm không khí trong nhà có thể khác nhau

4

Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng không khí [2]

Thông gió không đầy đủ có thể làm tăng mức độ ô nhiễm trong nhà do không khí không được pha loãng bằng không khí từ bên ngoài, và các chất ô nhiễm trong nhà vẫn còn trong không gian bên trong

Môi trường có nhiệt độ và độ ẩm cao tạo điều kiện lý tưởng cho sự phát triển của nấm mốc, mạt bụi và các loại vi sinh vật khác Điều này cũng gây ra khó chịu về mặt nhiệt

1.2 Đối tượng và ứng dụng

1.2.1 Đối tượng

Với sự tiến bộ của công nghệ điều hòa không khí, việc tạo ra các ưu thế mới trong thiết kế hệ thống điều hòa không khí nhằm đảm bảo chất lượng không khí trong các không gian là một ưu tiên hàng đầu Với mục tiêu nâng cao chất lượng không khí và kiểm soát độ

ẩm trong một phòng, nhóm chúng em đã quyết định tiến hành mô phỏng quá trình ngưng

tụ nước trong dàn coil của dàn bay hơi Chúng em sử dụng Model FT50FVM với công suất

1.5 HP của Daikin để thực hiện mô phỏng này

1.2.2 Ứng dụng

Với việc sử dụng các kết quả nghiên cứu trong đề tài thì việc kiểm soát lượng nước ngưng trong công nghệ điều hòa sẽ có thêm một hướng nghiên cứu, góp phần đảm bảo chất lượng không khí tốt hơn khi dự đoán được các yếu tố ảnh hưởng đến độ ẩm trong phòng

và đạt mục tiêu kiểm soát độ ẩm

5

1.3 Đề tài nghiên cứu

1.3.1 Tính cấp thiết của đề tài

Đề tài này sẽ mô phỏng quá trình ngưng tụ của không khí ẩm khi đi qua thiết bị bay hơi nhằm để có thể kiểm soát độ ẩm, từ đó giúp cải thiện chỉ số hiệu quả về chất lượng không khí, là một vấn đề cấp thiết, đang được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực điều hòa không khí hiện nay Tuy nhiên, đề tài này chỉ mới tìm hiểu các yếu tố đơn lẻ, độc lập, chưa thực sự đưa ra các phương pháp cụ thể

1.3.2 Lí do chọn đề tài

Nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống, đặc biệt là chất lượng không khí trong phòng ngày càng trở thành một vấn đề rất được quan tâm và việc sử dụng máy điều hòa không khí đã trở nên ngày càng phổ biến hơn

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng không khí, nhiệt độ và độ ẩm

là hai yếu tố quan trọng, tuy nhiên, yếu tố độ ẩm thường ít được quan tâm và nghiên cứu

Vì vậy, nhóm của chúng em đã quyết định nghiên cứu và chọn đề tài "Mô phỏng quá trình ngưng tụ của không khí ẩm đi qua thiết bị ngưng tụ"

1.3.3 Mục đích nghiên cứu

Quan tâm đến các yếu tố nào sẽ ảnh hưởng đến lượng nước ngưng, cũng như mong muốn tìm ra giải pháp tối ưu để cải tiến thiết kế nhằm kiểm soát được độ ẩm trong máy điều hòa không khí để phục vụ, nâng cao chất lượng cuộc sống và sức khỏe con người

6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ PHỎNG SỐ

2.1 Tình hình nghiên cứu

2.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Lĩnh vực nghiên cứu về độ ẩm trong hệ thống điều hòa không khí chưa nhận được

sự chú trọng đúng mức tại Việt Nam, với số lượng nhà nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ nhiệt lạnh và công bố kết quả nghiên cứu chính thống còn hạn chế Trong các nghiên cứu về điều hòa không khí, vấn đề tiết kiệm năng lượng thường được đặt lên hàng đầu Tạ Xuân Hòa và đồng nghiệp đã thực hiện một nghiên cứu [3], nhằm đạt hiệu quả tiết kiệm năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí và thông gió của các công trình xây dựng Nghiên cứu này bao gồm việc tổng hợp các giải pháp từ các giai đoạn khác nhau, bao gồm thiết kế kiến trúc và kết cấu bao che của công trình, lựa chọn hệ thống điều hòa không khí

và thông gió, lựa chọn thiết bị lạnh phù hợp cho từng loại công trình, cũng như giai đoạn thi công Ngoài ra, nghiên cứu cũng khuyến khích sử dụng các công nghệ tiên tiến như biến tần và điều khiển tự động toàn bộ hệ thống, cũng như sử dụng thiết bị thông gió thu hồi nhiệt Cuối cùng, giai đoạn vận hành và khai thác cũng được coi là quan trọng trong nghiên cứu này

2.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Độ ẩm đóng vai trò rất quan trọng nó ảnh hưởng đến cảm giác thoải mái nhiệt và chất lượng không khí trong các không gian sống Trong nghiên cứu của Xiangguo Xu và đồng nghiệp [4], đã được tóm tắt hai phương pháp sử dụng để kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong các tòa nhà sử dụng hệ thống điều hòa không khí Phương pháp đầu tiên là thay đổi cấu trúc của hệ thống điều hòa không khí hoặc giới thiệu một thiết bị hút ẩm bổ sung có khả năng thích ứng cho các tòa nhà vừa và nhỏ, để phân tách việc điều khiển nhiệt độ và

độ ẩm Phương pháp thứ hai là phát triển các thuật toán điều khiển tiên tiến để đồng thời điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong một thiết bị điều hòa không khí mở rộng trực tiếp với tốc độ thay đổi

Tao Zhang cùng cộng sự [5] đã nghiên cứu về sự phát triển của các hệ thống kiểm soát độc lập nhiệt độ và độ ẩm ở Trung Quốc và xem xét những thành tựu và tiến bộ gần đây liên quan đến các thiết bị chính được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, bao gồm

đề xuất tiết kiệm năng lượng tới 13,2% so với hệ thống điều hòa không khí thông thường

mà không ảnh hưởng đến sự thoải mái về nhiệt của người sử dụng

Bên cạnh các vấn đề về độ ẩm cũng như hiệu suất sử dụng năng lượng trong điều hòa không khí thì các nhà nghiên cứu trên thế giới cũng quan tâm mạnh mẽ đến chất lượng không khí trong không gian điều hòa và ảnh hưởng của nó đối với sức khỏe người sử dụng

R V Corlan cùng cộng sự [1] đã chỉ ra Ô nhiễm không khí đã được xác định là một cuộc khủng hoảng sức khỏe cộng đồng toàn cầu, với ước tính gây tử vong cho 7 triệu người mỗi năm theo Tổ chức Y tế Thế giới Có một mối liên hệ rõ ràng giữa sức khỏe và mức độ

ô nhiễm không khí đã được ghi nhận từ quá khứ Bài viết này giới thiệu một loạt các công

cụ liên quan đến đo lường chất lượng không khí trong nhà và tập trung vào đánh giá chất lượng không khí trong các không gian kín khác nhau Dựa trên các giá trị nồng độ đã được phát hiện, kết luận của bài viết nhấn mạnh rằng việc kiểm tra chất lượng không khí trong nhà là cần thiết như một biện pháp phòng ngừa, nhằm giảm thiểu rủi ro tiềm ẩn đối với sức khỏe con người, tùy thuộc vào các quy trình công nghệ hoặc hoạt động diễn ra trong không gian kín

H Kabrein cùng cộng sự [7] đã thực hiện việc tuần hoàn không khí bằng cách trộn không khí hồi lưu trong nhà với không khí trong lành ngoài trời Mục đích của nghiên cứu này là đánh giá tiện nghi nhiệt trong nhà và chất lượng không khí trong nhà trong các tòa

8

nhà văn phòng, được trang bị các bộ lọc kết hợp Kỹ thuật lọc không khí bao gồm bộ lọc giá trị báo cáo hiệu quả tối thiểu và bộ lọc sợi than hoạt tính, được đặt trước các bộ phận cuộn dây quạt Các phát hiện của nghiên cứu cho thấy rằng kỹ thuật trộn không khí tuần hoàn với không khí trong lành thông qua các bộ lọc kết hợp đã đáp ứng điều kiện thoải mái

về nhiệt được khuyến nghị trong không gian làm việc Hơn nữa, kết quả đánh giá sau khi

sử dụng và các phép đo môi trường tuân thủ tiêu chuẩn ASHRAE-55 Ngoài ra, mức độ tập trung CO2 tiếp tục giảm trong thời gian đo

Hiện nay, Máy điều hòa không khí kiểu rời được sử dụng rộng rãi trong các hộ gia đình và văn phòng vì kích thước nhỏ gọn, khả năng làm mát hiệu quả, độ ồn thấp Để hỗ trợ cho việc thiết kế hệ thống máy điều hòa không khí kiểu rời Chung-Chun Tsao [8] cùng cộng sự đã nghiên cứu phát triển một mô hình thay đổi pha ngưng tụ và nhiệt thủy lực lý thuyết cho dàn lạnh cỡ nhỏ bằng cách sử dụng phần mềm Computational Fluid Dynamics (CFD)- ANSYS FLUENT V19.1 để phân tích trường dòng chảy bên trong cũng như hiệu suất truyền nhiệt và truyền khối Mô hình hỗn hợp hai pha được sử dụng để mô phỏng hiện tượng chuyển pha của không khí ẩm và nước bên trong máy điều hòa không khí kiểu rời

So sánh kết quả của lưu lượng và công suất nhiệt ẩn và nhiệt hiện của dàn lạnh được dự đoán bằng phương pháp CFD với kết quả được đo bằng các thí nghiệm, cho thấy rằng cả hai kết quả đều phù hợp chặt chẽ và mô hình được phát triển bởi họ là chính xác

Dilek Kumlutas [9] cùng cộng sự đã nghiên cứu một mô hình tiết diện mỏng đại diện ba chiều đã được giới thiệu để lập mô hình dàn lạnh máy điều hòa không khí kiểu rời, phân tích truyền nhiệt và phân tích dòng chất lỏng được thực hiện để xác định các đặc tính của thiết bị Ngoài ra, phương pháp số đã được kiểm tra bằng cách so sánh kết quả với các thí nghiệm về khả năng truyền nhiệt và phép đo vận tốc hình ảnh hạt âm thanh nổi tại phần đầu ra của thiết bị được tiến hành để so sánh sự phân bố vận tốc Kết quả cho thấy sự khác biệt giữa nghiên cứu số học và thực nghiệm nằm trong giới hạn chấp nhận được; do đó,

mô hình tiết diện mỏng cho nghiên cứu số là một giả định tốt để xác định các đặc tính truyền nhiệt và dòng chảy của máy điều hòa không khí kiểu rời

S Sedin GÜRBÜZ [10] đã sử dụng phần mềm FLUENT với các điều kiện ban đầu

và điều kiện biên được sử dụng để giải các phương trình chi phối là các phương trình liên tục, phương trình bảo toàn động lượng, phương trình bảo toàn năng lượng, phương trình

9

bảo toàn khối lượng để nghiên cứu và kiểm tra sự ngưng tụ của không khí ẩm trên một tấm phẳng nằm ngang Khi không khí ẩm di chuyển trên bề mặt lạnh, nó bắt đầu ngưng tụ và sau đó hóa rắn trên bề mặt Sự ngưng tụ trên bề mặt làm giảm tốc độ truyền nhiệt và tăng

sự sụt áp Đối với các giá trị vận tốc đầu vào cao hơn, tốc độ truyền nhiệt tăng lên Đối với nhiệt độ đầu vào cao hơn, nhiệt lượng cao hơn được truyền đi nhưng thông lượng khối lượng thấp hơn được quan sát thấy Đối với phần khối lượng thấp hơn, sự truyền nhiệt ròng thấp hơn được quan sát thấy

2.2 Phương pháp và công cụ nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp phân tích phương sai (Analysis of variance - Anova) [11]

Phương pháp phân tích phương sai (ANOVA - Analysis of Variance) là một phương pháp thống kê được sử dụng để kiểm tra sự khác biệt có ý nghĩa giữa các nhóm hoặc điều kiện khác nhau trong một tập dữ liệu Nó giúp xác định xem liệu sự khác biệt trong các nhóm là ngẫu nhiên hay có ý nghĩa thống kê

Phương pháp ANOVA có nhiều biến thể, bao gồm one-way ANOVA (phân tích một chiều) cho việc so sánh các nhóm độc lập, two-way ANOVA (phân tích hai chiều) cho việc xem xét ảnh hưởng của hai yếu tố chính khác nhau, và repeated measures ANOVA (phân tích phương sai đo lặp) cho việc xem xét sự thay đổi theo thời gian hoặc trạng thái lặp lại

Phương pháp ANOVA là một trong những công cụ quan trọng trong phân tích thống

kê và nghiên cứu Nó cho phép xác định sự khác biệt giữa các nhóm và hiểu rõ hơn về tương quan và ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến kết quả

2.2.2 Phương pháp Taguchi (Taguchi Methods) [12]

Phương pháp Taguchi, được đặt theo tên của nhà kỹ sư Nhật Bản Genichi Taguchi,

là một trong những phương pháp thiết kế và tối ưu hóa chất lượng trong quá trình sản xuất

và quá trình Nó tập trung vào việc giảm sự biến thiên và tăng tính ổn định của quá trình

để đạt được chất lượng cao và đáng tin cậy với chi phí thấp

Mục tiêu chính của phương pháp Taguchi là tìm ra các thiết lập yếu tố thiết kế và điều kiện sản xuất mà có thể đạt được sự ổn định và đáng tin cậy nhất đối với chất lượng

10

sản phẩm hoặc dịch vụ Phương pháp này cũng giúp xác định các yếu tố quan trọng và

không quan trọng đối với chất lượng, giúp tiết kiệm thời gian và nguồn lực trong quá trình

tối ưu hóa

Phương pháp Taguchi có ưu điểm là nhanh chóng, đơn giản và ít tốn kém Nó cung

cấp một cách tiếp cận hệ thống để tối ưu hóa quá trình và chất lượng, đặc biệt là khi có

nhiều yếu tố và điều kiện cần xem xét Tuy nhiên, một điểm yếu của phương pháp này là

không xem xét sự tương tác giữa các yếu tố thiết kế, điều này có thể dẫn đến kết quả tối ưu

không hoàn toàn chính xác

Phương pháp Taguchi đã được áp dụng rộng khắp trong các ngành công nghiệp, từ sản

xuất ô tô, điện tử, y tế đến dịch vụ và quy trình sản xuất Nó giúp cải thiện, nâng cao chất

lượng sản phẩm, giảm sự biến động và đảm bảo sự ổn định và đáng tin cậy của quá trình,

đóng góp vào sự thành công và tăng cường cạnh tranh của các doanh nghiệp

Phân tích số liệu

Kết luận

12

Đánh giá bằng tỉ số SN

Bảng 2 1 Thí nghiệm tiêu chuẩn với giá trị trung bình TN

Thí nghiệm P1 P2 P3 P4 Trial 1 Trial 2 … Trial N

Minitab hỗ trợ nhiều phân tích thống kê như kiểm định giả thuyết, phân tích chuỗi thời gian, phân tích phương sai, phân tích hồi quy, phân tích biến thể, phân tích phụ thuộc, phân tích sự kiện, và nhiều phương pháp khác Nó cũng có các công cụ để tạo biểu đồ chất lượng, biểu đồ điều khiển, biểu đồ Pareto, biểu đồ phân phối, và các biểu

đồ khác để hiển thị và trực quan hóa dữ liệu

Minitab cung cấp khả năng xuất dữ liệu và báo cáo kết quả dưới dạng bảng, biểu đồ

và đồ thị Nó cũng có tính năng tương tác với các phần mềm khác như Microsoft Excel

và MATLAB để tăng tính linh hoạt và khả năng tích hợp trong quy trình làm việc Minitab là một công cụ hữu ích cho việc thực hiện các phân tích thống kê, phân tích

dữ liệu và cải thiện chất lượng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Nó giúp người dùng phân tích và hiểu dữ liệu một cách chính xác và đưa ra quyết định dựa trên thông tin số liệu đáng tin cậy

15

2.2.4 Phần mềm AutoCAD

AutoCAD là một trong những phần mềm thiết kế và vẽ kỹ thuật 2D và 3D được phát triển bởi Autodesk Nó được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực như kiến trúc, xây dựng, kỹ thuật cơ khí, và đồ họa công nghiệp để đưa ra các bản vẽ kỹ thuật, mô phỏng và phân tích không gian 3D

AutoCAD cung cấp các công cụ mạnh mẽ cho việc tạo ra và chỉnh sửa các bản vẽ

kỹ thuật Người dùng có thể tạo các hình học như đường thẳng, đường cong, hình tròn, hình chữ nhật, và hình khối 3D AutoCAD cũng hỗ trợ các tính năng như gán màu, tạo vùng chọn, thiết lập mô phỏng ánh sáng và vật liệu để tạo ra các hiệu ứng thực tế

Ngoài ra, AutoCAD còn có khả năng tạo ra các bản vẽ tự động thông qua lập trình bằng ngôn ngữ AutoLISP Điều này cho phép người dùng tạo ra các lệnh tùy chỉnh và các công cụ đặc biệt để tăng tính hiệu quả và đơn giản hóa quy trình thiết kế

AutoCAD là một công cụ rất quan trọng trong quy trình thiết kế và vẽ kỹ thuật hiện đại Nó giúp tăng hiệu suất, chính xác và hiệu quả trong quá trình tạo ra các bản vẽ và mô hình, từ việc thiết kế các công trình xây dựng đến thiết kế sản phẩm và linh kiện cơ khí phức tạp

2.2.5 Phần mềm ANSYS Fluent.

ANSYS Fluent là một phần mềm mô phỏng và phân tích dòng chảy (computational fluid dynamics - CFD) hàng đầu được phát triển bởi công ty ANSYS, Inc Nó cung cấp nhiều công cụ mạnh mẽ để phân tích, nghiên cứu và tối ưu hóa dòng chảy và tương tác với các cấu trúc trong các lĩnh vực như: ô tô, hàng không, năng lượng, môi trường và công nghiệp

ANSYS Fluent cho phép người dùng mô phỏng các dòng chảy khí, chất lỏng và đa pha (bao gồm cả dòng chảy đa pha và tương tác chất rắn-chất lỏng) Nó cung cấp các công

cụ nhằm xác định và phân tích các thông số quan trọng như áp suất, vận tốc, nhiệt độ, nồng

độ, và các thông số khác của dòng chảy

ANSYS Fluent hỗ trợ mô hình hóa và phân tích dòng chảy từ các bài toán đơn giản đến các vấn đề phức tạp Người dùng có thể tạo mô hình 3D của hệ thống và áp dụng các điều kiện biên, điều kiện đầu vào và lực tác động để mô phỏng các bài toán thực tế Các

2.3 Thiết lập mô hình trong mô phỏng số

2.3.1 Thiết lập các yếu tố ảnh hưởng

Trong lĩnh vực nghiên cứu những điều kiện làm việc tối ưu cho máy lạnh, đã có các bài báo nghiên cứu được thực hiện Dựa trên cơ sở những bài báo đó, nhóm đã chọn

3 yếu tố để tiến hành nghiên cứu, đó là nhiệt độ cài đặt trong phòng, tốc độ gió và độ ẩm

2.3.2 Xác định các mức độ của từng yếu tố

Hình 2 1 Thông số tính toán của không khí bên trong nhà dùng để thiết kế điều hòa

không khí đảm bảo điều kiện tiện nghi nhiệt, TCVN 5687:2010

- Nhiệt độ cài đặt: Theo TCVN 5687:2010, nhóm chọn 3 mức nhiệt độ cài đặt là: 22-23 (oC), đo nhiệt độ thiết lập cho mô phỏng được xác định theo bảng sau:

Nhiệt độ gió hồi trung bình trong thực nghiệm lần 2

Nhiệt độ gió hồi trung bình qua hai lần thực nghiệm

Nhiệt độ gió hồi thiết lập cho mô phỏng

Air Flow Rate m

3/min (cfm)

Air Direction Control Right, Left, Horizontal,

Downward Air Filter Removable/Washable/Mildew