nghiên cứu về trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong các quá trình truyền sóng trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƢỢNG GIỮA CÁC PHA TRONG CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP CHẤT LỎNG CHỨA BỌT NGUYỄN THỊ THU HẰNG THÁI NGUYÊN 2010 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƢỢNG GIỮA CÁC PHA TRONG CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP CHẤT LỎNG CHỨA BỌT Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số: 60.52.04 Học Viên: NGUYỄN THỊ THU HẰNG Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS. NGUYỄN VĂN TUẤN NGƢỜI HD KHOA HỌC HỌC VIÊN THỰC HIỆN PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn Nguyễn Thị Thu Hằng BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -1 - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những kết quả có đƣợc trong luận văn là do bản thân tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn. Ngoài tài liệu tham khảo đã đƣợc trích dẫn, các số liệu và các kết quả có đƣợc trong luận văn là trung thực và chƣa có ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2010 Ngƣời thực hiện Nguyễn Thị Thu Hằng LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -2 - MỤC LỤC Trang Lời cam đoan 1 Mục lục 2 Danh mục các kí hiệu sử dụng 6 Danh mục các hình vẽ 7 MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 14 1.1 Thực trạng của vấn đề 14 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 18 CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 2.1. Hệ phƣơng trình thuỷ- nhiệt động lực học cho môi trƣờng hai pha lỏng hơi 20 2.1.2. Xây dựng mô hình 20 2.1.3. Hệ phƣơng trình cơ sở 20 2.1.4. Điều kiện đầu và điều kiện biên 31 2.2. Phƣơng pháp giải số 33 CHƢƠNG III: MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘNG LỰC HỌC SÓNG LÊN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƢỢNG GIỮA CÁC PHA 36 3.1 Quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng giữa các pha trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi khi sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp 36 3.1.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha khi có sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp 36 3.1.1.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi 36  Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 37  Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 38 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -3 -  Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 40 3.1.1.2. Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn hợp Freon-21 chứa bọt hơi 41  Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 41  Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 43  Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 44 3.1.1.3. Nhận xét 47 3.1.2. Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha khi có sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp 49 3.1.2.1. Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi 49  Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 49  Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 51  Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 53 3.1.2.2. Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp Freon-21 chứa bọt hơi 54  Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 54  Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 55  Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 57 3.1.2.3. Nhận xét 58 3.2 Quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng giữa các pha trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi khi có tƣơng tác giữa các sóng xung kích trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi. 59 3.2.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha khi có tƣơng tác giữa các sóng xung kích trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi. 61 3.2.1.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi 61  Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 61 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -4 -  Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 62  Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 63 3.2.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn hợp nitơ lỏng chứa bọt hơi 64  Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 64  Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 66  Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 67 3.2.1.3. Nhận xét 67 3.2.2 Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha khi có tƣơng tác giữa các sóng xung kích trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi. 69 3.2.2.1 Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi 70  Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 70  Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 71  Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 72 3.2.2.2 Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp nitơ lỏng chứa bọt hơi 73  Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 73  Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 75  Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 76 3.2.2.3. Nhận xét 77 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 78 4.1 KẾT LUẬN 78 4.1.1. QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƢỢNG GIỮA CÁC PHA KHI CÓ SÓNG XUNG KÍCH LAN TRUYỀN TRONG HỖN HỢP 78 4.1.2. QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƢỢNG GIỮA CÁC PHA KHI CÓ TƢƠNG TÁC GIỮA CÁC SÓNG TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP LỎNG- HƠI 78 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -5 - 4.2 KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 83 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -6 - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG Chỉ số trên - Trạng thái cân bằng sau sóng tới và sau sóng phản xạ của hỗn hợp. (i= 1, 2) Chỉ số dƣới - Trạng thái ban đầu của hỗn hợp, chỉ pha lỏng, pha khí, khí hoà tan và không tan. (i = 0,12,v,g) B - Hằng số khí. c, c p2 , c v2 - Nhiệt dung riêng, nhiệt dungriêng khi áp suất và vận tốc không đổi D (1) - Vận tốc của sóng j - Cƣờng độ chuyển pha l - Nhiệt độ hoá hơi của nƣớc n - Số lƣợng bọt p - áp suất của hỗn hợp p e - Cƣờng độ của sóng xung kích ban đầu q - Dòng nhiệt R - Bán kính bọt T - Nhiệt độ của hỗn hợp t - Thời gian v, v (i) - Vận tốc của hỗn hợp w 1 - Vận tốc hƣớng kính của chất lỏng chuyển động xung quanh bọt w 1  - Vận tốc màng bọt X i - Phần khối lƣợng của pha i  - Phần thể tích của pha trong hỗn hợp  - Hệ số sức căng bề mặt  - Toạ độ Lagrange  1 ,  2 - Hệ số điều chỉnh của hỗn hợp  1 - Hệ số nhớt động lực của chất lỏng LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -7 - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 3. 1: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi  p max = 2 Hình 3.2: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi  p max = 2.5. Hình 3.3: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi R 0 = 0.001m Hình 3.4: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi R 0 =0.0012m. Hình 3.5: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi 20  = 5% Hình 3.6: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi 20  = 7%. Hình 3. 7: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của freon21 khi  p max = 2 Hình 3.8: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của Freon 21khi  p max = 2 .5 Hình 3.9: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của Freon21 khi R 0 = 0.001m. Hình 3.10: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của Freon21 khi R 0 = 0.0012m. Hình 3.11: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của freon21 khi 20  = 5%. Hình 3.12: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của Freon 21khi 20  = 7%. Hình 3.13: Sự giảm nhiệt độ dọc theo ống xung kích khi xung áp suất lan truyền trong các hỗn hợp lỏng- hơi của nƣớc, dầu thô, Freon 21 và Nitơ lỏng ứng với các đƣờng cong 1-4. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -8 - Hình 3.14: Sự giảm nhiệt độ xung quanh bọt khi xung áp suất lan truyền trong các hỗn hợp lỏng- hơi của nƣớc, dầu thô, Freon 21 và Nitơ lỏng ứng với các đƣờng cong 1-4. Hình 3. 15: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha khi cƣờng độ của xung  p max = 2 Hình 3. 16: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha trong khi cƣờng độ của xung  p max = 2.5 Hình 3. 17: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha khi R 0 =0.0012m Hình 3. 18: Sự co nén của bọt khi R 0 = 0.0012m Hình 3. 19: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha khi R 0 = 0.0015m Hình 3.20: Sự co nén của bọt khi R 0 = 0.0015m. Hình 3. 21: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha khi 20  = 5%. Hình 3. 22: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha khi 20  = 7%. Hình 3. 23: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha trong hỗn hợp Freon 21 khi xung có  p max = 2 Hình 3. 24: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha khi xung có  p max = 2.5 Hình 3. 25: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha trong hỗn hợp freon 21 khi R 0 = 0.0012m. Hình 3. 26: Sự co nén của bọt trong hỗn hợp freon 21 khi R 0 = 0.0012 m. Hình 3. 27: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha trong hỗn hợp freon 21 khi R 0 = 0.0015 m. Hình 3. 28: Sự co nén của bọt trong hỗn hợp freon 21 khi R 0 = 0.0015 m. Hình 3. 29: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha trong hỗn hợp freon 21 khi 20  = 5%. Hình 3. 30: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha trong hỗn hợp freon 21 khi 20  = 7%. Hình 3.31: Quá tƣơng tác của hai xung áp suất trong hỗn hợp lỏng hơi của dầu thô chứa bọt hơi với  p max = 1.5, R 0 = 0.001m, 20  = 5%, L = 1m, t 0 = 1ms [...]... tới quá trình trao đổi nhiệt – khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp Nhận biết đƣợc tính chất đặc biệt quan trọng này, hàng loạt các công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về quá trình truyền nhiệt và chuyển khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp đã đƣợc thực hiện Lý thuyết trình bày về sự ngƣng tụ của quá trình truyền nhiệt và chuyển khối lƣợng trong hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi có thể xem trong. .. và các tham số vật lý nhiệt (quá trình trao đổi nhiệt – khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp) , Công trình ( [8] ) đã trình bày quá trình phản xạ của sóng xung kích trong hỗn hợp lỏng hơi chứa bọt hơi, khi tồn tại sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp tới tác động vào tƣờng cứng và bị phản xạ ngƣợc lại, đã trình bày quá trình tƣơng tác giữa các sóng trong các hỗn hợp lỏng - hơi Sau đó, trong công trình. .. toán và chƣơng trình tính giải hệ phƣơng trình thuỷ nhiệt động lực học của hỗn hợp hai pha, sử dụng phƣơng pháp số sau khi kết hợp các điều kiện biên phù hợp với mô hình khảo sát, để nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng giữa các pha - Sử dụng các kết quả số để nghiên cứu và phân tích quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng giữa các pha khi có sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp Nghiên cứu. .. phản xạ bởi một tƣờng cứng Công trình ( [9] ) trình bày quá trình lan truyền và tƣơng tác của các sóng ngắn trong một số hỗn hợp lỏng- hơi Trong trƣờng hợp nghiên cứu này chƣa đi sâu về nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp mà chỉ mới quan tâm đến sự lan truyền và tƣơng tác của các sóng ngắn Còn công trình ( [11] ), đã trình bày các kết quả nghiên cứu về sự tăng... NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM trong hỗn hợp Từ kết quả của chƣơng trình tính có đƣợc nghiên cứu, đánh giá sự ảnh hƣởng của cấu trúc hỗn hợp nhƣ nồng độ thể tích pha hơi, bán kính của bọt, cƣờng độ sóng xung kích ban đầu lên các quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp So sánh các quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng giữa các pha trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi nhằm chỉ ra... tính phù hợp để nghiên cứu phân tích và đánh giá quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng gữa các pha trong hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi khi có sóng xung kích lan truyền và tƣơng tác trong hỗn hợp Chƣơng III: Trình bày một số kết quả nghiên cứu về sự ảnh hƣởng của động lực học sóng lên quá trình trao đổi nhiệt và quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên... truyền của sóng xung kích trong hỗn hợp các chất lỏng- bọt dẫn tới quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp, mục đích của đề tài bao gồm các vấn đề sau - Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về các quá trình lan truyền của sóng trong hỗn hợp hai pha Trình bày hệ phƣơng trình vi phân và đạo hàm riêng thuỷ nhiệt động lực học mô tả các quá trình này - Trên cơ sở nghiên cứu, ứng dụng... của sóng xung kích trong các hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi khi sóng này lan truyền tới tác động vào tƣờng cứng và bị phản xạ ngƣợc lại (trong trƣờng hợp có tính đến quá trình thay đổi nhiệt độ và khối lƣợng các pha trong hỗn hợp) Cũng nhƣ trong trƣờng hợp tính toán đến quá trình tăng áp trong hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi khi dòng chảy bị đóng van đột ngột, hoặc trong trƣờng hợp nghiên cứu quá trình. .. trong [5, 14] Một số lƣợng lớn các công nghiên cứu thực nghiệm về quá trình trao đổi nhiệt – khối lƣợng đã đƣợc thực hiện trong các hỗn hợp lỏng - hơi khác nhau Quá trình truyền nhiệt và chuyển khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp lỏng khí đƣợc hình thành do phản ứng hóa học đã đƣợc trình bày trong [21] Sự ngƣng tụ dẫn tới quá trình truyền nhiệt của một số chất làm lạnh nhƣ R22, R410 khi hỗn hợp này chuyển... triển trong lĩnh vực truyền sóng xung kích trong hỗn hợp bọt khí hoà tan, ngƣng tụ Về quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp, các hiện tƣợng xảy ra khi sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp Chƣơng II: Cơ sở lý thuyết Dựa trên cơ sở hệ phƣơng trình nhiệt- động lực học của hỗn hợp lỏng hơi xây dựng thuật toán và chƣơng trình tính phù hợp để nghiên cứu phân tích và đánh . TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƢỢNG GIỮA CÁC PHA 36 3.1 Quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng giữa các pha trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi khi sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp 36. tác giữa các sóng xung kích trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi. 59 3.2.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha khi có tƣơng tác giữa các sóng xung kích trong một số hỗn hợp chất lỏng. 3.2.2 Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha khi có tƣơng tác giữa các sóng xung kích trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi. 69 3.2.2.1 Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha trong