Đang tải... (xem toàn văn)
Chất lưu là tập hợp củacác trạng thái vật chất bao gồm chấtlỏng, chất khí, plasma và đôi khi cũngđúng đối với chất rắn đàn hồi.Định nghĩa: Cơ học chất lưu, mộtcách tổng quát, khảo sát và
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA NĂNG LƯỢNG
NHIỆT BÀI TẬP LỚN CƠ HỌCCHẤT LƯU
ĐỀ TÀI : Tìm hiểu ứng dụng lý thuyết mônCHCL trong Máy lạnh và ứng dụng
HỌ VÀ TÊN : NGUYỄN MINH QUANG
MÃ LỚP : 137705
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TS BÙI HỒNG SƠN
Trang 22 Phương trình liên tục trong máy lạnh 8
3 Tổn thất năng lượng trong máy lạnh 9
a Tổn thất dọc đường 9
b Tổn thất cục bộ 12
IV Kết luận 12
Trang 3I.CƠ HỌC CHẤT LƯU Chất lưu là gì ?
Chất lưu là một thực thể tồn tại nhưcác hiện tượng tự nhiên tuân thủ cácquy luật thể hiện bản chất vật lý vàtoán học Chất lưu là tập hợp củacác trạng thái vật chất bao gồm chấtlỏng, chất khí, plasma và đôi khi cũngđúng đối với chất rắn đàn hồi.
Định nghĩa: Cơ học chất lưu, một
cách tổng quát, khảo sát và nghiên cứuđiều kiện tồn tại cũng như cơ chế hoạt
động của chất lưu trong trạng thái cân bằng tuyệt đối, cân bằng tương đối, chuyển động tuyệt đối và tương đối thông qua các định luật bảo toàn (khối lượng, động lượng, năng lượng) được mô tả bằng các phương trình cơ bản, phương trình liên tục, phương trình chuyển động – động lượng, phương trình năng lượng và phương trình trạng thái.
II.MÁY LẠNH
Máy lạnh là thiết bị sử dụng điện năng để thay đổi nhiệt độ trong phòng theo nhucầu của người sử dụng.
Trang 41 Cấu tạo
Thông thường, cấu tạo của máy lạnh được chia thành 2 phần bao gồmkhối trong phòng và khối ngoài phòng (hay còn được gọi là cục nóng vàcục lạnh)
a Khối trong phòng (Cục lạnh)
o Các ống đồng uốn thành nhiều lớp và được đặt trong mộtdàn lá nhôm dày: Có tác dụng hấp thụ nhiệt trong phòng để môichất lạnh mang ra bên ngoài.
o Lưới lọc bụi: Chặn lại hết tất cả bụi bặm, vi khuẩn Giúp khôngkhí trong lành, sạch sẽ.
o Bộ vỏ nhựa bao bọc bên ngoài: Bảo vệ các bộ phận bên trongmáy, khả năng cách điện bảo vệ người dùng, có nhiều thiết kế vàhình dáng mang tính thẩm mỹ cao.
o Bộ cánh vẫy và mô-tơ vẫy: Giúp đảo gió đưa không khí lạnhtrải khắp căn phòng.
o Ống dẫn nước thải: Trong quá trình sử dụng, hơi nước ngưngtụ và hóa lỏng bên trong máy lạnh Công dụng của ống dẫnnước thải chính là đưa lượng nước dư thừa từ trong máy lạnh đira ngoài.
o Bộ bo mạch điều khiển: Được xem là bộ não của máy lạnh,điều khiển mọi hoạt động của thiết bị.
o Bo mạch hiển thị: Thường sẽ hiển thị nhiệt độ mà máy lạnhđang hoạt động.
o Van tiết lưu: Có tác dụng hạ áp suất khí gas khi gas đi qua dànnóng để tản nhiệt Gas đi qua van tiết lưu sẽ chuyển thành dạngkhí với áp suất thấp và nhiệt độ thấp để máy lạnh thổi ra phòng.
Trang 5b Khối ngoài phòng (cục nóng)
o Lốc máy lạnh (máy nén): Hút chân không ngoài bên ngoài dàn lạnh, nén khí gas sang dạng lỏng ở dàn nóng nhằm giúp quá trình xả nhiệt đạt hiệu quả tốt nhất.
o Quạt dàn lạnh: Tạo ra luồng không khí lưu thông liên tục qua dàn lạnh để nhiệt được hấp thụ tốt hơn Nếu quạt chạy yếu hoặc không chạy, máy lạnh sẽ không làm mát.
o Quạt dàn nóng: Thổi không khí xuyên qua dàn nóng, giúp xả nhiệt ra môi trường một cách hiệu quả nhất.
o Ống dẫn ga: Thường được làm bằng đồng, chịu được áp suấtvà nhiệt độ cao, không bị oxi hóa để dẫn gas từ dàn lạnh đến dàn nóng.
o Tụ điện: Giúp động cơ điện của máy nén hoạt động.
o Khung vỏ bên ngoài: Được thiết kế bằng nhựa hoặc sắt, phủ một lớp sơn tĩnh điện chịu được mưa nắng.
2 Nguyên lý làm việc
Bước 1: Máy nén hút hơi môi chất với áp suất thấp và nén lên áp suất cao, lúc này môi chất sẽ có nhiệt độ cao.
Trang 6Bước 2: Môi chất ở áp suất và nhiệt độ cao được đẩy qua van đảo chiều và đi đến dàn ngưng tụ Quạt dàn có tác dụng giải nhiệt cho môi chất, hơi môi chất trong dàn ngưng tụ khi gặp nhiệt độ thấp sẽ thành thể lỏng.
Bước 3: Môi chất thể lỏng đi vòng qua bằng van 1 chiều Lúc này, môi chất đã được làm mát nhưng vẫn ở áp suất cao và di chuyển qua các đường ống kết nối đến đường ống trong nhà Môi chất sẽ được van tiết lưu hạ áp suất và đi vào dàn bay hơi.
Bước 4: Môi chất sẽ hấp thụ nhiệt từ không khí do quạt thổi vào và hóahơi và được làm mát rồi tản ra môi trường trong phòng Môi chất lạnh sau khi làm lạnh sẽ được hút về máy nén để tiếp tục chu kỳ làm lạnh.
Trang 7III.Lý thuyết cơ học chất lưu trong máy lạnh và ứng dụng1 Máy nén
Máy nén được coi là trái tim của thiết bị lạnh Trong các thiết bị nhiệt hay xảy ra hiện tượng va đập thủy lực Và cụ thể trong máy lạnh thường xảy ra hiện tượng thủy kích.
Hiện tượng va đập thủy lực: Là hiện tượng chất lưu thay đổi đột ngột, sẽ xuất hiện sự thay đổi áp suất rất lớn trong đường ống; có thể đe dọa thậm chíđến an toàn của toàn bộ hệ thống thiết bị.
Hiện tượng va đập thủy lực gồm 2 hiện tượng chính:Xâm thực (Hút lỏng lẫn khí)
Thủy kích (Hút khí lẫn lỏng)
Hiện tượng thủy kích trong máy nén: Trong quá trình bay hơi, hơi môi chất được hóa hơi ở nhiệt độ thấp áp suất thấp ra khỏi thiết bị bay hơi được máy nén hút về để máy nén đẳng entropy, hơi môi chất sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi chưa đạt đến trạng thái hơi bão hòa mà vẫn còn lẫn lỏng nên khi được máy nén hút vào nó có thể gây ra sự gia tăng áp suất và nhiệt đột ngột làm hỏng máy nén và các thiết bị khác của hệ thống đồng thời có thể gây ra tiếng ồn và độ rung và các ứng suất cơ học khác.
Trang 8Hiện tượng thủy kích xảy ra do môi chất lạnh có lẫn lỏng được tăng tốc về phía đầu hút của máy nén do chuyển động của máy nén môi chất va đập gây ra áp suất đẩy ngược lại vào hệ thống
Giải pháp: Bình tách lỏng
2 Phương trình liên tục trong máy lạnh
Trong hệ thống điều hòa 1 cấp tại sao hệ thống đường ống lỏng nhỏ hơn so với hệ thống đường ống khí ?
Trang 9Trong chất lưu có sự biến đổi pha dẫn đến sự thay đổi thể tích riêng Theo phương trình liên tục:
Từ phương trình liên tục ta thấy rằng có sự phụ thuộc vào Như ta đã biết rằng
Đường ống khí nhỏ hơn
3 Tổn thất năng lượng trong máy lạnh
Trong phương trình liên tục:
hw1-2: là tổn thất thủy lực khi dòng chảy chuyển động
Giá trị hw1-2 bao gồm:
a) Tổn thất dọc đường
Tổn thất dọc đường sinh ra trên toàn bộ chiều dài dòng chảy đều hoặckhông đều đổi dần Là tổn thất xảy ra dọc theo đường di chuyển của dòng chảydo sự ma sát của chất lỏng với thành rắn tiếp xúc Ta ký hiệu tổn thất này là hd.Tổn thất thủy lực dọc đường hd cho dòng chảy đều trong ống tròn, theo Darcy, có thể được xác định theo công thức sau:
Trang 10Mối quan hệ được Moody biểu diễn dưới dạng đồ thị ( - đồ thị Moody, hình vẽ 5) và đồ thị này chỉ đúng cho ống thép tròn Phân tích đồ thị Moody, ta có thể chia nó thành 5 khi vực sau:
Khu vực 1 – khu vực chảy tầng (Re ).
Hệ số ma sát chỉ phụ thuộc vào Re mà không phụ thuộc vào (đoạn thẳng AB trên hình vẽ 5) Khi đó:
Khu vực 2 – khu vực quá độ từ chảy tầng sang chảy rối (2300 < Re < 10 )4
Trong khi vực này hệ số ma sát có quy luật biến thiên phức tạp (giữa điểm B và điểm C) Các phương trình nghiên cứu của các tác giả đã đưa ra các công thức thực nghiệm khác nhau để xác định Frenken đã đưa ra công thức thực nghiệm sau:
Hoặc có thể sử dụng công thức Bladius cho dải Re < 10 5
Khu vực 3 – Khu vực chảy rối ống trơn thủy lực.
Hệ số ma sát chỉ phụ thuộc vào Re mà không phụ thuộc vào (Quy luật biến thiên tương ứng với đoạn thẳng CD trên hình vẽ 5) Một số công thức thực nghiệm:
-Công thức Bladius khi
-Công thức Cônacốp khi 4000 < Re < 3.10 :6
Khu vực 4 – khu vực chảy rối trước bình phương sức cản, hoặc không hoàn toàn thành nhám (20 < Re < 500)
Trang 11Khu vực giữa đoạn thẳng CD và đoạn thẳng EF trên hình vẽ 5 Trong khu vực này hệ số ma sát phụ thuộc vào Re và phụ thuộc vào , có thể sử dụng công thực Altsul để tính :
Trị số của các loại ống khác nhau
Khu vực 5 – khu vực chảy rối thành nhám hoàn toàn, hay khu vực bình phương sức cản (Re > 500 ) Khu vực nằm bên phải đoạn thẳng EF
Trong khu vực này hệ số ma sát chỉ phụ thuộc vào mà không phụ thuộc vào Re Một số công thực để xác định trong miền này:
- Công thức Prandtl – Nicuradse:
Trang 12- Công thức Shifrinson (nhận được từ công thức Altsul khi Re ):
b Tổn thất cục bộ
Tổn thất cục bộ sinh ra tại những nơi cá biệt, ở đó dòng chảy bị biến dạng đột ngột; ký hiệu tổn thất này là hc Thí dụ: tổn thất tại nơi ống uốn cong, ống mở rộng, nơi có đặt khóa nước v v
IV.Kết luận
Từ những ứng dụng kể trên chúng ta rút ra được kết luận rằng ứng dụng cơ học chất lưu trong máy lạnh là vô cùng quan trọng và giúp ta giải quyết cũngnhư giảm thiểu sự tổn thất trong hệ thống bằng phương pháp tính toán và thực nghiệm
Nguồn tài liệu tham khảo:
- Cơ học chất lưu (Hoàng Bá Chư)- Google, chat GPT, Wikipedia,……- Slide cơ học chất lưu (Bùi Hồng Sơn)