Quá trình mô phỏng số được thực hiện bằng phần mềm ANSYS WORKBENCH 19.2 để thể hiện dòng lưu chất đi qua thiết bị trao đổi nhiệt thay đổi với vận tốc đầu vào là 0.197 m/s, sau đó khảo sá
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các quá trình trao đổi nhiệt
Về cơ bản một quá trình truyền nhiệt diễn ra với 3 hình thức sau:
- Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt: là quá trình trao đổi nhiệt giữa các phần trong một vật hoặc giữa 2 vật tiếp xúc nhau khi có nhiệt độ khác nhau Quá trình này chủ yếu xảy ra đối với chất rắn, lúc này dòng nhiệt có chiều theo diễn biến tự nhiên sẽ truyền từ nơi có giá trị cao đến nơi có giá thấp và không có trường hợp ngược lại
- Trao đổi nhiệt đối lưu: là quá trình trao đổi nhiệt nhờ sự chuyển động của lưu chất (lỏng, khí) với bề mặt vật rắn giữa những vùng có nhiệt độ khác nhau Quá trình này chỉ xảy ra đối với chất lỏng hoặc chất khí bởi vì sự truyền nhiệt lượng gắn liền với chuyển động của môi trường lưu chất
- Trao đổi nhiệt bức xạ: là một quá trình trao đổi nhiệt dưới dạng năng lượng sóng điện từ và có liên quan chặt chẽ với sự chuyển hóa của các dạng năng lượng Tất cả các vật có nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối (0 Kelvin) Quá trình trao đổi nhiệt này diễn ra khi
2 vật đặt cách xa nhau và cả trong môi trường chân không.
Tổng quan và đặc trưng về thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh tạo dòng xoáy
2.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển
*Từ năm 1930-1940: Những thiết kế và ứng dụng ban đầu
Những năm 1930 chứng kiến sự phát triển ban đầu của thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh, đặc trưng bởi các lớp tấm phẳng và các tấm lượn sóng xen kẽ nhau Thiết kế này giúp tăng đáng kể diện tích bề mặt truyền nhiệt, khiến chúng phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu trao đổi nhiệt hiệu quả trong không gian hạn chế
Những ngành áp dụng sớm bao gồm ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, vốn đánh giá cao tính chất nhẹ và nhỏ gọn của PFHE cho hệ thống làm mát máy bay
*Từ năm 1950-1960: Những tiến bộ công nghệ
Sau Thế chiến thứ hai, việc sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh đã mở rộng nhanh chóng trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm ô tô, xử lý hóa chất và sản xuất điện Những tiến bộ trong khoa học vật liệu cho phép sử dụng nhôm, thép không gỉ và các hợp kim hiệu suất cao khác, giúp cải thiện hiệu quả và độ bền của các thiết bị trao đổi nhiệt này
Các kỹ thuật sản xuất như hàn đồng và hàn chân không đã được phát triển, cho phép tạo ra các thiết kế phức tạp và nhỏ gọn hơn
*Từ năm 1970-1980: Tối ưu hóa hơn nữa
Trong những năm 1970 và 1980, các phương pháp tính toán bắt đầu được sử dụng để thiết kế và tối ưu hóa các thiết bị trao đổi nhiệt Động lực học chất lỏng tính toán (CFD) cho phép phân tích chi tiết dòng chất lỏng và truyền nhiệt, dẫn đến thiết kế được cải tiến
Giai đoạn này cũng chứng kiến sự phát triển của các hình dạng lá cánh mới, chẳng hạn như lá cánh có lỗ thông hơi, lá cánh lượn sóng và lá cánh dải lệch, giúp nâng cao hiệu suất truyền nhiệt
* Từ năm 1990 – Nay: Vật liệu và Sản xuất Tiên tiến
Sự ra đời của các vật liệu tiên tiến như vật liệu tổng hợp và hợp kim nhiệt độ cao mới đã cho phép phát triển các thiết bị trao đổi nhiệt có thể hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt Với việc sản xuất in 3D ra đời đã mở ra những khả năng mới để tạo ra các thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt cực kỳ phức tạp và hiệu quả mà trước đây không thể sản xuất bằng các phương pháp truyền thống
2.2.2 Đặc điểm của thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh tạo dòng xoáy
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh có khả năng truyền nhiệt cao nhờ vào diện tích tiếp xúc lớn giữa các tấm kim loại Điều này giúp tăng hiệu suất truyền nhiệt và giảm kích thước thiết bị trao đổi nhiệt Các tấm kim loại có thể được làm từ nhiều vật liệu khác nhau như thép không gỉ, đồng, titan, nhôm hoặc hợp kim nhôm
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh có thể được lắp đặt dễ dàng và có thể được tháo rời để làm sạch và bảo trì Thường được sử dụng cho các ứng dụng với áp suất trung bình đến thấp.Thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh có thể điều chỉnh để thay đổi lưu lượng chất lỏng thông qua việc thêm hoặc bớt tấm kim loại
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh được làm từ 2 bộ phận chính:
- Lá cánh: dải kim loại hình dạng đa dạng như hình tam giác, hình vuông, hình chữ nhật được đặt trên và dọc theo các tấm Các cánh tản nhiệt tăng cường khả năng truyền nhiệt bằng cách tăng diện tích bề mặt và thúc đẩy dòng chảy hỗn loạn, giúp cải thiện hiệu suất truyền nhiệt
- Kênh: khoảng không gian giữa hai tấm liền kề, được chia bởi các lá cánh thành những đoạn hẹp cho dòng chất lỏng chảy qua Các kênh này có thể được sắp xếp theo nhiều kiểu khác nhau để tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt
Bốn loại lá cánh chính là: trơn, dùng để chỉ các thiết kế hình tam giác hoặc hình chữ nhật có lá cánh thẳng đơn giản, xương cá, nơi các lá cánh được đặt sang một bên để tạo thành một đường zig-zag; và răng cưa và đục lỗ đề cập đến các vết cắt và lỗ trên lá cánh để tăng cường phân phối dòng chảy và cải thiện khả năng truyền nhiệt Ưu điểm và tính năng chính
- Hiệu suất truyền nhiệt cao: Do diện tích bề mặt lớn được cung cấp bởi các cánh tản nhiệt, các thiết bị trao đổi nhiệt này có hiệu suất cao
- Tính linh hoạt: PFHE có thể xử lý nhiều chất lỏng khác nhau và phù hợp cho cả mục đích sưởi ấm và làm mát
- Kích thước nhỏ gọn: Thiết kế cho phép tăng đáng kể diện tích bề mặt truyền nhiệt trong một thể tích nhỏ, khiến PFHE trở nên lý tưởng cho các ứng dụng bị giới hạn về không gian
Một nhược điểm của thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh là chúng dễ bị tắc nghẽn do các kênh dòng chảy nhỏ Chúng cũng không thể được làm sạch bằng máy móc và yêu cầu các quy trình làm sạch khác cũng như lọc thích hợp để vận hành với các dòng có khả năng gây bẩn
2.2.3 Nguyên tắc hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh (PFHE) hoạt động theo nguyên tắc truyền nhiệt giữa hai hoặc nhiều chất lỏng, được cản trở bởi cái tấm lá cánh vững chắc sắp xếp xen kẽ nhau dọc theo kênh Những bức tường này bao gồm các lá cánh mỏng, phẳng, tạo ra diện tích bề mặt lớn để trao đổi nhiệt trong khi vẫn duy trì cấu trúc nhỏ gọn Lưu chất có thể là chất khí hoặc chất lỏng và chúng chảy qua các kênh xen kẽ được tạo thành bởi các tấm và lá cánh
Dòng chảy lưu chất
Có nhiều loại thiết lập thiết bị trao đổi nhiệt khác nhau, chẳng hạn như: dòng chảy tầng, dòng chảy chéo và dòng chảy rối Trong dòng chảy tầng, chất lỏng đi vào thiết bị trao đổi nhiệt qua các ống của chúng và chất lỏng chảy theo cùng một hướng Trong dòng chảy rối, chất lỏng chảy theo hướng ngược nhau Dòng chảy ngược cung cấp khả năng truyền nhiệt hiệu quả nhất vì nó có thể truyền nhiều nhiệt nhất từ môi trường truyền nhiệt Dòng chảy chéo có chất lỏng di chuyển vuông góc với nhau thông qua thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt cũng có thể sử dụng các nếp gấp hoặc cánh tản nhiệt để thay đổi tốc độ truyền nhiệt thông qua việc dẫn chất lỏng đến các bộ phận nhất định của thiết bị trao đổi nhiệt hoặc tăng diện tích bề mặt tường
Việc tăng hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt cũng có thể được thực hiện thông qua việc tăng diện tích bề mặt của thành giữa hai chất lỏng Bằng cách cung cấp nhiều điểm tiếp xúc hơn để quá trình truyền nhiệt diễn ra, tốc độ truyền nhiệt sẽ tăng lên Phương pháp này có thể được quan sát thấy ở các bộ tản nhiệt gia dụng có tiết diện cong, hình sin để tối đa hóa sự tiếp xúc bề mặt giữa nước nóng bên trong và không khí trong phòng
Trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh, các cánh tản nhiệt có thể được sắp xếp lại dễ dàng Điều này cho phép hai chất lỏng dẫn đến dòng chảy chéo, dòng chảy ngược, dòng chảy ngược hoặc dòng chảy song song Nếu các cánh tản nhiệt được thiết kế tốt, thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh có thể hoạt động ở chế độ ngược dòng hoàn hảo.
Các phương pháp và công thức có liên quan
2.4.1 Phương pháp chênh lệch nhiệt độ trung bình (LMTD)
Chúng tôi giả định rằng một thiết bị trao đổi nhiệt thông thường có hai đầu mà tại đó dòng nóng và lạnh đi vào hoặc thoát ra ở hai đầu; thì LMTD được xác định bằng giá trị trung bình logarit như sau:
Hình 2.1: Thiết bị trao đổi nhiệt lưu động thuận chiều
Hình 2.2: Sự thay đổi nhiệt độ của chất lỏng ở thiết bị trao đổi nhiệt lưu động thuận chiều
Với chỉ số h và c lần lượt là viết tắt của chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh Chỉ số i và o tương ứng chỉ đầu vào và đầu ra
Khi hai chênh lệch nhiệt độ bằng nhau, công thức này không giải quyết trực tiếp, do đó LMTD thường được lấy bằng giá trị giới hạn của nó, trong trường hợp này gần bằng hai hiệu
Với định nghĩa này, LMTD có thể được sử dụng để tìm tổng nhiệt lượng dòng nhiệt trao đổi trong thiết bị trao đổi nhiệt:
Trong đó: Q là tổng nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị trao đổi nhiệt, W h là hệ số truyền nhiệt, W/(m 2 K)
A là diện tích trao đổi nhiệt, m 2 Lưu ý rằng việc ước tính hệ số truyền nhiệt có thể khá phức tạp
Công thức 2.2 áp dụng cho dòng lưu động thuận chiều và dòng lưu động ngược chiều Còn dòng lưu động phức tạp là dạng lưu động ngoài hai dạng thuận chiều và ngược chiều vừa kể trên Việc suy luận để tính LMTD cho các dạng này rất phức tạp (chúng được suy diễn trong các tài liệu chuyên đề riêng)
Trong một dòng chảy chéo, trong đó một hệ thống, thường là tản nhiệt, có cùng nhiệt độ danh nghĩa ở tất cả các điểm trên bề mặt truyền nhiệt, mối quan hệ tương tự giữa nhiệt trao đổi và LMTD được giữ, nhưng có hệ số hiệu chỉnh Hệ số hiệu chỉnh cũng được yêu cầu đối với các dạng hình học phức tạp hơn khác, chẳng hạn như bộ trao đổi vỏ và ống có vách ngăn
Trong quá trình suy luận, để tìm độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, có hai giả thiết cơ bản là xem đương lượng nhiệt của chất lỏng và hệ số truyền nhiệt h là hằng số, nhiệt lượng chất lỏng lạnh nhận được, tức thiết bị không có tổn thất nhiệt Trong thiết bị trao đổi nhiệt thực tế, do ảnh hưởng của đoạn đầu vào và các thông số vật lí phụ thuộc vào nhiệt độ, đồng thời có tổn tại tổn thất nhiệt do các giả thiết đưa ra chưa thật hoàn toàn chính xác, vì vậy độ chênh lệch nhiệt độ trung binh logarit chỉ gần đúng nhưng trong tính toán kỹ thuật nó đủ độ chính xác để sử dụng
Trong tính toán ký thuật, để đơn giản và cũng có đủ độ chính xác cho phép khi nhiệt độ chất lỏng biến thiên không quá lớn, người ta dùng độ chênh lệch nhiệt độ trung bình số học:
∆𝑇 ′′ < 2 thì sai số so với độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit không vượt quá 4% và chấp nhận được
2.4.2 Phương pháp hiệu số ɛ - NTU
Những điều cơ bản về thiết bị trao đổi nhiệt được giới thiệu ở đây bằng cách phân tích thiết bị trao đổi nhiệt đồng dòng như trong hình 2.2 Hai chất lỏng đi vào bên trái, song song với nhau và thoát ra ở bên phải Trong hình minh họa, chất lỏng nóng chảy qua ống và chất lỏng lạnh chảy qua hình khuyên Với lưu lượng khối lượng quy định bằng kg/s và nhiệt dung riêng quy định bằng J/(kg.K) kết quả của lưu lượng khối lượng và nhiệt dung riêng sẽ có đơn vị là W/K hoặc W/°C Tỷ lệ 𝐶𝑚𝑖𝑛
𝐶𝑚𝑎𝑥 được biểu thị bằng ký hiệu R thiết bị trao đổi nhiệt được cho là cân bằng nếu Ch = Cc và do đó R = 1 Hình 2.2 cho thấy sự thay đổi nhiệt độ của hai chất lỏng khi chúng di chuyển vào và ra khỏi nhiệt trao đổi Giả sử không có sự mất nhiệt và sự trao đổi nhiệt chỉ diễn ra giữa chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh
Cc(Tc,o – Tc,i) = Ch(Th,i – Th,o)
Chúng ta có thể viết lại như sau:
Giá trị nhỏ hơn của Ch và Cc sẽ được biểu thị là Cmin và giá trị lớn hơn trong hai giá trị này sẽ được biểu thị là Cmax
Hiệu suất ɛ của thiết bị trao đổi nhiệt được định nghĩa là tỷ lệ trao đổi nhiệt thực tế và trao đổi nhiệt tối đa tuyệt đối ɛ = 𝐶 𝑐 (𝑇 𝑐,𝑜 − 𝑇 𝑐,𝑖 )
Do đó, bất kể chất lỏng nào có tích số tốc độ dòng khối công suất nhiệt nhỏ hơn, hiệu suất tối đa của thiết bị trao đổi nhiệt đồng dòng là ɛ = 1
Thiết bị trao đổi nhiệt có thể được phân tích bằng một phương pháp thay thế bằng cách sử dụng mối quan hệ giữa hiệu suất (được xác định trong phần trước) và thông số kích thước được gọi là Số đơn vị truyền tải hoặc NTU Cách tiếp cận này đặc biệt hữu ích khi LMTD không thể tính được dựa trên dữ liệu đã cho NTU là tham số không thứ nguyên được định nghĩa là
Trong đó: h là hệ số truyền nhiệt, W/(m 2 K)
A là diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m 2
Cmin là nhiệt dung nhỏ nhất của chất lỏng, W/K
2.4.3 Các công thức liên quan
*Tính hệ số truyền nhiệt:
Hệ số truyền nhiệt của chất lỏng đi qua kênh có diện tích mặt cắt nhỏ nhất được xác định dựa trên các mối quan hệ của các đại lượng:
Trong đó: h: Hệ số truyền nhiệt, W/(m 2 K)
Nu: Hệ số Nusselt k: Hệ số dẫn nhiệt, W/(m.K)
Dℎ: Đường kính thủy lực tại mặt cắt nhỏ nhất, m
*Tính đường kính thủy lực Dℎ
Trong đó: A là diện tích phần mặt cắt (bao gồm diện tích mặt cắt của ống và lá cánh), m 2
P là chu vi ướt của mặt cắt, m
Số Nusselt (Nu) đặc trưng cho cường độ trao đổi nhiệt giữa chất lỏng và thành thiết bị, do môi chất là nước, theo bài báo [2] thì số Re dao dộng từ 200 – 1600 và có công thức dưới đây:
Hình 2.3: Các lá cánh tạo dòng xoáy bên trong kênh
Trong đó: lp là khoảng cách giữa các cánh theo sải dọc, m tp là khoảng cách giữa các cánh theo sải ngang, m wh là chiều cao lá cánh, m ww là chiều rộng lá cánh, m α là góc gắn lá cánh theo chiều đứng, o β là góc gắn lá cánh theo chiều ngang, o
Trong cơ học chất lưu, số Reynolds là một giá trị không thứ nguyên biểu thị độ lớn tương đối giữa ảnh hưởng gây bởi quán tính và tính nhớt đến sự cản trở đối với dòng chảy, hay biểu thị chế độ chảy của lưu chất Số Reynolds được kí hiệu là Re và được tính theo công thức:
Trong đó Re là số Reynolds
Uin là vận tốc trung bình của chất lỏng, m/s
*Phương trình tính chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit:
PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG CFD
Giới thiệu sơ lược về phần mềm mô phỏng số CFD
Mô phỏng số CFD là phương pháp sử dụng tính toán số học để mô phỏng số các hiện tượng động lực học của chất lưu trong hệ thống Bằng cách giải quyết các phương trình phức tạp liên quan đến dòng chảy của chất lưu, mô phỏng số CFD giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách chất lưu di chuyển và tác động của nó đến quá trình nghiên cứu Phương trình Navier Stokes, một trong những bài toán khó khăn nhất hiện nay, thường được sử dụng trong mô phỏng số CFD để mô tả dòng chảy và hiệu ứng của nó trong hệ thống Qua việc áp dụng phương pháp này, chúng ta có thể tiếp cận và phân tích các hiện tượng động lực học của chất lưu một cách chính xác và hiệu quả
3.1.2 Khái niệm về mô phỏng CFD
Mô phỏng CFD (hay còn được gọi là Mô phỏng tính toán động lực học dòng chảy) là một phần của cơ học lưu chất sử dụng phương pháp số để phân tích và giải quyết các bài toán liên quan đến chuyển động của lưu chất (khí, lỏng)
Cho đến ngày nay, các vấn đề cơ bản của CFD nếu phân loại theo dạng mô hình toán học thì bao gồm:
Hình 3.1: Những mô hình CFD căn bản thường gặp
3.1.3 Ứng dụng của mô phỏng số
Với khả năng phân tích và dự đoán các hiện tượng động học của chất lỏng và khí, CFD đã trở thành công cụ quan trọng không chỉ trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, ô tô, y sinh, xử lý hóa chất mà còn trong nhiều lĩnh vực khác
Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, CFD được áp dụng để phân tích và thiết kế các mô hình vũ khí, tàu vũ trụ và quản lý hệ thống điều khiển không gian Trong ngành công nghiệp ô tô, hỗ trợ việc tối ưu hóa luồng khí xung quanh xe, giúp nhà sản xuất thiết kế xe hơi có hiệu suất cao và an toàn hơn
Trong ngành y sinh, CFD được áp dụng để mô phỏng số luồng máu trong cơ thể con người, hỗ trợ bác sĩ trong việc đánh giá hiệu suất của các quá trình lưu thông máu và mô hình hoá sự lưu thông khí quản và phế quản Trong lĩnh vực xử lý hóa chất, CFD giúp đánh giá hiệu suất của các thiết bị xử lý hóa chất cũng như dự đoán các kết quả của các phản ứng hóa học
Thêm vào đó, CFD cũng được ứng dụng trong việc thiết kế hệ thống điều hòa không khí, thủy lực và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác Điều này giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu rủi ro trong quá trình thiết kế và vận hành các hệ thống này, thể hiện tính đa dạng và sự phổ biến của CFD trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống hằng ngày
Các quy trình của mô phỏng số
3.2.1 Quy trình mô phỏng CFD Để cho người dung có thể dễ dàng sử dụng và thực hiện trong công việc mô phỏng CFD thì ta có thể kể đến quy trình cơ bản của CFD gồm các bước như sau:
(2) Đơn giản hóa hình học
(3) Chia lưới – (hay còn được gọi là rời rạc hóa miền tính toán)
(4) Thiết lập thông số cho mô hình
(6) Sử dụng các phương pháp số để kiểm tra tính hội tụ
(7) Mô phỏng cho nhiều trường hợp khác nhau mà người dùng cần khảo sát
(8) Phân tích kết quả mô phỏng
Hình 3.2: Quy trình mô phỏng CFD cơ bản cho người sử dụng
3.2.2 Quy trình nâng cao cho các kĩ sư:
Quy trình này được kết hợp từ quy trình mô phỏng cơ bản và các quy trình đánh giá mô hình CFD (assessment) như: Kiểm tra (verification) cùng với Kiểm nghiệm (validation)
* Quy trình kiểm tra (verification) mô hình CFD:
Bản chất của các phương trình toán học (mathematical model) thì thường được áp dụng trong các mô hình, nhưng để giải được các mô hình trên máy tính thì lại phải sử dụng các phương pháp số (numerical method)
Mục đích quan trọng của quy trình kiểm tra mô hình CFD là nhằm hạn chế tối đa các sai số mà phương pháp số gây ra Việc kiểm tra mô hình CFD còn có thể hiểu chung là:
(1) Kiểm nghiệm lưới (mesh-independent test)
(2) Kiểm tra và sàng lọc các lỗi xuất hiện trong các thuật toán (bugs)
(3) Phương pháp tính (numerical scheme)
* Quy trình kiểm nghiệm (validation) trong mô hình CFD:
Với mục đích chính là so sánh kết quả của mô hình CFD với các kết quả ngoài thực tế thì quy trình kiểm nghiệm còn được sử dụng trong hầu hết và đa số các bước phát triển mô hình Quy mô của kiểm nghiệm trong mô hình CFD còn có thể hiểu là:
(1) Kiểm nghiệm hay khảo sát một phần hệ thống với điều kiện giới hạn
(2) Kiểm nghiệm toàn bộ hệ thống với điều kiện thực tế
(3) Kiểm nghiệm các thông số khác nhau thông qua các dải điều kiện làm việc khác nhau
(4) Kiểm nghiệm thời gian thực Nếu kiểm nghiệm trong một quy mô càng toàn diện ứng với nhiều thông số được kiểm nghiệm thì mức độ tin cậy của mô hình càng lớn cùng với sự chính xác càng cao
Một số ứng dụng thực tiễn của mô phỏng CFD trong đời sống
* Công nghiệp hàng không và vũ trụ
Hình 3.3: Quy trình kiểm nghiểm CFD
Hình 3.4: Mô phỏng để tối ưu biên dạng cánh nâng (airfoil)
Một trong những ngành công nghiệp đầu tiên đã được ứng dụng mô phỏng CFD với ứng dụng tiêu biểu nhất đó là mô phỏng để khảo sát các thông số cho sự tối ưu của biên dạng cánh nâng (airfoil)
* Công nghiệp sản xuất ô tô:
Các ứng dụng mô phỏng CFD đặc trưng nhất trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô bao gồm mô phỏng lực cản tại vỏ xe ô tô và mô phỏng phản ứng đốt cháy trong động cơ Những ứng dụng này đã đóng góp quan trọng cho việc nghiên cứu và phát triển của các hãng xe ô tô hàng đầu như Tesla, BMW, Mercedes
Một trong những ứng dụng quan trọng của CFD là trong việc mô phỏng và đánh giá các yếu tố tiện nghi liên quan đến môi trường sống và làm việc của con người Đây bao gồm việc đánh giá các chỉ số như nhiệt độ, độ ẩm, và chất lượng không khí bên trong và bên ngoài các công trình như tòa nhà
Ngoài ra, CFD còn chơi một vai trò quan trọng trong việc mô phỏng và tối ưu hóa các hệ thống quan trọng như thông gió, điều hòa không khí và sưởi ấm Việc mô phỏng này giúp cho các nhà thiết kế và kỹ sư có thể đánh giá hiệu suất của các hệ thống này trước khi triển khai thực tế Đặc biệt, trong môi trường công nghiệp, CFD được sử dụng rộng rãi để tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng cho các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí
Hình 3.5: Mô phỏng phản ứng đốt cháy trong động cơ
* Hệ thống công nghiệp hóa chất và dầu khí:
Trong ứng dụng của nó, không chỉ có khả năng mô phỏng số các tháp chưng cất, tháp hấp thụ, hệ thống nồi hơi sử dụng nhiệt và các hệ thống ống nối, mà CFD cũng có thể mô phỏng các thiết bị phản ứng như khuấy trộn CSTR, tầng sôi, cột sủi bọt (bubble column)
Trong mô phỏng số, các thiết bị như tua bin, máy nén, bơm, quạt và các thiết bị phân tách kiểu ly tâm, kiểu pha cũng như các thiết bị trao đổi nhiệt đều được áp dụng phổ biến
* Công nghệ y sinh và dược phẩm:
CFD có những ứng dụng quan trọng trong công nghệ y sinh và dược phẩm như mô phỏng để thiết kế các thiết bị vi dòng chảy (microfluidics), vi khuấy trộn (micromixing), đặc biệt hơn là CFD còn mô phỏng được dòng chảy trong mạch máu
Hình 3.6: Mô phỏng thiết bị phản ứng
Hình 3.7: Ứng dụng thực tiễn của CFD
Các phương trình toán học của chuyển động chất lưu đã phát triển trong khoảng hai thế kỷ Đầu tiên, phương trình Euler mô tả chuyển động của chất lưu dựa trên các định luật bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng Phương trình Navier Stokes mô tả chuyển động của chất lưu dựa trên ứng suất căng với phương trình Euler Phương trình Navier Stokes là công thức toán học của các định luật bảo toàn của động lực học chất lưu (CFD) Khi áp dụng cho một chất lưu liên tục, các định luật bảo toàn này quy định tốc độ thay đổi của một đặc tính chất lưu mong muốn đối với các lực bên ngoài
Phương trình Navier Stokes được xây dựng từ các định luật bảo toàn về khối lượng, động lượng và năng lượng được viết cho một thể tích đang xem xét bất kỳ Áp dụng các định luật bảo toàn về khối lượng, động lượng và năng lượng, chúng ta có thể suy ra được phương trình liên tục, phương trình động lượng và phương trình năng lượng như sau:
*Phương trình liên tục: Định luật bảo toàn khối lượng (tính liên tục), phát biểu rằng khối lượng đi vào và đi ra phải bằng nhau
𝜕𝑡𝑡 + 𝛻(𝜌𝜐⃗ ) = 0 Với: ρ là khối lượng riêng, kg/m 3 t là thời gian, s
𝜐⃗ là vận tốc dòng chảy
*Phương trình động lượng Định luật bảo toàn động lượng (định luật II Newton), phát biểu rằng độ lớn ngoại lực tác dụng lên một hạt chất lưu bằng tốc độ thay đổi theo động lượng tuyến tính
𝜕𝑥 𝑗 )] + 𝜌𝑔 𝑖 Với: j (m) - chỉ số tọa độ Descartes; δ - the Kronecker Delta μ – độ nhớt động lực học, (N.s)/m 2 g - gia tốc trọng trường, m/s 2
𝜕𝑧(𝛻 𝑢⃗⃗) Kết hợp các phương trình theo các phương x,y,z ta được dạng phương trình
Sử dụng độ nhớt động học ν=μ/ρ, phương trình trở thành:
Trong đó: t là thời gian; 𝜌 là khối lượng riêng; 𝜐⃗ là vận tốc dòng chảy; 𝑝 là áp suất lưu chất; 𝑒 là năng lượng bên trong một đơn vị khối lượng; 𝑘 𝑒𝑓𝑓 là hệ số dẫn nhiệt; ℎ 𝑗 là enthalpy của chất j; 𝐽⃗ 𝑗 là đại diện cho dòng khuếch tán của các chất j; 𝜏⃗ 𝑒𝑓𝑓 là thể hiện ứng suất kéo Reynolds
3.5 Giới thiệu phần mềm hỗ trợ mô phỏng Ansys
Ansys là một trong những nhà cung cấp hàng đầu về phần mềm mô phỏng và phân tích kỹ thuật Với sự phát triển mạnh mẽ, Ansys đã xây dựng một danh tiếng vững chắc trong việc cung cấp các giải pháp mô phỏng chất lượng cao cho nhiều ngành công nghiệp Trong danh mục sản phẩm của mình, Ansys Workbench nổi bật như một nền tảng mạnh mẽ cho mô phỏng và phân tích đa lĩnh vực Ngoài ra, Ansys cũng cung cấp một loạt các phần mềm chuyên ngành, trong đó Ansys Workbench được xem là một trong những giải pháp hàng đầu trong lĩnh vực mô phỏng dòng chảy chất lỏng và phân tán nhiệt
Với Ansys Workbench, người dùng có khả năng mô phỏng và phân tích một loạt các hiện tượng dòng chảy đa dạng, từ dòng chảy không nén đến dòng chảy nén, từ dòng chảy đơn pha đến dòng chảy đa pha, và từ dòng chảy không nhiệt đến dòng chảy có nhiệt Phần mềm này cung cấp các công cụ và tính năng mạnh mẽ để xây dựng mô hình, thiết lập điều kiện biên, tạo lưới, và giải quyết các phương trình dòng chảy Navier-Stokes cũng như các phương trình phụ thuộc
Ansys Workbench không chỉ cung cấp hỗ trợ cho người dùng trong việc phân tích dòng chảy chất lỏng, mà còn cho phép tối ưu hóa thiết kế và tìm kiếm các giải pháp tối ưu cho các vấn đề liên quan đến dòng chảy Người dùng có thể nghiên cứu các thành phần và hệ thống phức tạp, từ thiết kế sản phẩm cho đến các hệ thống lớn hơn như động cơ, ống dẫn, và cấu trúc tàu thủy
Công cụ chính để thiết kế và mô phỏng trong quy trình này là AutoCAD 3D, sau đó chúng ta sử dụng Ansys Meshing để tạo lưới cho mô hình Tiếp theo, chúng ta thiết lập và chạy phân tích để thu được kết quả Cuối cùng, sử dụng mô-đun CFD Post để xử lý kết quả và tạo báo cáo cuối cùng
XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG
Thiết lập mô phỏng mô hình 1
4.1.1 Tạo hình mô hình 1 – Geometry
Trong phần này nhóm em sẽ thực hiện mô phỏng mô hình 1 là thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh không có các lá cánh, các thông số hình học và điều kiện biên được thiết lập theo bài báo khoa học [2]
Hình 4.1: Mô hình thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh không có các lá cánh
Lưu chất chảy bên trong ống là nước Lưu chất chảy trong ống dài 400 mm và lượng lưu chất này chảy lấp đầy hoàn toàn Mô phỏng được thực hiện với nhiệt độ đầu vào là nhiệt độ của nước gắn với nhiệt độ môi trường là 300K và vận tốc đầu vào được cho là bằng với vận tốc trung bình của lưu chất
Kích thước ống chiều dài 400 mm, chiều rộng 30 mm, chiều cao 10 mm Ống được cấu tạo 4 mặt với 2 mặt tường phía trên và dưới như hình 4.1 Mô phỏng được thực hiện với nhiệt độ của 2 mặt tường là 473K
4.1.2 Chia lưới mô hình 1 - Mesh
Nhóm em sẽ thực hiện chia lưới cho mô hình 1 thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh không có các lá cánh có phần tử lưới là 1107351 phần tử Do nhóm sẽ thực hiện xét hội tụ lưới với mô hình 2 là mô hình phức tạp nhất và cũng là mô hình chính nên khi lưới mô hình
2 hội tụ thì lưới mô hình 1 cũng sẽ hội tụ Điều này sẽ được thể hiện cụ thể ở phần xét hội tụ lưới
Thiết lập mô phỏng mô hình 2
4.2.1 Tạo hình mô hình 2 – Geometry Đối tượng mô phỏng trong bài báo là thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh tạo dòng xoáy, đây cũng chính là mô hình chính thực hiện mô phỏng được cải tiến từ mô hình 1 Dựa vào các thông số để dựng mô hình giống với mô hình 1 có chiều dài 400 mm, chiều rộng 30 mm, chiều cao 10 mm và dựng thành kênh hình hộp chữ nhật với các lá cánh bên trong tạo xoáy
Hình 4.3: Mô hình thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh với các lá cánh
Mô hình 2 cải tiến với việc dựng thêm các lá cánh bên trong kênh (235 lá cánh) tạo dòng xoáy có kích thước như hình 4.4 và các thông số được ghi lại trong bảng 4.1
Hình 4.4: Các lá cánh tạo xoáy mô phỏng
Các lá cánh được dựng lên góc 90 0 so với kênh như hình 4.4 và trải dài đều dọc theo chiều dài kênh L = 400 mm với tổng cộng 235 lá cánh
Trong mô phỏng này, nhóm em sẽ thực hiện thêm các thay đổi về vận tốc đầu vào (inlet), số lượng lá cánh để so sánh xem sự thay đổi khác biệt về các thông số và đặc tính truyền nhiệt của mô phỏng
Bảng 4.1: Thông số các lá cánh của mô hình 2
Chiều dài cánh ww 5 mm
Chiều rộng cánh wh 5 mm
Khoảng cách giữa các cánh theo sải dọc lp 20 mm
Khoảng cách giữa các cánh theo sải ngang tp 10 mm
Góc gắn lá cánh theo chiều đứng α 90 o
Góc gắn lá cánh theo chiều ngang β 90 o
4.2.2 Chia lưới mô hình 2 – Mesh
Nhóm em đã thực hiện chia lưới mô hình 2 với 1126374 phần tử và gọi là lưới M2
Ngoài ra, để xét sự hội tụ thì nhóm cũng tạo thêm 2 lưới tên là M1 và M3 Vì đây là mô hình chính để thực hiện mô phỏng nên cần chọn lưới phù hợp có độ chính xác cao và tốn ít thời gian nhất
Với lưới M1, có 741322 phần tử
Với lưới M3, có 1519120 phần tử
Thiết lập mô phỏng mô hình 3
Với mô hình để chạy mô phỏng trong phần này, nhóm đã thiết lập mô hình 3 giống như hình 4.1 nhưng đã giảm số lượng lá cánh còn 120 lá cánh Mô phỏng này nhóm vẫn sẽ sử dụng các thông số mô phỏng giống với mô hình 2 và thiết lập tương tự
4.3.1 Tạo hình mô hình 3 - Geometry
Trong phần này, nhóm em đề xuất thêm mô hình thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh đã giảm các lá cánh Với mục đích để so sánh các thông số để xét tiêu chí ảnh hưởng khi thay đổi các lá cánh
Hình 4.8: Mô hình thiết bị trao đổi nhiệt dạng kênh đã giảm số lượng lá cánh 4.3.2 Chia lưới mô hình 3- Mesh Ở mô hình 3, nhóm cũng tương tự chia lưới cho mô hình có phần tử lưới xấp xỉ với mô hình 1 là 1184164 phần tử
Tính toán và thiết lập thông số mô phỏng mô hình 2
Do đây là mô hình chính thực hiện mô phỏng nên nhóm đã thực hiện tính toán các thông số đầu vào và thiết lập chi tiết hơn so với hai mô hình còn lại Và các thiết lập thông số sau cũng được áp dụng tương tự cho cả mô hình 1 và mô hình 3
4.4.1 Tính toán vận tốc đầu vào của mô hình 2 Để thực hiện được thiết lập thông số mô phỏng trong phần tiếp theo nhóm đã thực hiện tính toán vận tốc đầu vào cho mô hình 2
Các dữ liệu bài báo [2] đã cho sử dụng để thử nghiệm:
Bảng 4.2: Kích thước của mô hình ống
Tham số Kích thước Đơn vị
Hình 4.10: Mặt cắt xuyên lá cánh
Nhóm em bắt đầu tính đường kính thủy lực với phần mặt cắt như hình 4.10, mặt cắt hình chữ nhật có kích thước chiều dài là 30 mm, chiều rộng là 10 mm xuyên qua các lá cánh hình vuông có kích thước 5 mm và được đặt vuông góc với kênh như bảng 4.1 và 4.2
Ta sẽ sử dụng để tính diện tích và chu vi ướt cùa phần mặt cắt
* Sử dụng công thức (2.6) tính đường kính thuỷ lực Dh với các thông số bảng 4.1 và 4.2 ta có:
2 × (0,03 + 0,01) + 6 × 0,005 = 0,0082(𝑚) Trong đó: A: Diện tích phần mặt cắt, m 2
Với diện tích phần mặt cắt phải trừ đi phần diện tích của 3 lá cánh mà phần mặt cắt xuyên qua
P: Chu vi ướt phần mặt cắt, m
Với chu vi ướt phần mặt cắt phải cộng thêm 6 cạnh của 3 lá cánh
Bảng 4.3: Các thông số vật lí của lưu chất
Hệ số dẫn nhiệt k 0,6 W/(m.K) Độ nhớt động lực học à 0,001003 kg/m.s
Nhiệt dung riêng C p 4182 J/(kg.K) Để có cơ sở so sánh và kiểm chứng với kết quả của bài báo thì nhóm thực hiện tính toán với Re = 1600 giống với bài báo [2]
* Áp dụng công thức (2.8) tính vận tốc trung bình của chất lỏng Uin
𝜇 Thay các thông số của nước bảng 4.3 và Dh vừa tính được ta có:
Từ phương trình trên ta có: Uin = 0,197 m/s
Với vận tốc đầu vào Uin = 0,197 m/s nhóm em sẽ sử dụng cho 3 mô hình để có so sánh về đặc tính dòng và đặc tính truyền nhiệt
4.4.2 Thiết lập thông số mô phỏng mô hình 2
Mô hình được dựng trong SpaceClaim của Ansys như hình 4.3, bảng 4.2 sẽ cho ta thấy loại lưu chất trong ống và các thông số đầu vào của lưu chất nước
Dưới đây là các bước thiết lập thông số vật lí của mô phỏng
Bước 1: Kích hoạt phương trình năng lượng
Hình 4.11: Kích hoạt phương trình năng lượng
Bước 2: Thiết lập mô hình rối
+ Chọn k-omega (2 eqn) trong Model
++ Chọn SST trong k-omega Model
Hình 4.12: Thiết lập mô hình rối
Bước 3: Cài đặt thông số lưu chất
+ Lưu chất được sử dụng trong bài mô phỏng là nước, các thông số đã được thiết lập trong mục Materials
Hình 4.13: Thông số vật lý của nước
Bước 4: Gán các giá trị của lưu chất
Nhóm em đã gán lưu chất đi trong đường ống trong mục Cell Zone Conditions, sau đó thay đổi lưu chất đã được thiết lập từ trước trong mục Material Name
Hình 4.14: Gán giá trị lưu chất
Bước 5: Cài đặt điều kiện biên tại mục Boundary Conditions
+ Chúng ta vào mục Boundary Conditions, sau đó nhập các thông số thu thập được để thiết lập thông số đầu vào của mô phỏng
Hình 4.15: Cài đặt điều kiện biên
Sau đây là các thông số cài đặt cho mô phỏng với mô hình 2 hình 4.1:
Bảng 4.4: Các thông số cài đặt cho mô phỏng
Thông số Loại điều điện biên Giá trị
Lá cánh Via System Coupling
Hai bên trái phải Symmetry
Bước 6: Thiết lập tiêu chí đánh giá hội tụ Residuals
+ Trong phần này chúng ta vào mục Monitor chọn Residual và tiến hành cài đặt tất cả thông số của Absolute Criteria về 10 -8 Việc này giúp tránh trong quá trình chạy mô phỏng khi các thông số xuống bằng với mức thiết lập sẽ dừng lại trong khi chưa chạy hết số vòng lặp đã cài đặt
Hình 4.16: Thiết lập tiêu chí đánh giá hội tụ Residuals
Bước 7: Khởi tạo giá trị ban đầu
+ Chúng ta sẽ vào mục Initialization và chọn Initialize để khởi tạo giá trị ban đầu
Hình 4.17: Khởi tạo giá trị ban đầu
Bước 8: Thiết lập số vòng lặp khi mô phỏng
+ Sau khi đã cài đặt các thông số, chúng ta tiến vào phần Run Calculation và điều chỉnh số lần lặp trong ô Number Of Iterations Đối với số lần lặp, cần xem xét thiết bị của bạn có đủ mạnh mẽ để xử lý số lần lặp lớn không, và từ đó cân nhắc điều chỉnh
+ Khi số lần lặp đạt đến một giới hạn nhất định, lưới sẽ bắt đầu hội tụ Điều này làm cho việc thiết lập số lần lặp trở nên quan trọng, để tránh tình trạng mô hình chưa hội tụ mặc dù chương trình đã kết thúc do số lần lặp không đủ
Hình 4.18: Thiết lập số vòng lặp khi mô phỏng
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN
Khảo sát hội tụ lưới của mô hình 2
Sau khi đã thực hiện mô phỏng trên ba lưới M1, M2, và M3, chúng em thu được một loạt kết quả Tiếp theo, chúng em sẽ tiếp tục phân tích và chọn ra lưới mà hội tụ tốt nhất để sử dụng trong quá trình mô phỏng cả 3 mô hình vì mô hình 2 là mô hình phức tạp nhất nên khi chọn được lưới hội tụ phù hợp với mô hình 2 thì nó cũng sẽ phù hợp với mô hình 1 và mô hình 3 Việc này sẽ giúp đảm bảo rằng mô phỏng đạt được kết quả chính xác nhất và tối ưu về thời gian nhất
Hình 5.1: Chỉ số Residual của lưới M1
Hình 5.2: Chỉ số Residual của lưới M2
Hình 5.3: Chỉ số Residual của lưới M3
Trong 2 lưới M1 và M3 ở trên, sau khi tiến hành chạy mô phỏng bắt đầu từ vòng lặp
300 về sau, các đường có xu hướng nằm ngang và giao động không quá lớn, vị trí thấp nhất là gần 10 -4 Tương tự, lưới M2 sau khi tiến hành chạy mô phỏng bắt đầu từ vòng lặp 300 về sau, các đường có xu hướng nằm ngang và giao động không quá lớn, vị trí thấp nhất là gần 10 -4
Hình 5.4: Các điểm nhiệt độ được chọn để so sánh kết quả nhiệt độ mỗi lưới
Tọa độ các điểm theo trục x, y lần lượt là 0,005; 0,015 (m), trục z thay đổi theo chiều dài ống và nhóm sẽ xét nhiệt độ từ điểm 2 đến điểm 8 ở mỗi lưới như hình 5.4
Bảng 5.1: Nhiệt độ tại các điểm tọa độ theo trục z trong mỗi lưới
Hình 5.5: Phân bố nhiệt độ của điểm đã chọn trong mỗi loại lưới
Khi xuất kết quả nhiệt độ từ các điểm trên ba lưới M1, M2, và M3, chúng ta nhận thấy rằng hình dạng của hai lưới liền kề nhau, đó là M2 và M3, có hình dạng gần như giống nhau Sử dụng lưới M1 có thể dẫn đến kết quả không chính xác vì nó nằm xa so với M2 và M3 Mặt khác, sử dụng lưới M3 có thể mang lại kết quả chính xác hơn, nhưng sẽ tốn nhiều thời gian hơn do số lượng phần tử lớn
Do đó, chúng ta quyết định sử dụng lưới M2 với 1126374 phần tử cho quá trình mô phỏng và xuất ra kết quả cuối cùng, cũng như thực hiện các bước tiếp theo
Kết quả mô phỏng và đặc tính dòng, đặc tính truyền nhiệt của mô hình 2
Sau khi mô phỏng mô hình 2 với vận tốc đầu vào là 0,197 m/s cùng các điều kiện biên có sẵn như mục 4.4 Dựa vào kết quả lưới M2 nhóm em bắt đầu phân tích và đưa ra kết quả có được từ mô phỏng như sau:
Hình 5.6: Kết quả mô phòng mô hình 2
- Nhiệt độ đầu ra của lưu chất 325K
Sau khi thu được kết quả mô phỏng, nhóm em sử dụng Contour để xem sự thay đổi nhiệt độ của lưu chất đi trong đường ống và cũng như phân bố nhiệt độ của các lá cánh trong quá trình trao đổi nhiệt
Hình 5.7: Vị trí mặt cắt dòng chảy
57 Để nhìn thấy rõ hơn phân bố nhiệt độ của dòng chảy để đưa ra sự so sánh nhóm em đã sử dụng mặt cắt như hình 5.7
Hình 5.8: Mặt cắt phân bố nhiệt độ của dòng chảy
Hình 5.9: Vị trí mặt cắt gần đầu vào
Hình 5.10: Mặt cắt nhiệt độ gần đầu vào
Với dòng chảy đi vào mô hình được mô phỏng chiều như hình 5.8 Dựa vào hình 5.8 của mô phỏng, nhóm em đã đưa ra nhận xét về sự thay đổi nhiệt độ của dòng chảy Nhiệt độ dòng chảy đã có xu hướng tăng dần từ phải qua trái Nhiệt độ tại các điểm gần tường ống cũng cao hơn khi so đến giữa dòng chảy do có ảnh hưởng của nhiệt độ cao của tường nhìn thấy rõ hơn tại mặt cắt hình 5.10 Điều đó cho thấy sự thay đổi rất rõ ràng theo đặc tính truyền nhiệt Bên cạnh đó khi nhìn vào mặt cắt nhiệt độ gần phía đầu vào (cách đầu vào 40 mm) cho ta thấy sự rối loạn của dòng chảy hình 5.10, đây là đặc tính đặc trưng mà bài báo đã cung cấp do những lá cánh đã làm thay đổi hỗn loạn áp suất cũng như vận tốc dòng chảy
Hình 5.11: Phân bố nhiệt độ đầu vào
Hình 5.12: Phân bố nhiệt độ đầu ra Ở 2 mặt nhiệt độ đầu vào và đầu ra hình 5.11 và hình 5.12 có thể nhìn thấy sự khác biệt, khi dòng chảy vừa đi vào đường ống vì chưa có sự cản trở của các lá cánh nên nhiệt độ mặt đầu vào vẫn rất ổn định, cho đến khi tới đầu ra ta đã thấy sự phân bố hỗn loạn của nhiệt độ trên mặt đầu ra khi dòng chảy di chuyển qua các lá cánh trong đường ống và các điểm nhiễu như hình 5.12 là do các lá cánh nằm gần đầu ra như hình 5.7
Hình 5.13: Phân bố nhiệt độ của các lá cánh
Nhóm em tiếp tục phân tích về sự thay đổi nhiệt độ của các lá cánh như hình 5.13 ta thấy nhiệt độ của các lá cánh cũng thay đổi theo sự ảnh hường của dòng chảy, nhiệt độ các lá cánh tăng dần từ phải qua trái và đặc biệt là ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao của tường, nhiệt độ của các lá cánh giảm dần từ gốc (mặt tiếp xúc với tường) đến ngọn
Hình 5.14: Phân bố nhiệt độ của các lá cánh lấy từ bài báo [2]
Từ kết quả phân bố nhiệt độ các lá cánh của nhóm mô phỏng so với kết quả bài báo hình 5.14, ta nhận thấy có sự tương đồng với nhau: Nhiệt độ tại vị trí gần đầu vào đến đầu ra có xu hướng tăng dần Đánh giá về hiệu quả truyền nhiệt, nhóm em nhận thấy khả năng trao đổi nhiệt của mô hình khá tốt và ổn định.
Khảo sát đặc tính dòng, đặc tính truyền nhiệt của mô hình 1 so với mô hình 2
Trong trường hợp khi không có lá cánh của mô hình 1 nhóm em cũng đã thực hiện mô phỏng với các thông số và với số phần tử của lưới tương đương với mô hình 2 là
Sau khi chạy xong mô phỏng cho ra kết quả:
Hình 5.15: Kết quả mô phỏng mô hình 1
- Nhiệt độ đầu ra của lưu chất 329K
Hình 5.16: Vị trí mặt cắt dòng chảy của mô hình 1
Hình 5.17: Mặt cắt nhiệt độ của dòng chảy mô hình 1 và mô hình 2
Với dòng chảy đi vào mô hình với kết quả như hình 5.17 Dựa vào kết quả của mô phỏng, nhóm em sẽ đưa ra nhận xét về sự thay đổi nhiệt độ của dòng chảy Nhiệt độ dòng chảy đã có xu hướng tăng dần từ trái qua phải giống như mô hình 2 nhưng thay đổi không nhiều Nhiệt độ tại các điểm gần tường ống cũng cao hơn khi so đến giữa dòng chảy do có ảnh hưởng của nhiệt độ cao của tường Tuy nhiên ta nhận thấy các dòng chảy của mô hình
1 rất ổn định và xếp chồng lên nhau Điều đó thể hiện rõ hơn khi nhìn vào mặt cắt nhiệt độ
63 gần đầu vào (cách đầu vào 40 mm) của mô hình với cùng vị trí cắt của mô hình 2 hình 5.19, khác hẳn với sự hỗn loạn của dòng chảy khi có lá cánh như mô hình 2 và ta cũng thấy được sự khác biệt giữa nhiệt độ ở 2 mô hình như hình 5.19 khi mà nhiệt độ tại mặt cắt của mô hình 2 cao hơn Bên cạnh đó mức chênh lệch hệ số truyền nhiệt của mô hình 1 và mô hình
2 cũng rất lớn gấp 3 lần là 634,05 W/(m 2 K); 2139 W/(m 2 K)
Hình 5.18: Vị trí mặt cắt gần đầu vào mô hình 1 và mô hình 2
Hình 5.19: Mặt cắt nhiệt độ gần đầu vào của mô hình 1 và mô hình 2
Tiếp theo nhóm sẽ so sánh kết quả giữa đầu vào và đầu ra của 2 mô hình để ta thấy rõ hơn sự khác biệt
Hình 5.20: Phân bố nhiệt độ đầu vào của mô hình 1 và mô hình 2
Như ta thấy ở hình 5.20, về phần nhiệt độ đầu vào của 2 mô phỏng không có khác biệt quá lớn vì tại điểm đầu vào của dòng chảy mô hình 2 cũng chưa có ảnh hưởng nhiều bởi các lá cánh Tuy nhiên chúng ta sẽ xem xét thêm ở phần nhiệt độ đầu ra của 2 mô hình để thấy sự khác biệt
Hình 5.21: Phân bố nhiệt độ đầu ra của mô hình 1 và mô hình 2
Chúng ra có thể thấy, ở mặt nhiệt độ đầu ra của mô hình 1 phân bố nhiệt độ dòng chảy rất ổn định xếp tầng lên nhau không rối loạn như mặt nhiệt độ đầu ra của mô hình 2 do không có sự cản trở của các lá cánh Với nhiệt độ đầu ra giữa mô hình 1 và mô hình 2 lần là 329K và 326K Đánh giá về hiệu quả truyền nhiệt của hệ thống, nhóm em nhận thấy rằng khả năng trao đổi nhiệt của mô hình thiếu đi sự hiệu quả so với mô hình 2
Ngoài ra nhóm sẽ xét sự ảnh hưởng của các lá cánh và khi không có lá cánh đối với tổn thất áp suất, từ mô phỏng nhóm em đã có các kết quả về tổn thất áp suất ∆P như hình 5.22 của mô hình 1 và mô hình 2 Để chứng minh tính chính xác kết quả từ mô phỏng, nhóm em sẽ thực hiện tính toán tổn thất áp suất của 2 mô hình theo cơ sở lí thuyết để so sánh
Hình 5.22: Kết quả của áp suất từ mô phỏng mô hình 1 và mô hình 2
Từ kết quả trên nhóm sử dụng công thức (2.15) để tìm được tổn thất áp suất (∆P) của 2 mô hình như hình 5.22:
- Tổn thất áp suất của mô hình 1 từ mô phỏng
- Tổn thất áp suất của mô hình 2 từ mô phỏng
- Tính tổn thất áp suất của mô hình 1 theo cơ sở lí thuyết Để tính được tổn thất áp suất của kênh theo công thức 2.12 thì đầu tiên chúng ta phải tính được hệ số ma sát và tổn thất chiều cao cột áp
Các giá trị đã có bảng 4.2 và 4.3:
- Khối lượng riêng của chất lỏng (ρ): 998,2 kg/m 3
- Vận tốc trung bình của chất lỏng (𝑈 𝑖𝑛 ): 0,197 m/s
Do nhóm sử dụng Re = 1600 giống với bài báo [2] mô phỏng nằm trong trường hợp kênh có dòng chảy tầng thì hệ số ma sát Darcy của mô hình 1 được tính theo công thức 2.14:
*Tính tổn thất chiều cao cột áp của mô hình 1
Bước 1: Tính đường kính thủy lực (Dh ) của mô hình 1:
Sử dụng công thức 2.6 để tính đường kính thủy lực cho mô hình 1:
𝑃 Với A: Diện tích phần mặt cắt mô hình 1
P: Chu vi ướt của phần mặt cắt
Thay các thông số bảng 4.2 ta có được đường kính thủy lực của mô hình 1:
2 × (0,03 + 0,01)= 0,015 (𝑚) Bước 2: Tính Tổn thất chiều cao cột áp (Hloss) của mô hình 1
Thay số liệu vừa có được vào công thức 2.13 ta có:
*Tính tổn thất áp suất (∆P)
Thay Hloss vào công thức 2.12 ta có:
- Tính tổn thất áp suất của mô hình 2 theo cơ sở lí thuyết
Sử dụng hệ số ma sát đã tính được ở mô hình 1 và đường kính thủy lực của mô hình 2 đã tính ở mục 4.4 là Dh = 0,0082 m
*Tính tổn thất chiều cao cột áp của mô hình 2
Thay số liệu vừa có được vào công thức 2.13 ta có:
*Tính tổn thất áp suất (∆P)
Thay Hloss vào công thức 2.12 ta có:
Với tổn thất áp suất từ mô phỏng và theo cơ sở lí thuyết của mô hình 1 là 20,605
Pa và 22,055 Pa Lượng chênh lệch không quá lớn nên đánh giá trong trường hợp này kết quả tương đối chính xác
Với tổn thất áp suất từ mô phỏng và theo cơ sở lí thuyết của mô hình 2 là 1233,4
Pa và 40,344 Pa Lượng chênh lệch rất lớn này đến từ phần tổn thất cục bộ của mô hình 2 khi bên trong có các lá cánh tạo xoáy.
Khảo sát sự ảnh hưởng của vận tốc đầu vào đối với đặc tính dòng, đặc tính truyền nhiệt của mô hình 2
Để khảo sát sự ảnh hưởng của vận tốc đầu vào, nhóm em sẽ tiến hành thay đổi vận tốc của dòng lưu chất trong mô hình đã mô phỏng ở mục 5.2 và tiến hành khảo sát thông số của hệ số truyền nhiệt để đưa ra các kết luận về khả năng trao đổi nhiệt của dòng lưu chất trong các trường hợp khác nhau Tuy vậy, chúng em sẽ tiếp tục giữ lại các thông số khác, có nghĩa là chúng em sẽ thực hiện một cuộc khảo sát cục bộ trước Mặc dù khảo sát cục bộ không cung cấp kết quả cụ thể, nhưng nó có thể được sử dụng để đánh giá và lựa chọn miền giá trị phù hợp để làm cho quá trình đánh giá toàn diện trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn Dựa trên các điều kiện thực tế và điều kiện biên mà bài báo cung cấp, chúng em nhận thấy rằng các giá trị vận tốc khảo sát phù hợp lần lượt là 0,049 m/s; 0,098 m/s; 0,147 m/s và 0,197 m/s Kết quả của khảo sát sẽ được ghi lại trong Bảng 5.2 Bằng cách giữ nguyên các giá trị của điều kiện biên ban đầu và thay đổi tuần tự vận tốc đầu vào, chúng em sẽ có cái nhìn cụ thể hơn về kết quả
Hình 5.23: Sự thay đổi của nhiệt độ dòng chảy với 𝑈 𝑖𝑛 = 0,049 m/s Ở vận tốc đầu vào là 0,049 m/s, sau khi xuất nhiệt độ dòng chảy từ phần mềm, nhóm em nhận thấy nhiệt độ của dòng chảy tăng khá nhanh khi càng chảy về hậu lưu, từ 2/3 ống đến phía outlet nhiệt độ dòng chảy thay đổi rõ do sự ảnh hưởng nhiệt độ của tường với nhiệt độ đầu ra là 366K Điều đó cho thấy ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy khi xét với vận tốc đầu vào chậm nhất trong 4 trường hợp
Với 𝑈 𝑖𝑛 = 0,049 m/s; sau khi xuất kết quả từ mô hình đã được mô phỏng, nhóm nhận được:
Hình 5.24: Kết quả mô phỏng mô hình 2 với vận tốc 𝑈 𝑖𝑛 = 0,049 m/s
+ Nhiệt độ đầu ra lưu chất T = 366K
+ Tổn thất áp suất ∆𝑃 = 93,765 + 0,035 = 93,8 Pa
- Số Reynolds được tính theo công thức (2.8):
- Sử dụng công thức (2.7) tính số Nulsselt với các thông số có sắn từ bảng 4.1:
- Tính hệ số truyền nhiệt theo công thức (2.5):
0,0082 = 1114,39 W/(m 2 K) Sau khi tính toán, nhóm em đã thu về được kết quả của hệ số truyền nhiệt của dòng lưu chất là h = 1114,39 W/(m 2 K) với vận tốc đầu vào 𝑈 𝑖𝑛 = 0,049 m/s và hệ số truyền nhiệt từ mô phỏng h = 1340,18 W/(m 2 K)
Hình 5.25: Sự thay đổi của nhiệt độ dòng chảy với 𝑈 𝑖𝑛 = 0,098 m/s
Tương tự với vận tốc đầu vào là 0,098 m/s, từ kết quả nhóm đã nhận thấy sự khác biệt ở vận tốc đầu này, nhiệt độ dòng chảy thay đổi quá giữa ống mới thấy thay đổi lớn về hậu lưu với nhiệt độ đầu ra là 345K
Với 𝑈 𝑖𝑛 = 0,098 m/s; sau khi xuất kết quả từ mô hình đã được mô phỏng, nhóm nhận được:
Hình 5.26: Kết quả mô phỏng mô hình 2 với vận tốc 𝑈 𝑖𝑛 = 0,098 m/s
+ Nhiệt độ đầu ra lưu chất T = 345K
- Số Reynolds được tính theo công thức (2.8):
- Sử dụng công thức (2.7) tính số Nulsselt với các thông số có sắn từ bảng 4.1:
- Tính hệ số truyền nhiệt theo công thức (2.5)
0,0082 = 1646,34 W/(m 2 K) Sau khi tính toán, nhóm em đã thu về được kết quả của hệ số truyền nhiệt của dòng lưu chất là h = 1646,34 W/(m 2 K) với vận tốc đầu vào 𝑈 𝑖𝑛 = 0,098 m/s và hệ số truyền nhiệt từ mô phỏng h = 1768,63 W/(m 2 K)
Hình 5.27: Sự thay đổi của nhiệt độ dòng chảy với 𝑈 𝑖𝑛 = 0,147 m/s
Với 𝑈 𝑖𝑛 = 0,147 m/s; sau khi xuất kết quả từ mô hình đã được mô phỏng, nhóm nhận được:
Hình 5.28: Kết quả mô phỏng mô hình 2 với vận tốc𝑈 𝑖𝑛 = 0,147 m/s
+ Nhiệt độ đầu ra lưu chất T = 337K
- Số Reynolds được tính theo công thức (2.8):
- Sử dụng công thức (2.7) tính số Nulsselt với các thông số có sắn từ bảng 4.1:
- Tính hệ số truyền nhiệt theo công thức (2.5)
Sau khi tính toán, nhóm em đã thu về được kết quả của hệ số truyền nhiệt của dòng lưu chất là h = 2068,53 W/(m 2 K) với vận tốc đầu vào 𝑈 𝑖𝑛 = 0,147 m/s và hệ số truyền nhiệt từ mô phỏng h = 1994,16 W/(m 2 K)
Hình 5.29: Sự thay đổi của nhiệt độ dòng chảy với 𝑈 𝑖𝑛 = 0,197 m/s
Và khi với vận tốc đầu vào là 0,197 m/s, sau khi xuất được kết quả nhóm em nhận thấy nhiệt độ đã được phân bố tăng đều hơn, nhiệt độ đầu ra của lưu chất là 326K thấp hơn so với các trường hợp trên
Với 𝑈 𝑖𝑛 = 0,197 m/s; sau khi xuất kết quả từ mô hình đã được mô phỏng, nhóm nhận được như hình 5.6:
+ Nhiệt độ đầu ra lưu chất T = 326K
+ Tổn thất áp suất ∆𝑃 = 1233,4 𝑃𝑎 theo hình 5.22
- Số Reynolds được tính theo công thức (2.8):
- Sử dụng công thức (2.7) tính số Nulsselt với các thông số có sắn từ bảng 4.1:
- Tính hệ số truyền nhiệt theo công thức (2.5)
0,0082 = 2432,2 W/(m 2 K) Sau khi tính toán, nhóm em đã thu về được kết quả của hệ số truyền nhiệt của dòng lưu chất là h = 2432,2 W/(m 2 K) với vận tốc đầu vào 𝑈 𝑖𝑛 = 0,197 m/s và hệ số truyền nhiệt từ mô phỏng h = 2139 W/(m 2 K)
Ngoài ra nhóm sẽ thực hiện mô phỏng thêm với vận tốc đầu vào là 0,245 m/s ứng với Re = 2000 Đây là mức Re ngoài phạm vi mô phỏng của bài báo [2] là số Re chỉ từ 400-
1600 Nhóm sẽ xem xét với mức Re cao hơn thì công thức (2.7) có còn phù hợp không
Hình 5.30: Sự thay đổi của nhiệt độ dòng chảy với 𝑈 𝑖𝑛 = 0,245 m/s
Khi vận tốc đầu vào là 0,245 m/s, sau khi xuất được kết quả nhóm em nhận thấy nhiệt độ khi đến mức vận tốc này đã không có quá nhiều khác biệt với vận tốc 0,197 m/s
76 ứng với số Re = 1600, nhiệt độ đầu ra của lưu chất là 321,36K chỉ thấp hơn gần bằng 5K thì khó có thể nhận thấy được từ hình 5.19
Với 𝑈 𝑖𝑛 = 0,245 m/s; sau khi xuất kết quả từ mô hình đã được mô phỏng, nhóm nhận được:
Hình 5.31: Kết quả mô phỏng mô hình 2 với vận tốc 𝑈 𝑖𝑛 = 0,245 m/s
+ Nhiệt độ đầu ra lưu chất T = 321,36K
- Số Reynolds được tính theo công thức (2.8):
- Sử dụng công thức (2.7) tính số Nulsselt với các thông số có sắn từ bảng 4.1:
- Tính hệ số truyền nhiệt theo công thức (2.5)
0,0082 = 2757,8 W/(m 2 K) Sau khi tính toán, nhóm em đã thu về được kết quả của hệ số truyền nhiệt của dòng lưu chất là h = 2757,8 W/(m 2 K) với vận tốc đầu vào 𝑈 𝑖𝑛 = 0,142 m/s và hệ số truyền nhiệt từ mô phỏng h = 2224,8 W/(m 2 K) Ở số Re = 2000 cho ra kết quả của hệ số truyền nhiệt giữa mô phỏng và tính toán có mức chênh lệch khá lớn nhưng kết quả mô phỏng cho thấy mức tăng của hệ số truyền nhiệt vẫn hợp lí và không có sự đột biến lớn Điều này được thể hiện ở hình 5.19 và 5.20 nên nhóm quyết định sẽ sử dụng kết quả với số Re = 2000 để thực hiện khảo sát
Dưới đây là các giá trị được tổng hợp và liệt kê trong bảng 5.2 sau khi đã tính toán và phân tích tại các giá trị vận tốc đầu vào khác nhau của dòng lưu chất:
Bảng 5.2: Kết quả sau khi khảo sát sự thay đổi của vận tốc
Vận tốc đầu vào của lưu chất (m/s)
Nhiệt độ đầu ra của lưu chất (K)
Hệ số truyền nhiệt mô phỏng (W/(m 2 K))
Hệ số truyền nhiệt tính toán (W/(m 2 K))
Hình 5.32: Biểu đồ hệ số truyền nhiệt tính toán tại các vận tốc đầu vào của lưu chất
Hình 5.32 cho thấy khi vận tốc tăng lên thì kéo theo hệ số truyền nhiệt cũng tăng lên, cụ thể khi tăng vận tốc đầu phía cánh từ 0,049 m/s đến 0,098 m/s; 0,147 m/s; 0,197 m/s; 0,245 m/s thì hệ số truyền nhiệt tăng lên tương ứng là 1,47 lần; 1,85 lần; 2,18 lần; 2,48 lần Điều này cho thấy hệ số truyền nhiệt của thiết bị phụ thuộc vào chế độ dòng chảy, tức khi tăng vận tốc thì lưu lượng nước lưu động qua ống cũng sẽ tăng theo, làm cho nhiệt lượng dòng nhiệt trao đổi 𝑄 cũng tăng lên Điều này chứng tỏ hiệu quả của quá trình truyền nhiệt đã được cải thiện khi gia tăng lưu lượng nước chảy trong ống
Sau đó nhóm em sẽ so sánh kết quả tính toán so với kết quả xuất ra được từ phần mềm trong bảng 5.2 Ứng với vận tốc từ 0,049 m/s đến 0,245 m/s, theo kết quả thì hệ số truyền nhiệt xuất ra được tăng từ 1340,18 W/(m 2 K) đến 2224,8 W/(m 2 K), tăng lên tương ứng là 1,32 lần; 1,48 lần; 1,6 lần; 1,67 lần Điều này cho thấy mức tăng khá tương đương với nhau và hình 5.17 dưới đây sẽ biểu thị kết quả so sánh
Hình 5.33: Biểu đồ so sánh kết quả khảo sát hệ số truyền nhiệt mô phỏng và tính toán
Tiếp theo, nhóm sẽ ước lượng tính tìm ra công thức phù hợp với các thông số từ mô phỏng đã được trình bày trong bảng 5.2
Với hệ số truyền nhiệt mô phỏng lần lượt là 1340,18; 1768,63; 1994,16; 2139 ứng với số Reynolds từ 400 – 1600
Dựa vào công thức (2.5) nhóm em sẽ tính ngược lại số Nusselt trong mỗi kết quả:
Từ công thức trên ta tìm được Nu = 18,32 ứng với số Reynols là 400
Tương tự ta tìm được các kết quả như sau:
- Với Re = 400, h = 1340,18 𝑊/(𝑚 2 𝐾) ta có Nu = 18,32
- Với Re = 800, h = 1768,63𝑊/(𝑚 2 𝐾) ta có Nu = 24,17
- Với Re = 1200, h = 1994,16𝑊/(𝑚 2 𝐾) ta có Nu = 27,25
- Với Re = 1600, h = 2139 𝑊/(𝑚 2 𝐾) ta có Nu = 29,23
Dựa vào công thức (2.7) nhóm sẽ tính toán tìm công thức tương tự phù hợp hệ số truyền nhiệt của mô phỏng:
Hệ số truyền nhiệt tính toán
Hệ số truyền nhiệt mô phỏng
Nhóm đã sử dụng phần mềm excel với các kết quả trên để tìm ra công thức như hình 5.34:
Hình 5.34: Biểu đồ mối quan hệ giữa số Nusselt và Số Reynolds
Với công thức y = 2,7978x 0,3179 đã có ở hình 5.34, nhóm em đã tìm được công thức tương ứng với công thức (2.7) như sau:
0,0248 × ( α β) −0,1418 Ngoài ra ta thấy được tổn thất áp suất của dòng lưu chất chảy bên trong mô hình cũng tăng lên đáng kể khi thay đổi làm tăng vận tốc như bảng 5.2
Khảo sát đặc tính dòng, đặc tính truyền nhiệt của mô hình 2 và mô hình 3
Trong trường hợp khi giảm số lượng lá cánh nhóm em cũng đã thực hiện mô phỏng với các thông số và với số phần tử của lưới tương đương với mô hình 2 là 1184164 phần tử như hình 4.9
Sau khi chạy xong mô phỏng cho ra kết quả:
Hình 5.37: Kết quả mô phỏng mô hình 3
- Nhiệt độ đầu ra của lưu chất 323K
- Tổn thất áp suất ∆𝑃 = 897,5 + 0,98 = 898,48 Pa
Dựa vào các kết quả hình 5.36 so với các kết quả của mô hình 2 trong hình 5.6, ta thấy mức chênh lệch nhiệt độ đầu ra và hệ số truyền nhiệt giữa 2 mô hình không có khác biệt lớn Tuy nhiên về tổn thất áp suất lại chênh lệch khá lớn, điều này có thể hiểu được khi giảm số lượng các lá cánh thì cũng làm giảm đi lực cản ma sát ở trong kênh khiến tổn thất áp suất ở mô hình 3 giảm đi đáng kể
Hình 5.38: Mặt cắt nhiệt độ dòng chảy của mô hình 2 và mô hình 3
Với dòng chảy đi vào như hình 5.37 Dựa vào kết quả của mô phỏng, nhóm em có nhận xét về sự thay đổi nhiệt độ của nhiệt độ như sau Nhiệt độ dòng chảy của 2 mô hình có xu hướng tăng khá tương đồng nhau Tuy nhiên ở mô hình 3, nhiệt độ dòng chảy thay đổi sớm hơn so với mô hình 2, trong khi mô hình 2 đến giữa kênh mới thay đổi màu sắc nhiệt độ rõ Với việc giảm số lượng lá cánh ở mô hình 3 làm cho khoảng cách giữa các lá cánh rộng hơn nhóm nhận tháy nhiệt độ dòng chảy ổn định hơn mô hình 2
Hình 5.39: Mặt cắt nhiệt độ gần đầu vào của mô hình 2 và mô hình 3
Nhóm đã thực hiện cắt mặt cắt nhiệt độ mô hình 3 ở cùng vị trí mới mô hình 2 như hình 5.18 Với 2 mặt cắt trên ta thấy ở mặt cắt mô hình 3 do đã giảm số lượng lá cánh nên các điểm nhiệt độ bị nhiễu do sự hỗn loạn của dòng chảy cũng ít hơn và không rõ như mô hình 2 Nhiệt độ tại 2 mặt cắt thì không có quá khác biệt
Hình 5.40: Phân bố nhiệt độ đầu vào của mô hình 2 và mô hình 3
Hình 5.41: Phân bố nhiệt độ đầu ra của mô hình 2 và mô hình 3
Với nhiệt độ đầu vào và đầu ra của 2 mô hình khi dựa vào hình 5.39 và 5.40 thì gần như không thấy sự khác biệt Ở đầu vào của 2 mô hình khi thời điểm dòng chảy đi vào lúc này sẽ không có gì thay đổi, còn với đầu ra thì nhiệt độ đầu ra của mô hình 2 và mô hình 3 lần lượt là 326K và 323K
Hình 5.42: Phân bố nhiệt độ các lá cánh của mô hình 2 và mô hình 3
Như đã nói ở phân bố dòng chảy của 2 mô hình như hình 5.37 thì ở hình 5.41 ta sẽ thấy rõ hơn nhiệt độ các lá cánh của mô hình 3 thay đổi từ sớm so với mô hình 2
Với các kết quả trên, nhóm nhận thấy 2 mô hình không có quá nhiều sự thay đổi về kết quả truyền nhiệt, tuy nhiên với mức tổn thất áp suất của mô hình 3 thấp hơn nhiều so với mô hình 2 thì lượng tiêu thụ năng lượng của hệ thống cũng sẽ giảm đi đáng kể và hiệu suất sẽ tăng lên Vì đây là mô hình mô phỏng với kích thước khá nhỏ nên nhóm sẽ chưa có sự đánh giá chính xác nhất về hiệu suất của 2 mô hình nhưng với kết quả đã phân tích trên cũng đã cho chúng ta thấy được khác biệt dù không lớn
